Le ROS (SWR)

Comprendre enfin ce qu’il mesure et comment interpréter cette mesure

Le ROS (Rapport d’Ondes Stationnaires), appelé SWR (Standing Wave Ratio) dans la littérature anglo-saxonne, est certainement l’une des notions les plus connues chez les radioamateurs… et aussi l’une des plus mal comprises.

Combien de fois entend-on : « Mon antenne a un ROS de 1, elle fonctionne parfaitement ! » En réalité, un faible ROS ne garantit pas forcément une bonne antenne. Il indique simplement que l’émetteur est correctement adapté à l’ensemble ligne de transmission / antenne. Par exemple, une charge fictive de 50 Ω présente un ROS parfait tout en ne rayonnant pratiquement aucune puissance.

Dans cet article, nous allons expliquer simplement ce qu’est le ROS, pourquoi il apparaît, comment il se calcule et surtout comment interpréter correctement les différentes valeurs afin d’éviter les idées reçues les plus courantes.

Qu’est-ce que le ROS ?

Lorsqu’un émetteur envoie de la puissance vers une antenne, toute cette puissance devrait idéalement être rayonnée dans l’espace.

En pratique, ce n’est pas toujours le cas.

Si l’impédance de l’antenne est différente de celle du câble coaxial (généralement 50 Ω), une partie de la puissance est réfléchie vers l’émetteur.

On distingue alors :

l’onde incidente (celle envoyée vers l’antenne) ;
l’onde réfléchie (celle qui revient).

L’addition de ces deux ondes crée ce que l’on appelle des ondes stationnaires, d’où le nom de Rapport d’Ondes Stationnaires (ROS).

Une analogie simple

Imaginez une corde attachée à un mur.

Vous secouez une extrémité.

si la corde absorbe parfaitement le mouvement, l’onde disparaît ;
si elle rencontre un obstacle, une partie de l’onde revient en arrière.

C’est exactement ce qui se produit dans un câble coaxial lorsqu’une antenne n’est pas correctement adaptée.

Pourquoi cherche-t-on un ROS faible ?

Un ROS élevé signifie que de la puissance retourne vers l’émetteur.

Les conséquences peuvent être :

diminution de la puissance réellement rayonnée ;
échauffement des étages de puissance ;
déclenchement des protections de l’émetteur moderne ;
pertes supplémentaires dans le câble coaxial.

À l’inverse, un ROS faible signifie qu’une grande partie de la puissance atteint effectivement l’antenne.

Le coefficient de réflexion

Rappel

L’impédance Z d’une antenne est composée :

d’une résistance R, c’est sa composante active,
d’une réactance X, c’est sa composante réactive

Cette réactance peut être inductive auquel cas elle est positive, ou capacitive auquel cas elle est négative.

Avant de calculer le ROS, il faut connaître le coefficient de réflexion complexe, noté :

Sa formule est :

$\Gamma=\frac{Z-Z_0}{Z+Z_0}$

avec :

Z : impédance de l’antenne ;
Z₀ : impédance caractéristique du câble (50 Ω en radioamateur).

Coefficient de réflexion ρ

$\rho = |\Gamma|$

Nous allons considérer pour l’instant que l’antenne ne présente aucune composante réactive.

Donc Z = R.

Par conséquent :

$\rho=\frac{R-Z_0}{R+Z_0}$

Et ρ = |Γ| où | | signifie la valeur absolue, exemple |-2| = 2

La valeur de ρ est comprise entre 0 et 1, inclusivement

Calcul du ROS

Une fois ρ connu :

$ROS=\frac{1+\rho}{1-\rho|}$

Donc ROS est compris entre 1 et +∞

Cette formule est valable dans tous les cas, même quand votre antenne a une composante réactive, et elle est utilisée dans tous les logiciels de calcul d’antennes.

Exemple pratique n° 1

Une antenne présente une impédance purement résistive égale à : 75 Ω

connectée à un câble coaxial dont l’impédance caractéristique est égale à : 50 Ω

$\Gamma=\frac{75-50}{75+50}=\frac{25}{125}=0,2$

ρ = |Γ| = 0,2

Puis le ROS :

$ROS=\frac{1+0,2}{1-0,2}=\frac{1,2}{0,8}=1,5$

On obtient donc :

ROS = 1,5

Une valeur parfaitement acceptable.

Pourquoi ?

$Puissance\:réfléchie =\rho^{2}\times puissance\:incidente.$

Exemple : Puissance incidente = 100 W, Puissance réfléchie = 0,2 X 0,2 X 100 = 4 W

Exemple pratique n° 2

Une antenne présente une impédance purement résistive égale à : 25 Ω.

connectée à un câble coaxial dont l’impédance caractéristique est égale à : 50 Ω

$\Gamma=\frac{25-50}{25+50}=\frac{-25}{75}=-0,333$

ρ = |Γ| = 0,333

Le ROS vaut alors :

$ROS=\frac{1+0,333}{1-0,33}\approx2$

On obtient donc :

ROS = 2

Une valeur encore acceptable.

Pourquoi ?

$Puissance\:réfléchie =\rho^{2}\times puissance\:incidente.$

Exemple : Puissance incidente = 100 W, Puissance réfléchie = 0,333 X 0,333 X 100 = 11 W

Exemple pratique n° 3

Une antenne présente une impédance purement résistive égale à : 150 Ω.

connectée à un câble coaxial dont l’impédance caractéristique est égale à : 50 Ω

$\Gamma=\frac{150-50}{150+50}=\frac{100}{200}=0,5$

ρ = |Γ| = 0,5

Le ROS vaut alors :

$ROS=\frac{1+0,5}{1-0,5}=3$

On obtient donc :

ROS = 3

Une valeur peu acceptable.

Pourquoi ?

$Puissance\:réfléchie =\rho^{2}\times puissance\:incidente.$

Exemple : Puissance incidente = 100 W, Puissance réfléchie = 0,5 X 0,5 X 100 = 25 W

À noter

Quand l’antenne ne présente aucune composante réactive, on peut calculer directement le ROS de la façon suivante :

si R < Z_o
ROS = Z_o / R
si R > Z_o
ROS = R / Z_o
si R = Z_o
ROS = 1

On peut d’ailleurs utiliser ce “raccourci” dans les trois exemples précédents.

Pour savoir s’il faut diviser R par Z_o ou l’inverse, il suffit de se rappeler que le résultat doit toujours être supérieur ou égal à 1 puisqu’il s’agit d’un ROS !

Quelle puissance est réellement réfléchie ?

Le ROS ne représente pas directement la perte de puissance.

Comme vu dans les exemples ci-dessus, la puissance réfléchie est donnée par :

$P_{Ref}=\rho^{2}\times puissance\:incidente$

Oui, mais pour l’instant, avec mon ROSmètre, je n’ai que la valeur du ROS.

Comment faire pour obtenir la valeur de ρ ?

Il suffit d’utiliser la formule suivante :

$\rho=\frac{ROS-1}{ROS+1}$

Voici quelques valeurs intéressantes.

ROS	Coefficient ρ	Puissance réfléchie	Interprétation
1	0	0 %	Parfait
1,2	0,091	0,8 %	Excellent
1,5	0,20	4 %	Excellent
2	0,333	11 %	Bon
3	0,50	25 %	Pas terrible !
5	0,667	44 %	Oups pour le PA !
10	0,818	67 %	Ça fume !

On remarque qu’un ROS de 2, souvent considéré comme mauvais, ne renvoie finalement qu’environ 11 % de la puissance.

Calculateur du ROS

Un ROS de 1 signifie-t-il une bonne antenne ?

Pas du tout.

Une antenne fictive d’impédance 50 Ω possède un tel ROS parfait…

…mais elle ne rayonne pratiquement rien !

À l’inverse, certaines excellentes antennes peuvent présenter un ROS légèrement supérieur à 1.

Le ROS indique uniquement la qualité de l’adaptation électrique, pas les performances de rayonnement de l’antenne.

Peut-on améliorer un ROS ?

Oui.

Les principales actions sont :

ajuster la longueur de l’antenne ;
modifier le point d’alimentation ;
utiliser un circuit d’adaptation, par exemple un gamma-match ;
employer une boîte d’accord (tuner).

Attention toutefois : une boîte d’accord ne modifie pas le ROS au niveau de l’antenne. Elle présente simplement une charge de 50 Ω à l’émetteur. Si le ROS est élevé sur le câble, les pertes dans celui-ci restent présentes.

ROS et diagramme de Smith

Le diagramme de Smith, fourni par un VNA (Vector Network Analyser – Analyser de Réseau Vectoriel) est un outil graphique permettant de visualiser simultanément l’impédance d’une antenne, sa partie résistive, sa partie réactive, son coefficient de réflexion et son ROS.

Il permet notamment :

d’interpréter rapidement le comportement d’une antenne.
de calculer une adaptation ;
de visualiser le déplacement d’impédance le long d’une ligne coaxiale ;
de concevoir des réseaux d’adaptation ;

Si le sujet vous intéresse, nous vous invitons à consulter notre article : « Interpréter une courbe de Smith sans être BAC +12 », qui explique pas à pas le fonctionnement de cet outil incontournable.

Ce qu’il faut retenir

Le ROS est un excellent indicateur de la qualité d’adaptation entre un émetteur, une ligne de transmission et une antenne. Il permet de détecter rapidement un défaut d’adaptation, mais il ne constitue pas à lui seul un critère de performance d’une antenne.

Comprendre le lien entre impédance, coefficient de réflexion et ROS permet de mieux diagnostiquer une installation radio, d’éviter les mauvaises interprétations et d’optimiser efficacement son système d’antenne.

En gardant à l’esprit qu’un ROS de 1,5 est déjà excellent dans la plupart des situations, vous éviterez de chercher inutilement un hypothétique 1 parfait, souvent plus flatteur sur un afficheur que réellement utile sur les ondes.

Et le TOS, c’est quoi ?

Jusqu’aux années 1990, une partie de la littérature française distinguait le ROS (Rapport d’Ondes Stationnaires) du TOS (Taux d’Ondes Stationnaires).

$TOS=100\times\rho$

Le TOS n’est donc que le ρ exprimé en pour cent, c’est d’ailleurs le sens du mot Taux.

Le TOS est donc compris entre 0 et 100 %.

Ce qui a donné lieu à nombreuses confusions regrettables.

Afin de les éviter, la Commission Générale de Terminologie a publié au Journal officiel (22 septembre 2000, révision de l’arrêté de 1982) un texte qui a recommandé de proscrire le terme Taux d’Ondes Stationnaires (TOS) pour n’utiliser que le terme ROS.

Ressources documentaire

Cet article consacré au ROS, ainsi que l’illustration qui l’accompagne, ont été élaborés à partir de recherches documentaires et avec l’aide de ChatGPT. Les informations présentées ont ensuite été sélectionnées, adaptées et complétées afin de proposer un contenu pratique, fiable et accessible aux radioamateurs.