Définition

Dispositif permettant de rayonner ou de capter à distance les ondes électromagnétiques dans un appareil ou une station d’émission ou de réception. Historiquement, l’antenne a été découverte par Alexandre Popov. L’antenne est un conducteur électrique plus ou moins complexe généralement placé dans un endroit dégagé.

Elle se définit par les caractéristiques suivantes :

  • bande de fréquences d’utilisation
  • polarisation
  • directivité, gain avant et diagramme de rayonnement
  • dimensions et forme
  • type d’antenne
  • mode d’alimentation et impédance au point d’alimentation
  • puissance admissible en émission
  • résistance mécanique

 

Bande de fréquences d’utilisation

L’antenne est un dipôle électrique qui se comporte comme un circuit résonant. La fréquence de résonance de l’antenne dépend d’abord de ses dimensions mais aussi des éléments qui lui sont ajoutés. Par rapport à la fréquence de résonance centrale de l’antenne on peut tolérer un certain affaiblissement (généralement 3 décibels) qui détermine la fréquence minimum et la fréquence maximum d’utilisation ; la différence entre ces deux fréquences est la bande passante.

Il est fréquent qu’une antenne soit utilisée en réception largement en dehors de sa bande passante, c’est le cas des antennes d’auto-radio dont la fréquence de résonance se situe souvent à plus de 200 MHz et que l’on utilise pour l’écoute de la bande de radiodiffusion « FM » vers 100 MHz.

Polarisation

La polarisation d’une antenne est celle du champ électrique E de l’onde qu’elle émet. Un dipôle demi-onde horizontal a donc une polarisation horizontale. Certaines antennes ont une polarisation elliptique ou circulaire (antenne hélice ou double-Yagi dont les plans sont perpendiculaires). Voir polarisation des ondes.

Directivité et diagramme de rayonnement

L’antenne isotrope, c’est à dire rayonnant de la même façon dans toutes les directions, est un modèle théorique irréalisable dans la pratique. En réalité, l’énergie rayonnée par une antenne est répartie inégalement dans l’espace, certaines directions étant privilégiées : ce sont les lobes de rayonnement. Le diagramme de rayonnement d’une antenne permet de visualiser ces lobes dans les trois dimensions, dans le plan horizontal ou dans le plan vertical incluant le lobe le plus important. La proximité et la conductibilité du sol ou des masses conductrices environnant l’antenne peuvent avoir une influence importante sur le diagramme de rayonnement.

Une antenne directive possède un ou deux lobes nettement plus important que les autres. Elle sera d’autant plus directive que le lobe le plus important sera étroit. Si la station radio captée ne se trouve pas toujours dans la même direction il peut être nécessaire d’orienter l’antenne en la faisant tourner avec un moteur. Certaines antennes de poursuite de satellites sont orientables en azimut (direction dans le plan horizontal) et en site (hauteur au dessus de l’horizon). Les antennes directives sont utilisées en radiogoniométrie. Une direction de faible gain peut être mise à profit pour éliminer un signal gênant (en réception) ou pour éviter de rayonner dans une région où il pourrait y avoir interférence avec d’autres émetteurs.

Une antenne équidirective ou omnidirectionnelle rayonne de la même façon dans toutes les directions du plan horizontal. Le gain d’une antenne par rapport à l’antenne isotrope est dû au fait que l’énergie est focalisée dans une direction, comme l’énergie lumineuse d’une bougie peut être concentrée grâce à un miroir ou une lentille convergents. Il s’exprime en ‘dBi ‘ (décibels par rapport à l’antenne isotrope).

Les mesures sur les antennes sont effectuées en espace libre ou en chambre anéchoïde.

Forme et dimensions

La forme et les dimensions d’une antenne sont extrêmement variables : celle d’un téléphone portable se limite à un petit circuit recroquevillé dans l’appareil tandis que la parabole du radio-télescope d’Arecibo dépasse 100 m de diamètre. Très grossièrement on peut dire que pour la même fréquence d’utilisation, les dimensions d’une antenne seront d’autant plus grandes que son gain sera élevé, à cause de l’utilisation d’éléments réflecteurs, comme pour l’antenne parabolique, par exemple. L’antenne demi-onde, comme son nom l’indique, a une longueur presque égale à la moitié de la longueur d’onde pour laquelle elle a été fabriquée.

Type d’antenne

Il existe des dizaines de types d’antennes, différents par leur fonctionnement, leur géométrie, leur technologie…

Quelques exemples :

  • antenne en parapluie ou en nappe pour ondes kilométriques
  • antenne boucle (loop) de différentes formes (carré, triangle, losange…), verticale ou horizontale.
  • antenne doublet filaire pour ondes décamétriques.
  • antenne Yagi-Uda à éléments parasites, très directive et à gain important.
  • antenne quart d’onde verticale omnidirectionnelle pour très hautes fréquences (THF ou VHF).
  • antenne rideau ou colinéaire à la directivité très marquée.
  • antenne cadre magnétique, de dimensions réduites.
  • antenne diélectrique ou à ondes de surface.
  • antenne hélice pour ondes décimétriques, à polarisation circulaire
  • antenne parabolique pour ondes centimétriques (hyperfréquences).
  • antenne à fente sur ondes millimétriques

Mode d’alimentation

L’antenne est généralement déployée à l’extérieur, voire fixée au sommet d’un mât. Pour acheminer vers l’antenne l’énergie à haute fréquence fournie par l’émetteur ou en sens inverse amener le signal capté par l’antenne jusqu’à l’entrée du récepteur, on utilise une ligne bifilaire ou un câble coaxial. Pour obtenir un fonctionnement optimal, l’impédance au point d’alimentation doit être du même ordre que l’impédance caractéristique de la ligne d’alimentation. L’ordre de grandeur des impédances rencontrées est de quelques dizaines (50 ou 75 ohms pour le câble coaxial) et quelques centaines d’ohms (300 ohms pour une ligne bifilaire).

L’impédance d’un dipôle dépend à la fois des dimensions de l’antenne et de la fréquence considérée. Sur ondes centimétriques et plus courtes, on utilise des guides d’ondes, sortes de tubes rectangulaires dans lesquels circulent les ondes. Certaines antennes, comme les antennes paraboliques de réception de la télévision par satellite, incorporent un dispositif électronique d’amplification et de conversion de la fréquence reçue.

Utilisation en émission

Le plus souvent, une antenne peut être utilisée aussi bien en émission qu’en réception. Toutefois certaines antennes utilisées en réception ont un rendement très faible en émission (antenne Beverage) ou bien ne pourraient supporter une puissance d’émission importante à cause des pertes ou des surtensions importantes qui pourraient les détériorer

Réalisation mécanique

Selon qu’une antenne est destinée à la réception de la télévision grand-public ou à un satellite de télécommunication la qualité (et le coût) de la réalisation ne sera pas la même. La résistance au vent et aux intempéries doivent être particulièrement soignées pour obtenir une grande fiabilité et stabilité, c’est le cas des antennes à réflecteur parabolique. En altitude il n’est pas rare qu’une antenne soit enrobée de glace, les éléments doivent supporter cette surcharge sans se déformer. Pour éviter les problèmes d’oxydation et d’infiltration d’eau, les éléments alimentés sont souvent protégés par un étui isolant.

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