Principe de Fonctionnement :

• Le rayonnement fondamental : Comme tout conducteur parcouru par un courant alternatif, un fil électrique est le siège d’une accélération de charges qui génère naturellement des champs électromagnétiques variables. Toutefois, sans une agitation HF suffisante, ce rayonnement reste infime en basse fréquence du au principe de la longueur d’onde.

• La rupture et le rayonnement : Selon l’ARRL, une antenne est une ligne de transmission dont on a écarté les deux fils qui composent la ligne à 180° pour former un élément rayonnant. Dès lors, les champs électromagnétiques ne sont plus confinés ni annulés par la proximité géométrique symétrique de la ligne. La structure se comporte alors comme un adaptateur d’impédance entre la ligne guidée et l’espace libre, ce qui « force » l’énergie à se détacher sous forme d’ondes électromagnétiques rayonnées (Flaring).

• Le courant différentiel et l’annulation des champs : Dans une ligne de transmission idéale (bifilaire ou coaxiale), les courants circulant dans les deux conducteurs sont de même amplitude mais de sens opposés (courants différentiels). Les champs électromagnétiques générés par ces courants s’annulent mutuellement à l’extérieur de la ligne, ce qui permet de guider l’énergie sans perte par rayonnement.

• Le courant de rayonnement : Lorsque la géométrie de la ligne est ouverte (comme dans un dipôle), la compensation externe disparaît et le courant qui y circule est alors désigné sous le nom de courant de rayonnement (radiating current ou driven current).

Fonctionnement et Répartition des Réactances dans un Dipôle 1/2 Onde

Un dipôle demi-onde ne se comporte pas comme un composant localisé unique, mais comme un circuit à constantes réparties où l’inductance L et la capacité C sont distribuées tout au long des brins conducteurs.

1. Répartition de l’Inductance Linéique L Courant i

• Au centre : L’inductance associée au conducteur est maximale au point d’alimentation c’est ici ou l’impédance est basse, là où le courant RF atteint son amplitude maximale c’est précisément de cette zone que rayonne le champ magnétique H, cette zone est sensible aux couplage parasite des masses métalliques en générale tout ce qui est conducteur, ce qui se caractérise pas des pertes de rendement.

Aux extrémités : L’inductance diminue progressivement vers les bouts du brin où le courant s’annule.

2. Répartition de la Capacité C Tension V

Au centre : La capacité répartie entre les conducteurs ou l’environnement y est minimale.

Aux extrémités : La capacité est maximale aux extrémités du dipôle, là où s’accumulent les charges électrostatiques (ventre de tension et nœud de courant) qui génère le champ électrique V. Cette zone est la plus vulnérable, sensible à la proximité, la simple présence d’un objet (qu’il soit métallique ou diélectrique, comme un mur, un mât ou le feuillage) modifie instantanément la capacité terminale et décale brutalement la fréquence de résonance (le cas de la pluie: c’est précisément la mdification de élément extérieur (diélectrique) qui vient perturber l’environnement immédiatC’est un excellent plan pour structurer un article technique clair et progressif. Ce parcours permet de lier la théorie fondamentale des ondes guidées aux applications concrètes de l’ajustement d’impédance.

Les Lignes de Transmission

1. La ligne de transmission idéale (adaptée et sans rupture)

Dans un système parfait, une ligne de transmission d’impédance caractéristique Z (par exemple 50 ohms) est terminée par une charge résistive pure R exactement égale à Z

• Ondes progressives pures : Toute l’énergie fournie par le générateur est intégralement absorbée par la charge. Il n’y a aucune onde réfléchie quel que soit la longueur de la ligne avec une charge étalonnée et des Cables de Labo destinés a la mesure .
• Impédance d’entrée constante : Quelle que soit la longueur de la ligne, l’impédance mesurée à l’entrée reste strictement égale à Z (pas de composante réactive, X=0). Le rapport d’onde stationnaire (ROS) est de 1:1.

2. La ligne désadaptée et l’influence sur les réactances

Dès que la charge diffère de Z (rupture d’impédance), une partie de l’énergie est réfléchie vers le générateur, cas de terrain sur site ou les valeurs se s’éloignent du cas idéal (tolérance de fabrication).

• Ondes stationnaires : L’interférence entre l’onde incidente et l’onde réfléchie crée des ventres et des nœuds de tension et de courant.
• Apparition de réactance : S’éloigner de la charge (ou regarder la ligne depuis le générateur) transforme l’impédance complexe. La présence d’ondes stationnaires fait varier cycliquement la partie réactive +ou- jX le long du câble. L’impédance n’est plus purement résistive, sauf à des points précis 1/2L.

3. Variation de la réactance avec la longueur (Le cycle de la ligne)

Lorsqu’une ligne (ou un stub) est ouverte ou court-circuitée, elle ne dissipe aucune puissance active : elle se comporte comme un composant réactif pur dont la valeur change selon sa longueur électrique :

• À 0° : Impédance pure Z=R. Pas de réactance.
• À 45° 1/8 L: La réactance capacitive atteint son maximum négatif -jX max.
• À 90° 1/4 L : Inversion complète.
• À 135° 2/8L : La réactance inductive atteint son maximum positif +jX max.
• À 180° 1/2L: Retour à l’état initial. Pas de réactance X=0.

Le cycle se répète ensuite tous les demi-ondes ($\lambda/2$).

4. Application pratique : Les stubs d’adaptation

Cette variation prévisible et cyclique de la réactance est mise à profit pour réaliser des stubs (tronçons de ligne de longueur fixe, ouverts ou court-circuités) :

• Principe de compensation : Si une antenne ou une charge présente une réactance indésirable (inductive ou capacitive), on peut placer en parallèle ou en série un stub de longueur calculée pour générer la réactance opposée exacte.
• Annulation de la réactance : En ajustant la longueur du stub, on annule la composante réactive parasite pour ramener un ROS de 1:1 à la fréquence de travail, garantissant un transfert optimal d’énergie.

Que pensez-vous de cette trame ? Souhaitez-vous approfondir une partie en particulier avant de finaliser la rédaction ?.

3. Résonance et Impédance

• À la fréquence de résonance, les effets des réactances inductive +jX de L et capacitive -jX de C s’équilibrent parfaitement X_L = X_C.
• Le dipôle agit alors comme un circuit série résonant : l’impédance totale ne présente plus de composante réactive et devient purement résistive à son point d’attaque 73 Ohms pour un dipôle idéal dans l’espace libre).

Performance d’une antenne :

Entre mythes du ROS et réalité physique

En radioélectricité, il est une boutade classique qui résume à elle seule tous les pièges de la mesure : l’antenne parfaite est une charge fictive. Un Taux d’Ondes Stationnaires (ROS) cloué à 1:1, zéro retour d’énergie, un étage de sortie qui ronronne de bonheur et des sécurités qui dorment paisiblement. Pour l’électronique de votre poste, c’est le nirvana absolu.

1. Ce que l’ARRL appelle la dure réalité des chiffres

Un ROS de 1:1 ne prouve pas que vous avez une bonne antenne, il prouve simplement que votre ligne est adaptée.

La résistance de rayonnement (Rr) : celle qui est au centre du VNA, représentant la part d’énergie qui réussit à s’échapper du conducteur pour devenir une onde électromagnétique qui part dans l’espace libre.

La résistance de pertes (RL) : la part d’énergie qui est irrésistiblement transformée en chaleur par effet Joule.

Le rendement de votre système s’exprime par le rapport : Rr/RL

2. Quid de la réactance ?

La réactance ne consomme pas d’énergie (pas de pertes actives) :

En régime alternatif, la réactance : jX provoque un déphasage entre la tension et le courant, mais elle ne génère aucune perte thermique.

L’énergie qui entre dans une réactance est stockée temporairement (dans un champ magnétique ou électrique), puis intégralement restituée au circuit un quart de période plus loin. Cette énergie repart vers l’émetteur.

Une réactance pure ne dissipe aucune énergie (pas de puissance active en watts, uniquement de la puissance réactive en VAR). Par conséquent, elle ne fait pas baisser le rendement énergétique de l’antenne.

3. Au-delà de l’accord :

Vaincre la dilution de l’espace. Supposons maintenant que l’antenne ne soit pas une charge fictive et qu’elle possède un excellent rendement. L’énergie s’échappe enfin du conducteur. Est-ce suffisant pour réussir une liaison ? C’est là que la physique de la propagation entre en jeu. La dilution géométrique

L’exemple de l’antenne isotrope n’a aucun gain. Elle répartit uniformément la totalité de l’énergie disponible sur la surface d’une sphère grandissante.

Le résultat : Bien que l’antenne soit électriquement parfaite, sans aucune perte et avec un ROS de 1:1, la densité de puissance qui arrive à un point distant est minimale, car l’énergie a été dispersée à arroser le ciel, le sol et les directions inutiles. Si votre installation : Envoie tout son flux verticalement vers la stratosphère (le fameux cloud warmer causé par une installation trop basse, comme en NVIS). La performance ne dépend pas du silence ni des watts affichés sur votre wattmètre, mais de la capacité de votre système à modeler, contraindre et réfléchir le front d’onde dans la bonne direction pour contrer la dilution due à l’éloignement.

4. Le dipôle :

Le premier hack d’énergie grace au « Donut » son gain naturel de 2.15 DB en espace libre.

La géométrie du dipôle (ses brins déployés à 180°) modifie naturellement la distribution des champs. Il ne radie plus en forme de sphère, mais en forme de tore (communément appelé « donut »), concentrant l’énergie perpendiculairement à son axe et l’annulant (ou la réduisant fortement) dans l’axe des pointes.

En Position (Polarisation Vertical) refusant d’envoyer de l’énergie vers le ciel et en la concentrant latéralement le rayonnement (dans le plan de broadside), le dipôle crée un gain naturel par écrasement du diagramme.

Le deuxième hack d’énergie la polarisation Horizontale en se servant d’un sol parfait comme miroir Gain 6 dB C’est le « ground gain » (gain de sol) : un dipôle horizontal placé à une hauteur idéale (quelques demis-longueurs d’onde) bénéficie de cet effet miroir qui consiste a se servir du sol pour renvoyer une onde déphasée pour détruire le rayonnement vers le ciel. L’antenne ne produit toujours pas un seul milliwatt de plus, mais la combinaison physique de son image dans le sol concentre et double l’efficacité du champ rayonné vers l’horizon en aplatissant son lob de rayonnement.

5 Le Take OFF ou l’angle de départ Vs Directivité.

Factuellement un dipole ne rayonne pas dans l’axe ou il est tendu le rayonnement le Donut est toujours perpendiculaire au dipole, nativement on a cette directivité et on va s’en servir en polar H pour avoir une antenne avec un Faisceau plus étroit de 5 à 10° qu’une V meme si elle ont le meme gain en Espace libre.

voici un tableau permettant en peut de mot de comparer le comportement des antennes en fonction de leur polarisation:

Caractéristique	📡 Antenne Verticale (Brin / GP)	🔄 Antenne Horizontale (Dipôle / Boucle)
🎯 Angle de tir (Take-off)	Optimal DXTrès bas par nature (proche de l’horizon, souvent 10 à 20 degrés)	Hauteur dépendanteVariable selon la hauteur (bas si tendue très haut, haut « effet plafond » si basse)
🍩 Orientation du « donut » (3D)	Tore horizontalAxe de révolution vertical, anneau rayonnant à 360° (max à l’horizon, nul au zénith)	Tore axialOrienté le long des brins (percé dans l’axe : nuls aux extrémités, max broadside)
🌍 Comportement onde de sol	ExceptionnelPolarisation verticale idéale pour propager l’onde le long de la terre	MédiocreOnde polarisée horizontalement rapidement absorbée par le sol
🌊 Performance sur mer	RedoutableConductivité maximale de l’eau de mer offrant un plan de sol quasi-parfait	AmélioréeFavorisée par les réflexions marines, mais angle rasant moins optimal
🌐 Efficacité DX (Lointain)	ExcellenteGrâce aux angles rasants et au fort couplage avec l’onde de sol	DépendanteExcellente uniquement si montée haut en altitude; médiocre si trop basse
📡 Efficacité NVIS / Régional	FaibleCreux de rayonnement vertical prononcé (mauvais pour le tir vers le ciel)	Très élevéeSi installée à moyenne ou basse altitude (rayonnement idéal vers le haut)
🧭 Couverture Azimutale	OmnidirectionnelleÀ 360 degrés en polarisation verticale	Directive / HuitSelon le type (dipôle, boucle ou configuration de brins)

il est important de faire le choix en fonction de son Trafic: sur du QSO Local sur 11/10 Mètres une antenne verticale est le meilleur des choix, surtout si vous êtes en bord de mer pour du DX couche F2 grand skip Australie, Alaska etc , une horizontale en DX dans cette situation reflètera rapidement l’onde vers le ciel et sera le jackpot pour les pays proche Italie Espagne …

Pour les loop, pareil si vous recherchez le DX sur 40M choisir la polar V et tout est possible, en polar H on reste sur du trafic Francais et Européen.

Aller plus loin : La Loop Vs Dipole

Pour aller chercher le dernier dB d’optimisation une boucle fermée Loop fait gagner 1,15 dB (Donnée NEC 2) grace à sa longueur effective.

Caractéristique	📏 Dipôle demi-onde (λ / 2)	🔄 Boucle pleine onde / Quad (λ)
📐 Géométrie & Structure	LinéaireBrin ouvert à 180 degrés (ligne évasée / flaring)	FerméeBoucle fermée continue (carrée, triangulaire ou quad)
📈 Gain en espace libre	Standard~ 2.13 à 2.15 dBi	Supérieur~ 3.27 dBi (soit ~ 1.1 à 1.3 dB de plus)
⚡ Impédance & Adaptation	~ 70 ΩProche de 50 Ohms directement exploitable	~ 120 Ω+Élevée (isolée), mais chute à ~ 50-75 Ω en multi-éléments (Quad) par couplage mutuel
📊 Bande passante	Standard~ 5% à 8% (selon l’épaisseur du conducteur)	Similaire~ 5% à 8% (selon l’épaisseur du conducteur)
🧭 Directivité azimutale	Plus pointue~ 78 degrés à -3 dB	Plus large~ 85 degrés à -3 dB
🛡️ Charges statiques & Corona	DC-OpenSensible aux charges (P-Static) et aux risques d’arcs (corona) aux extrémités	DC-GroundedDrainage naturel des charges statiques, excellente immunité au bruit local (QRN)
📦 Encombrement & Installation	Linéaire completDéploiement sur ~ λ / 2. Nécessite deux points d’accroche éloignés	CompactEncombrement linéaire divisé par deux (environ la moitié d’un dipôle grâce au repliement)

Ce Tableau permet de voir clairement les avantages de la Loop Quad et aussi son intérêt dans la l’optimisation d’une antenne directive car sa résistance de rayonnement permet une meilleure adaption d’imprédance (Matching)

Le Gain par mise en réseau ou directivité (Yagi, Quads, etc.)

L’ARRL explique que si l’on veut augmenter encore ce gain (passer à 5, 8, 12 dBi ou plus), il faut contraindre l’énergie de manière encore plus drastique :

En ajoutant des éléments parasites (directeurs et réflecteurs) comme dans une antenne Yagi, on crée des interférences constructives et destructives. On agit par effet d’attraction et de répulsion en taillant les éléments directeurs (-5% capacitif tire vers l’avant) ou réflecteur (+5% pousse vers l’avant) pour qu’ils soient réactif jX afin de déphaser et projeter l’essentiel de l’énergie vers l’avant dans un faisceau très étroit (beam).

En combinant plusieurs dipôles en réseau (phased arrays), on additionne les fronts d’onde dans une direction donnée.

Configuration & Éléments	Longueur de boom (λ)	Gain Yagi (dBi)	Gain Quad / Delta (dBi)	Rapport Avant/Arrière (F/B)
1 élément (Boucle / Dipôle)	0 λ	2.15 dBi	~ 3.15 dBi	0 dB (Bi-dir. / 8)
2 él. Moxon (Rectangle replié compact)	~ 0.08 à 0.1 λ	~ 5.6 dBi *(Commun)*		Exceptionnel (~ 20 à 25 dB)
2 x Moxon stackées (Réseau vertical ~ 0.5λ)	Stack (~ 0.5 λ)	~ 7.8 à 8.2 dBi		Exceptionnel (~ 20 à 25 dB)
2 éléments (Ref + Driven standard)	~ 0.1 à 0.15 λ	~ 5.9 dBi	~ 6.7 dBi	~ 15 à 20 dB
3 éléments (Ref + Driven + 1 Dir)	~ 0.2 à 0.3 λ	~ 8.1 dBi	~ 8.9 dBi	~ 20 à 25 dB
4 éléments	~ 0.35 à 0.45 λ	~ 9.1 dBi	~ 10.0 dBi	~ 20 à 25 dB
5 éléments	~ 0.5 à 0.6 λ	~ 10.1 dBi	~ 11.0 dBi	~ 22 à 28 dB
6 éléments	~ 0.7 à 0.8 λ	~ 11.1 dBi	~ 12.0 dBi	~ 25 à 30 dB
8 éléments	~ 1.0 à 1.2 λ	~ 13.1 dBi	~ 14.0 dBi	~ 25 à 30 dB

Les Différentes Sortes D’Antennes

Type d’antenne filaire	Principe & Utilisation (80, 40, 20, 10m)	Performance & Propagation (DX, Local, NVIS)
End-Fed (EFHW)	Alimentation par l’extremite via transformateur Unun (49:1 ou 64:1). Multibande harmoniquement sur 80, 40, 20 et 10m.	Excellente performance en DX si bien dégagee; moyenne a basse altitude (favorise le DX sur les bandes hautes).
Dipole en V Inversé	Dipole central sur un seul mât avec brins inclines vers le sol (angle de 90 a 120 degres). Harmonique acceptable sur multiples impairs.	Compromis performant : gain légèrement réduit en DX pur au profit d’un diagramme quasi-omnidirectionnel et d’une excellente efficacité NVIS/régionale.
G5RV	Dipole symetrique alimente par une echelle a grenouillere de longueur calculee + boite d’accord obligatoire. Multibande (80 a 10m).	Bon compromis mondial de performance pour le DX sur 20/10m; mixte (local/NVIS) sur 80/40m selon la hauteur.
Levy	Doublet symetrique alimente integralement en ruban ou echelle ouvert. Universelle de 80 a 10m via un accordeur symetrique.	Tres haute performance en DX sur bandes hautes (20/10m) et redoutable en NVIS/regional sur 80/40m si tendue a plat.
Antiresonnante (Random Wire)	Brin de longueur quelconque associe a une boite d’accord automatique et un bon systeme de terre/radians. Multibande compacte.	Performance variable : rayonnement haut (NVIS/local) sur 80/40m; fractionnement des lobes favorable au DX sur 20/10m.
Delta Loop / Loop Horizontale	Boucle fermee d’une longueur d’onde (triangulaire ou horizontale). Utilisable harmoniquement sur plusieurs bandes HF.	Excellente performance en NVIS/local a basse hauteur sur 80/40m; gain intrinsèque supérieur (+1 dB) et DX inattendu sur 20/10m.
Sloper	Dipole incline fixe haut sur un pylone metallique et descendant en pente vers le sol. Souvent utilise sur 80 ou 40m.	Performance directionnelle nette dans le sens de la pente; tres prise pour le DX directionnel et la polarisation mixte.