1. L'antenne : le passage du fil à l'espace
Une antenne transforme un courant électrique en onde électromagnétique (à l'émission) et une onde en courant (à la réception). Une même antenne fait les deux, avec les mêmes caractéristiques : c'est la réciprocité.
L'antenne de base est le dipôle demi-onde : deux brins alimentés au centre, de longueur totale . À 2,44 GHz, il mesure environ 6 cm. Variante très répandue, le monopôle quart d'onde : un seul brin de au-dessus d'un plan de masse (la carte électronique, la carrosserie d'une voiture), qui joue le rôle du brin manquant.
Quelle est la longueur totale d'un dipôle demi-onde pour le Bluetooth à 2,44 GHz, en centimètres ?
2. Diagramme de rayonnement, gain et PIRE
Une antenne ne rayonne pas la même puissance dans toutes les directions. Son diagramme de rayonnement montre, pour chaque direction, la puissance rayonnée par rapport à la direction maximale.
La référence est l'antenne isotrope, une antenne idéale qui rayonnerait également dans toutes les directions. Le gain d'une antenne, en dBi, dit combien de fois elle concentre plus de puissance qu'une antenne isotrope dans sa direction privilégiée. Une antenne n'ajoute pas d'énergie : elle la répartit autrement, comme le réflecteur d'une lampe de poche.
diagramme de rayonnement
Coupe dans un plan, échelle de 0 à −30 dB. Dipôle : formule exacte. Patch et directive : formes et gains indicatifs.
La polarisation est l'orientation du champ électrique : verticale, horizontale, ou circulaire (le champ tourne, comme pour le GPS). Deux antennes de polarisations croisées (l'une verticale, l'autre horizontale) se « comprennent » très mal.
Pour un émetteur, on combine puissance et gain dans la PIRE (puissance isotrope rayonnée équivalente) : la puissance qu'il faudrait injecter dans une antenne isotrope pour produire le même effet dans la direction principale. C'est elle que limite la réglementation.
Un émetteur de 20 dBm est relié par un câble de 2 dB de pertes à une antenne de 6 dBi. Quelle est la PIRE, en dBm ?
3. L'affaiblissement en espace libre et la formule de Friis
En s'éloignant de l'émetteur, l'onde se répartit sur une sphère de plus en plus grande : la puissance captée par une antenne de réception diminue comme le carré de la distance. Pour deux antennes isotropes, on obtient l'affaiblissement en espace libre :
Deux conséquences à retenir : doubler la distance coûte 6 dB, et, à antennes de même gain, monter en fréquence coûte aussi : 7 dB de plus à 5,5 GHz qu'à 2,44 GHz. C'est l'une des raisons pour lesquelles le Wi-Fi à 5 GHz porte moins loin.
La formule de Friis, écrite en dB, donne la puissance reçue :
Exemple chiffré
Un écouteur Bluetooth émet 0 dBm avec une antenne de 0 dBi. Le téléphone, à 10 m, a aussi une antenne de 0 dBi. Quelle puissance reçoit-il, en espace libre ? Sa sensibilité est de −90 dBm : quelle est la marge ?
Voir la correction
30 dB de marge en espace libre : de quoi traverser une poche, un corps, un mur ou deux. Dans un appartement, chaque mur coûte plusieurs dB, et davantage à 5 GHz qu'à 2,4 GHz.
Dans la réalité, s'ajoutent les obstacles, les réflexions sur les murs et le sol, et les trajets multiples : l'onde arrive par plusieurs chemins qui peuvent s'additionner ou s'annuler. Nous en verrons les conséquences dans le cours 2.
4. Le bilan de liaison complet
Le bilan de liaison suit le signal de bout en bout, en additionnant les gains et en retranchant les pertes, exactement comme au chapitre 2 :
est la sensibilité du récepteur : la plus petite puissance qu'il sait exploiter (nous verrons d'où elle vient au chapitre 6). On garde une marge, souvent 10 dB ou plus, pour les obstacles et les variations.
bilan de liaison et portée
Espace libre, sans obstacle. Valeurs typiques et indicatives : Bluetooth 4 dBm, antennes 0 dBi, sensibilité −90 dBm ; Wi-Fi PIRE 20 dBm (17 dBm + 3 dBi), téléphone 0 dBi, sensibilité −70 dBm pour un débit élevé. Marge visée : 10 dB.
Un point d'accès Wi-Fi émet 15 dBm à 2,4 GHz, avec 1 dB de pertes de câble et une antenne de 5 dBi. Un téléphone (0 dBi) est à 20 m, en espace libre. Quelle puissance reçoit-il, en dBm ?
- Une antenne transforme courant et onde dans les deux sens ; dipôle demi-onde (), monopôle quart d'onde () sur un plan de masse.
- Gain en dBi par rapport à l'antenne isotrope : l'antenne concentre, elle n'amplifie pas. Dipôle : 2,15 dBi.
- : c'est elle que limite la réglementation.
- Affaiblissement en espace libre : doubler la distance coûte 6 dB.
- Bilan de liaison : , puis marge .
Avant la suite, vérifiez que vous savez :
- Heinrich Hertz (expériences de 1886 à 1889, dipôle à étincelle, « cela ne sert à rien ») : Wikipédia (en), Heinrich Hertz (consulté le 10/10/2026).
- Liaison transatlantique de Marconi (12 décembre 1901, Poldhu – Signal Hill) : Wikipédia (en), Guglielmo Marconi (consulté le 10/10/2026).
- Gain du dipôle demi-onde (2,15 dBi) et formule de l'affaiblissement en espace libre : résultats classiques. Gains des antennes patch et directives, sensibilités des récepteurs : ordres de grandeur indicatifs.
- Wi-Fi : bandes, puissances, générations : Arcep (annexe RLAN, 2007) ; L'Embarqué (14 déc. 2021) ; Wikipedia « Wi-Fi 7 » ; AnandTech (2024) (vérifié le 2026-10-10)
- Bluetooth : Wikipedia « Bluetooth » ; Bluetooth SIG (Core Specification 6.3) (vérifié le 2026-10-10)