Tout sur les antennes Yagi
Découvrez l'origine des antennes Yagi, leur fonctionnement basé sur les interférences électromagnétiques et leurs principales applications dans les réseaux radio, VHF/UHF et industriels.
Les antennes Yagi comptent parmi les antennes directionnelles les plus utilisées dans les télécommunications. Grâce à leur gain élevé et à leur capacité à concentrer les ondes dans une direction précise, elles sont encore largement employées dans les réseaux radio, les communications VHF/UHF ou certaines applications industrielles. Ainsi, elles répondent à une problématique qui a longtemps limité les communications sans fil : comment transmettre un signal plus loin et plus efficacement ?
Petit historique de l'antenne Yagi
Au début du XXe siècle, les communications radio connaissent un développement rapide. Les premières antennes permettent d’émettre et de recevoir des signaux, mais elles présentent souvent une faible directivité. Une grande partie de l’énergie est rayonnée dans toutes les directions, ce qui limite la portée utile des communications.
C’est dans ce contexte que les chercheurs japonais Hidetsugu Yagi et Shintaro Uda développent en 1926 une nouvelle architecture d’antenne capable de concentrer l’énergie radio dans une direction privilégiée. Bien que les deux scientifiques aient participé à son invention, c’est principalement le nom de Yagi qui restera associé à cette technologie, aujourd’hui connue sous le nom d’antenne Yagi-Uda.
L’objectif initial était simple : augmenter la portée des transmissions radio sans nécessairement augmenter la puissance d’émission. En concentrant les ondes dans une direction donnée, il devient possible d’obtenir un signal plus fort au niveau du récepteur et de réduire les pertes liées à une diffusion omnidirectionnelle.
Cette innovation connaît rapidement un succès important. Les antennes Yagi sont notamment utilisées dans les systèmes radar durant la Seconde Guerre mondiale avant de devenir très populaires pour la réception de la télévision terrestre et les communications radioamateurs.
Fonctionnement de l'antenne
La particularité d’une antenne Yagi réside dans sa structure composée de plusieurs éléments métalliques parallèles montés sur un support appelé boom. Chaque élément possède une fonction spécifique qui contribue à la formation et à l’orientation du faisceau radio.
Une antenne Yagi est généralement constituée de :
- Un élément alimenté appelé dipôle ;
- Un réflecteur placé à l’arrière ;
- Un ou plusieurs directeurs placés à l’avant.
Les élements de l'antennes Yagi
Le dipôle constitue l’élément actif relié à l’émetteur ou au récepteur. C’est lui qui convertit le courant électrique en ondes électromagnétiques ou inversement.
Le réflecteur, légèrement plus long que le dipôle, agit comme un miroir radio. Lorsqu’il reçoit l’onde émise par le dipôle, il la réémet avec un léger décalage de phase qui contribue à repousser l’énergie vers l’avant de l’antenne.
Les directeurs, quant à eux, sont légèrement plus courts que le dipôle. Leur rôle consiste à guider les ondes électromagnétiques dans la direction souhaitée. Chaque directeur supplémentaire contribue à concentrer davantage l’énergie et à augmenter le gain de l’antenne.
1 : Ici se trouve le réflecteur – 2 : Cet élément est le dipôle – 3 : Ce sont les directeurs qui permettent d’améliorer le signal
Le principe physique
Cette disposition crée un phénomène d’interférences constructives à l’avant de l’antenne et destructives à l’arrière. Le résultat est un faisceau radio étroit capable de transmettre ou de recevoir des signaux sur une distance importante.
Plus le nombre de directeurs augmente, plus l’antenne devient directive. En contrepartie, l’angle de couverture diminue. Ce compromis entre gain et ouverture constitue l’un des paramètres essentiels lors du choix d’une antenne Yagi.
Cette géométrie explique également pourquoi les éléments métalliques sont installés perpendiculairement au boom principal. Leur orientation est directement liée à la polarisation du signal radio. Une mauvaise polarisation peut entraîner une perte importante du niveau de réception.
Sur ce schéma, le réflecteur (R) et les directeurs (D1, D2) créent des décalages de phase qui génèrent des interférences constructives vers l’avant de l’antenne et destructives vers l’arrière. Ce phénomène concentre l’énergie radio dans une direction précise et donne à l’antenne Yagi sa forte directivité.
Les applications de l'antenne Yagi
Grâce à leur excellent rapport performance/coût, les antennes Yagi restent largement utilisées. Historiquement employées pour la réception de la télévision terrestre, elles équipent aujourd’hui de nombreux réseaux radio VHF/UHF professionnels, industriels et de supervision. Les radioamateurs les apprécient également pour les communications longue distance.
Dans le secteur industriel, elles sont notamment utilisées pour :
Les réseaux radio privés VHF/UHF ;
Les infrastructures énergétiques ;
Les systèmes de télémétrie ;
Les réseaux de transport ferroviaire ;
Certaines applications IoT longue portée ;
Les stations de mesure et de surveillance à distance.
Les antennes Yagi peuvent également améliorer la réception de routeurs 4G/5G lorsque le signal provient d’une direction bien identifiée. Malgré l’apparition de technologies plus récentes, elles restent une référence grâce à leur simplicité, leur robustesse et leur efficacité.
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