La directivité des antennes
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Manuel du Radioamateur - Index général

Voir aussi : Polarisation des ondes électromagnétiques - Diagramme de rayonnement du dipôle demi-onde - Le décibel - Petite expérience : mesure du diagramme de rayonnement d'une yagi 17 el. VHF - Le gain d'une antenne - Les antennes bandes décamétriques - les antennes THF -

Définition

On dit qu'une antenne est directive quand elle concentre l'énergie qu'elle rayonne dans une direction de l'espace. Par analogie avec la lumière, on peut comparer une antenne directive à un projecteur qui concentre la lumière en un faisceau étroit alors qu'un lustre a pour mission d'éclairer la totalité d'une pièce.
On améliore le gain d'une antenne en concentrant l'énergie rayonnée dans un lobe principal, ce qui implique que, d'un point de vue général, une antenne directive est aussi une antenne à gain.

Mesure de la directivité d'une antenne, angle d'ouverture

En réception, lorsqu'on tourne une antenne pour l'écarter de la direction du signal reçu (que ce soit vers la droite ou vers la gauche), ce signal diminue progressivement. Lorsque le niveau du signal a baissé de moitié en puissance, c'est à dire qu'il a perdu 3 dB, on mesure l'angle formé par l'axe du lobe principal de l'antenne avec la direction du signal. Si l'antenne est symétrique on mesure le même angle à droite et à gauche. La somme de ces deux angles est égal à l'angle d'ouverture de l'antenne : plus cet angle est faible, plus l'antenne est directive. Une antenne qui a une grande ouverture angulaire a une résolution angulaire faible, elle ne permettra pas de bien séparer le signal utile des signaux indésirables mais, à contrario, elle ne nécessitera pas d'être sans cesse réorientée si la station du correspondant se déplace (mobile, satellite...).
Les anglosaxons désigne sous l'acronyme HPBW (half power beam width) l'angle d'ouverture en précisant HPBWA pour l'angle d'ouverture en azimut et HPBWE pour l'angle d'ouverture en site (élevation).
Directivité dans le plan vertical

On peut aussi s'intéresser à l'angle d'ouverture dans le plan vertical. En plus de la construction de l'antenne il dépend beaucoup de l'environnement de celle-ci : nature du sol, hauteur de l'antenne en longueurs d'onde, angle de site... Une antenne dont le lobe principal est très large dans le sens vertical permet à l'angle de départ sur les bandes décamétriques de prendre des valeurs plus faibles ou plus élevées et donne plus de chance d'activer des modes différents et par conséquent de couvrir une zone plus grande. Sur la figure, le lobe principal a un angle de départ de 23 degrés mais son ouverture angulaire est de 25 degrés, ce qui permet à l'angle de départ de s'étaler entre 11 et 45 degrés sans affaiblissement notable.


Rapport avant arrière

Sur le diagramme de rayonnement horizontal de la figure 1 on remarque la présence d'un lobe parasite relativement petit dans le sens opposé au lobe principal. En prenant l'amplitude du lobe principal comme référence on peut mesurer sur le diagramme que ce lobe parasite est à -22 décibels. On peut dire que cette antenne a un rapport Avant/Arrière de 22 dB exprimé sous le terme F/B (front-to-back ratio) dans les logiciels en anglais.
Toutefois il ne faut pas prendre tel quel le rapport avant/arrière calculé par les logiciels de simulation sans regarder le diagramme de rayonnement. Dans le cas représenté ci-contre on voit le lobe principal (en bleu) et 7 lobes parasites dont un petit exactement dans l'axe du lobe principal. Si on se fie au rapport avant/arrière indiqué (25dB) on peut croire avoir affaire à une antenne parfaite alors qu'il existe des lobes secondaires à -14dB par rapport au lobe principal. MMANA permet dans ses options de fixer les dimensions angulaires d'un secteur arrière dans lequel le lobe le plus défavorable sera pris en compte pour le calcul de F/B. Dans la documentation anglo-saxonne le terme "Front-to Rear ratio" permet de préciser qu'il s'agit de tout le secteur arrière et non seulement la direction 180 degrés.
Cet exemple montre aussi qu'on ne peut pas se fier aveuglément aux rapports avant/arrière figurant dans les fiches techniques ou les publicités.


Rapport Avant/Côtés

Cette notion est parfois évoquée pour exprimer l'atténuation des signaux provenant de la droite et de la gauche de la direction privilégiée de l'antenne. En fait, comme pour le rapport Avant/Arrière, il est plus instructif de disposer du diagramme de rayonnement de l'antenne dans le plan horizontal.

Antennes omnidirectives et bidirectives

Une antenne au sol qui rayonne de la même façon dans toutes les directions horizontales (ou presque) est dite omnidirective (ou quelquefois omnidirectionnelle). C'est le cas, entre autres, de l'antenne quart-d'onde verticale ou ground-plane.
On utilise l'antenne omnidirective lorsque la direction du correspondant n'est pas connue ou varie en permanence. C'est le cas du trafic en mobile pour la station fixe comme pour la station mobile. Dans le trafic local sur VHF où les correspondants sont répartis dans plusieurs directions, il n'est pas aisé d'avoir à tourner l'antenne à chaque tour de micro. Sur ondes décamétriques, l'antenne omnidirective évite l'installation et l'utilisation d'un rotor d'antenne ; elle permet aussi d'entendre simultanément dans toutes les directions.
Au paragraphe des inconvénients, l'antenne omnidirective :
- a en général un gain plus faible qu'une antenne directive
- capte les signaux dans toutes les directions, y compris les signaux indésirables.
Exemples d'antennes omnidirectives :
- ground-plane, verticale, slim-jim, hélice radiale, doublet vertical, big-wheel
- doublet en V inversé,
- discône
Certaines antennes sont bidirectives, c'est à dire qu'elles rayonnent aussi bien vers l'avant que vers l'arrière :
- W8JK
- doublet demi-onde
- antenne Lévy ou centerfed
- boucle magnétique