La résistance de rayonnement est la partie de la résistance électrique du point d'alimentation d'une antenne liée à l'émission des ondes radio. En transmission radio, un émetteur radio est connecté à une antenne. Cet émetteur génère un signal avec une porteuse à une fréquence radio. L'antenne rayonne l'énergie du courant alternatif sous forme d'ondes radio. Étant donné que l'antenne absorbe l'énergie qu'elle émet depuis l'émetteur, les bornes d'entrée de l'antenne présentent une résistance au courant provenant de l'émetteur.
La résistance au rayonnement est une résistance "effective", due à la puissance emportée par l'antenne sous forme d'ondes radio. Contrairement à la résistance conventionnelle ou à la "résistance ohmique", la résistance au rayonnement n'est pas due à l'opposition au courant (résistivité) des matériaux conducteurs imparfaits dont l'antenne est constituée. La résistance au rayonnement () est conventionnellement définie comme la valeur de la résistance électrique qui dissiperait la même quantité de puissance sous forme de chaleur que celle dissipée par les ondes radio émises par l'antenne. D'après la loi de Joule, elle est égale à la puissance totale rayonnée sous forme d'ondes radio par l'antenne, divisée par le carré du courant dans les bornes de l'antenne : .
Les résistances du point d'alimentation et de rayonnement sont déterminées par la géométrie de l'antenne, la fréquence de fonctionnement et l'emplacement de l'antenne (en particulier par rapport au sol). La relation entre la résistance du point d'alimentation () et la résistance de rayonnement () dépend de la position de l'antenne à laquelle la ligne d'alimentation est attachée. La relation entre la résistance du point d'alimentation et la résistance de rayonnement est particulièrement simple lorsque le point d'alimentation est placé au point de tension minimum possible de l'antenne ou au point de courant maximum possible ; dans ce cas, la résistance totale du point d'alimentation aux bornes de l'antenne est égale à la somme de la résistance au rayonnement plus la résistance aux pertes due aux pertes "ohmiques" dans l'antenne et dans le sol à proximité : . Lorsque l'antenne est alimentée en un autre point, la formule nécessite un facteur de correction discutée ci-dessous. Dans une antenne réceptrice, la résistance au rayonnement représente la de l'antenne, et la partie de la puissance radioélectrique reçue consommée par la résistance au rayonnement représente les ondes radioélectriques réémises (diffusées) par l'antenne.
Cause
Les ondes électromagnétiques sont émises par des charges électriques lorsqu'elles sont accélérées. Dans une antenne émettrice, les ondes radio sont générées par des courants électriques variables dans le temps, constitués d'électrons qui s'accélèrent en allant et venant dans l'antenne métallique, entraînés par le champ électrique dû à la tension oscillante appliquée à l'antenne par l'émetteur radio. Une onde électromagnétique emporte la quantité de mouvement de l'électron qui l'a émise. La cause de la résistance au rayonnement est la réaction de rayonnement, la force de recul exercée sur l'électron lorsqu'il émet un photon d'onde radio, qui réduit sa quantité de mouvement. C'est ce qu'on appelle la force d'Abraham-Lorentz. La force de recul est dans une direction opposée au champ électrique dans l'antenne qui accélère l'électron, réduisant la vitesse moyenne des électrons pour une tension de commande donnée, et agit donc comme une résistance s'opposant au courant.
Résistance de rayonnement et résistance des pertes La résistance de rayonnement n'est qu'une partie de la résistance du point d'alimentation aux bornes de l'antenne. Une antenne a d'autres pertes d'énergie qui apparaissent comme une résistance supplémentaire aux bornes de l'antenne : résistance ohmique des éléments métalliques de l'antenne, pertes de terre dues aux courants induits dans le sol, et pertes diélectriques dans les isolants. Lorsque le point d'alimentation est (comme d'habitude) à un minimum de tension et à un maximum de courant, la résistance totale du point d'alimentation est égale à la somme de la résistance de rayonnement et de la résistance des pertes :
La puissance fournie à l'antenne est répartie proportionnellement entre ces deux résistances.
où et La puissance consommée par la résistance de rayonnement est convertie en ondes radio, la fonction souhaitée de l'antenne, tandis que la puissance consommée par la résistance des pertes est convertie en chaleur, ce qui représente un gaspillage de la puissance de l'émetteur. Ainsi, pour une perte de puissance minimale, il est souhaitable que la résistance de rayonnement soit beaucoup plus grande que la résistance des pertes. Le rapport entre la résistance de rayonnement et la résistance totale du point d'alimentation est égal à l'efficacité () de l'antenne.
Pour transférer une puissance maximale à l'antenne, l'émetteur et la ligne d'alimentation doivent être adaptés à l'impédance à l'antenne. Cela signifie que la ligne d'alimentation doit présenter à l'antenne une résistance égale à la résistance d'entrée et une réactance (capacité ou inductance) égale mais opposée à la réactance de l'antenne. Si ces impédances ne sont pas adaptées, l'antenne réfléchira une partie de la puissance vers l'émetteur, de sorte que la totalité de la puissance ne sera pas émise. Pour les "grandes" antennes, la résistance de rayonnement est généralement la partie principale de leur résistance d'entrée, ce qui détermine l'adaptation d'impédance nécessaire et les types de ligne de transmission qui s'adaptent bien à l'antenne.
Effet du point d'alimentation Lorsque le point d'alimentation est placé à un endroit autre que le point de tension minimale / courant maximal, ou si un minimum de tension "plat" ne se produit pas sur l'antenne, la relation simple ne tient plus.
Dans une antenne résonante, le courant et la tension forment des ondes stationnaires sur la longueur de l'élément d'antenne, de sorte que l'amplitude du courant dans l'antenne varie de manière sinusoïdale sur sa longueur. L' alimentation d'antenne, l'endroit où la ligne d'alimentation de l'émetteur est attachée, peut être située n'importe où le long de l'élément d'antenne. Comme la résistance du point d'alimentation dépend du courant d'entrée, elle varie en fonction de la position du point d'alimentation. Elle est la plus faible pour les points d'alimentation situés à un point de courant maximal (un ventre), et la plus élevée pour les points d'alimentation situés à un point de courant minimal, un nœud, comme à l'extrémité de l'élément (théoriquement, dans un élément d'antenne infiniment mince, la résistance de rayonnement est infinie à un nœud, mais l'épaisseur finie des éléments d'antenne réels lui donne une valeur élevée mais finie, de l'ordre de plusieurs milliers d'ohms).
Le choix du point d'alimentation est parfois utilisé comme un moyen pratique d'adaptation d'impédances d'une antenne à sa ligne d'alimentation, en attachant la ligne d'alimentation à l'antenne en un point où sa résistance d'entrée se trouve être égale à l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation.
Afin de donner une valeur significative à l'efficacité de l'antenne, la résistance au rayonnement et la résistance aux pertes doivent être rapportées au même point de l'antenne, souvent aux bornes d'entrée. La résistance au rayonnement est par convention calculée par rapport au courant maximal possible sur l'antenne. Lorsque l'antenne est alimentée en un point de courant maximal, comme dans le cas d'un dipôle demi-onde alimenté par le centre ou d'une antenne monopôle alimentée par la base, cette valeur correspond principalement à la résistance de rayonnement. Cependant, si l'antenne est alimentée en un autre point, la résistance de rayonnement équivalente en ce point peut être facilement calculée à partir du rapport des courants d'antenne
où et sont les longueurs électriques (en degrés électriques ou en radians) à partir du nœud de courant (généralement mesuré à partir de l'extrémité d'une antenne linéaire).
Antennes de réception Dans une antenne de réception, la résistance de rayonnement représente la résistance de source de l'antenne en tant que source d'énergie (équivalence selon le théorème de Thévenin). En raison du théorème de réciprocité, une antenne a la même résistance au rayonnement lorsqu'elle reçoit des ondes radio que lorsqu'elle en émet. Si l'antenne est connectée à une charge électrique telle qu'un récepteur radio, la puissance reçue des ondes radio qui frappent l'antenne est divisée proportionnellement entre la résistance au rayonnement et la résistance aux pertes de l'antenne et la résistance de la charge. La puissance dissipée dans la résistance de rayonnement est due aux ondes radio rayonnées (diffusées) par l'antenne. La puissance maximale est délivrée au récepteur lorsque son impédance est adaptée à celle de l'antenne. Si l'antenne est sans perte, la moitié de la puissance absorbée par l'antenne est transmise au récepteur, l'autre moitié est rayonnée.
Résistance de rayonnement des antennes communes Dans toutes les formules énumérées ci-dessous, la résistance au rayonnement est la résistance dite "en espace libre", que l'antenne aurait si elle était montée à plusieurs longueurs d'onde du sol (sans compter la distance à un élevé (), s'il y en a un). Les antennes installées auront des résistances au rayonnement plus ou moins élevées si elles sont montées près du sol (moins de 1 longueur d'onde) en plus de la résistance à la perte due au champ électrique proche de l'antenne qui pénètre dans le sol.
{| class="wikitable" |+ ! Type d'antenne ! Résistance de rayonnement (en ohm) ! Source |- | Dipôle demi-onde alimenté en son centre |style="text-align:center;"| 73.1
| Dipôle court de longueur |style="text-align:center;"|
| Monopôle quart d'onde alimenté par la base sur un plan de masse parfait |style="text-align:center;"| 36.5
| Monopôle court de longueur sur un plan de masse parfait |style="text-align:center;"|
| Antenne cadre résonante, un peu plus de de circonférence |style="text-align:center;"| ~100
| Petite boucle de surface avec tours(circonférence ) |style="text-align:center;"|
| Petite boucle de surface avec tours sur un bâton de ferritede perméabilité relative effective |style="text-align:center;"|
Les figures ci-dessus supposent que les antennes sont constituées de conducteurs fins et suffisamment éloignées des grandes structures métalliques, que les antennes dipôles sont suffisamment éloignées du sol et que les monopôles sont montés sur un parfaitement conducteur.
La résistance au rayonnement du dipôle demi-onde de est suffisamment proche de l'impédance caractéristique d'un câble coaxial commun de et de pour qu'il puisse généralement être alimenté directement sans avoir besoin d'un réseau d'adaptation d'impédance. C'est l'une des raisons pour lesquelles le dipôle demi-onde est largement utilisé comme dans les antennes.
Relation entre les monopôles et les dipôles La résistance de rayonnement d'une antenne monopôle créée en remplaçant un côté d'une antenne dipôle par un plan de masse perpendiculaire est égale à la moitié de la résistance de l'antenne dipôle d'origine. Cela s'explique par le fait que le monopôle ne rayonne que dans la moitié de l'espace, l'espace au-dessus du plan, de sorte que le diagramme de rayonnement est identique à la moitié du diagramme du dipôle et que, par conséquent, avec le même courant d'entrée, il ne rayonne que la moitié de la puissance.
Cela ne ressort pas clairement des formules du tableau car les différentes longueurs utilisent le même symbole, l'antenne monopôle dérivée n'a toutefois que la moitié de la longueur de l'antenne dipôle d'origine. Ceci peut être démontré en calculant la résistance au rayonnement d'un dipôle court (longueur ), qui est deux fois plus long que le monopôle correspondant () : (longueur du dipôle ).