Formation radioamateur - F6KGL

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Radio-REF N° 841 • 03/2011
association
Formation radioamateur
Référence TECH 6.2
DISTRIBUTION DU COURANT ET DE LA TENSION
LE LONG D’UNE ANTENNE
Le phénomène d’ondes stationnaires.
Considérons le dispositif suivant : un électroaimant alimenté
par le secteur fait vibrer une lame L à l'extrémité A de
laquelle est attachée une corde dont l'autre extrémité passe
sur une poulie. La corde est tendue par le poids p.
d'intensité et de tension. Lorsque ce régime est établi l'énergie rayonnée par l'antenne est maximale. On dit que
l'antenne entre en résonance. Pour qu'il en soit ainsi, il faut
que la fréquence f de l'onde et par suite sa longueur d'onde λ
soient liées à la longueur du fil L par les relations:
Cas du dipôle demi onde.
Le dipôle de longueur L entre en résonance lorsque :
En A prend naissance une onde progressive, de longueur
d'onde λ, qui se réfléchit en B puis de nouveau en A et ainsi
de suite. En modifiant la tension ou la longueur du fil, on
arrive à un réglage tel que le fil forme un régime stable
d'ondes stationnaires caractérisé par l'existence d'un certain
nombre de fuseaux. Ces fuseaux sont limités par des points
N pour lesquels la superposition de l'onde incidente et de
toutes les ondes réfléchies produit l'immobilité. Ces points
immobiles sont appelés ''nœuds de vibration''. Les points V,
équidistants de deux nœuds consécutifs, qui vibrent avec
une amplitude maximale, sont appelés :''ventres de vibration''. Pour un autre réglage de la tension ou de la longueur
du fil, on peut obtenir un système d'ondes stationnaires qui
présente un nombre de fuseaux différent, mais il y a toujours un nœud à chaque extrémité du fil.
On démontre que la distance qui sépare deux nœuds consécutifs est égale à une demi-longueur d'onde λ/2. Donc, lorsqu'un système stable d'ondes stationnaires s'est établi, la
longueur L de la corde est égale à un nombre entier de
demi longueurs d'onde ;
La longueur est théoriquement égale à la moitié de la longueur d'onde du signal à émettre ou à recevoir. En pratique,
pour tenir compte de la charge électrique provoquée par les
isolateurs (effet d'extrémité), on adopte une longueur physique de quelques pour-cent inférieure à la longueur théorique. Les mesures du courant et de la tension le long de
l'antenne conduisent aux résultats suivants:
Le courant est nul aux extrémités (nœuds d'intensité) et
maximum au centre (ventre d'intensité).
La tension est maximale aux extrémités (ventre de tension)
et minimale au centre (nœud de tension).
Distribution du courant et de la tension.
A l'émission, le rôle de l'antenne est de transformer le
signal HF fourni par l'émetteur en onde électromagnétique
qui se propage ensuite dans l'espace avec la vitesse de la
lumière soit : C =3.108m.s-1
L'alimentation d'une antenne directement par câble coaxial
doit se faire en un ventre de courant où l'impédance est la
plus faible et le plus susceptible d'être proche de celle du
coaxial. C'est ainsi que le doublet est alimenté en son centre
où l'impédance est voisine de 73 Ω.
Il est possible d'avoir une résonance du doublet pour une
autre fréquence f ', donc pour une autre longueur d'onde λ',
avec encore un ventre de courant au centre.
C'est le cas lorsque f '= 3.f , soit λ’ =λ/3 et L = 3. λ’/2
A la réception l'antenne reçoit une onde électromagnétique
et devient le siège d'un courant qui va être appliqué au
récepteur. Une antenne a un fonctionnement réversible et
peut être utilisée aussi bien à l'émission qu'à la réception.
Le signal HF se propage le long du fil constituant l'antenne
et se réfléchit aux deux extrémités. Si le fil a une longueur L
convenable, un régime stable d'ondes stationnaires va s'établir, caractérisé par l'existence de nœuds et de ventres
Ici k=3. L’antenne fonctionne en harmonique. La même antenne
peut être utilisée sur deux fréquences différentes f et f’ =3.f
Tous les points d'un même fuseau vibrent en phase. Les
points de part et d'autre d'un nœud vibrent en opposition de
phase.
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Cas du doublet replié.
Considérons une antenne travaillant en onde entière k = 2 et
L = λ alimentée au quart de sa longueur où il y a un ventre
d'intensité.
Faisons pivoter de 180 °, selon le sens de la flèche, la partie
BC sur la partie AB. Les courants dans les deux demi ondes
AB et BC sont égaux et en phase. Les points C et A, qui sont
des nœuds de courant, sont au même potentiel électrique et
peuvent donc être réunis ensemble. On aboutit alors à une
antenne en forme de trombone. Les deux segments AB et
CB résonnent en phase et ajoutent leurs effets. L'impédance
au point d'alimentation est de l'ordre de 300 Ω. Si on utilise
un coaxial d'impédance 50 Ω il faudra placer un transformateur d'impédance 6/1 (Balun) entre le point d'alimentation et
le coaxial.
Le cas de l'antenne quart d'onde.
Considérons une antenne de longueur λ/4 placée verticalement près du sol. Les ondes émises vers le sol par un point
M se réfléchissent sur le sol en semblant provenir d'un point
M' symétrique de M par rapport au sol. Or un miroir donne
d'un objet réel une image virtuelle symétrique de l'objet par
rapport au miroir. Nous pouvons donc considérer que le sol
se comporte comme un miroir et donne de l'antenne une
image virtuelle symétrique.
Tout se passe comme si l'on avait une antenne verticale de
longueur double de l'antenne d'origine et l'ensemble antenne
plus image se comporte comme un doublet demi onde,
mais seule la partie réelle rayonne de l'énergie. On en déduit
donc la répartition de nœuds et des ventres d'intensité et de
tension. L'impédance au point d'alimentation est de 36 Ω.
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