Théorie des antennes
Théorie des antennes
Comprendre les principes fondamentaux des antennes radioamateurs.
Principes de base
Qu'est-ce qu'une antenne ?
Une antenne est un dispositif qui :
- Émission : convertit l'énergie électrique en ondes électromagnétiques
- Réception : convertit les ondes électromagnétiques en signaux électriques
Longueur d'onde
La longueur d'onde (λ) est la distance parcourue par l'onde pendant une période :
λ (mètres) = 300 / f (MHz)| Bande | Fréquence | Longueur d'onde |
|---|---|---|
| 160m | 1.8 MHz | 166 m |
| 80m | 3.5 MHz | 85 m |
| 40m | 7 MHz | 42 m |
| 20m | 14 MHz | 21 m |
| 10m | 28 MHz | 10.7 m |
| 2m | 145 MHz | 2.07 m |
| 70cm | 435 MHz | 0.69 m |
Relation fréquence/antenne
La taille de l'antenne est directement liée à la longueur d'onde :
- Dipôle demi-onde : λ/2
- Quart d'onde : λ/4
- Antenne 5/8 : 5λ/8
Caractéristiques des antennes
Impédance
Résistance au courant alternatif (en ohms) :
- 50Ω : standard radioamateur
- 75Ω : télévision, certaines antennes
- 300Ω : dipôles symétriques
L'impédance de l'antenne doit correspondre à celle de l'émetteur pour un transfert optimal de puissance.
ROS (Rapport d'Ondes Stationnaires)
Le ROS (ou SWR en anglais) mesure l'adaptation d'impédance :
| ROS | Qualité | Puissance réfléchie |
|---|---|---|
| 1.0:1 | Parfait | 0% |
| 1.5:1 | Excellent | 4% |
| 2.0:1 | Bon | 11% |
| 3.0:1 | Acceptable | 25% |
| 5.0:1 | Mauvais | 44% |
| ∞:1 | Pas d'antenne | 100% |
:::danger ROS élevé Un ROS supérieur à 3:1 peut endommager l'émetteur. Ne transmettez jamais sans vérifier le ROS. :::
Gain
Le gain mesure la directivité de l'antenne en décibels (dB) :
| Référence | Notation | Description |
|---|---|---|
| Isotrope | dBi | Antenne théorique omnidirectionnelle |
| Dipôle | dBd | Dipôle demi-onde réel |
Conversion : dBi = dBd + 2.15
| Antenne | Gain typique |
|---|---|
| Dipôle | 0 dBd / 2.15 dBi |
| Quart d'onde GP | -1 dBd / 1.15 dBi |
| Yagi 3 éléments | 6 dBd / 8.15 dBi |
| Yagi 5 éléments | 9 dBd / 11.15 dBi |
Diagramme de rayonnement
Représentation graphique de la directivité :
:::note
- Omnidirectionnelle : rayonnement égal dans toutes les directions (cercle)
- Directionnelle : rayonnement concentré dans une direction (flèche épaisse) :::
Polarisation
Orientation du champ électrique :
| Polarisation | Usage | Antenne typique |
|---|---|---|
| Verticale | FM, mobile | Fouet, colinéaire |
| Horizontale | SSB, CW, TV | Yagi, dipôle |
| Circulaire | Satellites | Hélicoïdale, croisée |
Formules utiles
Longueur dipôle demi-onde
L (mètres) = 142.5 / f (MHz)Longueur quart d'onde
L (mètres) = 71.25 / f (MHz)Longueur antenne 5/8
L (mètres) = 178 / f (MHz)Exemples pratiques
| Bande | Dipôle λ/2 | Quart d'onde | 5/8 onde |
|---|---|---|---|
| 2m (145 MHz) | 98 cm | 49 cm | 123 cm |
| 70cm (435 MHz) | 33 cm | 16 cm | 41 cm |
| 20m (14 MHz) | 10.2 m | 5.1 m | 12.7 m |
Impédance et adaptation
Ligne de transmission
Le câble coaxial transporte le signal entre l'émetteur et l'antenne :
| Type | Impédance | Pertes (dB/10m @ 145 MHz) | Usage |
|---|---|---|---|
| RG-58 | 50Ω | 1.0 | Portable, courte distance |
| RG-213 | 50Ω | 0.5 | Usage général |
| LMR-240 | 50Ω | 0.4 | Bonne qualité |
| LMR-400 | 50Ω | 0.2 | Faibles pertes |
| Ecoflex 15 | 50Ω | 0.15 | Très faibles pertes |
Adaptation d'impédance
Quand l'antenne n'est pas à 50Ω :
- Balun : transformateur d'impédance
- Boîte d'accord (tuner) : adaptation variable
- Stub : section de ligne courte
Balun
Transforme l'impédance et/ou le mode :
| Ratio | Transformation |
|---|---|
| 1:1 | Symétrique ↔ Asymétrique |
| 4:1 | 200Ω ↔ 50Ω |
| 6:1 | 300Ω ↔ 50Ω |
| 9:1 | 450Ω ↔ 50Ω |
Bande passante
Définition
Plage de fréquences où le ROS reste acceptable (généralement < 2:1).
Facteurs influençant la bande passante
| Facteur | Effet |
|---|---|
| Diamètre conducteur | Plus gros = plus large BP |
| Type d'antenne | Dipôle épais > dipôle fin |
| Hauteur | Influence variable |
| Environnement | Sol, obstacles |
Effet du sol
Hauteur optimale
La hauteur influence le diagramme de rayonnement :
| Hauteur | Effet |
|---|---|
| < λ/4 | Rayonnement vers le haut (NVIS) |
| λ/4 à λ/2 | Bon compromis |
| > λ/2 | Angles bas (DX) |
Plan de sol
Pour les antennes verticales, le plan de sol affecte les performances :
| Plan de sol | Qualité |
|---|---|
| Sol parfait | Référence théorique |
| Radiales | Bon (3-4 minimum) |
| Toit métallique | Bon |
| Sol naturel | Variable |
Sécurité
Exposition RF
Respectez les distances de sécurité :
| Puissance | Distance minimale |
|---|---|
| 5W | 0.5 m |
| 25W | 1 m |
| 100W | 2 m |
| 400W | 4 m |
Foudre
- Installez un parafoudre
- Reliez le mât à la terre
- Débranchez l'antenne en cas d'orage
- Utilisez des éclateurs
Mécanique
- Vérifiez la solidité du support
- Prévoyez la charge de vent
- Sécurisez les haubans
- Inspectez régulièrement