Antenne rhombique - Rhombic antenna
Une antenne rhombique est constituée de quatre sections de fil suspendues parallèlement au sol en forme de losange ou de « losange ». Chacun des quatre côtés est de la même longueur - environ un quart de longueur d'onde à une longueur d'onde par section - convergeant mais ne se touchant pas à un angle d'environ 42° à l'extrémité alimentée et à l'extrémité éloignée. La longueur ne soit pas critique, typiquement de un à deux longueurs d' onde ( X ), mais il y a un angle optimal pour toute longueur donnée et la fréquence. Une antenne rhombique horizontale émet des ondes radio polarisées horizontalement à un faible angle d'élévation à partir des extrémités pointues de l'antenne.
Si les sections sont reliées par une résistance à l'une des extrémités aiguës (pointues), l'antenne recevra et transmettra uniquement dans la direction vers laquelle l'extrémité avec la résistance pointe. Ses principaux avantages par rapport aux autres types d'antennes sont sa simplicité, son gain direct élevé , sa large bande passante et sa capacité à fonctionner sur une large gamme de fréquences.
La description
Une antenne rhombique est constituée d'un à plusieurs fils parallèles suspendus au-dessus du sol en forme de « losange » (losange). Les versions longues sont généralement supportées par un poteau ou une tour à chaque sommet auquel les fils sont attachés par des isolateurs . Chacun des quatre côtés a la même longueur. La longueur ne soit pas critique, typiquement de un à deux longueurs d' onde ( X ) de bout en bout, mais pour toute longueur donnée et en fréquence, il y a un angle aigu optimale à laquelle les sections devraient satisfaire.
Une antenne rhombique horizontale émet des ondes radio polarisées horizontalement à un faible angle d'élévation à partir de l'extrémité aiguë de l'antenne opposée à la ligne d'alimentation. Ses principaux avantages par rapport aux autres types d'antennes sont sa simplicité, son gain direct élevé et sa large bande passante , sa capacité à fonctionner sur une large gamme de fréquences.
Il est généralement alimenté à l'un des deux sommets aigus (angle plus aigu) via une ligne de transmission équilibrée , ou alternativement un câble coaxial avec un transformateur balun . L'extrémité des fils se rencontrant au sommet opposé est soit laissée ouverte (non connectée), soit terminée par une résistance non inductive . Lorsqu'il est terminé par une résistance, le diagramme de rayonnement est unidirectionnel, avec le lobe principal en dehors de l'extrémité terminée, de sorte que cette extrémité de l'antenne est orientée vers la station ou la région de réception prévue. Lorsqu'il n'est pas terminé, le losange est bidirectionnel avec deux lobes opposés aux deux extrémités aiguës, mais n'est pas parfaitement bidirectionnel.
L'antenne rhombique peut rayonner à des angles d'élévation proches de l'horizon ou à des angles plus élevés, en fonction de sa hauteur au-dessus du sol par rapport à la fréquence de fonctionnement et de sa construction physique. De même, sa largeur de faisceau peut être étroite ou large, en fonction principalement de sa longueur. L'angle de rayonnement peu profond le rend utile pour la propagation des ondes célestes , le mode de distance la plus longue pour les ondes courtes , dans lequel les ondes radio dirigées dans le ciel à l'horizon se réfléchissent à partir des couches de l' ionosphère et reviennent sur Terre bien au-delà de l'horizon.
Il est possible d'améliorer le faible rendement et le gain des rhombiques unidirectionnels en remplaçant la résistance de terminaison par une ligne de transmission stub équilibrée à faibles pertes . Cela reflète la puissance qui aurait été gaspillée dans la résistance de terminaison dans l'antenne avec la phase correcte pour renforcer l'excitation de l'émetteur. Ce circuit peut augmenter l'efficacité de rayonnement des antennes émettrices jusqu'à 70-80%, au prix d'une complexité accrue.
Histoire
L'antenne rhombique a été conçue dans les années 1931 par Edmond Bruce et Harald Friis . Elle était principalement utilisée dans la bande haute fréquence (HF) ou à ondes courtes comme antenne directionnelle à large bande .
Avant la Seconde Guerre mondiale, le rhombique était l'un des réseaux d'antennes à haute fréquence point à point les plus populaires. Après la Seconde Guerre mondiale, le rhombique est tombé en grande partie en disgrâce pour les travaux de diffusion à ondes courtes et de communication point à point, étant remplacé par des antennes log périodiques et des réseaux rideaux . Des journaux périodiques plus grands offrent une couverture de fréquence plus large avec un gain comparable à celui des rhombiques. Les rideaux d'alimentation distribués ou les réseaux de rideaux HRS ont fourni un motif plus propre, la possibilité de diriger le motif en élévation et en azimut, une efficacité beaucoup plus élevée et un gain considérablement plus élevé dans moins d'espace. Cependant, les antennes rhombiques sont utilisées dans les cas où la combinaison d'un gain direct élevé (malgré les pertes décrites ci-dessus) et d'une large bande passante de fonctionnement ne peut pas être obtenue par d'autres moyens, ou lorsqu'une antenne directionnelle est nécessaire, mais les coûts de construction et d'installation doivent être maintenus bas. .
En plus de son utilisation comme antenne d'émission simple et efficace (comme décrit ci-dessus), le rhombique peut également être utilisé comme antenne de réception HF avec un bon gain et une bonne directivité. Par exemple, la station de réception de BBC Monitoring à Crowsley Park possède trois antennes rhombiques alignées pour une réception à des azimuts de 37, 57 et 77 degrés.
Avantages et inconvénients
Le faible coût, la simplicité, la fiabilité et la facilité de construction des rhombics l'emportent parfois sur les avantages de performances offerts par d'autres baies plus complexes.
- Avantages
- L'impédance d'entrée et le diagramme de rayonnement de Rhombics sont relativement constants sur une plage de fréquences 2:1. Leur impédance peut être rendue relativement constante sur une plage de fréquences de 4:1 ou plus, le gain direct augmentant de 6 dB par octave.
- Plusieurs antennes rhombiques peuvent être connectées de bout en bout pour former MUSA (Multiple Unit Steerable Antenna). Les réseaux MUSA peuvent recevoir des ondes descendantes à longue distance, à ondes courtes et à polarisation horizontale.
- Le rhombique reste l'une des options à gain moyen les moins complexes pour les communications longue distance soutenues sur des circuits point à point.
- Les rhombiques gèrent également une puissance d'émission considérable, car ils ont une distribution de tension et de courant essentiellement uniforme.
- Désavantages
- Un rhombique nécessite une grande superficie de terrain, en particulier si plusieurs antennes sont installées pour desservir une variété de régions géographiques à différentes distances ou directions ou pour couvrir des fréquences très différentes.
- Le rhombique souffre de problèmes d'efficacité dus aux pertes à la terre sous l'antenne, à des lobes parasites importants qui gaspillent de l'énergie, à des pertes de terminaison et à l'incapacité de maintenir un courant constant sur toute la longueur des conducteurs. L'efficacité de rayonnement typique est de l'ordre de 40 à 50 %.
- Le faible rendement réduit considérablement le gain pour une largeur de faisceau de lobe principal donnée par rapport à d'autres réseaux de même largeur de faisceau.