L’ANTENNE QUAD – LA CONCURRENTE CUBIQUE

Dernière mise à jour le 22 décembre 2025

Un héritage durable d’ingéniosité, des Andes à l’espace

L’étincelle au-dessus du monde

Au début des années 1940, au sommet des Andes, la station de radio missionnaire HCJB, “La Voix des Andes”, émettait depuis Quito, en Équateur, à une altitude stupéfiante de plus de 2800 mètres (environ 9200 pieds).
Au cœur de cette prouesse technique se trouvait l’ingénieur Clarence C. Moore, un radioamateur passionné connu sous les indicatifs W9LZX et HC1JB.
Sa mission était de diffuser un message à travers le monde, mais l’environnement unique de la station allait le pousser vers une innovation qui marquerait à jamais l’histoire de la radiocommunication.

Le point de bascule survint avec l’inauguration d’un nouvel et puissant émetteur de 10 000 watts, conçu par Moore lui-même.
Les antennes directives de type Yagi, alors standards, se révélèrent incapables de supporter une telle puissance dans l’air raréfié des hautes altitudes.
Un phénomène spectaculaire et destructeur se produisit : l’air, moins dense, ne pouvait plus isoler les hautes tensions présentes aux extrémités des éléments de l’antenne.
D’immenses décharges corona – des arcs électriques grésillants et lumineux – jaillissaient des pointes, faisant littéralement fondre les tubes d’aluminium.
Cette défaillance catastrophique n’était pas un simple problème technique ; elle menaçait de réduire au silence la portée mondiale de la station, transformant la musique du studio en un “chant funèbre”.
Dans un éclair de génie pragmatique, la première solution de Moore fut aussi ingénieuse qu’inhabituelle : il plaça des flotteurs de chasse d’eau en cuivre sur les pointes de l’antenne pour dissiper la charge électrique.

Cette solution temporaire illustre parfaitement l’esprit inventif qui anime de nombreux ingénieurs et radioamateurs confrontés à des défis imprévus.
Face à une panne critique qui menaçait l’ensemble de l’opération, Moore a utilisé des objets du quotidien pour concevoir une solution de fortune.
Il a correctement identifié que la forme sphérique et la surface plus grande des flotteurs aideraient à réduire la concentration de la charge électrique aux extrémités, atténuant ainsi l’effet corona.
Cette approche pragmatique a permis à la station de continuer à émettre pendant qu’une solution permanente et bien plus révolutionnaire était en cours d’élaboration.

Cette solution arriva en 1942.
Comprenant que le problème fondamental était “l’effet de pointe” inhérent à toute antenne de type dipôle, Moore eut ce qu’il décrivit comme une “inspiration divine” : concevoir une antenne sans extrémités.
Le concept d’une boucle fermée était né.
L’invention de l’antenne Quad est un exemple frappant de la manière dont des contraintes environnementales extrêmes peuvent catalyser une innovation radicale.
Le problème n’était pas l’antenne Yagi ou la puissance de l’émetteur en soi, mais l’interaction de ces technologies avec un facteur environnemental unique : l’altitude.
En éliminant la cause fondamentale du problème – les extrémités de l’antenne où la tension se concentre – plutôt qu’en essayant simplement d’en atténuer les symptômes, Moore a repensé les principes fondamentaux de la conception d’antennes.
Ce saut conceptuel, directement provoqué par les défis uniques de son emplacement, a donné naissance à une technologie entièrement nouvelle.
La première “Cubical Quad” fut installée à HCJB en 1942, résolvant immédiatement et définitivement le problème de la décharge corona et permettant à la station de diffuser à pleine puissance.
Cette invention fut plus tard brevetée sous le numéro US 2,537,191.

Principe de fonctionnement et caractéristiques techniques

Principe de la boucle pleine onde

Le principe fondamental de l’antenne Quad réside dans son élément actif, qui est une boucle de fil ou de tube dont la longueur totale est d’une longueur d’onde (1λ).
Bien que généralement de forme carrée, avec chaque côté mesurant un quart de longueur d’onde (λ/4), la forme n’est pas essentielle ; des boucles circulaires ou triangulaires peuvent présenter des caractéristiques similaires.
Cette conception peut être considérée comme un dipôle replié qui a été déformé, ce qui lui confère une grande efficacité de rayonnement.
Le diagramme de rayonnement principal est perpendiculaire au plan de la boucle.
Pour augmenter le gain et la directivité, des éléments parasites (un réflecteur plus long et un ou plusieurs directeurs plus courts) peuvent être ajoutés, sur le même principe qu’une antenne Yagi.

Caractéristiques Clés

• Gain : Une antenne Quad à boucle unique offre un gain d’environ 4,5 dBi. L’ajout d’un élément réflecteur parasite augmente ce gain à environ 7,5 dBi. Chaque directeur supplémentaire peut ajouter approximativement 1 dB de gain supplémentaire.
• Impédance : L’impédance d’une boucle simple est relativement élevée, se situant autour de 100 à 200 ohms. L’ajout d’éléments parasites modifie cette valeur. Une Quad à deux éléments a une impédance d’environ 100 ohms, tandis qu’une version à quatre éléments se rapproche de 50 ohms.
• Polarisation : La polarisation de l’antenne Quad est déterminée par l’emplacement du point d’alimentation sur la boucle. Une alimentation au centre d’un côté horizontal (inférieur ou supérieur) produit une polarisation horizontale, tandis qu’une alimentation au centre d’un côté vertical génère une polarisation verticale.
• Bande passante : En raison de son faible facteur Q intrinsèque, l’antenne Quad offre une large bande passante, lui permettant souvent de couvrir une bande de fréquences entière sans nécessiter de réajustement.

Avantages de l’antenne Quad

L’antenne Quad est prisée par de nombreux radioamateurs pour une série d’avantages techniques qui se traduisent par des performances supérieures dans de nombreuses situations.

• Gain supérieur : L’un des avantages les plus cités est son gain, qui est supérieur d’environ 2 dB à celui d’une antenne Yagi ayant le même nombre d’éléments et la même longueur de boom.
• Faible bruit : Sa conception en boucle fermée la rend nettement moins sensible aux parasites de précipitation (bruit généré par la pluie, la neige ou la poussière) par rapport à une Yagi, qui souffre de “l’effet de pointe” à ses extrémités. Cette “tranquillité” est un atout majeur pour la réception de signaux faibles.
• Performance à basse altitude : La Quad est moins affectée par la proximité du sol. Son impédance reste stable même à des hauteurs d’installation relativement faibles (10-12 mètres), ce qui en fait un excellent choix pour les opérateurs ayant des restrictions de hauteur.
• Angle de rayonnement bas : Elle est réputée pour avoir un angle de rayonnement plus bas, ce qui est idéal pour les communications à longue distance (DX), car cela nécessite moins de rebonds sur l’ionosphère.
• Rayon de rotation court : Pour un nombre d’éléments équivalent, la Quad a un rayon de rotation plus court que celui d’une Yagi, ce qui est un avantage pour les installations dans des espaces restreints.
• Légèreté et faible prise au vent : Lorsqu’elle est construite avec des bras en fibre de verre et des éléments en fil, elle est généralement plus légère et présente moins de résistance au vent qu’une Yagi équivalente.

Inconvénients et défis mécaniques

Malgré ses performances électriques impressionnantes, l’antenne Quad présente plusieurs inconvénients, principalement d’ordre mécanique.

• Complexité de construction : Sa structure tridimensionnelle est intrinsèquement plus complexe à construire et à assembler qu’une antenne Yagi, qui est bidimensionnelle. Le montage peut nécessiter plusieurs personnes et une planification minutieuse.
• Robustesse : La Quad est souvent considérée comme moins robuste qu’une Yagi. Les bras de support en fibre de verre peuvent être vulnérables aux intempéries, aux rayons UV et aux dommages causés par la glace.
• Maintenance difficile : En raison de sa structure en 3D, la maintenance peut être compliquée. Accéder aux éléments ou aux points de connexion une fois l’antenne installée sur un pylône peut s’avérer très difficile.
• Coût : La construction plus complexe peut parfois entraîner des coûts plus élevés par rapport à une Yagi, bien que la construction amateur avec des matériaux courants puisse être économique.

Construction amateur de l’antenne Quad

La construction d’une antenne Quad est un projet classique et gratifiant pour les radioamateurs.

Matériaux et Dimensions

• Matériaux : Le boom est généralement en aluminium pour la rigidité. Les croix ou bras de support (spreaders) doivent être en matériau isolant comme la fibre de verre, le plastique ou le PVC. Les éléments rayonnants (les boucles) sont fabriqués en fil de cuivre, typiquement de 2,5 mm² de section pour un bon compromis entre robustesse et performance.
• Calcul des dimensions : La longueur totale du fil pour chaque boucle est la première étape. Des formules approximatives pour une fréquence en MHz sont :
  • Élément Actif (pleine onde) : L(m)≈305/f
  • Réflecteur (environ 3-5% plus long) : L(m)≈312/f
  • Directeur : L(m)≈296/f ​Pour une antenne 2 éléments sur 27.600 MHz, le périmètre du réflecteur serait de 11,37 m et celui de l’élément actif de 11,10 m.

Alimentation et adaptation

L’impédance d’une Quad multi-éléments n’est généralement pas de 50 ohms.
Une méthode courante et efficace pour l’adaptation consiste à utiliser une ligne d’adaptation d’un quart d’onde fabriquée avec du câble coaxial de 75 ohms.
La longueur de cette section se calcule en tenant compte du facteur de vélocité du câble (généralement 0,66 pour un câble à diélectrique solide).
L’utilisation d’un balun 1:1 au point d’alimentation est fortement recommandée pour assurer un courant symétrique et optimiser le diagramme de rayonnement.

Le grand débat des antennes – Quad contre Yagi

Paramètre	Antenne Quad	Antenne Yagi-Uda	Considérations clés / Notes
Gain avant	Généralement cité comme étant ~2 dB supérieur pour une même longueur de boom.	Standard de référence ; hautement optimisable avec des booms plus longs.	L’avantage de la Quad diminue avec l’augmentation du nombre d’éléments.
Rapport avant/arrière	Très bon ; peut être optimisé pour une excellente réjection arrière.	Bon ; peut nécessiter des ajustements ou des kits de réjection pour une performance optimale.	Un bon rapport avant/arrière est crucial pour réduire les interférences provenant de l’arrière.
Réjection du bruit	Excellente ; la conception en boucle fermée minimise les parasites de précipitation.	Susceptible aux parasites de précipitation en raison de l’effet de pointe ; peut être atténué avec des conceptions mises à la terre.	L’avantage de la Quad est plus marqué dans les climats pluvieux ou neigeux.
Efficacité à faible hauteur	Très bonne ; l’impédance est moins affectée par la proximité du sol.	Affectée par la proximité du sol ; le ROS peut varier avec la hauteur.	Un avantage majeur pour les installations avec des restrictions de hauteur.
Bande passante	Large en raison de son faible facteur Q intrinsèque.	Peut être étroite, surtout dans les conceptions à gain élevé.	Une large bande passante permet de couvrir une bande de fréquences entière avec un bon ROS.
Robustesse mécanique	Complexe ; structure 3D, souvent avec des bras en fibre de verre.	Simple et robuste ; structure 2D, généralement en aluminium.	La Yagi est généralement considérée comme plus durable et plus facile à entretenir.
Complexité de construction	Élevée ; nécessite un assemblage minutieux d’une structure tridimensionnelle.	Relativement faible ; plus simple à assembler et à installer.	La Yagi est souvent préférée pour sa simplicité de construction et d’installation.
Rayon de rotation	Plus court pour un nombre d’éléments équivalent, en particulier pour 2 éléments.	Plus long ; les éléments s’étendent plus loin du boom.	Important pour les installations dans des espaces restreints.

Variantes populaires de la conception

Le concept de base de la boucle Quad a inspiré de nombreuses variantes, chacune offrant des avantages spécifiques.
La prolifération de ces variantes témoigne de la flexibilité fondamentale de la conception et de son attrait pour la nature expérimentale du radioamateurisme.
Chacune de ces évolutions est une réponse directe à une faiblesse perçue (généralement mécanique) dans la conception originale, tout en essayant de préserver ses principaux avantages électriques.

• La Diamond et la Swiss Quad : Orienter le carré avec une pointe vers le bas (“Diamond”) offre un point de support unique et mécaniquement pratique sur un boom horizontal. La Swiss Quad est une autre variante bien connue, brevetée en 1960.
• La Delta Loop : Cette variante utilise des éléments triangulaires au lieu de carrés. Sa construction est mécaniquement plus simple, ne nécessitant souvent qu’un seul support vertical élevé et un écarteur pour la base.
• La Quadlong : Il s’agit d’une boucle rectangulaire, généralement plus haute que large, qui peut offrir un gain légèrement supérieur au prix d’une hauteur verticale plus importante.
• La Quagi : Une conception hybride qui utilise un réflecteur et un élément actif de type Quad (pour conserver le gain et les faibles caractéristiques de bruit) mais des directeurs de type Yagi, plus simples et plus légers. C’était un compromis populaire pour obtenir le “meilleur des deux mondes”.

La Quad moderne – Nouvelles frontières dans un monde numérique

Porte d’entrée vers les étoiles : La communication par satellite

• Le besoin de polarisation circulaire : Les satellites en orbite terrestre basse (LEO) utilisés par l’AMSAT (Organisation des Radioamateurs par Satellite) tournoient constamment sur eux-mêmes. Un signal transmis avec une polarisation linéaire (horizontale ou verticale) subira de profondes pertes (fading) lorsque l’orientation du satellite change par rapport à la station au sol. La polarisation circulaire (CP) résout ce problème en émettant le signal selon un motif en rotation, semblable à un tire-bouchon, assurant une liaison stable quelle que soit l’orientation du satellite.
• L’avantage de la Quad pour la CP : La structure de la Quad est particulièrement bien adaptée à la création de la polarisation circulaire. En alimentant la boucle à des coins adjacents avec un déphasage de 90 degrés (généralement obtenu avec un harnais de déphasage), des composantes verticales et horizontales sont générées simultanément, créant une onde polarisée circulairement. Cela rend les “X-Quads” (deux Quads sur le même boom, orientées à 90 degrés l’une de l’autre) et les Quads à alimentation circulaire extrêmement populaires pour le trafic satellite. C’est un exemple fascinant de la manière dont une caractéristique géométrique d’une conception des années 1940, probablement non considérée par son inventeur, est devenue la solution idéale pour un défi technologique qui n’existait pas à l’époque de son invention.

Un signal dans le bruit : L’avantage à l’ère numérique

• Le bruit de fond moderne : Au 21ème siècle, le spectre radioélectrique, en particulier dans les zones urbaines et suburbaines, est saturé de bruit (QRN) provenant d’innombrables appareils numériques, de lignes électriques et d’appareils électroménagers. Ce bruit de fond élevé rend l’écoute des signaux faibles extrêmement difficile.
• La pertinence renouvelée de la Quad : La caractéristique intrinsèque de faible bruit de la Quad est aujourd’hui plus précieuse que jamais. Sa capacité à rejeter les parasites de précipitation et potentiellement d’autres formes de bruit lui confère un avantage significatif pour extraire les signaux faibles de ce “brouillard” électronique moderne. L’environnement radio a changé, et avec lui, la valeur perçue des caractéristiques de la Quad. Alors que le débat historique se concentrait sur le gain avant, le facteur limitant aujourd’hui est souvent le rapport signal/bruit (SNR). Une antenne “silencieuse” comme la Quad peut améliorer le SNR même si son gain est identique à celui d’une antenne plus bruyante. C’est particulièrement critique pour les modes numériques à signaux faibles comme le FT8 ou le WSPR, où une amélioration de quelques dB du SNR peut faire la différence entre un décodage réussi et un échec.

Utilisation continue en DX HF et applications de niche

Malgré les défis mécaniques, la Quad reste un choix de premier ordre pour la compétition en DX HF, où son gain et ses performances en matière de faible bruit offrent un avantage tangible. Elle est également utilisée dans les applications de la bande ISM (2.4 GHz, 1.2 GHz, etc.), souvent sous forme de panneaux multi-éléments (“biquad”, “quadriquad”) pour le Wi-Fi et d’autres services.

Notre conclusion sur un héritage sans fin

Le parcours de l’antenne Quad, de sa naissance spectaculaire dans les Andes comme solution à un problème unique, à travers des décennies de débats passionnés et d’expérimentations au sein de la communauté radioamateur, jusqu’à sa pertinence actuelle dans les communications par satellite et numériques, est remarquable.
Elle est bien plus qu’un simple assemblage de fil et de fibre de verre ; elle est un témoignage de l’ingéniosité de son inventeur, Clarence C. Moore, et un symbole durable de l’esprit d’innovation, d’adaptation et de la quête incessante du signal parfait qui animent le radioamateurisme.

Alors que les arguments techniques du débat Quad contre Yagi ne seront peut-être jamais entièrement résolus, la combinaison unique de haute performance, de principes élégants et d’une histoire fascinante de la Quad lui a assuré une place de classique incontesté dans le monde de la radiocommunication.

Quelques sources principales utilisées pour cet article:
en.wikipedia.org – reachbeyond.org – fr.wikipedia.org – electronics-notes.com – 14rd001.free.fr

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Rédacteur: 14HS51 Joel T. – Création DXRN® – DX Radio Via Net®

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