Qu'est-ce qu'une antenne en V ?
L'antenne AV est une antenne filaire directionnelle composée de deux éléments conducteurs partant d'un point d'alimentation commun. Vue de dessus, les deux branches de l'antenne forment une structure en V bien définie.
L'antenne en V peut être considérée comme une configuration améliorée de deux antennes filaires longues. En choisissant une longueur de brin appropriée et un angle d'ouverture adéquat, le rayonnement produit par les deux fils peut être renforcé dans des directions spécifiques, offrant ainsi une directivité supérieure à celle d'une antenne filaire longue droite unique.
Les antennes en V sont couramment utilisées dans les systèmes de communication haute fréquence, notamment dans la bande HF. Cependant, leur fréquence de fonctionnement ne se limite pas à une bande fixe. Leurs performances réelles dépendent de la longueur électrique de chaque brin, de l'angle au sommet, du mode d'alimentation, de la hauteur d'installation, des caractéristiques du sol environnant et du type de connexion des fils (ouverts ou fermés).
Structure et principe de fonctionnement
Une antenne en V typique se compose de deux éléments filaires longs connectés à un point d'alimentation équilibré au sommet du V. Les courants dans les deux branches sont excités différentiellement, ce qui signifie qu'ils ont des amplitudes égales et des directions instantanées opposées au point d'alimentation.
Chaque fil produit son propre diagramme de rayonnement. Lorsque la géométrie de l'antenne est correctement choisie, les lobes de rayonnement principaux générés par les deux branches se chevauchent et se combinent le long de l'axe central du V. Cette addition de champ augmente l'intensité du rayonnement dans la direction souhaitée et améliore la directivité de l'antenne.
Deux angles sont souvent utilisés pour décrire la structure :
- L'angle entre les deux branches de l'antenne est l'angle inclus ou angle au sommet.
- L'angle entre une jambe et l'axe central est la moitié de l'angle compris.
L'angle optimal n'est pas une valeur fixe universelle. Il varie en fonction de la longueur électrique des brins de l'antenne et de la fréquence de fonctionnement prévue.
Structure d'antenne en V avec deux éléments filaires longs et angle au sommet
Antennes en V résonantes et terminées
Les antennes en V peuvent généralement être divisées en deux configurations.
Une antenne en V ouverte ou résonante réfléchit une partie de l'onde de courant aux extrémités de ses conducteurs. Ces réflexions créent des ondes stationnaires le long des branches de l'antenne. Ce type d'antenne produit généralement un diagramme de rayonnement bidirectionnel, avec un fort rayonnement dans deux directions opposées le long de son axe.
Une antenne en V terminée utilise des charges résistives aux extrémités des deux fils. Ces charges réduisent les réflexions de courant et contribuent au maintien d'un fonctionnement en onde progressive. Cela permet de supprimer le rayonnement en sens inverse et d'obtenir un diagramme de rayonnement axial plus directionnel.
La conception avec terminaison offre généralement une directivité plus homogène sur une bande de fréquences plus large, mais une partie de la puissance RF est dissipée dans les résistances de terminaison. Le concepteur d'antenne doit donc trouver un compromis entre la bande passante, la directivité, le rendement et la puissance admissible.
Gamme de fréquences et longueur électrique
Les antennes en V traditionnelles sont largement utilisées dans la gamme HF, d'environ 3 à 30 MHz, car les grandes longueurs d'onde de cette bande rendent les structures d'antennes filaires pratiques pour les installations de communication fixes.
Cependant, l'antenne en V est définie par sa géométrie et sa longueur électrique plutôt que par une plage de fréquences imposée. Chaque branche peut mesurer une demi-longueur d'onde, une longueur d'onde entière ou plusieurs longueurs d'onde, selon le diagramme de rayonnement et le gain souhaités.
L'augmentation de la longueur électrique des brins améliore généralement la directivité de l'antenne. Cependant, des lobes secondaires supplémentaires peuvent apparaître et le diagramme de rayonnement devient plus sensible à la fréquence, à la hauteur d'installation, à la conductivité du sol et aux tolérances de construction.
Diagramme de rayonnement et directivité
Le diagramme de rayonnement d'une antenne en V résonante est généralement bidirectionnel. Les champs générés par les deux éléments filaires se combinent pour former des lobes principaux approximativement alignés avec l'axe central du V.
Le diagramme de rayonnement final est déterminé par plusieurs facteurs :
- Longueur de chaque brin d'antenne
- angle inclus entre les jambes
- Fréquence de fonctionnement
- Impédance et adaptation au point d'alimentation
- Hauteur d'installation au-dessus du sol
- Pertes du conducteur dues au diamètre du fil
- Configuration ouverte ou fermée
Augmenter la longueur des branches permet d'accroître la directivité, mais aussi d'amplifier les lobes secondaires. C'est pourquoi le gain de l'antenne ne doit pas être considéré indépendamment de la largeur du faisceau, du niveau des lobes secondaires, du rapport avant/arrière et des performances d'impédance.
Diagramme de rayonnement bidirectionnel d'une antenne en V résonante
Alimentation et adaptation d'impédance
L'antenne en V étant généralement constituée d'un fil symétrique, elle est couramment alimentée par une ligne de transmission symétrique. Si un câble coaxial est utilisé, un balun ou un réseau d'adaptation approprié peut être nécessaire pour réduire le courant de mode commun dans le câble et maintenir un diagramme de rayonnement symétrique.
L'impédance d'entrée varie en fonction de la longueur des câbles, de l'angle au sommet, de la fréquence de fonctionnement, de la hauteur d'installation et des structures environnantes. Une adaptation d'impédance adéquate est essentielle pour réduire la puissance réfléchie et garantir la stabilité du système.
Dans la pratique, lors du développement d'antennes, les ingénieurs évaluent généralement la perte de retour, le TOS (taux d'ondes stationnaires), le diagramme de rayonnement, le gain, la polarisation et l'efficacité avant de finaliser la géométrie de l'antenne.
Avantages des antennes en V
L'antenne en V offre plusieurs avantages pratiques :
- Construction simple à base de fil de fer
- Directivité supérieure à celle d'un seul élément fil long
- Coût de fabrication relativement faible
- Convient aux grandes installations HF fixes
- Conception flexible de la longueur des jambes et de l'angle au sommet
- Disponible en configurations résonantes et à ondes progressives
Limitations de conception
Les antennes en V présentent également plusieurs limitations :
- Elles nécessitent un espace d'installation considérable aux basses fréquences.
- Les versions résonantes peuvent produire de fortes ondes stationnaires.
- Les antennes à longues pattes peuvent générer des lobes secondaires importants.
- Les performances peuvent varier sensiblement en fonction de la fréquence d'utilisation.
- Les caractéristiques du sol et la hauteur d'installation peuvent affecter le diagramme de rayonnement.
- Les versions terminées sacrifient une partie de leur efficacité car la puissance est absorbée par les charges.
Applications typiques
Les antennes en V ont traditionnellement été utilisées dans :
- communication radio point à point HF
- Stations d'émission et de réception d'ondes courtes
- Liaisons de communication fixes longue distance
- Systèmes de surveillance radio et de réception des signaux
- Recherche en communication et enseignement des antennes
- Expériences avec des antennes filaires directionnelles
- Systèmes de communication d'urgence et pour zones isolées
Importance en ingénierie
Bien que les systèmes de communication modernes utilisent de plus en plus des réseaux compacts, des antennes à cornet, des antennes à large bande et des systèmes d'antennes à commande électronique, l'antenne en V reste un modèle important en théorie des antennes.
Ce document illustre clairement comment la longueur du conducteur, la phase du courant, la géométrie de l'antenne et la superposition des champs influencent le gain et la direction du rayonnement. La compréhension de ces relations est essentielle pour l'étude de structures d'antennes plus complexes, telles que les réseaux d'antennes à commande de phase, les antennes de mesure à large bande, les antennes micro-ondes directionnelles et les systèmes de test d'antennes.
RF MISO conçoit des antennes et des solutions micro-ondes pour les tests, les mesures, les communications, les radars et l'intégration de systèmes RF. Sa solide connaissance des structures d'antennes fondamentales permet aux ingénieurs de sélectionner les produits adaptés et d'évaluer des paramètres clés tels que le gain, la polarisation, la largeur de faisceau, l'impédance et le diagramme de rayonnement.
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Date de publication : 10 juillet 2026
