directivité

La directivité est un nombre sans dimension qui décrit la capacité d'une antenne à focaliser l'énergie électromagnétique dans une direction particulière, par rapport à une antenne isotrope théorique qui rayonne uniformément dans toutes les directions. C'est le rapport entre l'intensité de rayonnement maximale (puissance par unité d'angle solide) dans le lobe principal de l'antenne et l'intensité moyenne qu'elle produirait si elle rayonnait la même puissance totale uniformément dans toutes les directions. Une directivité plus élevée signifie que l'antenne concentre plus d'énergie vers une direction spécifique, ce qui est utile lorsque vous avez besoin d'une transmission ou d'une réception à longue portée dans un chemin choisi.

La directivité est exprimée comme un nombre pur (parfois écrit en décibels comme dBi, où le i signifie isotrope). Une simple antenne monopôle montée verticalement a une directivité d'environ 1,5 (environ 1,8 dBi), rayonnant selon un motif en forme de galette dans le plan horizontal. Une antenne parabolique ou un réseau phasé peut atteindre une directivité de plusieurs centaines ou milliers, concentrant presque toute la puissance dans un faisceau étroit. La relation entre la directivité et la taille physique et la géométrie de l'antenne est fondamentale : les longueurs d'onde plus longues nécessitent des antennes plus grandes pour atteindre la même directivité.

La directivité diffère du gain, un paramètre connexe mais distinct. Le gain tient compte de l'efficacité réelle de l'antenne et des pertes dans les circuits d'alimentation et d'adaptation, tandis que la directivité est purement géométrique et suppose une antenne parfaite avec une efficacité unitaire. Une antenne avec une directivité de 10 dBi et une efficacité de 80 % aura un gain réalisé d'environ 9 dBi. Cette distinction est importante dans les bilans de liaison radio réels, où la puissance réelle délivrée à la ligne de transmission est ce qui compte.

Considérations pratiques et compromis

La conception d'un système d'antenne implique d'équilibrer la directivité avec la bande passante, le coût et la complexité mécanique. Une antenne directive à bande étroite (comme une Yagi ou une source cornet) peut bien fonctionner seulement sur quelques pour cent de la fréquence centrale, tandis qu'une antenne omnidirectionnelle à large bande échange la directivité contre l'utilisabilité sur de nombreuses bandes. Pour les services publics gérant des réseaux étendus, le choix d'antennes à directivité intermédiaire permet une couverture et des performances de liaison raisonnables sans la charge mécanique de suivi ou de grandes ouvertures. Dans les liaisons micro-ondes à l'échelle des services publics utilisées pour la SCADA et les communications, une directivité entre 10 et 25 dBi est typique, équilibrant la portée avec la praticité d'installation.

La directivité est également fondamentale pour comprendre les interférences et le partage du spectre. Une antenne hautement directive sur un émetteur est moins susceptible d'interférer avec les utilisateurs proches sur la même fréquence, et une antenne réceptrice directive rejette les signaux provenant de directions indésirables. Dans les environnements urbains denses où de nombreux systèmes sans fil fonctionnent à proximité, une directivité d'antenne soignée est souvent l'outil qui permet de gérer les interférences sans dépendre uniquement des limites de puissance ou de la coordination des fréquences.