""" En manipulant habilement cet appareil ( un TOS mètre ) on peut adapter l'impédance de l'antenne """

c'est vrai çà?   

Au risque de me faire prendre pour un brise-bonbons il n'y a pas de « TOSmètres » mais des ROSmètres parce que le TOS et le ROS sont des notions voisines, liées mathématiquement mais distinctes. Les appareils qu'on connaît mesurent des ROS (enfin ceux de bonne qualité, les autres notamment vendus en cibisteries ne mesurent rien, ils gigotent), on ne mesure pas des TOS mais on peut au mieux les calculer à partir de la mesure d'un ROS. Un « TOSmètre » est donc une expression de mauvais goût technologique (;-0).

> En manipulant habilement cet appareil on peut adapter l'impédance de l'antenne et minimiser la

> puissance qu'elle réfléchi.

Cette phrase est un raccourci d'idées qui prête à confusion: ce n'est pas en manipulant le ROSmètre qu'on adapte l'impédance de l'antenne mais en manipulant un coupleur (ou adaptateur d'impédances) placé quelque part entre l'émetteur et l'antenne. Le ROSmètre ne fait que mesurer l'adaptation d'impédance à l' entrée du coupleur pour régler le ROS d'entrée au minimum. En sortie de coupleur le ROS ne changera jamais suite à un réglage au coupleur car le ROS sur une ligne de transmission est toujours fonction des paramètres de la ligne et de l'antenne en amont, et pas de ceux du coupleur, de la ligne et de l'émetteur en aval. Et des coupleurs il y en a de diverses sortes. En décamétrique le coupleur se met généralement en bas de la ligne de transmission parce que cela ne change rien à l'énergie rayonnée. Il est souvent associé à la symétrisation s'il s'agit d'une antenne symétrique et d'une ligne asymétrique (rarement l'inverse) mais la symétrisation est un autre problème dont on a parlé déjà,

> Mais attention il ne faut pas faire la mesure n'importe ou ni a n'importe quelle distance de l'antenne

Il faut différencier les cas :

1- Il n'y a pas de coupleur, la ligne a la même impédance caractéristique que l'impédance de l'antenne, et l'impédance nominale en sortie de l'émetteur a été conçue pour cette valeur. Exemple : une ground plane décamétrique avec des radiales obliques à 45°, une ligne coax à 50 ohms de 20m et un émetteur transistorisé prévu pour 50 ohms en sortie. Peut-on mesurer le ROS n'importe où  sur la ligne ?

Oui car ici la ligne a très peu de pertes à ces fréquences. Le ROS est donc quasi constant tout le long de la ligne de transmission et on peut le mesurer où on veut, notamment en bas. Je vois d'ailleurs mal aller mesurer le ROS en haut d'une ligne alimentant une antenne à 10m de haut. De plus l’impédance vue par le bas de la ligne sera proche de 50 ohms et le ROSmètre – prévu pour 50 ohms - donnera une mesure valide (pour autant que l'appareil soit de bonne facture, hein).  Le problème serait différent enVHF et plus haut où les pertes ne sont plus négligeables.

2- Il y a un coupleur, la ligne a une impédance caractéristique différente de l'impédance de l'antenne, et l'impédance nominale en sortie de l'émetteur a été conçue pour valeur standard. Exemple : un doublet décamétrique (d'impédance de l'ordre de 50 ohms à la résonance vu sa hauteur prp au sol) alimenté par un twin 450 ohms de 20m, un coupleur et un émetteur dont l'impédance nominale de charge est 50 ohms asymétrique. Peut-on mesurer le ROS n'importe où  sur la ligne 450 ohms ?

En principe oui puisque la ligne n'a pas de pertes (encore bien moins qu'un coax) et le ROS en haut et en bas seront quasi identiques. En pratique non car il n'existe pas de ROSmètre conçu pour 450 ohms symétrique et ceux du commerce sont toujours prévu pour du coax 50 ohms, asymétrique par nature. On ne pourra donc pas mesurer le ROS sur cette ligne sauf à faire une adaptation d'impédance et une symétrisation pour faire la mesure dans la zone des 50 ohms. C'est ce que fait le coupleur mais pas seulement pour mesurer le ROS, surtout pour adapter la charge de l'antenne à la sortie de l'émetteur.

Ici se pose une question subsidiaire pour gagner l'euromillion : Est-il important de savoir le ROS sur cette ligne Twin ?

Avec précision généralement non, puisque les pertes à ces fréquences sont faibles et que le twin résiste à des ROS très élevés cad des tensions ponctuelles de plusieurs milliers de volts (contrairement au coax qui a des dimensions plus modestes). Ce n'est donc pas dans le twin qu'on perd de la puissance.

Question sub-subsidiaire : mais quel est le ROS sur le twin ? Simple : au droit de l'antenne il fait dans cet exemple 450/50 à la résonance, soit 9. Et c'est acceptable pour un émetteur de quelques centaines de watts mais ce ne le serait pas sur un coax qui claquerait en un ventre de tension bien avant cette valeur. Sans oublier les ventres d'intensités qui chaufferaient les pattes aux zoziaux.

Questions suivantes à la Curiosus :

- S'il y a un ROS de 9, il y a donc beaucoup de puissance réfléchie ?

- Évidemment.

- Ne va-t-elle pas bousiller l'émetteur ?

- Non, si on règle le coupleur.

- Mais où va la puissance réfléchie qui redescend de l'antenne ?

- Ben, elle y retourne. C'est à cela que sert le coupleur. La puissance réfléchie est remise en phase (pour un seul réglage précis) avec la puissance qui vient de l’émetteur et repart vers l'antenne et s'y ajoutant.

- Mais alors, dans la ligne il y a en phase la puissance incidente de l'émetteur et la puissance réfléchie renvoyée à nouveau ?

- Absolument. Et lorsque les deux puissances arrivent ensemble à l'antenne il y a de nouveau une séparation entre une puissance incidente rayonnée et une puissance réfléchie, dans la même proportion que le ROS. Et ainsi de suite jusqu'à ce que l'état stable soit établi (en quelques alternances) où la puissance rayonnée par l'antenne est égale à celle délivrée par l'émetteur.

- Donc si on mesurait séparément la puissance incidente dans une ligne comportant du ROS on aurait une valeur supérieure à celle qui entre dans le coupleur ?

- Oui, mais en notant que la différence sera la puissance réfléchie qui, elle, redescend en quantité identique.

- Mais alors sur un twin je peux faire ce que je veux sans problème ?

- Y a des limites. D'abord une tension d'amorçage existe quand même que le ROS ne peut pas chatouiller. Ensuite avec de très grands ROS on aurait quand même des pertes importantes, par exemple si la fréquence augmente. On n'oubliera pas que la puissance réfléchie fait plusieurs aller-retour sur la ligne.

- Bien, si on ne règle pas bien le coupleur la puissance réfléchie ne remontera pas en phase avec la puissance incidente. Va-t-elle être renvoyée vers l'émetteur et s'y dissiper ?

- Non. Ce qui se passe c'est que l'émetteur voit une charge inadéquate à cause du mauvais couplage. Cela déplace son point de fonctionnement DC sur ses courbes, donc augmente sa dissipation et l'émetteur souffre de surchauffe en courant continu et pas en courant HF. De plus le couplage étant défectueux on ne tirera pas de l'étage final la puissance supposée à délivrer. Ne pas régler le coupleur est donc une mauvaise idée mais pas pour les raisons qu'on évoque souvent sur l'air et même dans des revues.

> On peut parfaitement avoir un TOS très bon en bas de descente d'antenne et une antenne

> complètement désadaptée qui ne rayonne quasiment rien.......

Absolument. Une longue ligne à pertes bouffe toute la puissance et fait croire que l'adaptation est correcte alors qu'il ne sort aucune puissance à l'antenne.

Dans la représentation sur un abaque polaire de Smith, le lieu du ROS le long d'une ligne de transmission sans pertes est un cercle centré sur le point central représentant un ROS parfait de 1:1. La valeur du ROS est alors constante puisque le rayon du cercle est constant. Dans le cas d'une ligne à pertes ce cercle devient une spirale qui s'approche du centre de plus en plus, jusqu'à y arriver. A l'antenne on aurait un mauvais ROS et en bout de ligne on aurait un ROS parfait. Ceci signifie donc que toute la puissance serait dissipée en chaleur sur la ligne et rien ne serait rayonné. Ce n'est pas tout à fait aussi simple parce qu'il y a aussi une rotation de phase et pas seulement une perte résistive.

Par exemple un coax qui ferait 20 dB de pertes par 100m en UHF aurait des pertes de 200 dB sur un km. C'est la raison pour laquelle les réseaux de distribution télé utilisent des câbles à beaucoup plus faibles pertes et aujourd'hui véhiculent leur signaux à grandes distances sur des fibres optiques qui font jusqu'à 0,5 dB/km – sans compter les pertes dans les connexions. Les signaux radio sont aussi moins affaiblis que sur un coax.

Et pour la petite histoire dans les antennes rhombiques décamétriques – très directives - terminées par une résistance (pour les rendre unidirectionnelles), on trouve pour charge des lignes 600 ohms en acier qui bouffent la puissance à dissiper (soit la moitié de la puissance de l'émetteur). Au bout il n'y a plus rien.

> Le feeder d'antenne est une ligne adaptée sur son impédance caractéristique réelle a ses deux

> extrémités, il ne doit en aucun cas constituer un élément d'adaptation d'impédance (partie

> imaginaire) entre l'émetteur et l'antenne.

Je n'ai peut-être pas tout à fait compris mais on peut utiliser les propriétés de variation d'impédance le long d'une ligne désadaptée pour faire une adaptation d'impédance. Classiquement une ligne quart d'onde peut adapter l'impédance entre une charge et l'impédance souhaitée en entrée de ligne en choisissant comme impédance caractéristique de la ligne ¼ d'onde la moyenne géométrique entre les valeurs terminales à chaque bout. Il existe aussi une variante avec une alternance de deux lignes d'impédances connues dont on joue sur les longueurs. Il existe aussi des stubs parallèles ou série. Etc. C'est utilisé dans des émetteurs de télévision mais à noter que ce n'est pas de la large bande. On joue aussi sur la longueur de la ligne (avec un fort ROS) pour adapter l'impédance d'une antenne Lévy (et d'autres).

> La je ne suis pas d'accord quand il y a du TOS ou du ROS la puissance ne se re-combine

> pas dans l'antenne pour être rayonnée

Je n'ai rien inventé ni interprété, juste utilisé professionnellement cela depuis plusieurs dizaines d'années en ingénierie radio. Lire LA référence absolue en ce domaine : une des trois éditions de " Reflections " par Walter Maxwell, ex-ingénieur responsable du programme radio satellite chez RCA, inventeur de l'antenne quadrafilaire et des symétriseurs en courant par tores de ferrite dits choke baluns, et accessoirement radioamateur, W2DU, et conseiller technique de l'ARRL. Il y décrit exactement ce que je dis ci-après dans le cas d'utilisation d'un coupleur réglé correctement, on ajoute ensuite l'intervention des pertes. Les chapitres principaux se trouvent sur internet, chercher sous W2DU et « reflections » en anglais.

Est-ce un effet de mal compréhension de ce que j'ai écrit ou de mal compréhension du phénomène mais je maintiens mon affirmation en insistant sur le point suivant: la puissance incidente venant de l'émetteur est re-combinée avec la puissance réfléchie non pas à l'antenne mais dans le coupleur avant de remonter. Les deux puissances s'additionnent vectoriellement en sortie du coupleur, montent ensemble à l'antenne qui n'a aucun moyen de les séparer au bout de la ligne. La puissance incidente totale se présente donc à l'antenne où elle subit à son tour la désadaptation, cad qu'une partie est rayonnée par l'antenne et une autre est réfléchie vers le coupleur en fonction du ROS.

Un calcul vaut mieux qu'une dissertation théorique:

Supposons un émetteur de 100 w conçu pour 50 ohms de charge nominale asymétrique, suivi d'un coupleur/symétriseur accordé, suivi d'une ligne twin symétrique à fenêtres dont Zc = 450 ohms avec des pertes négligeables et terminée par une antenne symétrique qui présente à la résonance une ZL de 50 ohms résistive. On tiendra compte des pertes dans la ligne après, on s'occupe d'abord de ce que devient la puissance réfléchie.

En vertu de la définition du ROS en fonction du coefficient de réflexion on a :

ROS= [1+racine² de(Pr/Pi))/(1-racine² de(Pr/Pi)]

ce qui permet d'écrire en retournant l'expression :

Pr = Pi [(ROS-1)/(ROS+1)]².

Dans cet exemple le ROS sera forcément de 450/50 = 9 et donc Pr = 0,64 Pi. Autrement dit pour un ROS de 9 il y a aura 64% de la puissance qui est renvoyée au coupleur sous forme de puissance réfléchie. Ce calcul est recoupé par le graphique de l'ARRL antenna handbook (ed. 1994 p 24-8). L'ARRL donne exactement la même formule mais en anglais.

La puissance réfléchie est-elle une puissance perdue ? Non, s'il n'y a pas ou peu de pertes en ligne car on démontre facilement dans ce cas que toute la puissance tirée de l'émetteur est finalement rayonnée par l'antenne. Ceci est d'ailleurs recoupé par les logiciels de calculs, notamment TLdetail que l'on trouve gratuitement sur le net et que j'utilise abondamment. Il faut toutefois comprendre comment s'établit le décompte final des puissances en examinant le transitoire lorsque on branche les 100 W de puissance de l'émetteur dans le cas envisagé et puis voir la situation stable.

Au moment où on branche l'émetteur celui-ci délivre ses 100 W qui montent à l'antenne mais vu le ROS, 64 W redescendent. Le coupleur réglé se comporte comme une impédance infinie pour les 64 W qui redescendent et les embarque avec les 100 W qui continuent de venir de l'émetteur. Cela fait 100 + 64 = 164 W en sortie du coupleur qui montent maintenant vers l'antenne (j'allais dire au 2e tour). L'antenne présente encore toujours un ROS de 9, donc 64% de cette puissance est renvoyée vers le coupleur, soit environ 105 W. A nouveau le coupleur refait la même chose: il renvoie les 105 W réfléchis avec les 100 W venant encore de l'émetteur, ce qui fait une puissance de 100 + 105 = 205 W qui se présente à l'antenne. Et le même jeu recommence: les 205 W renvoient 131 W au coupleur, etc.. Ce jeu continue plusieurs fois avec une vitesse de propagation de l'ordre de 200.000 km/sec, jusqu'à ce que cet épisode transitoire arrive à la puissance réfléchie de 177W (et des poussières), la puissance incidente de 277 W dans la ligne et par différence la puissance rayonnée par l'antenne de 100 W cad exactement la puissance délivrée par l'émetteur à l'entrée du coupleur. Ceci n'est vrai que si le raisonnement fait abstraction des pertes. Dans la pratique c'est un cas spécial puisque souvent on n'a pas de ROS aussi grand que 9:1, sauf pour des Lévy et Zepp,

Après la phase transitoire qui dépend de la vitesse de propagation sur la ligne et dure quelques cycles, le système est stable et continue avec les mêmes niveaux de puissance. Dans le cas d'absence de pertes en ligne toute la puissance de l'émetteur est donc rayonnée par l'antenne lorsque le coupleur est réglé. Mais on observe que la présence d'ondes stationnaires augmente très fort les puissances qui passent par la ligne, aussi bien incidente que réfléchie. C'est une autre façon intuitive de comprendre que les niveaux de tensions seront bien plus élevés que dans le cas où la ligne est terminée par une charge adaptée. Donc comprendre pourquoi le ROS est dangereux pour le claquage de la ligne.

On peut être étonné que les 100 W d'origine génèrent 277 W sur la ligne mais ce serait oublier que 177 W redescendent en même temps. Une autre façon de le calculer est la suivante:

Rho (cefficient de réflexion) = module de |(Zl - Zc)/(Zl + Zc)| avec Zl impédance de charge de l'antenne et Zc impédance caractéristique de la ligne. Ici cela fait: Rho = (450 - 50)/ (450 + 50) = 0,8 et Rho² = 0,64. La puissance incidente sera donc multipliée par 1/(1-Rho²) qui dans ce cas-ci donne: 1/(1-0,64) = 2,777. Si on balance 100 W en entrée, la puissance incidente dans la ligne sera de 100 x 2,777 = 277,777 W . Pour la démonstration de la formule voir à l'appendice 7 du livre de Maxwell.

Maintenant introduisons les pertes

S'il y a des pertes dans la ligne, elles agissent aussi bien dans la montée de l'onde incidente vers l'antenne que dans la descente de l'onde réfléchie vers le coupleur, et dans le coupleur. C'est de là que proviennent les tables dont vous parlez. Ces pertes en ligne sont calculées sur deux plans:

1- les pertes en régime d'ondes stationnaires 1:1 c'est a dire les pertes normales de la ligne adaptée.

2- les pertes supplémentaires en régime d'ondes stationnaire x:1 qui s'ajoutent aux premières en cas de désadaptation.

On trouve un graphique qui illustre le premier cas de pertes à la page 24-16 du même livre. C'est un graphique qui donne la perte en dB en fonction de la fréquence pour une série de lignes courantes dans le commerce. On y voit par exemple qu'en dessous de 15 MHz un twin à fenêtre de 450 ohms adapté a une perte très inférieure à 0,1 dB et pour un échelle à grenouille faite maison cela monte à 30 MHz. Autant dire des cacahuètes.

Pour les pertes supplémentaires dues au ROS, l'ARRL handbook général de 2011 donne en page 20-5 un graphique des pertes additionnelles en fonction des pertes adaptées (cas 1) pour toute une série de ROS. Ainsi dans le cas de l'exemple plus haut, la perte adaptée étant de 0,1 dB (au max), pour un ROS de 9 les pertes supplémentaires seront inférieures à 0,3 dB. Le total des pertes pour cette ligne avec un ROS de 9 sera donc au maximum : 0,1 + 0,4 = 0,4 dB. Et encore c'est en comptant large. CQFD : la puissance perdue sur une ligne sans ou à faible perte est insignifiante et si le coupleur est correctement réglé l'émetteur délivre toute sa puissance et toute la puissance de l'émetteur est rayonnée par l'antenne,

Aux pertes en lignes de deux sortes citées ci-avant s'ajoutent encore les pertes dans le coupleur qui n'est pas innocent non plus. Elles sont fonction des matériaux utilisés, de la proximité des châssis métalliques avec les selfs, du diamètre des fils, du rapport L/D des bobines, etc... et bien sûr de la fréquence. Mais là c'est question de fabrication. En règle générale plus un coupleur est compacté dans un boîtier moins il est bon.

> Exact, mais pour jouer a ce jeu la il faut plus qu'un TOS mètre ou ROS mètre.......

En effet il faut souvent un mètre ruban !

Bon je taquine, le propos n'était pas de dire qu'il faut des analyseurs vectoriels mais que la phrase me paraissait un cas particulier. Je citais des exemples inverses. Pour une Lévy ou pour un balun/symétriseur par ligne demi-onde, ou pour la mesure des lignes de mise en phase des éléments d'une colinéaire, etc. cet équipement est suffisant. En fait je m'opposais à la déclaration qu'un feeder ne doit être en aucun cas un constituant de l'adaptation d'impédance, ce qui n'est pas vrai, On peut encore citer les lignes alimentant aussi une G5RV, une Zeppelin, une Jpole, etc... C'est même plutôt courant cette utilisation.

> Preuve est : il existe des tables et des règles a calcul donnant directement la perte d'énergie

> transmise en fonction du TOS

Non, cela ne prouve pas que les puissances ne sont pas re-combinées mais seulement qu'il y a des pertes à calculer (voir ce que j'ai écrit plus haut). Au final il est assez facile de démontrer que pour une ligne désadaptée mais corrigée par un coupleur de bonne facture les pertes sont beaucoup moins monstrueuses que ce que la légende raconte.