Lorsque le câble d’antenne se comporte comme une antenne

Un câble d'antenne peut se comporter de la même manière qu'une antenne dans certaines conditions, en particulier s'il est mal blindé, mal terminé ou trop long par rapport à la longueur d'onde du signal.

Un câble coaxial est conçu pour être une voie neutre pour l'énergie radiofréquence (RF), c'est-à-dire qu'il transporte des signaux entre un émetteur ou un récepteur et l'antenne sans rayonner par elle-même. Mais dans certaines conditions du monde réel, ce câble peut commencer à se comporter comme une antenne elle-même.

Ce comportement involontaire peut dégrader les performances, provoquer des interférences et créer des problèmes de conformité avec les réglementations FCC et CEM. Comprendre pourquoi cela se produit – et comment l'éviter – est essentiel pour toute installation RF, des systèmes Wi-Fi et cellulaires aux configurations IoT, GPS ou 5G.

1. Comment un câble d'antenne devient un radiateur

Rayonnement non intentionnel (câble en tant qu'antenne d'émission)

Dans un câble coaxial parfait, l'énergie RF circule le long du conducteur central, le blindage extérieur transportant un courant égal et opposé qui empêche le rayonnement externe.

Cependant, plusieurs conditions peuvent perturber cet équilibre et provoquer l'apparition de courants RF sur la surface extérieure du blindage, transformant ainsi le câble en un élément rayonnant:

• Blindage compromis: 
   Des dommages physiques, une mauvaise fabrication ou un tressage de mauvaise qualité permettent au champ électromagnétique de « fuir » à travers. Une fois que l'efficacité du blindage diminue, une partie du signal s'échappe et le câble rayonne comme une longue antenne filaire.
• Inadéquation d'impédance: 
  L'utilisation d'un câble de 75 ohms (comme le RG-6) dans un système de 50 ohms (courant dans le Wi-Fi, le LTE et l'IoT) provoque des réflexions et des ondes stationnaires. Ces conditions inadaptées entraînent le courant sur le bouclier externe, ce qui entraîne des radiations.
• Mise à la terre incorrecte:
   Si le blindage du câble n'est pas mis à la terre là où il devrait être, généralement près de l'extrémité de l'appareil, des courants vagabonds peuvent circuler à l'extérieur du câble. Ce courant déséquilibré peut faire rayonner le câble comme une antenne unipolaire involontaire.
• Mauvaise terminaison de connecteur:
   Les connecteurs qui ne sont pas correctement sertis, soudés ou scellés peuvent agir comme de petits radiateurs ou des ruptures d'impédance. Même une légère discontinuité à l'interface d'un connecteur peut créer un déséquilibre qui excite les courants de blindage.
• Longueurs excessives: Les 
  longs trajets coaxiaux, en particulier lorsqu'ils approchent d'un quart ou d'une demi-longueur d'onde à la fréquence de fonctionnement, peuvent se comporter comme des radiateurs efficaces s'ils sont déséquilibrés. Par exemple, un signal de 2,4 GHz a une longueur d'onde de 12,5 cm; Un câble de 1,5 m équivaut à environ 12 longueurs d'onde, qui peuvent produire des motifs d'ondes stationnaires s'ils ne sont pas correctement terminés.

2. L'effet côté réception: le câble en tant qu'antenne indésirable

Même lorsque vous n'émettez pas, les mêmes principes physiques s'appliquent à l'inverse.

Un câble coaxial peut capter des interférences électromagnétiques (EMI) ou des interférences de radiofréquence (RFI) de son environnement, en particulier lorsqu'il traverse des zones électriquement bruyantes.

Causes courantes:

• Proximité des sources de bruit: 
   Les lignes électriques, les moteurs, l'éclairage LED, les alimentations à découpage et les points d'accès Wi-Fi peuvent induire des signaux indésirables dans les courses coaxiales à proximité.
• Émetteurs puissants à proximité:
  Les stations de base cellulaires, les radios CB ou les antennes de diffusion peuvent coupler l'énergie dans le blindage du câble, introduisant un bruit de mode commun qui se propage le long du câble dans les circuits RF sensibles.
• Pas de bobine de balun ou de ferrite: 
   Sans bobine ou bobine, il n'y a rien pour bloquer ces courants de surface externes. Le résultat: des interférences et une sensibilité réduite du récepteur.

Symptômes que vous pourriez voir:

• Intensité du signal fluctuante ou connexions interrompues
• Augmentation inexpliquée du bruit de fond
• Perte de retour ou rapport d'ondes stationnaires (TOS) médiocre
• Problèmes de RFI dans les équipements électroniques à proximité

Essentiellement, lorsque le câble coaxial agit à la fois comme un conduit de signal et une antenne de réception, les performances sonores de votre système se détériorent, même si l'antenne elle-même fonctionne correctement.

3. Conséquences pratiques d'un câble rayonnant

Un câble se comportant comme une antenne peut causer une série de problèmes qui semblent souvent sans rapport au premier abord:

1. Dégradation du signal: 
    La re-radiation le long de la ligne modifie les relations d'impédance et de phase, réduisant l'efficacité du transfert de puissance et déformant la forme d'onde transmise.
2. Interférence avec d'autres appareils:
   Le champ RF parasite peut se coupler dans des câbles ou des circuits à proximité, produisant des défaillances de conformité EMI ou du bruit audible dans les systèmes audio à proximité.
3. Puissance réfléchie et chaleur: 
    Lorsque des ondes stationnaires induites par un décalage se produisent, une partie de l'énergie RF est réfléchie vers l'émetteur. Cela peut surchauffer les amplificateurs, réduire la puissance rayonnée effective et raccourcir la durée de vie de l'équipement.
4. Risque réglementaire: 
    Tout rayonnement involontaire provenant d'un câble peut dépasser les limites d'émission de la FCC ou de la CE, ce qui crée des problèmes de conformité dans les systèmes certifiés.

4. Comment empêcher votre câble d'agir comme une antenne

a. Utilisez un câble coaxial de qualité

• Choisissez des types à double ou triple blindage (par exemple, LMR-400, LMR-240 ou RG-8).
• Recherchez des combinaisons de feuille + tresse qui atteignent une efficacité de blindage de >90 dB.
• Évitez les câbles bon marché de qualité vidéo (souvent 75 Ω) pour les applications RF de 50 Ω.

b. Adaptation de l'impédance

Gardez tous les composants (câbles, connecteurs et appareils) à la même impédance, généralement 50 Ω pour les systèmes RF/antennes. Un décalage supérieur à 2:1 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) provoquera une réflexion et un déséquilibre.

c. Terminaison et connecteurs appropriés

• Utilisez des connecteurs de haute qualité (SMA, N-Type, TNC, etc.) adaptés à votre fréquence.
• Assurez-vous que la tresse et la feuille sont en contact complet avec le corps du connecteur.
• Évitez de trop vous plier à proximité des connecteurs; Les contraintes mécaniques peuvent desserrer le contact du bouclier.

d. Appliquer des bobines d'étranglement ou des baluns en ferrite

• Les billes de ferrite ou les bobines d'arrêt à pince suppriment les courants de mode commun indésirables sur le bouclier extérieur.
• Pour les antennes directionnelles, un balun de courant 1:1 (bobine d'étranglement) est souvent installé au point d'alimentation pour maintenir l'équilibre et isoler la ligne d'alimentation du rayonnement.

e. Terrain stratégique

• Mettez le bouclier coaxial à la terre en un seul point, généralement à l'extrémité de l'équipement ou du parafoudre.
• Plusieurs masses peuvent créer des boucles qui invitent des courants supplémentaires.
• Les systèmes extérieurs doivent inclure un parafoudre intégré au système de mise à la terre.

f. Gérer l'acheminement des câbles

• Gardez les câbles coaxiaux à l'écart des lignes d'alimentation CA, des alimentations à découpage et d'autres émetteurs de bruit.
• Évitez d'enrouler une longueur de câble excessive - les bobines peuvent agir comme des inductances ou des antennes d'étranglement involontaires.
• Utilisez des serre-câbles ou des conduits pour maintenir un espacement constant et minimiser les contraintes mécaniques.

5. Test de rayonnement des câbles

Si vous soupçonnez que votre câble coaxial rayonne:

• Compteur RF en champ proche: détecte les champs parasites le long du câble.
• Sonde de courant à pince: mesure les courants de mode commun sur le conducteur extérieur.
• Test de perte de retour: Des pics ou des creux inattendus peuvent indiquer des sections rayonnantes ou des discontinuités d'impédance.

Ces outils peuvent confirmer si l'énergie RF reste confinée à l'intérieur du coaxial, là où elle appartient.

6. Résumé: Gardez le câble A Cable

Le travail d'un câble d'antenne est de fournir de l'énergie proprement et silencieusement entre votre équipement et l'antenne. Mais un mauvais blindage, une terminaison incorrecte, une inadéquation d'impédance ou un manque de mise à la terre peuvent le transformer en radiateur ou en récepteur à part entière.

Cela réduit non seulement les performances du système, mais peut également entraîner des interférences, des violations de la réglementation et des dommages à l'équipement.

Principaux points à retenir

• Utilisez un câble coaxial de haute qualité, bien blindé, adapté à votre gamme de fréquences.
• Maintenez la cohérence d'impédance (50 Ω) sur tous les composants.
• Ajoutez des bobines d'arrêt ou  des baluns en ferrite  pour éliminer les courants de mode commun.
• Mettez correctement à la terre et inspectez soigneusement les terminaisons.
• Testez régulièrement le TOS et l'intégrité du blindage de votre système.

Grâce à ces pratiques, votre câble coaxial restera ce qu'il est censé être: un conduit propre et efficace pour l'alimentation RF, et non une antenne déguisée.