Une antenne n’est rien de plus qu’un morceau de métal. Son but est de transformer une énergie électrique en une onde électromagnétique pour transmettre un signal radio et inversement pour en recevoir. Nous allons dans ce cours voir les différentes notions importantes à comprendre afin de bien choisir son antenne, que ça soit pour un HackRF, un projet SDR ou n’importe.

Fréquence

Pour choisir son antenne, il va d’abord falloir savoir sur quelle fréquence on veut travailler. Mais d’abord, c’est quoi la fréquence ?
Quand on branche une prise de courant dans une maison, le courant qui y circule est dit alternatif, cela signifie qu’il change de sens à intervalle régulier (Le courant va du + vers le - et vice-versa). Le changement ne se fait pas en mode brutal, mais progressivement, formant une jolie sinusoïde.

En France par exemple, cet intervalle oscille à 50Hz, ça signifie qu’il change de sens 100 fois par seconde. C’est ce qu’on appelle la fréquence avec comme unité le Hertz.
Une radio, c’est aussi un oscillateur, on parle de VFO (Variable Frequency Oscillator), terme barbare pour dire qu’on peut changer la fréquence.
Par exemple, en voiture, on peut tourner la roulette pour mettre une fréquence de 102.4MHz (NRJ). Cela signifie qu’on a 102,4 millions d’oscillations par seconde !

Longueur d’onde

Le facteur le plus important d’une antenne est sa longueur que l’on choisira en fonction de la fréquence qui nous intéresse. On dira que notre antenne est résonante à une fréquence spécifique. Ce qui signifie qu’elle transformera efficacement l’énergie électrique en onde radio et inversement.
Pour que notre antenne soit en résonance avec une fréquence, elle devra correspondre à une proportion spécifique de la longueur d’onde du signal.

La longueur d’onde se calcule ainsi, sachant qu’on a une version simplifiée comme on connaît la vitesse de la lumière et que l’on travaille surtout avec des fréquences en MHz :

Quand on a calculé la longueur d’onde du signal qu’on souhaite exploiter, on va pouvoir choisir une fraction de cette valeur pour dimensionner l’antenne, généralement une demi-onde (λ/2) ou une quart d’onde (λ/4).
Par exemple, supposons qu’on veut une antenne pour travailler sur la fréquence 433MHz, on calcule sa longueur d’onde : 300/433≈0.70cm. Si on part sur une antenne demi-onde, sa longueur devra donc être égale à la moitié de la longueur d’onde soit 34.5cm.
Une fois qu’on connaît la taille de notre antenne, il va falloir déterminer quelle forme elle va prendre. Mais avant ça, il va falloir faire une parenthèse sur la notion d’impédance.

Impédance

Alors, on va faire simple. Pour que notre signal radio soit efficacement transféré entre l’antenne et le récepteur/émetteur, il faut que les deux soient bien adaptés l’un à l’autre. Cette adaptation est déterminée par une propriété appelée impédance.
Il faut la voir comme la résistance d’un circuit électrique mais adaptée aux courants alternatifs. En radiofréquence, on voudra que l’impédance de l’antenne match avec celle de notre appareil de réception/émission. Une valeur est utilisée presque partout de manière général, c’est 50Ω. C’est par exemple l’impédance des récepteurs SDR. Bref, ça signifie qu’on cherchera toujours à avoir une antenne au plus proche de ce 50Ω.

Types d’antenne

Ils existent tout un tas de type d’antenne donc on va pas toutes les présenter, mais jetons un coup d’œil à 3 d’entre elles importantes à connaître.

Dipôle

L’antenne la plus basique que l’on puisse faire est une antenne dipôle. Dans sa version basique, il s’agira d’une antenne demi-onde (λ/2), avec chacun des pôles qui aura une longueur de λ/4. Cette dernière est alimenté en son milieu et se place de manière isolée dans l’espace et loin du sol.

L’angle entre les 2 pôles peut être ajuster afin de régler l’impédance de notre antenne. Dans le cas où ils sont droits comme sur le schéma, on aura une impédance de 75Ω. En mettant un angle de 120°, on aura nos 50Ω comme sur ce projet.
De plus, une dipôle peut être placé horizontalement ou verticalement selon la polarisation des ondes que l’on souhaite exploiter.
Enfin, ce type d’antenne concentre son énergie dans deux directions, la rendant très efficace lorsque l’on connaît la direction du signal que l’on souhaite recevoir.

Ground plane

Pour l’antenne ground plane, on va avoir un conducteur vertical d’une longueur d’un quart d’onde (λ/4) qui va être monté au-dessus d’un plan de masse que l’on appelle ground plane, d’où le nom. Ce plan de masse agit comme un miroir qui vient “compléter” l’antenne en réflétant les ondes devenant ainsi l’équivalent d’un dipôle.
Pour former ce plan de masse, on peut utiliser des tiges métalliques qu’on appelle des radiants réparties uniformement autour de la base donnant à notre antenne une apparence d’araignée 🕷️. Pareil que pour le dipôle, si on veut une antenne à 50Ω, il faudra un angle de 120° entre les brins.

Autrement, on peut utiliser la terre, la mer, un toit de voiture, n’importe tant que c’est conducteur. D’ailleurs, certaines antennes de talkie-walkie en sont aussi à partir du moment où on le tient en main car notre corps fait office de plan de masse.

Ces antennes sont omnidirectionnelles donc pratique quand on ne connaît pas forcément la direction du signal que l’on souhaite recevoir.

Yagi

Les antennes Yagi utilisables des ondes HF aux ondes UHF, sont des antennes directives. On les appelle aussi antennes râteaux, c’est celles que l’on a en général sur nos toits pour la télévision terrestre.
L’idée est de partir sur un dipôle demi-onde (λ/2) ou une antenne de type trombone, et d’ajouter des éléments parasites non alimentés afin de concentrer l’énergie dans une direction. On aura des élements directeurs, plus courts que le dipôle, placés devant lui et des éléments réflecteurs qui eux, seront plus long à l’arrière.

En augmentant le nombre d’éléments, l’impédance diminue et le gain augmente ↗️. Ces antennes sont très pratiques dans le cas où l’on souhaite travailler avec un signal qui vient d’une direction bien précise, afin de concentrer toute son énergie vers lui.

Conclusion

Vous devriez déjà mieux comprendre comment choisir votre antenne et ajuster sa longueur en fonction de ce que vous voulez recevoir.

Il existe une infinité de possibilités, n’hésitez pas à me contacter sur Instagram si vous avez des questions :)
Si vous êtes intéressés par faire vos propres antennes ou tout simplement tester les performances de celles que vous achetées, je prépare un cours qui expliquera comment on évalue si notre antenne est efficace pour une certaine fréquence.