Pourquoi la résonance n’est pas toujours le point de SWR le plus bas
Beaucoup de débutants supposent que le rapport d’ondes stationnaires le plus bas, ou SWR, signifie automatiquement que l’antenne est résonante.
Cela semble logique.
C’est aussi l’un des malentendus les plus tenaces en technique d’antenne.
La résonance et un faible SWR sont liés, mais ce n’est pas la même chose. La résonance dit quelque chose sur l’antenne elle-même : la partie réactive de l’impédance est nulle, donc X = 0. Le SWR dit quelque chose sur l’adaptation entre cette impédance et la ligne d’alimentation ou l’émetteur. Une antenne peut donc être résonante sans présenter un SWR parfait, et un faible SWR peut aussi apparaître à un point qui n’est pas exactement résonant.
Idée clé : La résonance signifie que la réactance au point d’alimentation de l’antenne est nulle. Le SWR le plus bas signifie que le système d’antenne se rapproche le plus de l’impédance de référence, généralement 50 Ω.
Ce sont deux choses différentes.
Définition de la résonance
Une antenne est résonante à un point d’alimentation donné lorsque la réactance y est nulle.
En langage d’impédance :
Z = R + jX
À la résonance :
X = 0
L’impédance devient alors :
Z = R + j0
Cela signifie que l’impédance vue à ce point est purement résistive. Les composantes capacitive et inductive se compensent au point d’alimentation.
Cette dernière phrase est importante. La résonance ne signifie pas qu’il n’existe plus aucune énergie de champ proche stockée autour de l’antenne. Les antennes réelles ont toujours des champs proches électriques et magnétiques. La résonance signifie qu’au point d’alimentation et à cette fréquence, la partie réactive nette de l’impédance a disparu.
La partie résistive mérite également attention. Le R dans R + j0 n’est pas automatiquement une résistance de rayonnement utile. Cette résistance peut être composée de résistance de rayonnement, de pertes dans les conducteurs, de pertes de sol, de pertes dans une bobine de charge, de pertes dans un transformateur ou de pertes dans des objets proches. Une impédance purement résistive ne prouve donc pas, à elle seule, que l’antenne est efficace.
C’est un concept crucial en théorie des antennes, mais ce n’est pas toute l’histoire.
Définition du SWR
Le SWR n’est pas un résonancemètre.
Le SWR est une manière d’exprimer le désaccord entre une impédance de charge et une impédance de référence. Dans la plupart des systèmes HF radioamateurs, cette impédance de référence est de 50 Ω, parce que nos transceivers, câbles coaxiaux, filtres, amplificateurs et instruments de mesure sont généralement conçus autour de 50 Ω.
Pour un système de 50 Ω, l’adaptation parfaite est :
Z = 50 + j0 Ω
Cette condition donne un SWR de 1:1.
Mathématiquement, le coefficient de réflexion est :
Γ = (ZL - Z0) / (ZL + Z0)
Et le SWR est :
SWR = (1 + |Γ|) / (1 - |Γ|)
Le SWR est un nombre d’adaptation qui indique l’écart entre l’impédance de charge et l’impédance de référence. Il ne donne toutefois aucune information directe sur la résonance, l’efficacité ou les caractéristiques de rayonnement de l’antenne.
Une antenne peut donc être résonante sans être à 50 Ω. Par exemple :
Z = 75 + j0 Ω
Cette antenne est résonante parce que X = 0. Mais elle n’est pas parfaitement adaptée à 50 Ω. Sur une ligne d’alimentation de 50 Ω, elle donnera un SWR d’environ 1,5:1.
L’antenne peut donc être résonante et pourtant afficher un SWR supérieur à 1:1.
La résonance n’est pas la même chose que l’adaptation
Voici la différence fondamentale :
| Question | Que demande-t-elle ? | Meilleur indice |
|---|---|---|
| L’antenne est-elle résonante ? | La réactance au point d’alimentation est-elle nulle ? | X = 0 |
| L’antenne est-elle adaptée ? | L’impédance est-elle proche de l’impédance du système ? | Faible |Γ| / faible SWR |
| L’antenne est-elle efficace ? | La puissance est-elle rayonnée au lieu d’être perdue en chaleur ? | Résistance de rayonnement, résistance de perte, distribution du courant, environnement |
Un bon système d’antenne tente, lorsque c’est possible, de satisfaire aux trois critères. Mais ce sont toujours trois choses différentes.
Une charge fictive en est un parfait exemple. Elle peut afficher un SWR de 1:1, mais ce n’est pas une antenne utile. La puissance est transformée en chaleur, pas en rayonnement utile.
Un faible SWR ne prouve donc pas que l’antenne est bonne.
Il prouve seulement que l’émetteur voit une impédance confortable.
Un exemple pratique
Imaginons un dipôle 40 m mesuré à son point d’alimentation.
- À 7,15 MHz, l’antenne mesure
75 + j0 Ω. - À 7,05 MHz, l’antenne mesure
55 - j10 Ω.
À 7,15 MHz, l’antenne est résonante parce que la réactance est nulle. Mais comme la résistance est de 75 Ω, l’adaptation à 50 Ω n’est pas parfaite. Le SWR est d’environ 1,5:1.
À 7,05 MHz, l’antenne n’est pas résonante, parce qu’il reste de la réactance. Mais le désaccord total par rapport à 50 Ω est plus faible. Le SWR est d’environ 1,24:1.
Le point de SWR le plus bas peut donc se situer en dehors du point de résonance.
Erreur fréquente : “Mon antenne a son SWR le plus bas à 7,05 MHz, donc elle doit être résonante à cette fréquence.”
Pas nécessairement. Elle peut simplement être plus proche de 50 Ω à cet endroit. Il peut encore y avoir de la réactance.
Pourquoi ?
Le SWR dépend du désaccord complet entre l’impédance de l’antenne et l’impédance de la ligne d’alimentation.
Ce désaccord contient les deux parties de l’impédance :
- R : la partie résistive
- X : la partie réactive
La résonance vous dit seulement ce qui est arrivé à X.
Elle ne vous dit pas si R vaut 20 Ω, 50 Ω, 75 Ω, 150 Ω ou plusieurs milliers d’ohms.
C’est pourquoi une antenne résonante peut encore avoir besoin d’un réseau d’adaptation. Un dipôle demi-onde classique en espace libre a une résistance au point d’alimentation d’environ 70 Ω. Il est résonant, mais pas exactement à 50 Ω. Dans les installations réelles, la hauteur au-dessus du sol, l’angle d’un inverted-V, la proximité de métal, le sol, les structures de toiture, les arbres et le cheminement de la ligne d’alimentation peuvent tous influencer la résistance et la réactance au point d’alimentation.
L’antenne ne se soucie pas du nombre que votre transceiver aimerait voir. Elle suit la physique. Le système d’adaptation est là pour rendre le transceiver heureux.
La hauteur, le sol et les objets proches déplacent les deux points
Dans les installations HF réelles, une antenne se trouve rarement en espace libre.
Elle est suspendue au-dessus du sol. Elle se trouve près d’un toit. Elle peut être proche de gouttières, mâts, clôtures, murs, panneaux solaires, arbres, pylônes ou autres antennes. Ces objets se couplent au champ de l’antenne et modifient l’impédance au point d’alimentation.
Cela peut déplacer :
- la fréquence où
X = 0 - la fréquence où le SWR est le plus bas
- la résistance au point d’alimentation à la résonance
- la distribution du courant sur l’antenne
- le diagramme de rayonnement
C’est pourquoi deux dipôles coupés à la même longueur peuvent se comporter différemment dans deux jardins différents.
L’un peut afficher son SWR le plus bas autour de la fréquence de conception attendue. L’autre peut afficher son SWR le plus bas plus bas ou plus haut dans la bande. Aucune des deux antennes ne ment. L’environnement a modifié l’impédance.
Longueur de la ligne d’alimentation : attention à ce que vous pensez mesurer
La longueur de la ligne d’alimentation est une autre source de confusion.
Une ligne d’alimentation ne modifie normalement pas la véritable résonance au point d’alimentation d’une antenne bien définie. L’antenne reste l’antenne.
Mais cette affirmation suppose que la ligne d’alimentation n’est pas utilisée comme élément rayonnant ou comme chemin de retour. Si un courant indésirable circule sur l’extérieur de la gaine du coaxial, la ligne d’alimentation est devenue une partie du système d’antenne. Dans ce cas, sa longueur, son cheminement, sa mise à la terre ou l’emplacement du choke peuvent modifier le comportement mesuré du système.
Une ligne d’alimentation peut aussi transformer l’impédance entre l’antenne et le shack. Si vous mesurez du côté radio du coaxial, vous ne voyez peut-être pas directement l’impédance au point d’alimentation de l’antenne. Vous voyez l’impédance telle qu’elle a été transformée par le coaxial.
Dans une ligne sans perte, le SWR est identique partout sur la ligne, mais l’impédance que vous voyez à différents points peut tourner autour du diagramme de Smith. Dans une ligne à faibles pertes, cela reste une approximation utile. Dans une ligne à pertes, le SWR mesuré dans le shack peut sembler meilleur que le SWR réel à l’antenne, parce qu’une partie de la puissance incidente et réfléchie est dissipée en chaleur dans le câble.
Note : Si vous voulez connaître la résonance au point d’alimentation de l’antenne, mesurez au point d’alimentation ou utilisez une configuration VNA correctement calibrée qui retire la ligne d’alimentation de la mesure.
Si vous mesurez uniquement dans le shack, vous mesurez le système composé de l’antenne plus la ligne d’alimentation.
Un faible SWR peut cacher des pertes
C’est ici que le SWR devient dangereux lorsqu’on se focalise aveuglément dessus.
Un faible SWR ne garantit pas un haut rendement.
Une antenne verticale courte et avec pertes peut présenter une valeur de SWR attractive, parce que les pertes de sol et les pertes de bobine ajoutent effectivement de la résistance. Cela fait que l’émetteur voit une impédance d’environ 50 Ω. Cependant, une partie importante de la puissance est gaspillée à chauffer le sol, la bobine de charge, le tuner, le transformateur ou le métal environnant, au lieu d’être rayonnée efficacement.
Une mauvaise installation end-fed peut aussi afficher un SWR acceptable alors que la gaine du coaxial, le câblage du shack, le mât ou le système de terre font partie de l’antenne. L’analyseur semble satisfait, tandis que la station souffre de retours RF, d’une réception de bruit accrue ou d’un diagramme de rayonnement perturbé.
Les pertes peuvent aussi rendre une courbe SWR plus large et plus lisse que ce que l’antenne est réellement. Un système avec pertes semble souvent plus facile à adapter parce que l’énergie réfléchie est atténuée avant d’atteindre le wattmètre.
C’est pourquoi le travail sur les antennes doit aller au-delà du SWR.
Le SWR vous dit quelque chose sur l’adaptation.
Il ne dit pas toute la vérité sur le rayonnement.
Que faut-il viser alors ?
Le bon objectif dépend de ce que vous construisez.
Pour une antenne monobande étroite
Pour un simple dipôle monobande, une verticale ou une boucle, il est généralement judicieux de placer la résonance près de la partie de bande où vous êtes le plus actif.
Mais ne paniquez pas si le SWR le plus bas se trouve légèrement au-dessus ou en dessous du point de résonance exact. Une petite différence est normale. Ce qui compte, c’est que l’antenne soit efficace, stable et correctement adaptable sur la partie de bande que vous utilisez réellement.
Pour une antenne multibande
Pour une antenne multibande, la résonance sur chaque bande n’est souvent pas réaliste. L’objectif devient alors un système pratique : pertes acceptables, niveaux de tension et de courant sûrs, conception correcte du transformateur ou du tuner, et chemins de courant prévisibles.
Dans ce cas, il ne faut pas chercher obsessionnellement à rendre chaque bande résonante. Concentrez-vous plutôt sur la question de savoir si le système peut être adapté efficacement et si les parties qui doivent rayonner sont bien celles qui rayonnent réellement.
Pour un système alimenté via tuner
Un tuner peut faire en sorte que l’émetteur voie 50 Ω, mais il ne rend pas automatiquement l’antenne efficace.
Si les pertes dans la ligne d’alimentation sont faibles et si les composants du tuner sont correctement dimensionnés, une antenne non résonante peut très bien fonctionner. C’est la logique derrière beaucoup de doublets et d’antennes alimentées en ligne ouverte.
Mais si le système utilise du coaxial avec pertes sous SWR élevé, de petits ferrites, des transformateurs sous-dimensionnés, une mauvaise mise à la terre ou des courants de gaine non contrôlés, alors le tuner ne fait peut-être que cacher le vrai problème à la radio.
Une meilleure méthode de réglage
Au lieu de poursuivre aveuglément le SWR le plus bas, il vaut mieux suivre cette logique :
- D’abord : décidez quelle partie de la bande vous voulez réellement utiliser.
-
Ensuite : mesurez l’impédance, pas seulement le SWR. Regardez
RetX. - Puis : cherchez où l’antenne est résonante, où le SWR est le plus bas, et si ces points diffèrent.
- Ensuite : demandez-vous si la partie résistive est une résistance de rayonnement utile ou surtout une résistance de perte.
- Puis : vérifiez si la ligne d’alimentation, le mât, le câblage du shack ou la terre de station deviennent une partie de l’antenne.
- Enfin : adaptez correctement le système avec un tuner, un transformateur, un choke ou un ajustement de longueur d’antenne lorsque c’est approprié.
Cette approche vous apprend ce que l’antenne fait réellement. Un seul nombre de SWR ne le fait pas.
La question du choke
Il y a encore un point pratique qui appartient au travail moderne sur les antennes HF.
Un faible SWR ne prouve pas que la ligne d’alimentation est silencieuse.
Vous pouvez avoir un bon SWR et malgré tout avoir un courant indésirable sur l’extérieur de la gaine du coaxial. Lorsque cela se produit, la ligne d’alimentation devient une partie de l’antenne. Le diagramme de rayonnement change, le bruit en réception peut augmenter et de la RF peut entrer dans le shack.
Le contrôle du courant fait partie intégrante du système d’antenne, ce n’est pas une option. Une stratégie de choke efficace aide à garder l’antenne bien délimitée et à rapprocher le diagramme de rayonnement du comportement prévu.
N’utilisez donc pas le SWR comme preuve qu’aucun choke n’est nécessaire. Le SWR et le courant de gaine sont deux mesures différentes.
Règle pratique : Réglez l’antenne pour son usage prévu, pas pour atteindre un chiffre particulier. Tenez compte de la résonance, de l’adaptation, de l’efficacité et du contrôle des courants.
Conclusion
La résonance est une condition électrique : X = 0.
Le SWR le plus bas est un point d’adaptation.
Ils sont liés, mais ce n’est pas la même chose.
Une antenne peut être résonante sans présenter une adaptation parfaite à 50 Ω.
Une antenne peut afficher un faible SWR tout en étant inefficace ou avec pertes, par exemple parce que la ligne d’alimentation est utilisée comme partie du rayonneur.
Comprendre cette différence permet de construire, régler et installer de meilleures antennes. Cela évite aussi de couper du fil à l’aveugle parce qu’une courbe SWR se déplace dans une direction inattendue.
La résonance vous dit où la réactance disparaît. Le SWR vous dit à quel point l’émetteur est satisfait. Le système d’antenne complet vous dit à quel point la RF part réellement dans l’air.
Mini-FAQ
Le SWR le plus bas signifie-t-il que l’antenne est résonante ?
Non. Le SWR le plus bas signifie que l’impédance est la plus proche de l’impédance du système, généralement 50 Ω. L’antenne peut encore avoir de la réactance à ce point.
Une antenne résonante peut-elle avoir un SWR élevé ?
Oui. Si l’antenne est résonante à 75 + j0 Ω, elle est résonante, mais elle n’est pas parfaitement adaptée à 50 Ω. Le SWR sera supérieur à 1:1.
Une antenne non résonante peut-elle avoir un faible SWR ?
Oui. Si la résistance est proche de 50 Ω et que la réactance est suffisamment faible, le SWR peut être bas, même si X n’est pas nul.
Un faible SWR prouve-t-il un haut rendement ?
Non. Un faible SWR prouve seulement que l’impédance est pratique pour l’émetteur. La résistance de perte, les pertes de sol, les pertes de transformateur, les pertes de bobine, les pertes coaxiales ou les courants de gaine peuvent encore rendre le système d’antenne inefficace.
Dois-je régler pour la résonance ou pour le SWR le plus bas ?
Pour les antennes monobandes simples, il vaut mieux viser une résonance proche de la zone utilisée et une adaptation pratique sur les fréquences que vous utilisez. Pour les systèmes multibandes ou alimentés via tuner, l’accent doit plutôt être mis sur l’efficacité, la charge sûre des composants, les faibles pertes dans la ligne d’alimentation et le contrôle correct des courants.
La longueur du coaxial accorde-t-elle l’antenne ?
En général non, pas avec une antenne bien définie. La longueur du coaxial peut modifier l’impédance vue dans le shack, mais elle ne modifie normalement pas la véritable résonance au point d’alimentation de l’antenne. Si un courant circule sur l’extérieur de la gaine du coaxial, le coaxial est cependant devenu une partie du système d’antenne, et sa longueur ou son cheminement peuvent modifier le comportement du système.
Un bon SWR signifie-t-il que je n’ai pas besoin de choke ?
Non. Le SWR ne mesure pas le courant indésirable sur l’extérieur de la gaine du coaxial. Une bonne stratégie de choke reste nécessaire pour éviter que la ligne d’alimentation ne devienne une partie du système d’antenne.
Intéressé par davantage de contenu technique comme celui-ci ? Inscrivez-vous à notre liste de notifications — nous envoyons uniquement des mises à jour lorsque de nouveaux articles ou blogs sont publiés.
Des questions ou des expériences à partager ? N’hésitez pas à contacter RF.Guru ou à rejoindre notre groupe de retour d’expérience.