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IMPÉDANCE AU POINT D’ALIMENTATION D’UNE ANTENNE

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Antenne - IMPÉDANCE AU POINT D’ALIMENTATION D’UNE ANTENNE Empty IMPÉDANCE AU POINT D’ALIMENTATION D’UNE ANTENNE

Message par Mhz Jeu 4 Jan - 18:11

L’antenne vue par l’émetteur
Lorsque l’on branche la prise coaxiale du câble d’antenne à la sortie d’un émetteur, ce dernier voit une charge dans laquelle il va débiter de l’énergie. L’impédance Z de cette charge est celle de l’antenne (ou de l’antenne fictive) vue au travers du câble coaxial, ce qui n’est pas du tout la même chose qu’au point d’alimentation de l’antenne, sauf cas très particulier. Le câble introduit un déphasage et des pertes, l’impédance que l’on mesure à l’aide d’un analyseur d’antenne branché au niveau de la station n’est donc pas l’impédance au point d’alimentation de l’antenne. On pourrait retrouver celle-ci en calculant les pertes dans le câble et le déphasage introduit par ce dernier en connaissant sa longueur et son coefficient de vélocité mais, quand c’est possible, il est plus rapide de brancher l’impédancemètre directement sur l’antenne.
Utilisation de la puissance de l’émetteur par l’antenne
En supposant que la ligne d’alimentation de l’antenne ne présente aucune perte, la puissance fournie par l’émetteur se divise en trois parties inégales :
  • L’énergie “réfléchie” par l’antenne par suite d’une mauvaise adaptation de celle ci, qui est en fait de la puissance non débitée par l’émetteur. Elle est due entre autres à la composante réactive X de l’impédance de l’antenne.
  • L’énergie rayonnée au loin et que l’on retrouve dans les différents lobes de rayonnement (voir diagramme de rayonnement d’un doublet). Elle est dissipée par la résistance de rayonnement Rr de l’antenne.
  • L’énergie perdue par effet Joule dans le brin rayonnant ou absorbée par les objets (autres antennes, gouttières, mâts…) ou par le sol. On l’associe à Rp, la résistance de pertes de l’antenne.

Rp et Rr sont des résistances fictives, imaginées pour faciliter la compréhension du fonctionnement de l’antenne. Leur somme constitue la composante résistive R de l’impédance mesurée au point d’alimentation de l’antenne.
Résistance équivalente à une antenne
Quand une antenne doublet demi-onde est bien taillée, elle résonne sur une fréquence particulière, comme un simple circuit LC. A la résonance, le courant HF (une onde stationnaire) qui circule dans le brin rayonnant présente un maximum de courant Im au centre de celui-ci, c’est à dire au point d’alimentation du dipôle. La tension de cette onde stationnaire a une amplitude maximum aux extrémités du fil et un minimum au centre de ce dernier. Ce minimum n’est pas nul et correspond à la tension que l’on mesurerait aux bornes d’une résistance parcourue par le courant Im et qui dissiperait la puissance acceptée par l’antenne. La valeur R de cette résistance est la somme de Rp et Rr vues dans le paragraphe précédent.
Résistance de rayonnement
Pour un transfert optimum de puissance entre la ligne et l’antenne il faudrait que la résistance de pertes Rp soit nulle et que la résistance de rayonnement Rr ait une valeur égale à l’impédance caractéristique Zc de la ligne. Or Rr varie en fonction de la proximité des autres éléments de l’antenne (dans le cas d’une yagi) ou de l’environnement (hauteur au sol : voir impédance du dipôle).
La mesure à l’impédancemètre ne permet pas de connaître la résistance de rayonnement mais seulement Rr+Rp. et une impédance Z=72+j0 confirme la bonne adaptation de l’antenne au câble 75 ohms mais ne renseigne pas sur la résistance de rayonnement puisqu’on peut avoir Rr=12 et Rp=60. La puissance rayonnée étant alors 5 fois plus faible que la puissance des pertes ; le rendement de l’antenne est par conséquent très médiocre.
Rendement d’une antenne
La puissance dissipée dans une résistance est proportionnelle à la valeur de cette résistance. La puissance rayonnée par l’antenne est donc proportionnelle à la résistance de rayonnement, tandis que la puissance fournie par l’émetteur est fonction de la somme Rr+Rp.
On peut donc calculer le rendement r d’une antenne à l’aide de la formule :
Antenne - IMPÉDANCE AU POINT D’ALIMENTATION D’UNE ANTENNE Ip1
En reprenant l’exemple précédent, Rr=12 ohms et Rp=60 ohms, le rendement de l’antenne est égal à 0,16 ou 16%.
 
Modélisation de l’antenne en son point d’alimentation
Antenne - IMPÉDANCE AU POINT D’ALIMENTATION D’UNE ANTENNE Ip2
D’un point de vue général, l’impédance mesurée au point d’alimentation d’une antenne (au centre d’un dipôle ou à la base d’une verticale) s’exprime sous la forme Z= R+jX où R représente la partie résistive et X la composante réactive. En fait R=Rp+Rr, résistances en série avec X comme représenté sur le schéma ci-dessus. Si on néglige les pertes, à la fréquence de résonance l’impédance Z de l’antenne est égale à la résistance de rayonnement. Pour un dipôle, Rr est égal dans ce cas à 73 ohms et l’alimentation par un câble coaxial 75 ohms est une situation quasi idéale.
Fonctionnement réel d’une antenne
En pratique :
  • la ligne présente des pertes qui peuvent être très élevées (voir : les pertes dans une ligne )
  • l’impédance de l’antenne présente une composante réactive, parce qu’on utilise souvent l’antenne sur une fréquence plus ou moins écartée de la fréquence de résonance de l’antenne
  • la résistance de rayonnement Rr est trop faible ou trop forte car l’antenne est trop basse, mal taillée ou mal adaptée
  • les pertes dans la zone proche de l’antenne ne sont pas du tout négligeables
  • le fil de l’antenne présente une résistance ohmique bien réelle due à l’effet de peau
  • l’antenne a des lobes de rayonnement parasites qui ne sont pas dans la direction du correspondant (sinon il ne seraient pas considérés comme parasites…)

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