Largeur de faisceau

La largeur de faisceau (également appelée beamwidth ou largeur de faisceau à mi-puissance) définit l'étalement angulaire du lobe principal de rayonnement d'une antenne. C'est un paramètre critique pour caractériser la directivité d'une antenne, sa zone de couverture et sa sélectivité spatiale dans les systèmes de communication sans fil, radar et satellite.

Largeurs de faisceau dans les plans E et H

La largeur de faisceau est généralement mesurée dans deux plans orthogonaux :

• Largeur de faisceau dans le plan E : La largeur angulaire du lobe principal dans le plan défini par le champ électrique et la direction du rayonnement maximal (souvent le plan vertical).

• Largeur de faisceau dans le plan H : La largeur angulaire du lobe principal dans le plan défini par le champ magnétique et la direction du rayonnement maximal (généralement le plan horizontal).

Ces mesures aident à caractériser la manière dont une antenne rayonne dans l'espace et sont cruciales pour la conception d'antennes directionnelles.

Relation avec la directivité

La largeur de faisceau et la directivité sont inversement proportionnelles. Des faisceaux plus étroits concentrent l'énergie plus étroitement, augmentant ainsi la directivité de l'antenne. Une formule approximative pour la directivité D en termes linéaires est :

D ≈ 4π / (θ_E × θ_H)

Où :

• θ_E = Largeur de faisceau dans le plan E (en radians)

• θ_H = Largeur de faisceau dans le plan H (en radians)

Cette relation illustre que lorsque la largeur de faisceau diminue, l'antenne devient plus directionnelle.

Méthodes d'estimation physique

La largeur de faisceau peut être estimée en fonction des dimensions physiques de l'antenne :

θ ≈ λ / d

Où :

• λ = Longueur d'onde du signal

• d = Dimension de l'ouverture (par exemple, le diamètre d'un réflecteur parabolique)

Des ouvertures plus grandes entraînent des largeurs de faisceau plus étroites, permettant une transmission de signal focalisée sur de longues distances.

Exemple : Valeurs réelles de largeur de faisceau

• Antenne de station de base cellulaire :
  Largeur de faisceau horizontale ≈ 65°
  Largeur de faisceau verticale ≈ 7°
  → Permet une couverture sectorisée avec une interférence contrôlée.

• Antenne parabolique satellite (1 m de diamètre à 12 GHz) :
  Largeur de faisceau ≈ 1,5°
  → Permet une communication à haut gain et longue portée avec un alignement précis.

Applications et compromis de conception

La largeur de faisceau joue un rôle central dans la conception des antennes et des systèmes :

• Largeur de faisceau étroite :

  • Gain élevé et capacité longue portée

  • Nécessite un alignement précis

  • Utilisée dans les liaisons point à point, les radars et les systèmes satellites

• Largeur de faisceau large :

  • Couverture de zone étendue

  • Gain plus faible et sensibilité accrue aux interférences

  • Suitable pour les antennes de diffusion et de station de base mobile

Les concepteurs doivent trouver un compromis entre la zone de couverture, le contrôle des interférences, la complexité du système et la précision de l'alignement.