Antenne monopole: forme, longueur

[skann]

Bonjour,

En m’intéressant aux antennes monopole/dipôle, plusieurs questions me sont venues à l'esprit :
- pourquoi la longueur de l'antenne est-elle sous-multiple de la longueur d'onde dans le vide/l'air et non celle dans le conducteur ?
- en quoi la forme de l'antenne influence-t'elle la fréquence d'accord de l'antenne ? Si avec la même longueur de conducteur, on réalise une antenne en segment ou bien en boucle, la fréquence d'accord sera-t'elle la même ? peut-on bobiner l'antenne ou cela change-t'il la fréquence d'accord ?

Merci bien
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[gwgidaz]

Bonjour,

En m’intéressant aux antennes monopole/dipôle, plusieurs questions me sont venues à l'esprit :
- pourquoi la longueur de l'antenne est-elle sous-multiple de la longueur d'onde dans le vide/l'air et non celle dans le conducteur ?
- en quoi la forme de l'antenne influence-t'elle la fréquence d'accord de l'antenne ? Si avec la même longueur de conducteur, on réalise une antenne en segment ou bien en boucle, la fréquence d'accord sera-t'elle la même ? peut-on bobiner l'antenne ou cela change-t'il la fréquence d'accord ?

Merci bien

Bonjour,
1- La demi-onde dans le vide et la demi-onde le long d'un conducteur sont très proches. De toute façon, l'onde ne se propage pas "dans" le conducteur, mais autour . Le courant et la tension à la surface du conducteur ne sont là que pour satisfaire les équations de Maxwell.

2- Une antenne dipôle est assimilable à un circuit résonant dont l'inductance est surtout celle du conducteur autour du centre, et le condensateur serait la capacité du conducteur surtout aux extrémités. Donc, si on élargit le conducteur aux extrémités, on augmente la capacité, donc on baisse la fréquence de résonance. Ou bien, si on enroule le conducteur au centre, on augmente l'inductance au centre, donc on baisse la fréquence de résonance. On peut donc réaliser une antenne nettement plus courte qu'un dipôle demi-onde en plaçant une bobine au centre, et des "masses "( boules....) aux extrémités. (Mais plus on "raccourcit" ainsi l'antenne, plus sa bande passante diminue.)

3- Si , au lieu de garder le dipôle rectiligne, on le reboucle en rapprochant les deux extrémités, on rajoute une capacité entre les deux extrémités et on baisse la fréquence. on peut aussi raccourcir fortement la boucle, mais alors il faut augmenter la capacité entre les extrémités pour conserver la même fréquence. On a alors une antenne boucle.

Pour d'autres précisions, voir le lien https://pratique-rfcircuits.monsite-...058e2b55d.html

[Fustigator]

Bonjour,
1- La demi-onde dans le vide et la demi-onde le long d'un conducteur sont très proches. De toute façon, l'onde ne se propage pas "dans" le conducteur, mais autour . Le courant et la tension à la surface du conducteur ne sont là que pour satisfaire les équations de Maxwell.

Dans les calculs empiriques de longueur d'antenne, on introduit quand même habituellement un "coefficient de vélocité", habituellement noté "K", fonction du diamètre du fil , du type d'isolateur , âge du capitaine (ou plutôt de l'opérateur), etc .... qui varie de facto entre 0.87 et 0.96. Je n'en connais pas la justification théorique en revanche.

[calculair]

bonjour,

si tu changes la longueur de l'antenne tu changes sont diagramme de rayonnement

[A voir en vidéo sur Futura]

[gwgidaz]

Dans les calculs empiriques de longueur d'antenne, on introduit quand même habituellement un "coefficient de vélocité", habituellement noté "K", fonction du diamètre du fil , du type d'isolateur , âge du capitaine (ou plutôt de l'opérateur), etc .... qui varie de facto entre 0.87 et 0.96. Je n'en connais pas la justification théorique en revanche.

Bonjour,

Oui, la longueur réelle du dipôle est "un peu" inférieure a la demi-onde. Elle est d'autant plus raccourcie que le conducteur est de grand diamètre, et le coef K peut même descendre encore plus bas que 0,87 si le diamètre est aussi grand que la longueur....( genre boîte de conserve...) Mais cetb effet existe aussi pour un conducteur très fin . La justification théorique de cet effet dit "d'extrémité" est le résultat d'un très gros calcul, mais on peut l'interprèter à peu près ainsi: Une antenne infiniment longue, fonctionne en mode "quasi TEM" , c'est à dire que les champs E et H sont perpendiculaires à l'axe du conducteur. Dans ces conditions, on a bien lambda zéro du vide. Mais lorsqu'on coupe le conducteur, à l'extrémité apparaissent des lignes de champ E qui ne son plus tout à fait perpendiculaires à l'axe. C'est comme si on avait alors une capacité légèrement augmentée, et il faut la compenser par un léger raccourcissement.

[f6bes]

Bonjour,

En m’intéressant aux antennes monopole/dipôle, plusieurs questions me sont venues à l'esprit :
- pourquoi la longueur de l'antenne est-elle sous-multiple de la longueur d'onde dans le vide/l'air et non celle dans le conducteur ?
- en quoi la forme de l'antenne influence-t'elle la fréquence d'accord de l'antenne ? Si avec la même longueur de conducteur, on réalise une antenne en segment ou bien en boucle, la fréquence d'accord sera-t'elle la même ? peut-on bobiner l'antenne ou cela change-t'il la fréquence d'accord ?

Merci bien

Bjr à toi,
Une antenne est un circuit résonnant ( L et C). On peut donc bobiner une antenne , du moment qu'on reste dans les valeurs ( L/C).
Mais L et C VARIENT suivant la forme de l'antenne.
Donc si on bobine une longueur de fil RESONNANT sur une fréquence, le fait de le bobiner MODIFIE les caractéristiques L et C....
qu'il faut ...retoucher pour "retrouver" la fréquence.
bonne journée

[Fustigator]

La justification théorique de cet effet dit "d'extrémité" est le résultat d'un très gros calcul, mais on peut l'interprèter à peu près ainsi: Une antenne infiniment longue, fonctionne en mode "quasi TEM" , c'est à dire que les champs E et H sont perpendiculaires à l'axe du conducteur. Dans ces conditions, on a bien lambda zéro du vide. Mais lorsqu'on coupe le conducteur, à l'extrémité apparaissent des lignes de champ E qui ne son plus tout à fait perpendiculaires à l'axe. C'est comme si on avait alors une capacité légèrement augmentée, et il faut la compenser par un léger raccourcissement.

Merci pour cette réponse claire.

[Fustigator]

qu'il faut ...retoucher pour "retrouver" la fréquence.

C'est là qu'on se félicite de vivre à une époque où les VNA sont accessibles à tout un chacun à partir de quelques dizaines d'euros

[skann]

Merci gwgidaz et f6bes pour vos réponses très claires.

Si j'ai bien compris, c'est donc bien le milieu environnant l'antenne qui régit la distribution de courant au sein de celle-ci ?
Il y a peut être une évidence qui m'échappe, mais je ne vois pas pourquoi ce lien si direct entre longueur du dipôle et longueur d'onde : est une simple coïncidence qu'à cette longueur l'impédance et la fréquence d'accord soient celles recherchées ?
Observe-t'on vraiment les comportements d'un circuit LC, du type stockage alterné de l'énergie magnétique et électrique dans le milieu, oscillations amorties après excitation (si on arrive à avoir un amortissement faible)... ? Peut-on exploiter ce circuit LC comme circuit résonnant d'un oscillateur ?

[gcortex]

En gros, un quart d'onde c'est 50 ohms, çà dépend de la masse, de l'orientation, de l'environnement etc.
Donc trop amorti et trop aléatoire pour en faire un oscillateur, mais c'est faisable avec un bout de coaxial.

Pour gagner de la place et mesurer en 2D, tu peux faire une piste qui fait la moitié du tour de la carte.

[Vincent PETIT]

Il y a peut être une évidence qui m'échappe, mais je ne vois pas pourquoi ce lien si direct entre longueur du dipôle et longueur d'onde : est une simple coïncidence qu'à cette longueur l'impédance et la fréquence d'accord soient celles recherchées ?

Je dirai qu'on peut comparer ça à l'oscillateur harmonique (avec une corde vibrante) qui met en relation :
- la tension de la corde
- longueur de la corde
- la fréquence de résonance de la corde


Avec une antenne on aurait une relation entre
- l'impédance de l'antenne
- la longueur de l'antenne
- la fréquence d’émission

Lorsque la relation est satisfaite on émet parfaitement bien

[gcortex]

En math, on a souvent une coïncidence, comme diamètre = hauteur pour réduire le cout des boites de conserve.
C'est une autre coïncidence qui n'est pas surprenante. Comme on dit "le hasard fait bien les choses".

[gcortex]

Il existe de antennes avec une base en tire bouchon, ou même quelque fois l'antenne complète.
Pour recevoir, on aime bien un détecteur haute impédance, pour capter une large bande et avoir du gain.

Pour émettre, il est indispensable d'adapter l'impédance. >50 vers 50 :

[f6bes]

En math, on a souvent une coïncidence, comme diamètre = hauteur pour réduire le cout des boites de conserve.
C'est une autre coïncidence qui n'est pas surprenante. Comme on dit "le hasard fait bien les choses".

Salut à toi,
Heu, je pige pas la relation "..hauteur pour réduire le cout des boites de conserve..."
Tu veux "exprimer " quoi en cela ??

Bonne soirée

[gcortex]

Qu'on a très souvent des résultats qui tombent juste.
Rarement un coefficient du genre 2,245584587778...

Bonne soirée.

[gwgidaz]

Merci gwgidaz et f6bes pour vos réponses très claires.

Si j'ai bien compris, c'est donc bien le milieu environnant l'antenne qui régit la distribution de courant au sein de celle-ci ?
Il y a peut être une évidence qui m'échappe, mais je ne vois pas pourquoi ce lien si direct entre longueur du dipôle et longueur d'onde : est une simple coïncidence qu'à cette longueur l'impédance et la fréquence d'accord soient celles recherchées ?
Observe-t'on vraiment les comportements d'un circuit LC, du type stockage alterné de l'énergie magnétique et électrique dans le milieu, oscillations amorties après excitation (si on arrive à avoir un amortissement faible)... ? Peut-on exploiter ce circuit LC comme circuit résonnant d'un oscillateur ?

Bonjour,

- oui, le milieu environnant est essentiel pour trouver la fréquence de résonance. Par exemple, si on met un diélectrique à la place de l'air, la fréquence de résonance baisse parce que l'onde se propage moins vite que dans l'air.
Le courant qui passe dans le fil n'est là que pour satisfaire les équations de maxwell. D'ailleurs, les modes de propagation dans les guides d'ondes n'ont pas un conducteur central.

- Il n'y a pas de coïncidence, il est normal qu'il y ait une résonance pour une longueur proche de la demi-onde.

- Oui, un dipôle demi-onde est bien un résonateur LC , comme déjà expliqué ( capacité terminale, self au centre) L'énergie magnétique est proche du centre, puisqu'il y a là un ventre de courant, et l'énergie électrique proche des extrémités;

Mais un dipôle demi-onde est très amorti, car c'est un circuit LC qui possède une résistance série ( la résistance de rayonnement, voir le lien fourni, de l'ordre de 70 ohms.)

On peut augmenter la surtension en plaçant le dipôle parallèlement à un plan métallique. Si le dipôle est très près de ce plan, la résistance de rayonnement série s'effondre, et on a un résonateur avec un Q qui peut être important. Ce n'est plus une antenne, mais un vrai résonateur utilisable en filtre , par exemple.

Il existe une solution de continuité entre un dipôle demi -onde et un circuit LC: si on place une capacité entre les extrémités du dipole ( en le repliant ) on obtient une antenne boucle ou une antenne patch;
A voit tout ça ici : https://pratique-rfcircuits.monsite-...058e2b55d.html

[gcortex]

Les vieux postes PO-GO recevaient les ondes avec une bobine sur ferrite.

Par contre, l'émetteur ne peut pas être fait avec une bobine, parce que le champ
est purement magnétique, et il a beaucoup moins de portée qu'avec un pylône.

[Fustigator]

Les vieux postes PO-GO recevaient les ondes avec une bobine sur ferrite..

Certes, mais les émetteurs avaient (et ont - tous n'ont pas arrêté l'émission en GO) quand même des puissances vraiment énormes. (par exemple, France Inter, l’émetteur d'Allouis disposait de 1.1MW - et est encore utilisé à 800 kW pour les signaux horaires).

Avec une puissance d'émission moindre, la réception Navtex sur 490 & 518 KHz ne se fait pas très différemment (antenne amplifiée ultra compact).

[f6bes]

Les vieux postes PO-GO recevaient les ondes avec une bobine sur ferrite.

Par contre, l'émetteur ne peut pas être fait avec une bobine, parce que le champ
est purement magnétique, et il a beaucoup moins de portée qu'avec un pylône.

Remoi,
Ben si , les antennes " cadre " , c'est des antennes avec...bobine. ( cadre blindé parfois).
L'émetteur n'est PAS ..l'antenne (.. l'émetteur ne peut pas être fait avec une bobine...)
Bonne journée

[skann]

Bonjour,

Merci de vos réponses, f6bes, Fustigator, gcortex, Vincent PETIT et gwgidaz.
J'ai également trouvé un livre pas mal : "Les antennes : Théorie, conception et applications" de l'Usine Nouvelle, DUNOD.

Maintenant je me demande quelle allure a la distribution de courant si une partie de l'antenne est bobinée... j'imagine que celle de la partie rectiligne reste de forme sinusoïdale mais quant à celle du courant dans le fil bobiné, je n'en ai aucune idée.

[Fustigator]

Il y a aussi le livre de André Ducros (F5AD) : "Les antennes théorie et pratique, émission & réception", edition Elektor

[f6bes]

Bonjour,

Merci de vos réponses, f6bes, Fustigator, gcortex, Vincent PETIT et gwgidaz.
J'ai également trouvé un livre pas mal : "Les antennes : Théorie, conception et applications" de l'Usine Nouvelle, DUNOD.

Maintenant je me demande quelle allure a la distribution de courant si une partie de l'antenne est bobinée... j'imagine que celle de la partie rectiligne reste de forme sinusoïdale mais quant à celle du courant dans le fil bobiné, je n'en ai aucune idée.

Remoi,
Demande à Google de te faire voir une antenne (1/4 d'onde) avec self ( en bas,au centre, ailleurs..)
tu auras ainsi la répartition des courants tout au long de l'antenne.
Bonne journée

[Vincent PETIT]

"Les antennes : Théorie, conception et applications"

Je l'ai déjà eu en main, il m'a semblé très bien et avec une grosse partie théorique.

Il y a aussi le livre de André Ducros (F5AD) : "Les antennes théorie et pratique, émission & réception", edition Elektor

Je l'ai dans ma bibliothèque, il est très bien et vise un peu plus ceux qui mettent en pratique. Beaucoup d'astuces pour réalisation.

Les Antennes (Robert Piat)
Je l'ai aussi mais dans une version plus ancienne, excellent aussi ! Je dirai à mi-chemin entre théorie et réalisation.


Pour aller vraiment plus loin.
Micro-ondes - Cours et exercices avec solutions, tome 1 : Lignes, guides et cavités (Paul-François Combes)
Micro-ondes - Cours et exercices avec solutions, tome 2 : Circuits passifs, propagation, antennes (Paul-François Combes)
Magnifique mais il faut être à l'aise avec la géométrie hyperbolique (cosh, sinh etc) ! Et incompréhensible que ce genre de livres n'aient pas été ne serait ce que réédités depuis le temps. A croire que plus personne n'étudie ça à l'école ?

[calculair]

Bonjour,

Selon les besoins on peut ajuster la longueur de l'antenne

Voir. PJ