Azimut, tilt et secteurs : comment est orientée une antenne relais

Pourquoi une antenne relais est orientée

On distingue deux grandes familles d'antennes.

• Les antennes omnidirectionnelles ressemblent à des tiges (des « brins »). Elles émettent de la même manière tout autour d'elles. On en trouve surtout pour couvrir de petites zones (galerie marchande, gare, rue piétonne) et dans d'autres usages que la téléphonie mobile.
• Les antennes directionnelles ressemblent à des panneaux rectangulaires, blancs ou gris, de 1 à 2,5 m de haut environ. Elles émettent essentiellement vers l'avant. C'est la quasi-totalité des antennes de téléphonie mobile que l'on voit sur les pylônes et les toits.

Pour montrer comment une antenne répartit son énergie, les fabricants publient un diagramme de rayonnement. On le lit dans deux plans.

• Vu de dessus (plan horizontal) : l'antenne envoie l'essentiel de sa puissance devant elle, dans un faisceau large d'environ 65°. Elle n'envoie presque rien vers l'arrière.
• Vu de profil (plan vertical) : le faisceau est beaucoup plus fin, de l'ordre de 5 à 10°. On parle de « lobe principal ». Quelques « lobes secondaires », bien plus faibles, partent un peu au-dessus et en dessous.

Ce faisceau en forme de galette, large à l'horizontale et fin à la verticale, explique tout le reste. Il faut décider dans quelle direction le pointer (l'azimut) et à quel point le pencher (le tilt). Il faut aussi combiner plusieurs antennes pour couvrir tout l'horizon (les secteurs).

L'azimut : la direction

L'azimut est l'angle horizontal qui indique la direction principale d'émission de l'antenne, c'est-à-dire l'axe de son faisceau. Il se mesure en degrés :

• à partir du nord géographique (0°) ;
• dans le sens des aiguilles d'une montre ;
• de 0° à 359°.

Comment l'azimut est choisi

L'opérateur ne pointe pas ses antennes au hasard. Ses ingénieurs radio simulent la couverture sur ordinateur, en tenant compte du relief, des bâtiments, des sites voisins et des zones à desservir (centre-ville, autoroute, vallée…). Les installateurs fixent ensuite chaque panneau sur l'azimut calculé. Sur les câbles, on retrouve d'ailleurs souvent une étiquette du type « AZ 220 » qui rappelle la direction de l'antenne raccordée.

Vérifier un azimut sur le terrain

Avec une boussole ou l'application boussole d'un téléphone, placez-vous derrière l'antenne, dans l'axe du panneau, et visez dans la direction où il « regarde ». Une boussole indique le nord magnétique, légèrement différent du nord géographique. En France, l'écart (la déclinaison) n'est que de quelques degrés, ce qui ne gêne pas pour une estimation.

Ce que l'azimut ne dit pas

L'azimut donne une direction, pas une portée. Une antenne pointée à 220° ne couvre pas « jusqu'à » un point précis. Sa portée dépend de sa puissance, de sa hauteur, de son tilt, de la fréquence utilisée et des obstacles. Elle peut varier de quelques centaines de mètres en ville à plusieurs kilomètres en campagne.

Les secteurs : le partage de l'horizon

Un faisceau de 65° ne couvre qu'une partie de l'horizon. Pour desservir tout le tour d'un site, on installe plusieurs antennes pointées dans des directions différentes. Chaque direction forme un secteur, aussi appelé cellule. Le téléphone ne « voit » pas un site entier : il se connecte à l'un de ses secteurs.

Pourquoi découper en secteurs ?

• Couvrir tout l'horizon, ou seulement les directions utiles.
• Augmenter la capacité : chaque secteur dispose de ses propres ressources radio. Un site à trois secteurs écoule donc beaucoup plus de communications et de données qu'une antenne unique.
• Limiter les interférences : en concentrant l'énergie dans des directions précises, on évite de brouiller les sites voisins qui réutilisent les mêmes fréquences.

Les configurations courantes

Les données de l'ANFR le confirment : 78 % des installations des opérateurs mobiles ont trois azimuts différents, 18 % en ont deux et 3 % un seul. Dans les zones très denses, on rencontre parfois davantage de secteurs. On trouve aussi des sites qui ne couvrent que deux directions sur trois parce que le reste est déjà desservi par un autre site.

La numérotation des secteurs

Les opérateurs numérotent généralement leurs secteurs en partant du nord et en tournant dans le sens des aiguilles d'une montre. Le secteur 1 est celui dont l'azimut est le plus petit. Sur l'exemple ci-dessus, le secteur 1 est à 100°, le secteur 2 à 220° et le secteur 3 à 340°.

Plusieurs antennes pour un même secteur

Aujourd'hui, un secteur compte rarement une seule antenne. On trouve souvent, pointées dans la même direction :

• plusieurs bandes de fréquences (700, 800, 900, 1800, 2100, 2600 MHz…), parfois dans un même panneau multibande, parfois dans des panneaux séparés ;
• plusieurs technologies (2G, 3G, 4G, 5G) qui partagent ou non les mêmes panneaux ;
• plusieurs opérateurs quand le pylône est partagé. Chacun a alors ses propres antennes et ses propres azimuts, qui ne sont pas forcément alignés.

Sur la fiche d'un site, il est donc normal de voir le même azimut revenir plusieurs fois. Pour estimer le nombre de secteurs d'un opérateur, il faut compter les azimuts différents, pas le nombre d'antennes.

Le tilt : l'inclinaison

Le tilt (ou down-tilt) est l'angle dont on incline le faisceau de l'antenne vers le bas, dans le plan vertical. Il est généralement compris entre 0 et 10°.

À quoi sert le tilt ?

Un faisceau parfaitement horizontal porterait très loin, jusque chez les sites voisins, et passerait au-dessus des abonnés proches. En l'inclinant, l'opérateur :

• concentre le signal sur la zone que le secteur doit desservir ;
• limite la portée, pour réduire les interférences avec les autres sites ;
• adapte la couverture à la hauteur de l'antenne : plus elle est haute, plus il faut l'incliner pour viser une zone proche.

Ce calcul (hauteur ÷ tangente du tilt) ne donne que le point visé par l'axe du faisceau. Comme le faisceau a une certaine épaisseur, la couverture s'étend bien au-delà, et le relief change tout.

Tilt mécanique et tilt électrique

• Tilt mécanique : on penche physiquement le panneau sur son support. C'est visible à l'œil nu : l'antenne n'est plus verticale.
• Tilt électrique : le panneau reste vertical, mais on décale légèrement les signaux envoyés aux différents éléments rayonnants qu'il contient, ce qui incline le faisceau. Sur les antennes récentes, ce réglage est souvent motorisé et commandé à distance (on parle de RET, pour Remote Electrical Tilt). L'opérateur peut ainsi ajuster la couverture sans envoyer de technicien.

Selon les documents, le tilt vers le bas s'écrit comme une valeur positive (« down-tilt de 4° ») ou négative (« −4° »). L'important est le sens : vers le bas, dans l'immense majorité des cas.

Pourquoi le tilt n'apparaît pas sur les fiches

Les données ouvertes de l'ANFR indiquent l'azimut et la hauteur de chaque antenne, mais pas son inclinaison. Le tilt est un paramètre d'optimisation que les opérateurs modifient régulièrement, parfois à distance.

Et avec la 5G ?

En 5G, notamment dans la bande des 3,5 GHz, les opérateurs utilisent des antennes actives. Ces panneaux, souvent plus compacts et plus épais, contiennent des dizaines de petits éléments rayonnants. Ils peuvent former des faisceaux orientés vers les utilisateurs (beamforming), horizontalement et verticalement.

Les notions d'azimut et de secteur restent valables. Le panneau est fixé dans une direction, et l'azimut déclaré correspond à cette direction principale. Les faisceaux se déplacent à l'intérieur du secteur couvert par le panneau, pas tout autour du site. On peut voir ce pilotage comme un tilt et un azimut ajustés en permanence, au sein de cette zone.

Ce que l'orientation change pour l'exposition

Le diagramme vu de profil a une conséquence souvent méconnue. Juste sous une antenne panneau, on se trouve en dehors du faisceau principal. Ce sont surtout les bâtiments situés en face de l'antenne, dans son azimut et à hauteur de son faisceau, qui reçoivent le plus de signal.

Habiter l'immeuble qui porte les antennes n'expose donc pas forcément davantage qu'habiter l'immeuble d'en face. C'est souvent l'inverse. Il s'agit toutefois d'une tendance générale. Le niveau réel dépend de la distance, de la puissance, du tilt, des réflexions et du nombre d'antennes. Seule une mesure permet de le connaître.

Les mesures d'exposition réalisées près de chez vous sont publiées par l'ANFR sur Cartoradio. Vous pouvez aussi en demander une gratuitement.

Lire une fiche sur antennes-relais-france.fr

Chaque fiche de site reprend les informations déclarées à l'ANFR, antenne par antenne, dans un tableau par opérateur. Voici comment lire ses colonnes.

Azimut

La direction de l'antenne, en degrés à partir du nord. Plusieurs antennes peuvent partager le même azimut : elles appartiennent alors au même secteur.

Hauteur / sol

La hauteur du bas de l'antenne par rapport au sol, en mètres. À distinguer de la hauteur du support (pylône, bâtiment, château d'eau…).

Dimension

La taille de l'antenne, en mètres. Les panneaux les plus grands correspondent en général aux basses fréquences (700 à 900 MHz), dont la longueur d'onde est plus grande.

Type

Panneau, omnidirectionnelle, faisceau hertzien (parabole)… Une antenne omnidirectionnelle n'a pas d'azimut significatif.

Systèmes

La technologie (GSM, UMTS, LTE, 5G NR) et les bandes utilisées sur l'antenne.

Une astuce pour repérer le secteur qui couvre votre domicile : calculez la direction du site vers chez vous, puis cherchez l'azimut le plus proche. Un écart de moins de 30 à 40° vous place probablement dans le faisceau principal de ce secteur.

Questions fréquentes