- Manuel de terrain qui rassemble les connaissances nécessaires pour aider l’opérateur de SCR (single-channel radio) à choisir et exploiter une antenne afin de transmettre au poste récepteur le signal le plus fort possible, un élément fondamental de l’infrastructure de communication soutenant le commandement et le contrôle du MAGTF
- Couvre l’ensemble de la chaîne des communications radio, des principes du rayonnement électromagnétique et de la propagation aux caractéristiques des bandes HF/VHF/UHF, aux lignes de transmission, aux types d’antennes, aux réparations de campagne, au SATCOM et aux parcs d’antennes
- Les deux facteurs les plus importants dans l’établissement d’une liaison de communication sont le bon choix de l’antenne et l’adéquation du trajet de propagation ; un mauvais trajet de propagation constitue le maillon le plus faible d’une liaison
- Plus que la puissance du signal elle-même, c’est le rapport S/N (signal/bruit) qui détermine la qualité de réception, et l’antenne est la variable que l’opérateur contrôle le plus directement
- Une seule antenne adaptée peut transformer une liaison marginale en liaison fiable ; l’ouvrage s’adresse non seulement aux officiers CIS et aux opérateurs radio, mais aussi à toute personne souhaitant acquérir les bases sur les antennes
Chapitre 1. Principes radio (Radio Principles)
- Le rayonnement électromagnétique comprend les ondes radio, les micro-ondes, l’infrarouge, la lumière visible, les ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma ; tous se déplacent à la vitesse de la lumière (environ 186,000 miles / 300 millions de m per second), et la seule différence réside dans la longueur d’onde — plus elle est courte, plus l’énergie est élevée
- Les usages diffèrent selon les bandes : la HF convient aux longues distances, tandis que la VHF et l’UHF sont adaptées aux communications LOS (ligne de visée) à courte distance
- Les signaux HF atteignent de longues distances en étant réfléchis par l’ionosphere (ionosphère), la couche la plus externe de l’atmosphère
- La VHF est toujours prioritaire sur la HF dès qu’une LOS est possible, et l’UHF permet, avec une antenne appropriée, de former un trajet plus étroit que la VHF
- Portée et puissance nécessaires en conditions normales : HF (onde de sol 0–50 miles, onde céleste 100–8000 miles, .5–5kW), VHF (onde de sol 0–30 miles, onde céleste 50–150 miles, .5kW ou moins), UHF (onde de sol 0–50 miles, .5kW ou moins)
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Équipements SCR du MAGTF
- HF : AN/PRC-104, AN/GRC-193, AN/MRC-138 (2–29.999 MHz, longue distance)
- VHF : AN/PRC-119, série AN/VRC-88~92 (30–88 MHz), AN/PRC-113·AN/VRC-83 (116–150 MHz et 225–400 MHz, LOS critique sol-air)
- UHF : AN/PSC-3, AN/PSC-5 (SATCOM)
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Constitution d’une liaison radio
- Une liaison radio se compose de 7 éléments : émetteur, alimentation, ligne de transmission, antenne d’émission, trajet de propagation, antenne de réception et récepteur
- L’objectif de l’opérateur est d’obtenir au poste récepteur le signal le plus fort possible, c’est-à-dire le rapport S/N maximal à l’antenne de réception
- Même les meilleurs émetteurs-récepteurs et antennes sont inutiles si la fréquence ou le trajet de propagation sont mal choisis — le choix de l’antenne et l’adéquation du trajet de propagation sont essentiels
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Principes de propagation
- L’atmosphère se divise en troposphere (environ 10 km, environ -2.5°C tous les 300 m d’altitude), stratosphere (10–50 km, environ -65°C constants) et ionosphere (50–500 km et plus, ionisée)
- Les modes de propagation se divisent entre l’onde de sol (ground wave) allant directement depuis l’émetteur et l’onde céleste (sky wave) réfractée puis renvoyée par l’ionosphère
- L’onde de sol se compose de l’onde directe, de l’onde réfléchie par le sol et de l’onde de surface ; cette dernière est influencée par la conductivité et la constante diélectrique du terrain
- Conductivité du sol : grandes eaux douces (très bonne), eau de mer (bonne), terre franche (moyenne), roches et désert (mauvaise), jungle (très mauvaise)
- L’ionosphère comprend les couches D, E, F1, F2 ; on en compte 4 le jour, tandis que la nuit F1 et F2 fusionnent en une seule couche F, et les couches D et E disparaissent
- La couche D n’existe que le jour et atténue la HF dans les zones ensoleillées ; la couche E sert aux communications de moyenne portée jusqu’à 2,400 km le jour ; la couche F2 est la plus utile pour les communications longue distance (plus de 2,400 km)
- Les variations de l’ionosphère se répartissent entre phénomènes réguliers (cycles journalier, saisonnier, de 27 jours et annuel des taches solaires) et irréguliers (activité solaire anormale comme le Sporadic E)
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Diffraction, effets troposphériques et bruit
- La diffraction permet à une partie des ondes de passer au-delà de l’horizon radio, mais une courbure de seulement 5 feet sur une crête montagneuse peut provoquer une atténuation de 30 à 40 dB
- La réfraction troposphérique, le ducting et la diffusion permettent des communications VHF/UHF sur plusieurs centaines de km ; les liaisons par diffusion restent généralement limitées à moins de 500 km (émetteur de plus de 1kW et antenne d’au moins 10dB nécessaires)
- Le bruit se divise en bruit naturel (orages = bruit atmosphérique dominant de 0 à 5MHz, étoiles = bruit galactique dominant aux hautes fréquences) et bruit artificiel (sources d’arcs électriques) — le rapport S/N est la grandeur la plus importante du système de réception
- Le bruit artificiel tend à être verticalement polarisé près de sa source ; une antenne de réception à polarisation horizontale captera donc moins de bruit
- En bande HF, la surcharge d’utilisateurs fait des interférences et du bruit, plus que de la puissance du signal, la cause principale des mauvaises communications ; les antennes à bande étroite sont avantageuses pour éliminer les signaux d’interférence puissants
Chapitre 2. Fondamentaux des antennes (Antenna Fundamentals)
- Une antenne convertit et rayonne la puissance RF de l’émetteur sous forme d’onde électromagnétique et, en réception, reconvertit le champ électromagnétique en énergie RF pour l’acheminer vers le récepteur
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Concepts et terminologie de base
- Quand la longueur d’un conducteur approche d’environ 1/2 longueur d’onde, l’essentiel de l’énergie est émis sous forme de rayonnement électromagnétique
- Lorsqu’une puissance RF est appliquée, un champ inductif lié à l’énergie stockée et un champ rayonné se forment ; au-delà d’une certaine distance, seul subsiste le champ rayonné, dont les composantes électrique et magnétique sont disposées à angle droit
- Le diagramme de rayonnement dépend du type d’antenne — les antennes verticales sont omnidirectionnelles, les antennes horizontales sont bidirectionnelles et les antennes unidirectionnelles rayonnent dans une seule direction (diagramme 3D en forme de donut)
- La polarisation est déterminée par la direction des lignes de force électrique ; elle se divise en polarisation verticale (perpendiculaire au sol), horizontale (parallèle au sol) et elliptique
- Les satellites et terminaux satellites utilisent une polarisation circulaire — combinaison d’ondes verticale et horizontale de même amplitude avec un déphasage de 90°, produisant une rotation sur 360°
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Exigences de polarisation selon la fréquence
- La transmission par onde de sol en basse et moyenne fréquence exige une polarisation verticale (les lignes de force électriques horizontales sont court-circuitées par le sol)
- Les ondes célestes HF arrivent avec une polarisation elliptique après réflexion sur l’ionosphère, ce qui permet aussi bien le vertical que l’horizontal, mais les antennes horizontales sont préférées pour leur angle de départ élevé et leur directivité
- En VHF/UHF, la propagation directe conserve la polarisation d’origine ; les antennes d’émission et de réception doivent donc impérativement être polarisées de la même manière
- La polarisation verticale permet une communication omnidirectionnelle au moyen d’antennes simples 1/2 onde ou 1/4 d’onde, pratique pour les véhicules mobiles, mais présente l’inconvénient de rayonner de manière identique vers les forces amies et ennemies
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Sol, longueur et directivité
- L’effet de sol varie selon le type de mise à la terre, notamment counterpoise (réseau conducteur remplaçant la terre) et ground screen
- Le calcul de la longueur d’antenne et le réglage de la direction à partir de l’azimut permettent d’améliorer les communications marginales et d’ajuster l’émission/réception de signaux forts
Chapitre 3. Lignes de transmission (Transmission Lines)
- L’impédance caractéristique d’une ligne de transmission est définie comme le rapport entre la tension et le courant en un point donné de la ligne
- L’adaptation d’impédance détermine les pertes d’énergie — le transfert maximal d’énergie (avec pertes système minimales) est obtenu lorsque l’émetteur, la ligne de transmission et l’antenne ont tous la même impédance
- Si l’impédance de charge diffère de celle de la ligne, seule une partie de l’énergie est transmise et des ondes stationnaires apparaissent ; si elles sont exactement identiques, seule l’onde incidente circule et les pertes sont minimales
- La plupart des radios de l’USMC ont une impédance interne de 50 ohm ; en cas de désadaptation, comme avec une ligne bifilaire 300-ohm, un dipôle demi-onde 50-ohm et un émetteur-récepteur 50-ohm, il faut exploiter les ondes stationnaires et les variations répétées d’impédance pour réaliser l’adaptation
- L’atténuation correspond à la perte d’énergie transmise, et varie fortement selon l’isolant
- Le Teflon présente de très faibles pertes, tandis que le caoutchouc et le bois en présentent de fortes ; les pertes dans les câbles coaxiaux deviennent particulièrement marquées à haute fréquence
- Le balun, les connecteurs de câble et les raccordements vers des antennes symétriques favorisent un couplage optimal entre l’émetteur-récepteur et l’antenne
Chapitre 4. Choix des antennes HF
- La HF 3~30MHz est la seule bande qui se réfléchit de manière prévisible sur l’ionosphère, ce qui la rend essentielle pour les communications ; la hauteur optimale est d’environ 0.4λ au-dessus d’une masse électrique
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Procédure de sélection d’antenne
- La propagation par onde de sol exige un angle de départ faible et une antenne à polarisation verticale — le whip fourni avec tous les postes radio convient bien aux ondes de sol omnidirectionnelles
- Le simple remplacement d’antenne sur une même liaison peut produire un gain considérable
- Si le whip de 32 feet de l’AN/MRC-138 est utilisé sur une liaison de 200 miles, la puissance rayonnée est de 300 watts ; en le remplaçant par un dipôle horizontal demi-onde de 35 feet, on obtient 5,000 watts, soit plus de 16 fois plus
- Pour une onde céleste, on détermine d’abord l’angle de départ selon la distance de la liaison — une liaison de 966 km (600 miles) nécessite environ 25° de jour et 40° de nuit
- Les stations mobiles et les liaisons multidirectionnelles appellent des antennes omnidirectionnelles ; les liaisons point à point appellent des antennes bidirectionnelles ou directives
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Types d’antennes
- Vertical Whip (2~30MHz) : présent dans tous les ensembles radio, bon pour l’onde de sol omnidirectionnelle mais le moins adapté aux liaisons par onde céleste
- La longueur se calcule avec la formule 234/fréquence (MHz) (225.50/fréquence pour le WD-1/TT) ; les performances peuvent être améliorées avec un reflector (plus long que le whip) placé à 1/4 longueur d’onde, tandis qu’un élément plus court agit comme director
- L’ajout de piquets de terre ou de ground radial (en forme de rayons de roue) améliore le rayonnement
- Half-Wave Dipole (doublet) : antenne filaire de campagne temporaire la plus utilisée, facile à concevoir et à fabriquer pour les liaisons par onde céleste à courte et moyenne distance (jusqu’à environ 1,200 miles)
- À une hauteur de 1/2 longueur d’onde au-dessus du sol, elle est bidirectionnelle ; à 1/4 longueur d’onde, son angle de départ élevé offre une couverture presque omnidirectionnelle
- AS-2259/GR, Inverted Vee, Long Wire, Inverted L, Sloping Vee, Sloping Wire, Vertical Half-Rhombic et divers autres types sont également présentés
- Vertical Whip (2~30MHz) : présent dans tous les ensembles radio, bon pour l’onde de sol omnidirectionnelle mais le moins adapté aux liaisons par onde céleste
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Communications NVIS
- Le NVIS constitue le principal mode de propagation HF à courte distance ; l’onde de sol et l’onde directe (LOS) restent aussi utiles à courte portée
- Avertissement : les fils NVIS transportent pendant l’émission une énergie RF suffisamment forte pour causer des blessures graves ; il est impératif d’empêcher toute approche du personnel
Chapitre 5. Choix des antennes VHF/UHF
- La VHF (30~300MHz) et l’UHF (300~3,000MHz, 3GHz) sont très utiles pour les communications à courte distance de moins de 50 km, et leurs longueurs d’onde plus courtes permettent des antennes bien plus petites
- Cette petite taille permet de constituer des arrays (réseaux) de multiples éléments rayonnants afin d’obtenir du gain dans une direction donnée
- Sous-bandes : 118~136MHz (aviation VHF), 225~400MHz (aviation UHF), 148~174 et 450~470MHz (mobile, police, météo, etc.)
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Polarisation
- Les diffusions FM et TV utilisent une polarisation horizontale pour réduire les interférences d’allumage, tandis que les communications mobiles emploient une polarisation verticale pour des raisons physiques et pour conserver l’omnidirectionnalité
- Quand la hauteur d’antenne est inférieure à environ 10 m ou qu’une émission/réception omnidirectionnelle est nécessaire, seule la polarisation verticale doit être utilisée
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Gain et directivité
- Plus la fréquence augmente, plus le signal reçu faiblit et plus les pertes en ligne de transmission augmentent — des pertes de 10 à 20dB sur 30 m de coaxial à 450MHz sont courantes
- Les signaux à large bande augmentent le bruit système, d’où le besoin de gain d’antenne supplémentaire ; la directivité contribue aussi à la sécurité en réduisant le rayonnement dans les directions inutiles
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Types d’antennes
- Vertical Whip, OE-254, antennes intérieures pour véhicule, antennes mixtes HF, antennes à double fonction
- La Yagi est aussi une antenne populaire en HF ; en VHF/UHF, on emploie généralement davantage d’éléments (il est rare d’en voir plus de 3 à 4 en HF)
Chapitre 6. Réparations de campagne et fabrications de fortune (Field Repair and Expedients)
- Un whip endommagé peut faire l’objet d’une réparation provisoire ; les antennes filaires, lignes de transmission, haubans (guy) et mâts peuvent eux aussi être réparés ou remplacés
- Le texte inclut l’usage d’isolants de fortune en plastique, la réparation de haubans rompus avec du fil, et même des exemples de réparation d’urgence de haubans et de mâts à l’aide de cuillères
- Pour une antenne de fortune, il est important de respecter la même longueur que l’originale ; des considérations spécifiques existent aussi pour les antennes VHF de campagne lorsqu’un poste SINCGARS fonctionne en mode saut de fréquence
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Antennes directives de campagne improvisées
- Méthodes de fabrication d’une antenne demi-onde alimentée en bout (diagramme en donut) et d’un doublet alimenté au centre à partir des matériaux disponibles
- Vertical half-rhombic, long wire, Yagi, Vee, Sloping Vee et autres peuvent servir d’antennes directives improvisées sur le terrain
Chapitre 7. Antennes de communications par satellite (Satellite Communications Antennas)
- Le principal ensemble radio LOS/SATCOM du Marine Corps, l’AN/PSC-5, assure les communications de données et de voix et remplace tous les postes UHF SATCOM portables et embarqués sur véhicule
- L’AS-3566 sert aux communications LOS, tandis que les AS-3567 et AS-3568 assurent le SATCOM longue distance
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Choix de l’emplacement des antennes SATCOM
- Pour les équipements LOS, l’angle d’élévation de l’antenne par rapport au relief du trajet est le facteur le plus important, et les points hauts naturels doivent être exploités
- Dans les systèmes over-the-horizon, l’angle horizontal (angle de masque) est essentiel ; plus il est élevé, plus les pertes de transmission augmentent — il faut privilégier l’emplacement présentant l’angle le plus négatif
- L’angle horizontal se mesure avec un transit et se définit comme l’angle entre la tangente au point exact d’installation de l’antenne et la LOS de l’horizon (l’angle radio diffère légèrement de l’angle visuel)
Chapitre 8. Parcs d’antennes (Antenna Farms)
- Un parc d’antennes (radio hill, parc d’antennes) est la zone où s’effectue l’essentiel du rayonnement électromagnétique
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Postes de commandement (CP) et choix de l’emplacement
- Le commandant exerce le commandement et le contrôle via le CP, et le quartier général se distingue entre tactical (tactique), main et rear
- La distance entre le parc d’antennes et le CP est déterminée par des considérations doctrinales, tactiques et techniques (communications, EW, situation tactique, etc.)
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Disposition interne et interférences
- La bande de fréquences, le choix et la disposition des antennes, ainsi que l’évaluation des interférences cosite sont les points clés de l’implantation interne
- Pour prévenir les interférences cosite, les antennes doivent être espacées selon la fréquence et la puissance d’émission (critères de séparation de 10 %, 5 % et 2.5 %) ; pour réduire le couplage, il faut respecter un espacement minimal d’au moins une longueur d’onde de la fréquence la plus basse
- La polarisation liée à la végétation dépend du type de forêt ; dans les forêts de feuillus, la polarisation horizontale est avantageuse
- Les lignes d’alimentation et les lignes de signal doivent éviter de se croiser et, si cela est inévitable, se croiser à angle droit
Annexes
- Annexe A : Glossaire, annexe B : Références et publications connexes
1 commentaires
Avis sur Hacker News
La US Navy Electricity and Electronics Training Series (NEETS) mérite aussi d’être mentionnée
On peut aussi trouver d’autres documents intéressants dans le menu du haut ici
https://maritime.org/doc/#neets
Si vous avez des bases de mathématiques de niveau licence, Antenna Theory: Analysis and Design de Constantine Balanis, l’ouvrage de référence dans le domaine des antennes, vaut le détour
https://www.amazon.com/Antenna-Theory-Analysis-Constantine-B...
L’ARRL Antenna Book mérite aussi qu’on y consacre du temps : https://www.arrl.org/arrl-antenna-book
Quoi qu’on pense du militarisme américain, les différentes armées produisent, la plupart du temps, des documents de formation très rigoureux, clairs et pratiques
Personnellement, j’ai constaté la même chose avec la FAA
À l’époque où je travaillais dans la Marine sur les communications radio et le renseignement, j’ai vite compris qu’apprendre et appliquer les connaissances pratiques de ce type de manuel était bien plus important que de maîtriser les équations de Maxwell, la théorie de l’information ou les séries de Fourier
Pour ceux qui discutent des lignes de transmission, les équations des télégraphistes me semblent être un outil utile
J’aimais autrefois bricoler avec des antennes longwire (section 4-22)
Plus elles sont longues, plus elles deviennent directives, ce qui les rend amusantes à expérimenter, et c’était à l’époque où le copperweld était bon marché
Plus tard, j’ai vécu quelques années dans une ferme, mais je n’avais ni le temps ni les arbres alentour pour tester un fil vraiment long
Vous ne pourrez sans doute pas choisir la direction, mais si vous avez une clôture à proximité, ça ne coûte rien d’y brancher un récepteur sensible pour voir ce que vous captez
C’est vraiment très bien écrit et étonnamment accessible
Je ne connais rien aux systèmes de communication et j’ai pourtant pu le lire assez facilement
C’est aussi pour ça que les marges sont larges, afin qu’après reliure et massicotage il reste assez de place pour prendre des notes avec un demi-crayon gras déjà mâchouillé
Blague à part, beaucoup de manuels militaires ont en commun de bien introduire les sujets, de façon à donner à l’utilisateur une base assez solide sur le « quoi », le « pourquoi » et le « comment »
Idéalement, ce serait couvert pendant la formation, mais les auteurs de manuels ne semblent pas supposer que le lecteur a forcément été formé
Résultat, quel que soit le sujet, ce sont souvent des ressources extrêmement utiles
Honnêtement, nous autres ingénieurs logiciel pourrions trouver des modèles bien pires pour nos documentations techniques
Juste avant que Frank Wilczek n’enseigne à Princeton, son ami et mentor Sam Treiman l’a fait venir dans son bureau pour lui donner un conseil
Sam a sorti un vieux manuel au format poche et lui a dit : « Pendant la Seconde Guerre mondiale, la Marine devait former en urgence ses recrues à installer et exploiter des communications radio. Beaucoup d’entre elles arrivaient directement de la ferme, et les mettre à niveau était un grand défi. Grâce à cet excellent livre, la Marine a réussi. C’est un chef-d’œuvre de pédagogie. Surtout le premier chapitre. Regarde »
Le premier chapitre du livre s’intitulait Ohm's Three Laws, et la loi d’Ohm familière V = IR y figurait comme première loi
Par curiosité, en regardant les deux autres lois, la deuxième était I = V/R et, comme on pouvait s’y attendre, la troisième était R = V/I
Ils sont souvent regroupés au sein d’un système plus vaste, et certaines personnes travaillent donc sur les deux, mais en dehors des bases comme le calcul différentiel et intégral, les compétences dans l’un ne facilitent pas vraiment la compréhension de l’autre
J’ai deux observations. L’une est anecdotique, l’autre plus sérieuse
La petite, c’est que, même dans les ouvrages de référence sur la radio et l’électromagnétisme, pour une raison ou une autre, les gens semblent incapables de ne pas dessiner des demi-cercles à la place de la forme correcte de la fonction sinusoïdale. Voir la Figure 1-2
La plus sérieuse, c’est que la plupart des textes de formation militaire utiles semblent dater d’avant les années 1990, quand l’armée était encore compétente aussi comme organisme de R&D, de formation et de passation de contrats
Aujourd’hui, la plupart de ces compétences ont été externalisées vers les industriels de la défense, et les personnes capables d’écrire ce genre de textes, ou de concevoir correctement des avions en interne dans l’armée, sont parties depuis longtemps, à mon avis
Les avions, véhicules, navires et toutes sortes d’équipements ont toujours été développés par l’industrie civile, bien sûr souvent en collaboration très étroite avec l’armée
Les capacités de production directement détenues par le gouvernement américain ont toujours été extrêmement spécialisées. Pensez à Los Alamos ou Oak Ridge par opposition à Boeing
Ça me rappelle un article que j’ai vu il y a quelque temps sur un avion militaire utilisant une antenne de 5 miles pour communiquer avec des sous-marins
https://www.thedrive.com/the-war-zone/31477/heres-why-an-e-6...
Ces guides me laissent toujours un peu sur ma faim, parce qu’ils prennent systématiquement comme exemple une boucle de fil qui crée un champ électromagnétique.
Avec l’expérience quotidienne du courant continu et des conducteurs, on peut plus ou moins se le représenter, mais dès qu’on regarde une antenne monopôle classique, cette explication s’effondre. Une extrémité est suspendue dans l’air : comment le conducteur peut-il conduire, exactement ? Ça doit être de la magie du courant alternatif.
De même, il manque des explications détaillées sur ce qui se passe exactement lorsqu’un champ électromagnétique est produit.
J’imagine que c’est fait de photons, mais je me demande d’où viennent précisément ces photons et comment ils peuvent être générés, dans certains cas, avec seulement quelques milliwatts de puissance.
Le champ électromagnétique existe en permanence et imprègne tout l’univers.
Un électron qui accélère perturbe le champ électromagnétique, y injecte de l’énergie et de la quantité de mouvement, et cette perturbation se propage dans le champ à la vitesse de la lumière.
À des niveaux d’énergie suffisants, cette perturbation est bien localisée dans l’espace et se comporte comme une particule ; c’est ce qu’on appelle un photon.
Même à basse énergie, on peut parler de photons, mais cela peut être un peu trompeur. Aux très faibles énergies des ondes radio dont il est question ici, ils sont très étalés spatialement, avec des longueurs d’onde de l’ordre du mètre, et se comportent davantage comme des ondes que comme des particules.
En courant alternatif, les électrons font des allers-retours sur de courtes distances et, dans une image simplifiée mais utile, cela produit le même effet.
C’est un peu comme créer des vagues en bougeant la main de haut en bas dans l’eau.
Imagine un long tuyau ouvert à une extrémité et fermé à l’autre. Si tu bouches l’extrémité avec ta bouche et que tu souffles, la pression monte rapidement.
Mais si tu y fixes un haut-parleur de façon étanche et que tu balayes les fréquences, tu verras que le volume sonore varie d’autant plus que tu te rapproches de la fréquence de résonance du tube.
Les électrons d’une antenne monopôle ont entre eux une relation élastique, et cette influence se propage à la vitesse de la lumière, et non à celle du son.
Ils peuvent aussi se déplacer assez librement dans le conducteur, comme des molécules de gaz dans un tube.
Si tu injectes une « note » de 150 MHz dans une antenne de 2 mètres avec l’équivalent d’un haut-parleur, le tube d’électrons entre en résonance.
De même que des cavités résonantes de même fréquence peuvent se coupler à travers l’air, les antennes se couplent via le champ électromagnétique pour résonner à la même fréquence.
C’est pour cela que l’énergie à l’extrémité du « tube » bénéficie d’un certain gain par rapport aux autres fréquences non résonantes, et qu’une oreille ou un amplificateur reçoit quelque chose qu’il peut distinguer du bruit.
Maintenant, imagine que tu colles ton oreille à un autre tube identique au tube du haut-parleur, tout en bouchant l’autre oreille : tu entendrais les sons ambiants, mais surtout sous forme d’harmoniques de cette fréquence de résonance.
Si un ami dit « tu m’entends ? », ça sonnerait comme un « mwaa mwoo mwee mwee ? » résonnant.
Mais si ton ami allume le tube haut-parleur de l’autre côté de la pièce, il ressortira nettement au milieu des autres sons.
Puis, si on te donne un rouleau de papier en te demandant de dessiner vers le haut ou vers le bas selon le volume sonore, et que ton ami tourne le bouton de volume, la forme tracée sur le papier ressemblera à une onde sonore.
Voilà, tu sais maintenant comment fonctionne la radio AM.
Plutôt que de parler de « magie du courant alternatif », j’aurais envie d’appeler ça de la magie RF.
Pour comprendre ce type de circuits, il faut un autre modèle mental.
En courant continu et en courant alternatif basse fréquence, on peut se contenter de considérer que la tension et le courant apparaissent instantanément dans le conducteur, mais ce n’est qu’une simplification utile.
En gros, l’énergie fournie par la source met du temps à se propager le long du fil [0].
Avec ça en tête, les GIF animés de cette page devraient être plus parlants : https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna
Ce modèle mental aide aussi à comprendre pourquoi une boucle magnétique n’est pas un simple fil en court-circuit. Dans un circuit en courant continu ou en basse fréquence, c’est bien un court-circuit, mais pas dans un circuit RF [1].
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Velocity_factor
[1] Ce modèle mental ne suffit pas à comprendre complètement n’importe quelle antenne. Beaucoup de conceptions dépendent aussi d’autres phénomènes, comme les interactions électromagnétiques entre composants ou avec l’environnement. Mais avec ce modèle en tête, tu pourras creuser davantage si le sujet t’intéresse.
Et ça ne concerne pas que les antennes. Si tu regardes un ordinateur, à 3 GHz (RAM DDR4+), la longueur d’onde est d’environ 10 cm : rien qu’avec une sinusoïde unique, on aurait 1,8 V au niveau du CPU, 0 V à 2,5 cm du CPU, -1,8 V à 5 cm, 0 V à 7,5 cm, puis de nouveau 1,8 V à 10 cm.
Il faut en plus tenir compte de la distance entre le CPU et la RAM, des autres fréquences qui accompagnent les signaux carrés, et de toutes les mathématiques qui font fonctionner les simples lectures/écritures en RAM.
Même un fil ou un câble ordinaire, qui en électronique en courant continu n’est que le plus simple des conducteurs et ne fait rien de particulier, change ici absolument tout.
Quand on applique un signal de tension, ce « signal » (le champ) doit faire circuler un courant à une certaine vitesse avant même d’atteindre l’autre extrémité du câble et de « voir » si elle est ouverte, soudée ou terminée par une résistance.
[0] https://catalog.hathitrust.org/Record/001617948