Taille des antennes radio

[invite68e6906c]

Bonjour !

La plupart des antennes radio ont pour taille une demi (ou le quart) longueur d'onde..Ma question est simple : pourquoi ? Sinon, est-ce qu'il y a une preuve par le calcul ?

Merci d'avance pour vos réponses
-----

[f6bes]

Bonjour à toi,
Une antenne demi onde a une impédance de 73 ohms en son centre.
Une antenne 1/ 4 d'onde à son impédance amenée à 50ohms en son point de raccordement.

Ces DEUX impédances correspondent à l'impédance des cables que l'on trouve FACILEMENT commercialement.
Ce serait difficile de trouver des cables de 33 ohms ou 120 ohms...ou autres pour l'adapter à une antenne ayant ce
genre d' impédance.

En gros , on fait en sorte de faire correspondre l'impédance d l'antenne au cable que l'on utilise.
Professionnellement c'est le 50 ohms qui est adopté
Bonne journée

[invite68e6906c]

Merci pour ta réponse !!
Est-ce qu'il en est de même pour les antennes dites à "tire-bouchon" ?

[f6bes]

Remoi,
Une antenne "tire bouchon" est une antenne 1/4 d'onde dont on a enroulé en hélice la longueur de celle çi pour la rendre
moins encombrante.
Ce que l'on ne déploie en "longueur" on l'enroule.
Nota Il ne suffit pas d'enrouler une longueur de 1/4 d'onde pour en faire une antenne tire bouchon.
Du fait de l'enroulement en spirale cela agit sur la longueur. Il faut donc une longueur moindre pour avoir
la meme fréquence.

L'efficassité s'en ressent aussi:tire bouchon = moins efficasse.

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite68e6906c]

D'accord
J'imagine qu'une antenne enroulée en hélice tend à perdre sa faculté à rayonner de façon omnidirectionnelle : elle devrait rayonner + dans l'axe d'enroulement de l'hélice..

[invite6dffde4c]

Bonjour.
J'ajoute une nuance à ce que vient de dire F6bes.
Une antenne λ/2 à une impédance de 72 + 42j Ω. Donc elle n'est pas adaptée à des câbles coaxiaux ni de 75 Ω ni de 50 Ω.
De même, une antenne λ/4 avec plan de masse à une impédance moitié: 36+ 21 Ω et n'est pas adaptée aux câbles habituels.
Par contre il est vrai qu'une antenne d'environ 0,47 λ à une impédance réelle d'environ 62 Ω

On peut calculer facilement la partie réelle de l'impédance d'une antenne dipôle moyennant quelques suppositions simplificatrices. Par contre je ne sais pas si on peut calculer la partie imaginaire. En tout cas je ne sais pas le faire.

Mais il y a des logiciels gratuits qui calculent des antennes (même des réseaux d'antennes) notamment 4nec2 et 4nec2x

Toutes les antennes ne sont pas des quart d'onde ou des λ/4. Par exemple, celle de votre téléphone portable ou celle de votre voiture. L'adaptation d'une antenne n'est indispensable que pour "lui tirer la bourre": quand elle doit recevoir des puissances très faibles ou quand elle doit emmètre des fortes puissances. Dans tous les autres cas, les antennes non adaptées et de longueur quelconque font l'affaire.

Je ne sais même pas ce qu'est une antenne "tire-bouchon" même si je me fais une idée: Elle est moins encombrante, plus selfique et moins capacitive que la même antenne "étirée".
Au revoir.

[invite68e6906c]

Bonjour LPFR,

En effet, toutes les antennes ne se résument pas à des demi ou des quarts de longueur d'onde. Cependant, ces deux longueurs "ressortent" tout de même du lot. Est-ce parce qu'il est plus facile de réaliser leur adaptation ? J'ai un souvenir de cours qui parlait d'adaptation dite "quart d'onde" qui permettait de faire en sorte que l'antenne soit vue avec une impédance égale à celle du câble. Est-ce lié à ces fameuses longueurs?

Et effectivement, une antenne tire-bouchon n'est rien d'autre qu'une antenne qu'on aura enroulée autour de son axe.

[invite6dffde4c]

Re.
Il ne faut pas confondre une antenne "raccourcie" en tire-bouchon avec une antenne hélice.
La première est aussi omnidirectionnelle qu'une antenne dipôle alors que la seconde est une antenne vraiment directionnelle.
A+

[invite6dffde4c]

Bonjour LPFR,

En effet, toutes les antennes ne se résument pas à des demi ou des quarts de longueur d'onde. Cependant, ces deux longueurs "ressortent" tout de même du lot. Est-ce parce qu'il est plus facile de réaliser leur adaptation ? J'ai un souvenir de cours qui parlait d'adaptation dite "quart d'onde" qui permettait de faire en sorte que l'antenne soit vue avec une impédance égale à celle du câble. Est-ce lié à ces fameuses longueurs?

Et effectivement, une antenne tire-bouchon n'est rien d'autre qu'une antenne qu'on aura enroulée autour de son axe.

Re.
Ce qui change énormément avec des longueurs multiples de λ/4 ce sont les calculs, qui se simplifient comme par miracle. Mais si on est courageux on peut faire le calcul théorique pour une longueur quelconque du dipôle.
Mais l'impédance et le gain de l'antenne, et son diagramme de rayonnement, varient "lentement" et ne font pas, des multiple de λ/4, des longueurs privilégiées.
On peut adapter un câble à une antenne. Soit avec un circuit d'adaptation au niveau de la connexion de l'antenne, soit en prenant un dipôle non coupé au centre et en branchant le câble sur deux positions bien choisies de chaque côté du centre. C'est en quelque sorte un "autotransformateur" qui adapte la résistance car, il va de soi, que la longueur du dipôle doit être telle que l'impédance soit réelle.
A+

[f6bes]

Bonjour LPFR,
En effet, toutes les antennes ne se résument pas à des demi ou des quarts de longueur d'onde. Cependant, ces deux longueurs "ressortent" tout de même du lot. Est-ce parce qu'il est plus facile de réaliser leur adaptation ? J'ai un souvenir de cours qui parlait d'adaptation dite "quart d'onde" qui permettait de faire en sorte que l'antenne soit vue avec une impédance égale à celle du câble. Est-ce lié à ces fameuses longueurs?

Bjr à toi,e
C'est surtout quelle sont façiles à construire et que leur impédance est sensiblement celle des cables utilisés.
Ca facile bien les choses, si on ne cherche pas à trop pinailler.
Bonne journée

[invitea3c675f3]

Pratiquement, 99% des antennes mobiles (et la moitié des autres) sont des antennes Marconi, ce que vous appelez λ/4. Elles ont besoin d’un plan de masse.

En dehors de ça, la dipôle λ/2 n’existe que chez les radio amateurs.

Pour la communication mobile VHF ou UHF, les antennes fixes omni sour la plupart du temps des trombones repliées (folded dipole)
https://www.google.ca/search?q=folde...iw=819&bih=358

Les antennes ‘stub’ ne servent que pour les portatifs; leur efficacité est très médiocre.
https://www.google.ca/search?q=folde...tenna&tbm=isch

[invitec913303f]

Bonjour,

Je rajoute mon grain de sel.

Il me semble, mais je ne suis pas sur de moi, que dans le cadre de l’électromagnétisme classique, la dimension d'une antenne est de sorte en pretique à ce que l'on s’arrange pour que son impédance soit réelle affin de faciliter l'adaptation. Mais dans ce cadre, rien empêche théoriquement pourvus qu'elle est adapté, de rayonner ou de recevoir toute l'énergie fournie ou reçue. A ce que je sache, les équation de Maxwell
n’empêche pas une antenne de rayonner au maximum même si ses dimensions ne sont pas adapté relative aux dimension de la longueurs d'onde, enfin c'est une conclusion que je tire de mes propres calcules mais je peut peut étre faire erreur. A confirmer.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Il est évident que toute antenne rayonne toute l'énergie qu'elle reçoit du câble, moins celle qu'elle réfléchit au câble et moins celle qu'elle transforme en chaleur (par pertes ohmiques).

Pour la réception c'est un peu différent. Le courant induit dans l'antenne par le champ de l'onde incidente, rayonne à son tour et l'antenne est à la fois une antenne réceptrice et émettrice.
Ce comportement ne joue pas un rôle prépondérant que dans les antennes comportant plusieurs éléments actifs ou passifs. Comme dans les antennes "râteau" de télévision.
Donc, pour un élément actif, une partie de la puissance reçue est rérayonné au lieu d'être envoyé dans le câble. Même si celui-ci est adapté.
Au revoir.

[f6bes]

En dehors de ça, la dipôle λ/2 n’existe que chez les radio amateurs.

Bonjour à toi,
Heu un dipole d'antenne VHF ou UHF est TOUJOURS une....demi onde ! (TV)
Les émetteurs PROFESSIONNELS utiilsent des GROUPEMENTS d'antenne....dipole
J'ai jamais trop vu d'antenne "trombone" pour UN mobile !! (encombrant et plus lourd)

Bonne journée

[f6bes]

Remoi;
j'ai lu trop vite: ".... les antennes FIXES omni ..." concerna t les mobiles !

Bonne journée

[invitea3c675f3]

Donc, pour un élément actif, une partie de la puissance reçue est rérayonné au lieu d'être envoyé dans le câble. Même si celui-ci est adapté.

J’avais toujours cru qu’une antenne adaptée avait, en Tx comme en Rx, un rendement autour de 95%.

[invite6dffde4c]

J’avais toujours cru qu’une antenne adaptée avait, en Tx comme en Rx, un rendement autour de 95%.

Re.
Une antenne adaptée (adaptée ou non) se comporte comme une source de tension avec une impédance (sa propre impédance). Quand vous l'adaptez, le mieux que vous pouvez faire entrer dans le câble est 50% de la puissance. L'autre 50% est dissipé dans sa propre résistance au rayonnement.
Les 95% doivent être par rapport aux 50% théoriques maximales.
A+

[invitea3c675f3]

Bonjour LPFR,
Pourtant, dans une cavité RF passe-bande, il y a deux antennes avec un plongeur au milieu. Ils font tous autour de 1dB de perte.
50%, ça fait 3dB.

[invite6dffde4c]

Bonjour LPFR,
Pourtant, dans une cavité RF passe-bande, il y a deux antennes avec un plongeur au milieu. Ils font tous autour de 1dB de perte.
50%, ça fait 3dB.

Re.
Je ne connais pas le dispositif que vous décrivez.
Je ne vous donne que la même description que l'adaptation d'impédances que vous enseignez à vos élèves.
Si vous adaptez des impédances vous ne transmettez que 50% dans le meilleur des cas.
Maintenant il faut voir comment sont calculés les rendements dont vous parlez. Par exemple s'il n'y a pas adaptation et que la partie réelle de l'impédance des plongeurs est nulle (ou très petite), la puissance perdue ne l'est pas entre le plongeur et la cavité mais entre la source et le plongeur. Mais ce n'est qu'un exemple.

Un autre exemple. Si vous calculez le rendement de la lampe de votre bureau entre la puissance fournie par la prise au mur et celle dissipée par la lampe, vous trouverez un rendement proche de 100%. Mais la lampe n'est pas adaptée à la prise et vous ne tirez qu'une fraction infime de toute la puissance théoriquement possible de la prise (la moitié de toute la puissance produite au Canada et chez son voisin).
A+

[b@z66]

Re.
Une antenne adaptée (adaptée ou non) se comporte comme une source de tension avec une impédance (sa propre impédance). Quand vous l'adaptez, le mieux que vous pouvez faire entrer dans le câble est 50% de la puissance. L'autre 50% est dissipé dans sa propre résistance au rayonnement.
Les 95% doivent être par rapport aux 50% théoriques maximales.
A+

Personnellement, j'ai quand même toujours un doute sur ce genre d'histoire de rendement de 50% par rapport à une puissance disponible avec l'utilisation de ce genre de modèle équivalent(par exemple, supposons Thévenin). Je m'explique, si l'on se base donc sur une antenne adaptée, je ne vois pas de contradiction dans votre raisonnement. Idem quand l'antenne en réception aboutie sur un court-circuit(puissance totalement (rerayonnée). Par contre, en supposant un circuit ouvert, on aboutirait au résultat aberrant d'un rendement de 100% en utilisant ce modèle... Ce genre de manipulation, à partir d'un modèle équivalent, sur l'interprétation donnée à la puissance disponible reçue et la puissance "rerayonnée" me parait toujours aller un peu trop loin. Selon moi, seule la puissance finalement disponible dans la charge a un véritable "sens physique".

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Le modèle d'antenne avec son équivalent de Thévenin n'a rien de nouveau et est celui qui est utilisé depuis "toujours".
Si vous mettez une charge très élevée, le rendement n'est pas de 100% mais de 0%. Comme celui d'une ampoule par rapport à ce que vous pourriez tirer si elle était adaptée au réseau électrique.
Et le champ rérayonné par une antenne a une réalité physique que l'on peut "toucher du doigt": c'est impédance mutuelle entre antennes.
Par exemple, si vous prenez deux antennes lambda/2 bien adaptées à leur câble quand ils sont seuls, ils ne le seront plus si vous les mettez proches car leur impédance ne sera plus la même.
Au revoir.

[b@z66]

Bonjour.
Le modèle d'antenne avec son équivalent de Thévenin n'a rien de nouveau et est celui qui est utilisé depuis "toujours".
Si vous mettez une charge très élevée, le rendement n'est pas de 100% mais de 0%. Comme celui d'une ampoule par rapport à ce que vous pourriez tirer si elle était adaptée au réseau électrique.
Et le champ rérayonné par une antenne a une réalité physique que l'on peut "toucher du doigt": c'est impédance mutuelle entre antennes.
Par exemple, si vous prenez deux antennes lambda/2 bien adaptées à leur câble quand ils sont seuls, ils ne le seront plus si vous les mettez proches car leur impédance ne sera plus la même.
Au revoir.

Je vais donc détailler le point qui me chagrine si vous n'avez pas vu le problème soulevé. Avec le modèle équivalent série(Thévenin), la résistance de rayonnement se retrouve en série avec la résistance de la charge(supposons qu'elle soit résistive). Or, en circuit ouvert, la résistance de la charge se retrouve infiniment plus grande que celle de rayonnement et il en est donc de même pour les puissances dissipées(RI²): la puissance dissipée dans la charge devient infiniment plus grande que celle "rayonnée" par la résistance de rayonnement, d'où le rendement de 100%. Bien sûr, je sais que le courant est nul dans ces conditions mais, il n'empêche, que asymptotiquement parlant cela est contradictoire avec l'interprétation donnée habituellement.

[invite6dffde4c]

Je vais donc détailler le point qui me chagrine si vous n'avez pas vu le problème soulevé. Avec le modèle équivalent série(Thévenin), la résistance de rayonnement se retrouve en série avec la résistance de la charge(supposons qu'elle soit résistive). Or, en circuit ouvert, la résistance de la charge se retrouve infiniment plus grande que celle de rayonnement et il en est donc de même pour les puissances dissipées(RI²): la puissance dissipée dans la charge devient infiniment plus grande que celle "rayonnée" par la résistance de rayonnement, d'où le rendement de 100%. Bien sûr, je sais que le courant est nul dans ces conditions mais, il n'empêche, que asymptotiquement parlant cela est contradictoire avec l'interprétation donnée habituellement.

Bonjour.
Nous sommes parfaitement d'accord. Quand les impédances sont adaptées le rendement est de 50% alors que quand l'impédance de la charge est grande, le rendement tend vers 100%.
C'est pour cela que la rengaine "il faut que les impédances soient toujours adaptées" est une absurdité.
Il faut qu'elles soient adaptées si on veut transférer le maximum de puissance. Mais ce n'est pas recommandé d'adapter la lampe de chevet au secteur.

Un autre exemple. Il est intéressant que le câble soit adapté à l'antenne émettrice. Par contre il vaut mieux que l'impédance de sortie de l'émetteur soit faible devant celle du câble. Cela permet d'avoir moins de pertes dans l'émetteur. Mais, comme pour la lampe de chevet, on ne tire la puissance maximale théorique de l'émetteur (qu'il ne serait, probablement, pas capable de fournir).

Par contre, en réception, on est dans des conditions différentes. Si la lampe de chevet ne nécessite qu'une fraction infime de la puissance que l'EDF peut fournir, l'antenne ne fournit pas beaucoup et on a souvent besoin de tirer autant qu'on peut. Et pour cela il faut l'adaptation. 50% sont "perdus", mais les 50% que l'on tire sont plus grands que ce que l'on pourrait tirer sans adaptation.
Au revoir.

[calculair]

Bonsoir LPFR,

Cependant pour l'émission, quand on a pris des kW à l' EDF c'est pour les injecter dans l'antenne, alors on a aussi intérêt ,en général , d'injecter cette puissance dans l'antenne.

Si elle ne part pas, elle devient très genante.......La température en general monte ...monte...! Je ne raconte pas la suite ....

[invite6dffde4c]

Bonjour Calculair.
Oui. C'est pour ça que je dis que l'idéal est le câble adaptée à l'antenne et l'impédance de sortie de l'émetteur très faible devant celle du câble. Comme ça il y a peu des pertes dans la résistance de sortie de l'émetteur et pas de puissance réfléchie par l'antenne.
Au revoir.

[b@z66]

Bonjour.
Nous sommes parfaitement d'accord. Quand les impédances sont adaptées le rendement est de 50% alors que quand l'impédance de la charge est grande, le rendement tend vers 100%.

On se comprend donc mais le seul point sur lequel je voulais en venir est le fait qu'aucune partie de la puissance d'une onde électromagnétique incidente sur une antenne réceptrice ne se retrouve finalement communiquée à une charge si cette antenne se retrouve terminée par un circuit-ouvert(malgré le rendement de 100% que suggère le modèle de Thévenin), cette puissance se retrouve au contraire complètement réfléchie, "rerayonnée" par l'antenne.... à moins que, peut-être, le terme de rerayonnement (scattering) ne concerne exclusivement que les cas où un courant est observé à la sortie d'une antenne réceptrice???

PS: on peut même ramener la question à se demander ce que représente finalement la puissance du générateur de Thévenin dans ces conditions. Certainement pas celle de l'onde incidente.

[invite6dffde4c]

Re-bonjour.
Je crois que j'ai finalement compris ce qui vous gêne.
Les deux bouts lambda/4 d'une antenne branchée sur rien réémettent quand même, alors dans le schéma de Thévenin, il ne devrait pas avoir du courant qui circule.

Le fond du problème est qu'une antenne n'est pas égale à une seule source de Thévenin et son impédance série, mais à une série de petits équivalents de Thévenin avec des petites impédances série.

Quand on peu, on peut réduire toutes ses sources élémentaires et ses impédances élémentaires à un seul équivalent de Thévenin. Mais si les deux morceaux sont séparés, vous avez en réalité deux dipôles de longueur lambda/4 (l'ancien lambda) court-circuités (au centre).

Donc, finalement vous avez raison de dire que le modèle de Thévenin est un peu simplificateur et n'est pas valable dans toutes les situations.
Et en particulier on ne peut pas garder le modèle de lambda/2 pour une antenne loin d'être "bien" chargée.
Au revoir.

[calculair]

Bonjour LPFR,


Il y a un Hic dans ton raisonnement.....

L'etage de sortie de l'émetteur a une impédance interne qui dépend de la technologie utilisée et des circuits utilisées. Celle- ci fait Re par exemple.

Le but est de transférer le maximum de puissance au feeder.

Plus le courant augmente et plus la tension disponible a la sortie émetteur baisse Vs = E - Re I

Le transfert max est obtenue quand Re = Rc.... je pense que tu sais faire le calcul. on est dans une situation comparable quand le cable doit fournir sont énergie à l'antenne.

Quelle erreur suis je susceptible de faire ....?

[invite6dffde4c]

Bonjour LPFR,


Il y a un Hic dans ton raisonnement.....

L'etage de sortie de l'émetteur a une impédance interne qui dépend de la technologie utilisée et des circuits utilisées. Celle- ci fait Re par exemple.

Le but est de transférer le maximum de puissance au feeder.

Plus le courant augmente et plus la tension disponible a la sortie émetteur baisse Vs = E - Re I

Le transfert max est obtenue quand Re = Rc.... je pense que tu sais faire le calcul. on est dans une situation comparable quand le cable doit fournir sont énergie à l'antenne.

Quelle erreur suis je susceptible de faire ....?

Bonjour Calculair.
Il est vrai que l'émetteur a une impédance de sortie.
Mais prenons un ampli HiFi. Ici, avec la contreréaction il est facile d'obtenir une impédance de sortie bien plus faible qu'un ohm.
L'idée maintenant n'est pas d'envoyer le maximum théorique de puissance aux haut-parleurs, mais d'envoyer une puissance qui ne fasse pas griller ni les haut-parleurs (on suppose qu'ils sont increvables) ni l'amplificateur lui-même.
Avec un ampli de 8 ohms de résistance de sortie, si vous envoyez 10 W dans les haut-parleurs de 8 ohms, vous dissipez 10 W dans la résistance de sortie de l'ampli.
Avec un ampli de basse résistance de sortie, quand vous envoyez 10 W sur les haut-parleurs vous ne dissipez pas grand chose dans la résistance de sortie. C'est comme avec les prises secteur. L'idée n'est aps d'envoyer le maximum de puissance dans votre lampe de chevet, mais d'envoyer la bonne puissance. Même si la puissance théorique pourrait monter à des gigawatts.

Je reconnais qu'il n'est pas évident de faire la même chose en RF. Et que, même en audio, à moins d'utiliser un ampli en classe D (à découpage) on risque de dissiper dans l'étage de sortie ce que l'on ne dissipe pas dans la résistance de sortie.

Mais rien que pour vous emmquiquiner, imaginez que vous avez un émetteur qui à une impédance de sortie de 50 ohms et que vous voulez brancher un câble et une antenne de 75 ohms. Est-ce que vous avez intérêt à ajouter une résistance de 25 ohms en série ?
Au revoir.

[calculair]

Bonjour LPFR

Tu as une mauvaise idée de mettre une résistance en série...

Je pense que les lois de l'électromagnétisme et notamment celle des circuits couplés devraient nous aidez à trouver une solution qui perd moins d'énergie.