Tout savoir sur le gain LNA

Les systèmes GNSS reposent sur des satellites situés à plus de 20 000 kilomètres de la Terre. Malgré cette distance colossale, nos véhicules, objets connectés ou équipements industriels parviennent à recevoir leur position en quelques secondes seulement. Pourtant, dans le monde des communications radio, atteindre quelques kilomètres de portée peut déjà nécessiter des antennes performantes et des équipements spécifiques. Alors comment une antenne GNSS peut-elle réussir à capter un signal provenant de l’espace, après avoir traversé l’atmosphère et parcouru des milliers de kilomètres ? La réponse tient en trois lettres : LNA. Décryptage !

Le gain LNA : définition et rôle dans une antenne GNSS

Le terme LNA signifie Low Noise Amplifier, ou amplificateur faible bruit. Il s’agit d’un composant électronique intégré dans certaines antennes dites “actives”. Son rôle est simple : amplifier un signal radio très faible tout en ajoutant le moins de bruit électronique possible.

Cette amplification doit être particulièrement importante car, comme évoqué dans l’introduction, les satellites GNSS se trouvent à plusieurs milliers de kilomètres de la Terre. Sur une telle distance, le signal radio perd naturellement énormément de puissance avant d’atteindre l’antenne. Lorsqu’il arrive au niveau du récepteur, il est donc extrêmement faible et doit être renforcé pour pouvoir être correctement exploité.

Le gain LNA intervient donc juste après la réception du signal afin de préserver sa qualité.

Gain et décibel

LNA et dBi

Le gain LNA s’exprime en dB et représente le niveau d’amplification appliqué au signal reçu. Les décibels utilisent une échelle logarithmique : un gain de +10 dB correspond à une puissance multipliée par 10, tandis qu’un gain de +20 dB correspond à une puissance multipliée par 100. Cela permet d’amplifier très fortement les signaux extrêmement faibles reçus depuis les satellites GNSS.

Selon les modèles d’antennes GNSS, ce gain peut être de :

20 dB → signal multiplié par 100 ;
28 dB → signal multiplié par environ 630 ;
40 dB → signal multiplié par 10 000.

Le gain LNA est souvent confondu avec le gain dBi d’une antenne, alors qu’il s’agit de deux caractéristiques totalement différentes.

Contrairement au gain LNA que nous avons expliqué plus haut, le gain dBi correspond aux performances physiques de l’antenne. Il indique sa capacité à concentrer ou capter les ondes radio dans une direction donnée.

Une antenne GPS peut donc afficher :

un gain antenne de 3 dBi ;
un gain LNA de 28 dB.

Ces deux valeurs ne mesurent pas la même chose et sont complémentaires.

Pourquoi l'antenne GNSS est un équipement actif ?

Une antenne est normalement un équipement passif : elle reçoit et émet des ondes radio sans nécessiter d’alimentation électrique. Elle se contente de transmettre les ondes entre l’environnement radio et le récepteur ou l’émetteur associé.

Cependant, lorsqu’une antenne GNSS intègre un gain LNA, ce gain est généré par un amplificateur électronique. Cet amplificateur doit être alimenté électriquement pour fonctionner et pouvoir renforcer le signal extrêmement faible reçu depuis les satellites. L’antenne GNSS devient ainsi une antenne active.

Cette alimentation électrique est généralement envoyée directement dans le câble coaxial grâce à une technologie appelée Bias Tee. Le récepteur ou le routeur GNSS injecte automatiquement une petite tension continue — généralement 3V ou 5V — dans le même câble que celui utilisé pour transmettre le signal radio. Cela permet d’alimenter le LNA sans ajouter de câble supplémentaire.

Les équipements compatibles sont conçus pour savoir qu’une antenne GNSS active nécessite cette alimentation et disposent donc d’un port GNSS capable de transporter à la fois le signal radio et le courant électrique.

Dans certaines installations, l’alimentation n’est pas fournie directement par le récepteur GNSS. On utilise alors un injecteur GPS — aussi appelé injecteur Bias Tee — dont le rôle est simplement d’ajouter cette tension dans le câble coaxial afin de faire fonctionner l’amplificateur intégré à l’antenne.

Pourquoi toutes les antennes n’utilisent pas de LNA ?

Mais si le LNA permet d’obtenir un meilleur signal, pourquoi ne pas le généraliser à toutes les antennes ?

En réalité, une antenne avec LNA n’est pas forcément meilleure dans toutes les situations. Cette technologie répond surtout à des besoins spécifiques comme la réception de signaux extrêmement faibles, notamment en GNSS. Dans de nombreuses applications radio, ajouter un LNA serait inutile, plus coûteux ou pourrait même dégrader les performances.

Les principales raisons sont :