Antennes 868 MHz pour station fixe Meshtastic ou MeshCore

Sur un nœud fixe Meshtastic ou MeshCore, l’antenne est un élément essentiel de l’installation radio. Pourtant, elle est souvent choisie en fonction de son prix ou du gain annoncé, sans que l’on sache réellement ce que l’on achète. Antenne de marque, documentée, modèle économique contrôlé ou fabrication maison : faisons le point sur les différentes possibilités, sans oublier l’importance du diagramme de rayonnement et du filtrage radio. Encore une fois dans cet article, nous n’évoquerons que la station fixe avec un antenne omnidirectionnelle et non pas le cas spécifique des antennes directives. Cet article est aussi un complément d’information à l’article de Gaulix sur le sujet : Antennes, connecteurs, câbles…

1. L’antenne n’est pas un accessoire secondaire

Lorsqu’on construit un répéteur ou un nœud fixe, on réfléchit au module radio, au boîtier, à l’alimentation, à la batterie et éventuellement au panneau solaire. L’antenne arrive parfois en dernier, comme un simple accessoire à ajouter au budget. C’est une erreur de raisonnement.

Le module électronique (nœud) génère et reçoit les signaux radio, mais l’antenne assure le couplage entre le système électronique et l’espace libre. Ses caractéristiques influencent le rendement de rayonnement et la manière dont l’énergie est distribuée dans l’espace. Un module radio performant ne compensera pas automatiquement une antenne peu efficace, mal adaptée ou inappropriée à la couverture recherchée.

Il faut donc considérer l’antenne, le câble coaxial, les connecteurs et l’installation comme un ensemble cohérent. Économiser quelques euros sur l’antenne n’est pas nécessairement pertinent si cela introduit une incertitude importante sur les performances de toute l’installation.

2. Que faut-il regarder sur une fiche technique ?

Avant de comparer les marques et les modèles, quelques caractéristiques méritent d’être comprises.

La fréquence de fonctionnement

Pour un réseau LoRa européen, il faut choisir une antenne adaptée à la bande utilisée par son matériel. Une antenne spécifiée pour 868 à 870 MHz ne doit pas être confondue avec une antenne annoncée pour une plage beaucoup plus large, par exemple 868 à 915 MHz. Une antenne large bande n’est pas nécessairement mauvaise. En revanche, son adaptation et ses performances dans la bande réellement utilisée doivent être connues.

Le gain annoncé : méfions nous des chiffres

Le gain est exprimé en dBi ou en dBd. Ces deux références ne sont pas identiques : 0 dBd correspond approximativement à 2,15 dBi. Il faut également distinguer le gain annoncé, le gain réalisé et le rendement de l’antenne. Une valeur commerciale élevée ne suffit pas à démontrer qu’une antenne sera plus performante sur le terrain.

Sur une antenne omnidirectionnelle verticale, un gain plus élevé est généralement obtenu en concentrant davantage le rayonnement dans le plan horizontal. Le faisceau vertical se resserre alors. Pour un répéteur installé sur un point haut, cette caractéristique peut être intéressante. Mais si les correspondants se trouvent à des altitudes différentes, un faisceau vertical trop étroit peut pénaliser certaines liaisons. Le gain le plus élevé n’est donc pas systématiquement le meilleur choix. Il faut rechercher un diagramme adapté à la topographie et à la couverture souhaitée (voir l’article Déploiement d’un répéteur point haut Meshcore).

Le ROS et l’impédance

Le ROS, ou rapport d’ondes stationnaires également connu sous le nom de SWR (Standing Wave Ratio), renseigne sur l’adaptation entre l’antenne et sa ligne d’alimentation. Une valeur faible est généralement recherchée. Mais un ROS satisfaisant ne prouve pas que l’antenne rayonne efficacement. Une antenne peut être correctement adaptée tout en présentant des pertes internes importantes.

Il faut distinguer trois notions :

• • • L’adaptation : quelle proportion de la puissance incidente est réfléchie vers l’émetteur ?
    • Le rendement : quelle proportion de la puissance acceptée est effectivement rayonnée ?
    • Le gain : comment la puissance rayonnée est-elle distribuée dans une direction donnée, par rapport à une antenne de référence ?

Ces trois notions sont liées, mais elles ne sont pas interchangeables.

Le diagramme de rayonnement

Le diagramme de rayonnement représente la distribution du rayonnement selon les directions. Pour une antenne omnidirectionnelle verticale, les diagrammes horizontal et vertical sont particulièrement utiles. Le diagramme horizontal permet notamment de repérer d’éventuelles variations de couverture selon l’azimut. Le diagramme vertical aide à comprendre la concentration du rayonnement autour de l’horizon.

Une fiche technique qui fournit ces diagrammes apporte une information utile pour choisir une antenne en fonction de son installation. Il reste toutefois nécessaire de vérifier les conditions de mesure et de distinguer les courbes théoriques, les valeurs typiques du constructeur et les mesures indépendantes.

3. Les antennes reconnues et documentées

Une antenne « de marques » dont les caractéristiques sont publiées offre un avantage important : on dispose d’éléments techniques concrets pour orienter son choix. Cela ne signifie pas que chaque exemplaire a nécessairement été mesuré individuellement. Il faut distinguer les caractéristiques annoncées, le contrôle réalisé en production et les éventuelles garanties portant sur chaque unité.

Sirio SCO-868-4 : un gain modéré

La Sirio SCO-868-4 est une antenne extérieure destinée à la bande 868 MHz.

Les caractéristiques annoncées par le fabricant comprennent notamment :

• • • un fonctionnement dans la bande 868–870 MHz ;
    • un gain annoncé de 4,3 dBi ;
    • un ROS maximal annoncé de 1,5 ;
    • un faisceau vertical à −3 dB d’environ 32°.

Son gain plus modéré peut convenir à des installations pour lesquelles on ne cherche pas à concentrer au maximum le rayonnement dans le plan horizontal.

Documentation constructeur : Sirio SCO-868-4 / SCO-868-6 — manuel officiel.

Sirio SCO-868-6 : un compromis intéressant

La Sirio SCO-868-6 est une antenne colinéaire extérieure destinée à la bande ISM 868 MHz.

Le fabricant indique notamment :

• • • une plage de fonctionnement de 868 à 870 MHz ;
    • un gain annoncé de 6,2 dBi, soit environ 4,1 dBd ;
    • un ROS maximal de 1,5 dans la plage spécifiée ;
    • une hauteur d’environ 770 mm ;
    • une polarisation linéaire verticale ;
    • un faisceau vertical à −3 dB d’environ 22° ;
    • des diagrammes de rayonnement typiques et des informations sur le gain en fonction de la fréquence.

Ces données permettent de comprendre le comportement recherché et de comparer le produit à d’autres modèles. Elles ne constituent pas, à elles seules, une mesure indépendante de chaque exemplaire.

Documentation constructeur : Sirio SCO-868-4 / SCO-868-6 — manuel officiel.

Sirio SPO 868-8 et SPO 868-10 : les liaisons à longue distance

La gamme SPO comprend des modèles à gain plus élevé, destinés à concentrer davantage le rayonnement dans le plan horizontal.

Les caractéristiques annoncées pour les modèles considérés sont les suivantes :

• • • SPO 868-8 : gain annoncé de 8 dBi, ROS maximal annoncé de 1,3, longueur d’environ 1,60 m et faisceau vertical à −3 dB d’environ 13°.
    • SPO 868-10 : gain annoncé de 10,5 dBi, ROS maximal annoncé de 1,3, longueur d’environ 2,59 m et faisceau vertical à −3 dB d’environ 8,6°.

Ces antennes peuvent être intéressantes pour des liaisons longues lorsque la géométrie du réseau correspond à leur diagramme de rayonnement. En revanche, leur faisceau vertical étroit demande davantage de réflexion sur le positionnement et les altitudes des correspondants.

Une antenne de ce type ne garantit pas une meilleure couverture locale. Elle peut même être moins adaptée à un réseau dans lequel les nœuds se trouvent à des hauteurs très différentes.

Documentation constructeur : Sirio – gamme SPO 868 et notice technique SPO 868.

OPA-Design : antenne Française à 4,4 dBi parfaite en urbain

L’antenne OPA-Design 🇫🇷 destinée à la bande 868 MHz constitue un autre point de comparaison.

La fiche technique indique :

• • • un gain réalisé annoncé de 4,4 dBi ;
    • une bande de fonctionnement de 868 à 870 MHz ;
    • une impédance nominale de 50 Ω ;
    • une polarisation verticale ;
    • une construction colinéaire à deux éléments couplés ;
    • une longueur indiquée de 524 mm ;
    • un connecteur N femelle ;
    • des diagrammes en azimut et en élévation.

Le gain annoncé est inférieur à celui de la Sirio SCO-868-6, mais cela ne suffit pas à déterminer laquelle offrira la meilleure couverture sur un site donné. La hauteur du faisceau, l’installation, les pertes du câble, le dégagement et les directions des correspondants sont autant de paramètres à prendre en compte.

Documentation : OPA-Design — fiche technique OPA_ANT868_02.

Paradar 6,5 dBi : une antenne économique à examiner

Paradar commercialise une antenne 868 MHz annoncée à 6,5 dBi, d’une longueur d’environ 60 cm, avec un faisceau vertical annoncé autour de 30° et un ROS inférieur à 1,5.

Le fabricant publie également des résultats de test pour certains lots. Pour le lot AX5HP, les résultats présentés indiquent notamment un ROS de 1,358 à 868 MHz et une impédance de 57,3 − j14,7 Ω.

Ces données apportent un niveau d’information supplémentaire par rapport à une annonce commerciale sans mesures. Elles doivent néanmoins être interprétées comme des résultats associés au lot testé, et non comme une caractérisation indépendante de toutes les antennes commercialisées.

D’après les retours de terrain disponibles, cette antenne a donné de bons résultats en terrain rural relativement plat et dégagé, mais s’est montrée moins convaincante dans certaines configurations montagneuses. Ces observations restent liées aux sites, aux correspondants et aux conditions des essais : elles ne constituent pas un classement universel.

Documentation : Paradar 6,5 dBi et résultats de test du lot AX5HP.

Paradar 8,5 dBi : le gain élevé a ses limites

Paradar propose également un modèle annoncé à 8,5 dBi, d’une longueur d’environ 1,1 m, avec un faisceau vertical annoncé autour de 10° et un ROS inférieur à 1,5.

Le fabricant publie des résultats de lots et a notamment signalé des erreurs d’étiquetage sur certaines séries tout en donnant accès à des mesures. Ce type d’information est utile : il montre pourquoi la traçabilité et le contrôle sont importants, y compris lorsqu’un fabricant fournit des données techniques.

Les retours de terrain disponibles font état d’excellentes liaisons à longue distance dans une vallée encaissée, mais d’une couverture plus faible à proximité dans d’autres configurations. Cette antenne n’a donc pas été jugée adaptée à tous les environnements montagneux.

Ce comportement est cohérent avec la nécessité de considérer le diagramme de rayonnement, et pas seulement le gain affiché. Une antenne à gain élevé peut être excellente pour certaines liaisons tout en étant moins adaptée à une couverture locale étendue.

Documentation : Paradar 8,5 dBi.

4. Les antennes économiques (Chinoiseries) : faut-il s’en méfier ?

Les places de marché proposent de nombreuses antennes 868 MHz à des prix attractifs. Certaines fonctionnent correctement et peuvent parfaitement convenir à un nœud fixe. Le problème n’est pas leur origine géographique, mais le cahier des charges, l’industrialisation, le contrôle qualité et le niveau d’information disponible. Une antenne peut être vendue avec un gain de 5, 8 ou 10 dBi sans que l’on dispose d’un diagramme de rayonnement exploitable, de conditions de mesure clairement précisées ou d’informations sur la répétabilité de la fabrication.

Deux antennes extérieurement identiques ne garantissent pas nécessairement des performances identiques si la traçabilité et le contrôle des lots ne sont pas établis. Cela ne prouve pas que chaque antenne économique est mauvaise. Cela signifie que l’acheteur doit distinguer ce qui est démontré de ce qui est simplement annoncé.

Une documentation qui présente les résultats de mesure d’un lot est déjà plus utile qu’une simple valeur de gain imprimée sur une étiquette. Elle ne garantit cependant pas que l’exemplaire reçu a été mesuré individuellement.

Personnellement j’ai arrêté d’acheter des antennes deux à trois fois moins chères, et je privilégie maintenant des antennes reconnues avec un cahier des charges plus rigoureux.

5. Peut-on acheter une antenne économique et la retailler ?

Certains utilisateurs achètent une antenne économique, la mesurent au NanoVNA, puis modifient sa longueur pour rapprocher sa résonance de la fréquence recherchée. Cette démarche peut être pertinente lorsqu’on connaît la construction de l’antenne et que l’on sait interpréter les mesures. Mais il faut rappeler une distinction fondamentale : améliorer l’adaptation ne signifie pas nécessairement améliorer le gain ou le rendement de rayonnement.

Une colinéaire est une structure plus complexe qu’un simple brin métallique. Elle peut comporter plusieurs éléments rayonnants et des sections de déphasage dont les dimensions sont interdépendantes.

Raccourcir arbitrairement un élément peut déplacer la résonance, mais aussi modifier le diagramme de rayonnement ou le fonctionnement de la structure. Il est donc risqué de retailler une colinéaire sans en connaître l’architecture. Il faut disposer d’un état initial, comprendre ce que l’on modifie et comparer les mesures après intervention. Pour un débutant qui veut simplement installer un nœud opérationnel, acheter un modèle adapté et documenté est souvent plus rationnel que d’acquérir un instrument de mesure dans le seul but de corriger une antenne.

6. Le NanoVNA : un outil utile, mais pas une solution universelle

Le NanoVNA permet de mesurer le coefficient de réflexion S11, l’impédance d’entrée et le ROS, à condition de calibrer correctement l’instrument et de réaliser les mesures dans des conditions maîtrisées. Il permet notamment de vérifier l’adaptation autour de 868 MHz et de constater l’effet d’une modification. Il ne permet pas, à lui seul, de connaître le gain absolu ni le rendement de rayonnement de l’antenne.

Pour comparer le gain réel de deux antennes, il faut un dispositif de mesure adapté ou un protocole comparatif rigoureux. Une simple comparaison des niveaux reçus peut être trompeuse si la géométrie, la polarisation, les câbles, la puissance ou l’environnement diffèrent.

Le NanoVNA est donc particulièrement intéressant pour ceux qui souhaitent caractériser des antennes, diagnostiquer des défauts et expérimenter. Il ne doit pas être présenté comme un équipement obligatoire pour chaque débutant.

Pour un achat simple, l’absence de NanoVNA n’est pas un obstacle. Il est souvent plus judicieux de privilégier une antenne dont les caractéristiques sont documentées que d’acheter une antenne douteuse en comptant sur une correction ultérieure.

7. Filtre à cavité : un complément utile, même avec une antenne très bien accordée

Une antenne parfaitement adaptée à 868 MHz ne garantit pas à elle seule une bonne réception dans un environnement radio difficile. L’adaptation de l’antenne et la sélectivité du récepteur répondent à deux problèmes différents.

Une antenne bien accordée peut quand même recevoir des signaux indésirables

Sur un site isolé, un nœud LoRa peut fonctionner dans un environnement relativement calme. En revanche, sur un sommet, un château d’eau ou un bâtiment dominant, l’antenne peut capter de nombreux signaux provenant d’autres services radio. Même si ces émissions ne se situent pas exactement à 868 MHz, certains signaux suffisamment puissants peuvent perturber le récepteur, notamment en provoquant sa désensibilisation ou en saturant les premiers étages de la chaîne de réception. Une antenne présentant un excellent ROS ne résout pas ce problème : elle peut être parfaitement adaptée tout en laissant parvenir ces signaux indésirables au récepteur.

Le rôle du filtre à cavité

Un filtre à cavité correctement choisi permet d’atténuer les signaux situés en dehors de sa bande passante, tout en laissant passer la bande utile. Installé entre l’antenne et le module radio, il peut ainsi améliorer les conditions de réception lorsque des émissions hors bande perturbent effectivement le système.

Son intérêt dépend de plusieurs caractéristiques :

• • • la fréquence centrale et la bande passante ;
    • les pertes d’insertion dans la bande utile ;
    • l’atténuation hors bande ;
    • la puissance des signaux perturbateurs ;
    • la fréquence de ces signaux par rapport à la bande LoRa utilisée.

Un filtre à cavité n’est pas un dispositif magique. Il ne supprimera pas nécessairement les interférences situées dans sa bande passante, et son efficacité dépend de la nature exacte du problème rencontré.

Pourquoi l’envisager si l’antenne est déjà excellente ?

L’antenne et le filtre remplissent des fonctions complémentaires :

• • • L’antenne assure le rayonnement et la réception du signal, avec une adaptation et un diagramme adaptés à l’installation.
    • Le filtre à cavité améliore la sélectivité en atténuant certaines émissions indésirables avant qu’elles n’atteignent le récepteur.

Il n’est donc pas nécessaire de remplacer une antenne de qualité pour envisager l’ajout d’un filtre. Si l’antenne est déjà bien accordée et que les performances radio restent dégradées sur un site exposé, le filtrage supplémentaire peut constituer une piste pertinente.

Il faut toutefois éviter d’ajouter systématiquement un filtre sans diagnostic : ses pertes d’insertion réduisent aussi légèrement le niveau du signal utile. Un filtre mal choisi peut donc dégrader le bilan de liaison au lieu de l’améliorer.

La bonne démarche consiste à vérifier l’existence d’un problème de perturbation hors bande, puis à choisir un filtre adapté à la bande utilisée et à l’environnement radio.

À retenir : une bonne antenne permet de maîtriser l’adaptation et le rayonnement ; un filtre à cavité permet de mieux maîtriser les signaux qui parviennent au récepteur. Sur un site radioélectriquement chargé, les deux approches peuvent être complémentaires.

8. Fabriquer son antenne de A à Z

La fabrication DIY constitue une véritable alternative, à condition de choisir une construction adaptée à son niveau. Un dipôle ou une antenne quart d’onde avec plan de masse constitue une première réalisation pédagogique. Une J-pole ou une colinéaire coaxiale demande davantage de travail et de maîtrise technique.

• • Le principal avantage du DIY est la possibilité de comprendre la conception, de maîtriser les matériaux et de reproduire une réalisation documentée.
  • Le coût des matériaux peut être faible, mais le coût global comprend aussi le temps de fabrication, les outils, les instruments et les essais.

Une antenne construite pour quelques euros n’est pas nécessairement une antenne performante. Pour le démontrer, il faut mesurer son adaptation et, si l’on souhaite annoncer un gain, disposer d’une méthode de caractérisation appropriée.

Le DIY est donc particulièrement intéressant pour les utilisateurs qui veulent apprendre et expérimenter. Il ne constitue pas automatiquement la solution la moins chère si l’objectif est simplement de déployer rapidement un répéteur fiable.

9. Quelle solution choisir ?

• • Pour un débutant qui souhaite installer un nœud fixe Meshtastic ou MeshCore, la démarche la plus simple consiste à sélectionner une antenne conçue pour la bande utilisée, dont les caractéristiques sont suffisamment documentées et dont le montage est adapté à l’installation.
  • Pour un utilisateur expérimenté disposant d’un NanoVNA, l’achat d’une antenne économique suivie d’un contrôle peut constituer une démarche cohérente, à condition de ne pas confondre adaptation et gain réel.
  • Pour un utilisateur qui veut apprendre la radiofréquence, la fabrication d’une antenne simple et la validation de sa conception représentent une expérience intéressante.
  • Pour un site particulièrement exposé aux émissions radio, il peut également être pertinent d’étudier le filtrage. Un filtre à cavité ne doit toutefois pas être ajouté par principe : il faut d’abord déterminer si les performances sont réellement limitées par des perturbations hors bande.

Dans tous les cas, il faut aussi tenir compte de la hauteur, de l’environnement, de la longueur du câble, des connecteurs, du diagramme de rayonnement et de la réglementation applicable à l’installation.

10. Conclusion : une antenne mérite un véritable budget

Sur un nœud fixe, l’antenne fait partie intégrante de l’investissement radio. Elle ne doit pas être choisie uniquement en fonction de son prix ou d’une valeur de gain inscrite sur une fiche commerciale. Une antenne reconnue documentée permet de réduire certaines incertitudes. Une antenne économique peut convenir si l’on accepte de vérifier ses caractéristiques. Une antenne DIY permet de maîtriser la conception, à condition de consacrer les moyens nécessaires à sa validation.

Le filtrage radio constitue un autre levier, complémentaire de l’antenne. Sur un site exposé à des émissions hors bande puissantes, un filtre à cavité correctement sélectionné peut améliorer la réception, même si l’antenne est déjà très bien accordée. Mais ce gain potentiel doit être mis en balance avec les pertes d’insertion et le coût supplémentaire.

Le bon choix n’est donc pas nécessairement le plus cher, ni le plus technique. C’est celui qui offre un niveau de performance et de fiabilité cohérent avec l’objectif du nœud, le coût global de l’installation et les compétences disponibles.

Avant d’économiser sur l’antenne, il faut se demander ce que cette économie fait réellement gagner et quelles incertitudes elle introduit dans l’ensemble du système radio.

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