Bande de fréquence 433MHz 412-440 MHz

Le spectre de fréquences 412-440 MHz se situe autour de la bande ISM de 433,050 MHz à 434,790 MH pour les appareils de faible consommation (LPD433). La bande est répartie différemment et l'octroi de licences dans différentes régions. Dans la plupart des pays européens sous administration CEPT, la bande 433 MHz est libre d'utilisation sur des dispositifs à courte portée et à faible consommation avec des spécifications légales variables. Dans certains pays d'Asie et d'Amérique du Nord, l'utilisation du spectre de 433 MHz est limitée aux appareils gouvernementaux et RFID.

Les lois administratives locales et l'organe directeur de la RF établissent des réglementations différentes concernant la nature de l'utilisation de la fréquence RF 433 MHz. Lorsqu'elle est autorisée, cette bande de fréquences a une restriction commune sur la portée et l'utilisation. La portée est limitée à 100 mètres et une transmission de 30 secondes toutes les 10 secondes.

Cette bande de fréquences est populaire dans les télécommandes sans fil et les  appareils IoT (Internet des objets). Cette fréquence est privilégiée pour sa faible consommation d'énergie et ses composants d'assemblage moins chers par rapport aux bandes ISM alternatives à haute fréquence.

Les applications courantes comprennent:

• IoT (Internet des objets)
• Instruments sans fil
• Dispositifs de contrôle à distance
• Appareils RFID
• Radioamateur
• Satellites amateurs
• Appareils radar gouvernementaux

La bande de fréquence 433 MHz

La bande de fréquence 433 MHz est une bande de fréquences sans licence qui s'étend de 433,05 MHz à 434,79 MHz. La gamme de fréquences entre 412 et 440 MHz est généralement attribuée aux radioamateurs et aux satellites amateurs dans les régions non restreintes. L'étendue du spectre et les restrictions d'utilisation varient considérablement d'une région à l'autre.

Dans certaines régions géographiques (Région 1 selon l'Union internationale des télécommunications), elle est désignée comme une bande industrielle, scientifique et médicale. Aux États-Unis, l'utilisation de cette bande est restreinte car elle se situe dans la bande de 70 centimètres (420 MHz à 450 MHz) qui est utilisée pour la radio amateur (Ham) autorisée et l'utilisation gouvernementale. Cette bande ultra-haute fréquence (UHF) est également décrite comme la bande Low Power Device 433 (LPD433) pour les communications radio vocales sans licence. Cela signifie que les applications pour lesquelles une antenne de 433 MHz est requise sont diverses, comme nous le verrons ci-dessous.

La bande ISM 433 MHz est préférée pour  la connectivité sans fil longue distance et à faible consommation.

1. De fond

En tant que fréquence UHF, la propagation du signal de 433 MHz se fait principalement en visibilité directe, avec une certaine réflexion au sol. Avec une exposition claire et sans obstruction des antennes communicantes, des distances de transmission de dizaines de kilomètres peuvent être atteintes, avec des distances supplémentaires possibles si des répéteurs sont utilisés. Les structures physiques telles que les collines et les grands bâtiments entraveront les fréquences de 433 MHz, mais elles sont capables de pénétrer les murs et d'assurer une réception intérieure.

2. Faible consommation d'énergie

La propagation radio à la fréquence 433 MHz a une faible consommation d'énergie. Son affaiblissement sur le trajet en espace libre est nettement inférieur à celui des affaiblissements à des fréquences plus élevées (par exemple 2,4 GHz). Par conséquent, avec une puissance de sortie et une sensibilité identiques du récepteur, il est possible d'obtenir de plus grandes portées à 433 MHz que des fréquences plus élevées.

Cette bande sub 1 GHz est également avantageuse car moins de problèmes de propagation et moins d'interférences signifient que moins d'autonomie de la batterie est utilisée pour l'acquisition ou la maintenance d'un signal. Cela fait de la bande de fréquence 433 MHz une bande de fréquence candidate idéale pour les réseaux sans fil alternatifs à faible consommation et les communications à un ou plusieurs sauts.

Antennes 433 MHz pour LP-WANS>

Les réseaux à faible consommation, également connus sous le nom de réseaux étendus à faible consommation, sont des réseaux qui reposent sur une communication radio alimentée par batterie sur de grandes distances. Les antennes ou les capteurs qui participent au réseau utilisent un transfert de données à faible débit, pas plus de 50 kbps dans les plus sophistiqués de ces réseaux. Ces réseaux simples sont utilisés pour une variété d'applications en raison de leur faible consommation d'énergie, de leur facilité de maintenance et de leur faible coût. Ils sont également très évolutifs, ce qui signifie que les déploiements initiaux peuvent être rapidement étendus si nécessaire. Un certain nombre de normes de réseau exclusives spécifient cette forme de réseau dans la bande de fréquence 433 MHz, notamment:

• LoRa est l'abréviation de Long Range et est un protocole LP-WAN qui a été développé à l'origine en France, en utilisant la modulation Chirp Spread Spectrum (CSS) comme base. Utilisant la bande de fréquence 433 MHz, cette norme fournit des spécifications de couche physique pour un réseau capable de transmettre sur 10 kilomètres (6,21 miles). La géolocalisation peut également être intégrée à cette technologie et elle peut supporter des débits de données cohérents de 27 kbps. Il peut être déployé avec divers protocoles de réseau et de couche MAC, généralement LoRaWAN, bien qu'ils ne soient pas explicitement spécifiés par la norme LoRa. L'Alliance LoRa, qui comprend plus de 500 participants, dont IBM et Cisco, supervise les développements du protocole et assure l'interopérabilité entre les appareils conformes.
• SigFox est une société française qui développe des réseaux de topologie en étoile de faible puissance pour des appareils tels que les compteurs d'utilité publique qui doivent être alimentés en permanence. Leur norme de réseau sans fil utilise la modulation par décalage de phase binaire différentielle (DBPSK) et la modulation par déplacement de fréquence gaussienne (GFSK) avec des débits binaires allant jusqu'à 100 kbps. SigFox peut tirer parti de la bande de fréquence 433 MHz dans les régions où elle est légalement disponible. Le signal à bande étroite utilisé est de faible énergie et a une bonne pénétration des murs et peut même atteindre des objets souterrains.
• Le protocole Dash7 Alliance est une norme de réseau sans fil open source qui met en réseau des capteurs et des actionneurs sans fil. À l'origine un protocole lié à la défense, Dash7 a évolué pour prendre en charge une gamme d'applications basées sur des capteurs, notamment le contrôle d'accès et l'automatisation des bâtiments. Dans des conditions optimales, ce protocole peut atteindre une autonomie de batterie de plusieurs années et couvrir des distances allant jusqu'à 2 kilomètres (1,2 miles). Des taux de transfert de données de 167 kbps sont atteints en courtes rafales qui peuvent également être cryptées. Il peut être utilisé dans toutes les bandes ISM inférieures à 1 GHz et peut être déployé à l'échelle mondiale avec de faibles exigences et coûts d'infrastructure.
• Weightless est un protocole LP-WAN hautement évolutif qui peut fonctionner efficacement à 433 MHz. La norme de réseau sans fil open source de Weightless fournit des spécifications pour la communication bidirectionnelle entre les appareils en réseau et les contrôleurs centraux utilisant des canaux à bande étroite de seulement 12,5 kHz. Weightless utilise une variété de techniques de modulation pour prendre en charge des taux de transfert de données allant jusqu'à 100 kbps. Il est également à faible consommation d'énergie avec une puissance d'émission de 14 dB maximum pour permettre aux appareils en réseau d'être alimentés par des piles bouton.

Antennes 433 MHz pour IEEE 802.15.4f

Les antennes 433 MHz sont essentielles à la mise en réseau conformément à la norme 802.15.4 pour un réseau rentable et à faible consommation d'énergie produite par l'Institute of Electrical and Electronics Engineers. La norme 802.15.4 se concentre spécifiquement sur les capteurs à distance alimentés par batterie qui peuvent être déployés pendant des années sans intervention humaine. Le protocole traite les couches MAC et PHY du réseau, ce qui permet à des sociétés comme ZigBee de développer des normes propriétaires de marque pour la couche supérieure.

La  version 802.15.4f couvre les communications sans fil conformes à 433 MHz. La mise en réseau peut être basée sur une topologie en étoile ou peer-to-peer avec des communications entre nœuds ou un contrôleur central. Les nœuds peuvent être entièrement fonctionnels et capables d'envoyer et de recevoir des données, ou être des dispositifs enfants à fonction réduite qui ressemblent davantage à des capteurs. Tous les réseaux 802.15.4 disposent d'un dispositif de coordination ou de contrôle qui gère le réseau via des antennes 433 MHz en réseau. La portée de communication spécifiée par cette technologie est de 10 mètres (33 pieds), mais elle est étendue par un réseau maillé évolutif. Des taux de transfert de données allant jusqu'à 250 kbps sont possibles.

Principales applications qui utilisent la fréquence 433 MHz

• Antenne 433 MHz pour l'IoT

L'Internet des objets impliquait la mise en réseau, la connectivité et la communication d'objets, souvent avec peu ou pas d'intervention humaine. Les éléments de capteur ou d'actionneur adressés IP sont capables de transmettre des informations sur leur emplacement ou leur état et d'affecter potentiellement les réponses automatisées. Les projets IoT impliquent des réseaux LP-WAN à divers niveaux, des appareils intelligents et des environnements domestiques aux infrastructures régionales ou nationales telles que les systèmes de transport ou de services publics. L'une des grandes limites de la création de maisons intelligentes, de villes intelligentes et de l'Internet of Everything (IoE) théorique est la consommation d'énergie nécessaire pour soutenir une telle mise en réseau. Les LP-WAN qui fonctionnent à des fréquences plus basses comme la bande 433 MHz sont considérés comme avantageux en raison de la couverture et de la pénétration qui peuvent être obtenues et des faibles coûts énergétiques impliqués. En maintenant délibérément les débits de données, la consommation de la batterie est minimisée et les réseaux peuvent être répartis sur de longues distances.

Aux États-Unis, l'utilisation de la bande de fréquence 433 MHz est étroitement réglementée par la FCC en vertu du règlement 10CFR47 Part 15.231. Cette bande de fréquence est destinée au contrôle à distance et les autres utilisations sont limitées, avec des durées de transmission limitées à quelques secondes ou millisecondes. La puissance de sortie de l'émetteur est également plafonnée. Cela signifie que les applications IoT basées aux États-Unis devront s'assurer qu'elles fonctionnent de manière conforme.

• Antenne 433 MHz pour M2M

La communication et la connectivité de la machine (M2M) peuvent être prises en charge par cette bande inférieure à 1 GHz de préférence à la bande 2,4 GHz qui est souvent surchargée. Dash7 et 802.15.4f sont des candidats viables pour un protocole qui facilitera les réseaux M2M étanches à l'intérieur et à l'extérieur à 433 MHz, qui est harmonisé en Europe et en Asie. Dans les environnements industriels, le mouvement sans fil automatisé des données du capteur peut être utilisé pour des ajustements automatiques de la température, de la pression, de la vitesse et des conditions environnementales. Il a la possibilité d'applications pratiques et innovantes dans des secteurs tels que l'agriculture, le pétrole et le gaz, l'énergie, l'entreposage et la logistique. À l'origine, les réseaux M2M reposaient sur des connexions cellulaires ou filaires, mais la connectivité sans fil à basse fréquence peut faciliter la mise en réseau de machines à faible consommation d'énergie entre un grand nombre de machines et sur de plus grandes distances.

• Antennes 433 MHz pour radio amateur/amateur

La bande de 70 centimètres s'étend de 430 MHz à 440 MHz (420 à 450 MHz aux États-Unis) et est utilisée dans le monde entier pour la diffusion radioamateur, par satellite et même pour la télévision (Fast Scan Television). L'équipement permettant une utilisation optimale et conforme de cette fréquence est facile à obtenir et les composants peuvent même être construits sur mesure par des passionnés.

Cette bande de fréquence peut être utilisée par les amateurs pour:

• Modulation de fréquence (FM)
• Messagerie vocale numérique (DV)
• Communications à bande étroite à plus longue distance.
• Morse (CW)
• Téléphonie (SSB)
• Modes générés par la machine (MGM)
• Télévision à balayage lent (SSTV)
• DX
• Rebond de lune
• Passerelles vocales Internet
• Service d'amateur par satellite

Il y a souvent des restrictions d'alimentation et d'emplacement en place pour les utilisateurs. Par exemple, au Royaume-Uni, l'équipement ne peut pas être utilisé dans un rayon de 100 kilomètres (62 miles) de Charing Cross, au cœur de Londres. Cela permet d'éviter les interférences potentielles provenant d'antennes à gain élevé  . Certains organismes de réglementation et groupes d'amateurs utilisent la planification de bande et séparent différentes fréquences pour des types particuliers de trafic (p. ex., télévision à bande étroite ou à balayage rapide).

• Télécommandes sans fil fonctionnant à 433 MHz

La bande de fréquence 433 MHz est attribuée au niveau international pour  la transmission à distance et c'est l'une des applications les plus courantes qui utilisent cette fréquence. Les communications radio à courte portée nécessaires pour:

• ouvre-portes de garage,
• stores télécommandés,
• commutateurs sans fil,
• capteurs domestiques,
• et les alarmes sans fil sont transmises de manière adéquate à certaines fréquences dans la bande des 70 centimètres. Les modules émetteurs-récepteurs et récepteurs 433 MHz sont bon marché (certains moins d'un dollar selon les quantités commandées) et peuvent être intégrés dans des microcontrôleurs compacts et des porte-clés qui sont installés là où nécessaire. Pour augmenter la couverture du signal, des antennes externes 433 MHz et des répéteurs de signal 433 MHz peuvent être utilisés pour étendre le signal d'un émetteur sans fil.

Types d'antennes 433 MHz

Étant donné que la longueur d'onde de 433 MHz est plus longue que, par exemple, la longueur d'onde de 2,4 GHz, la portée des antennes de 433 MHz peut être légèrement plus limitée que prévu. Le gain d'antenne est limité pour les transmissions en raison des réglementations de la FCC, comme indiqué ci-dessus, qui peuvent limiter la portée réalisable. Les distances sont généralement d'environ 100 à 300 pieds dans un environnement extérieur et de 30 à 100 pieds à l'intérieur. Le type de connecteur de radiofréquence monté sur l'antenne doit également être noté car ils peuvent varier considérablement. Les connecteurs courants  utilisés sur ces antennes sont SMA, RP-SMA et TNC. Voici les types les plus couramment disponibles:

[A] antenne hélicoïdale quart d'onde

Ce type d'antenne hélicoïdale 433 MHz réduit la taille de l'antenne à des dimensions réalisables. L'élément de l'antenne est enroulé hélicoïdalement pour condenser sa taille à environ 7,5 centimètres. Un réglage supplémentaire du pas et de la densité de l'enroulement produit une antenne tronquée qui est favorisée pour sa petite taille (environ 5 centimètres).

[B] Antenne fouet 433 MHz

Les antennes fouet 1/4 d'onde offrent de meilleures performances et une meilleure disponibilité de la bande passante, mais sont plus longues que les antennes hélicoïdales. Leur longueur de 170 millimètres est généralement recouverte d'un radôme et d'une jupe en plastique. Ils sont très flexibles et peuvent résister aux chocs.

[C] Antenne Yagi 433 MHz

Cette antenne directionnelle de 433 MHz peut atteindre des gains élevés, surtout si elle transporte plusieurs éléments alimentés. Une Yagi 433 MHz est comparable à une antenne de télévision en termes de taille et de montage. Ils sont conçus pour des déploiements en extérieur avec un câblage attaché à la source d'alimentation et au dispositif radio.

[D] Antenne panneau 433 MHz

Les antennes panneau sont un autre type d'antenne directionnelle qui peut être utilisé pour fournir une couverture dans une direction spécifique. Le gain que l'on peut obtenir avec cette antenne est inférieur à celui de la Yagi.

L'élément dipôle est dissimulé derrière un réflecteur à panneau plat, qui peut être facilement fixé au mur.

[E] Antennes omnidirectionnelles 433 MHz

Les antennes Omni à gain élevé sont de longues antennes en forme de poteau qui peuvent atteindre la moitié, la totalité ou le double de la longueur d'onde à 433 MHz (environ 70 cm). Ils sont généralement montés en hauteur. Ils ont un gain beaucoup plus faible que les antennes directionnelles.

[F] Antennes 433 MHz à montage traversant

Les antennes Puuck, nommées d'après leur forme de rondelle de hockey, permettent un montage traversant présentable et sûr sur les toits, les murs ou les plafonds des véhicules et offrent une couverture omnidirectionnelle. Cette conception d'antenne discrète et à profil bas est omnidirectionnelle et a tendance à avoir un faible gain. Il peut facilement être installé dans une variété de contextes. Un câble en queue de cochon avec des connecteurs d'antenne est fourni pour faciliter les connexions en aval.

Foire aux questions

Quel type d'antennes et de câbles 433 MHz un amateur de radio doit-il utiliser?

Pour obtenir des résultats optimaux avec les communications radio amateurs dans la bande des 70 centimètres, le type et la qualité de l'équipement font toute la différence. Les petites antennes sont moins puissantes et moins sensibles, surtout lorsqu'elles sont associées à de longues longueurs de câble coaxial mince avec perte.

Les antennes plus grandes, à pleine longueur d'onde ou à double longueur d'onde, sont populaires auprès des utilisateurs expérimentés de radioamateurs. Les antennes omnidirectionnelles sont préférables, surtout si les communications sont locales. Une antenne colinéaire verticale de 433 MHz est un choix approprié. Pour les longues distances, la directivité est vitale et les antennes Yagi sont préférables. La qualité du câble d'antenne et des connecteurs attachés est également essentielle et l'atténuation du signal doit être réduite au strict minimum. Un diamètre coaxial plus épais (>10 mm) est préférable, le RG 8 étant couramment utilisé. La hauteur est également importante, c'est pourquoi un équipement de montage approprié et une protection contre les intempéries seront également nécessaires.

Est-ce que 433 MHz est meilleur que 2,4 GHz pour la technologie de la maison intelligente?

La bande de fréquence 2,4 GHz sans licence est connue pour prendre en charge une gamme de solutions domotiques sans fil. Sur le plan fonctionnel, ces technologies se chevauchent considérablement avec des applications similaires qui fonctionnent à 433 MHz, en particulier lorsque le protocole IEEE 802.15.4 est utilisé.

Comme nous l'avons vu ci-dessus, l'utilisation de la bande 433 MHz pour les solutions de maison intelligente aux États-Unis est limitée par les réglementations de la FCC, mais les appareils qui ont une faible puissance d'émission et des rapports de service sont autorisés, ce qui rend viable une gamme d'applications basées sur des capteurs ou des commutateurs.

L'un des principaux avantages de l'utilisation de la bande 433 MHz par rapport à la bande 2,4 GHz est la portée qui peut être atteinte. La couverture à cette fréquence est presque cinq fois supérieure à celle de 2,4 GHz si la même quantité de puissance d'émission est utilisée.

Mais, à 2,4 GHz, il y a beaucoup plus de bande passante disponible et un débit de données plus élevé peut être pris en charge. Les antennes utilisées sont généralement plus petites aussi. La bande de fréquence 2,4 GHz a été saturée par toutes sortes de trafic sans fil (Bluetooth, ZigBee et WiFi), ce qui signifie qu'une simple connectivité basée sur un commutateur ou un capteur ne fait qu'augmenter la probabilité d'interférence et que ces appareils sont donc mieux utilisés une fréquence plus basse dans une maison intelligente bien planifiée.

En conclusion:

La bande de fréquence de 433 MHz est étonnamment polyvalente et est utilisée efficacement pour un large éventail d'applications amateurs et professionnelles. L'expansion de l'Internet des objets et de la connectivité M2M dans une gamme d'objets, d'appareils et d'appareils indique une expansion et une appropriation imminentes de cette bande de fréquences à ces fins. Il existe une large gamme d'antennes 433 MHz disponibles, ce qui signifie que la sélection de la meilleure antenne 433 MHz pour votre application devrait être simple.

POUR EN SAVOIR PLUS:

• Glossaire des câbles d'antenne
• Câbles et adaptateurs d'antenne
• Montage de l'antenne
• Internet des objets