Qu'est-ce qu'une antenne rhombique ?
Une antenne rhombique est une antenne filaire directionnelle constituée de quatre éléments conducteurs disposés en forme de losange. Elle peut être vue comme deux antennes en V reliées bout à bout, l'une des pointes servant de point d'alimentation et l'autre étant généralement reliée à une résistance de terminaison.
Contrairement à un dipôle résonant, une antenne rhombique correctement terminée fonctionne principalement comme une antenne à ondes progressives. Le courant RF se propage du point d'alimentation le long des quatre sections de fil vers la charge de terminaison. Les champs électromagnétiques produits par ces sections se combinent pour créer un faisceau concentré le long du grand axe du losange.
Les antennes rhombiques sont devenues célèbres pour les communications HF longue distance grâce à leur large couverture de fréquence, leur gain direct appréciable et leur directivité relativement stable. Cependant, leur taille importante les rend plus adaptées aux installations fixes qu'aux plateformes de communication compactes.
Structure de base
Une antenne rhombique classique est constituée de quatre fils de même longueur suspendus au-dessus du sol. L'ensemble de ces fils forme un losange horizontal comportant deux angles aigus et deux angles obtus.
L'antenne est alimentée à une extrémité, tandis que l'autre extrémité est reliée à une résistance de terminaison non inductive. Cette résistance est choisie de manière à se rapprocher de l'impédance caractéristique de la structure de l'antenne et à absorber l'énergie résiduelle de l'onde progressive.
Les principaux paramètres de conception sont les suivants :
- Longueur de chaque section de fil
- Angle aigu ou angle au sommet du losange
- Hauteur d'installation au-dessus du sol
- Impédance du point d'alimentation
- Résistance terminale
- Diamètre du conducteur
- Plage de fréquences cibles et chemin de propagation
L'angle optimal n'est pas une valeur fixe universelle. Il dépend de la longueur électrique de chaque côté et de l'élévation et de l'azimut souhaités du faisceau principal.
Figure 1. Configuration de base d'une antenne rhombique horizontale terminée.
Comment fonctionne une antenne rhombique ?
Chaque côté du losange se comporte comme un radiateur à fil long. Lorsque le courant se propage le long des conducteurs, chaque segment de fil produit une composante de rayonnement directionnelle.
Lorsque les dimensions et les angles de l'antenne sont correctement choisis, les champs rayonnés par les quatre côtés se renforcent mutuellement vers l'avant. Dans les autres directions, certaines composantes du champ s'annulent partiellement. Il en résulte un faisceau principal relativement étroit le long de la grande diagonale du losange.
La résistance de terminaison joue un rôle important. En absorbant l'énergie qui atteint l'extrémité distante, elle réduit la réflexion du courant et empêche la formation d'une onde stationnaire importante sur les conducteurs. Ceci permet à l'antenne de maintenir une impédance et des caractéristiques de rayonnement plus stables sur une bande de fréquences relativement large.
Le compromis réside dans l'efficacité. Une partie de la puissance de l'émetteur est convertie en chaleur dans la résistance de terminaison au lieu d'être rayonnée. La conception de l'antenne exige donc un équilibre entre directivité, bande passante, stabilité d'impédance et rendement de rayonnement.
Gamme de fréquences et dimensions électriques
Les antennes rhombiques traditionnelles de taille standard sont principalement associées aux communications HF. À ces fréquences, les côtés de l'antenne mesurent souvent plusieurs longueurs d'onde, ce qui permet à la structure de produire un gain directionnel important.
Une antenne rhombique n'est pas définie par une seule plage de fréquences fixe. Ses dimensions peuvent théoriquement être adaptées à différentes fréquences, mais la structure devient extrêmement volumineuse aux basses fréquences et exige des tolérances mécaniques plus strictes aux hautes fréquences.
Les structures rhombiques et en boucle rhombique compactes peuvent également être utilisées aux fréquences VHF, UHF ou micro-ondes. Cependant, ces conceptions miniaturisées peuvent présenter des caractéristiques d'alimentation, de polarisation et de rayonnement différentes de celles d'une antenne rhombique HF classique terminée.
Figure 2. Exemple de structure d'antenne rhombique compacte pour la réception à haute fréquence.
Antennes rhombiques terminées et non terminées
Une antenne rhombique terminée produit généralement un diagramme de rayonnement unidirectionnel. La majeure partie du rayonnement utile est dirigée du point d'alimentation vers l'extrémité terminée.
Si la résistance de terminaison est retirée, le courant est réfléchi par l'extrémité ouverte. L'antenne développe alors une composante d'onde stationnaire plus importante et peut produire un diagramme de rayonnement bidirectionnel, avec un rayonnement principal dans deux directions opposées.
La configuration sans terminaison permet d'éviter les pertes de puissance dues à une résistance de terminaison, mais son impédance d'entrée et son diagramme de rayonnement varient généralement davantage avec la fréquence. Elle peut également présenter un rapport avant/arrière moins bon et un comportement en large bande moins prévisible.
Diagramme de rayonnement et polarisation
Le diagramme de rayonnement d'une antenne rhombique terminée est caractérisé par un lobe principal avant et plusieurs lobes secondaires. La direction et la largeur exactes du faisceau dépendent de la longueur du côté, de l'angle du losange, de la hauteur d'installation, de la fréquence de fonctionnement et des caractéristiques du sol.
Augmenter la longueur électrique peut améliorer la directivité, mais aussi générer des lobes secondaires supplémentaires. Ces lobes indésirables peuvent rayonner de l'énergie dans des directions non souhaitées et réduire l'avantage pratique du faisceau principal.
Une antenne rhombique installée horizontalement présente une polarisation principalement horizontale dans sa direction de rayonnement principale. Cependant, son diagramme de rayonnement tridimensionnel complet peut également contenir des composantes de polarisation verticale, notamment dans les lobes secondaires et dans les directions éloignées de l'axe principal.
Figure 3. Diagramme de rayonnement unidirectionnel illustratif d'une antenne rhombique terminée.
Alimentation et adaptation d'impédance
L'antenne rhombique est généralement une structure symétrique présentant une impédance d'entrée relativement élevée. Elle est souvent alimentée par une ligne de transmission symétrique ou par un transformateur d'impédance et un balun adaptés.
Lorsqu'un câble coaxial est utilisé, la transition entre la ligne d'alimentation asymétrique et l'antenne symétrique doit être conçue avec soin. Une adaptation d'impédance inadéquate peut augmenter la puissance réfléchie, introduire un courant de mode commun et déformer le diagramme de rayonnement souhaité.
Les ingénieurs doivent évaluer :
- impédance d'entrée
- Perte de retour et TOS
- Résistance terminale
- Gain futur
- Rapport avant/arrière
- Direction du faisceau
- Niveau des lobes secondaires
- Polarisation
- Capacité de gestion de la puissance
Pour les systèmes de transmission de forte puissance, la résistance de terminaison doit pouvoir dissiper une puissance RF importante en toute sécurité.
Avantages
Les principaux avantages d'une antenne rhombique sont les suivants :
- Bande passante de fonctionnement relativement large
- Gain directionnel utile
- Impédance stable lorsqu'elle est correctement terminée
- Construction simple à base de fil de fer
- Adapté aux liaisons HF longue distance
- Capable de gérer une puissance d'émission élevée avec des composants appropriés
- Plusieurs antennes rhombiques peuvent être disposées pour une couverture plus étendue ou pour basculer entre différentes directions.
Limites
Ses principales limitations sont les suivantes :
- Nécessite une grande surface d'installation
- Nécessite plusieurs structures de soutien de grande hauteur
- Une partie de la puissance RF est perdue dans la résistance de terminaison.
- Peut produire des lobes secondaires importants
- Les performances sont affectées par la hauteur et les conditions du sol.
- L'entretien mécanique peut être exigeant
- Ne convient pas à la plupart des plateformes compactes ou mobiles
Applications typiques
Les antennes rhombiques ont historiquement été utilisées pour :
- Communication HF longue distance
- Liaisons radio point à point fixes
- stations de réception d'ondes courtes
- Communication ionosphérique et par ondes ionosphériques
- réseaux de communication internationaux
- surveillance radio et renseignement électromagnétique
- Recherche sur les antennes filaires longues et les antennes à ondes progressives
Bien que les systèmes de communication modernes utilisent souvent des antennes log-périodiques, des réseaux à large bande, des antennes réflectrices et des systèmes d'antennes à commande électronique, l'antenne rhombique reste un exemple important en théorie des antennes.
Cela démontre clairement comment la longueur du conducteur, le courant d'onde progressive, l'angle géométrique et la superposition des champs peuvent être utilisés pour contrôler la directivité et la bande passante de l'antenne.
RF MISO propose des solutions d'antennes et de composants micro-ondes pour les tests RF, les communications, les radars, la mesure d'antennes et l'intégration de systèmes. La compréhension des structures d'antennes classiques, telles que l'antenne rhombique, aide les ingénieurs à évaluer des paramètres importants comme la bande passante, le gain, la polarisation, la largeur de faisceau, le ROS, le niveau des lobes secondaires et le rendement de rayonnement.
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Date de publication : 24 juillet 2026
