ROS & TOS : Guide technique avancé pour radioamateurs

Le ROS (Rapport d’Ondes Stationnaires) et le TOS (Taux d’Ondes Stationnaires) sont des paramètres critiques pour toute station radioamateur exigeante. Ils mesurent le degré d’adaptation entre l’émetteur, la ligne de transmission (coaxiale ou autre) et l’antenne, et déterminent à la fois la puissance rayonnée (différence entre $P_{\test{émise}}$ et $P_{\test{réfléchie}}$ ), la capacité du récepteur à se protéger pour une puissance émise. Ce guide technique plonge profondément dans la théorie, les schémas, les calculs et les bonnes pratiques pour maîtriser ces paramètres dans des contextes d’émission (Tx) comme de réception (Rx).

Théorie avancée : ondes, réflexion et impédance

Coefficient de réflexion (Γ gamma) et relation avec l’impédance

Le coefficient de réflexion $\Gamma$ est défini par :

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

où $Z_L$ est l’impédance de la charge (antenne) et $Z_0$ l’impédance caractéristique de la ligne.

$\Gamma$ peut être complexe (avec une partie imaginaire si la charge est réactive), mais dans la plupart des cas HF simple on s’intéresse à sa magnitude | $\Gamma$ |.

La puissance réfléchie $P_r$ est proportionnelle à | $\Gamma$ |².

ROS (VSWR) : définition formelle

Le ROS (parfois SWR ou VSWR pour Voltage SWR) se définit comme :

$\text{ROS} = \frac{V_{\max}}{V_{\min}} = \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|}$

Une ligne parfaitement adaptée (aucune réflexion) a un ROS = 1.
Un ROS > 1 indique un déséquilibre, des ondes stationnaires se forment le long de la ligne.
Le ROS dépend uniquement de | $\Gamma$ |, donc de l’importance de la réflexion, et non de la phase.

Formation d’ondes stationnaires : nœuds et antinœuds

Lorsque l’onde incidente et l’onde réfléchie coexistent, leur superposition génère une onde stationnaire, avec des points fixes de maxima (antinœuds) et de minima (nœuds) de tension (et de courant).
La distance entre deux nœuds (ou deux antinœuds) est égale à λ/2 sur la ligne, si la ligne est idéale.
À certains fréquences, les nœuds / antinœuds peuvent coïncider avec les extrémités de la ligne, menant à des effets de résonance.

Diagrammes et représentation graphique

Diagrammes et représentation graphique

On peut représenter les ondes stationnaires à l’aide de schémas d’ondes : une onde incidente + une onde réfléchie + la superposition résultante.

Schéma d’ondes stationnaires montrant les nœuds et antinœuds le long d’une ligne de transmission

Pour une visualisation d’impédance normalisée et de réflexion, le diagramme de Smith est très précieux : il montre comment l’impédance se déplace le long d’une ligne quand la phase varie.

Diagramme de Smith représentant l'évolution de l'impédance normalisée le long d’une ligne RF

ROS et TOS : calcul, conversion et interprétation

Relation ROS ↔ TOS

Le TOS (ou % d’ondes qui reviennent) ⚠️ Définition populaire / instrumentale (celle utilisée sur certains appareils) est lié à

$\text{TOS} = 100 . |\Gamma|$

Conversion :

$\text{ROS} = \frac{100 + \text{TOS}}{100 - \text{TOS}} \quad ; \quad \text{TOS} = 100\,\frac{\text{ROS} - 1}{\text{ROS} + 1}$

Exemple : si TOS = 33 %, alors | $\Gamma$ |=0,33 et ROS = (100 + 33)/(100 – 33) ≈ 2.0

% de puissance réfléchie

$P_{\text{réfléchie}} = |\Gamma|^2 \cdot P_{\text{incidente}}$

Si |Γ| = 0,33 → puissance réfléchie = 0,33² ≈ 11 %

Effets des ondes réfléchies

La réflexion entraîne des pertes d’énergie : une partie de la puissance envoyée ne va pas dans l’antenne mais revient vers l’émetteur. Ce qui peut détruire les amplificateurs de l’étage de sortie du transceiver.
En plus, des pics de tension (antinœuds) peuvent provoquer des surtensions, et des pics de courant (nœuds de courant) peuvent entraîner une surchauffe sur la ligne.
Une autre conséquence : la ligne peut rayonner si l’onde stationnaire n’est pas bien confinée, ce qui donne des interférences.

Contexte d’utilisation : émission (TX) vs réception (RX)

En émission (TX)

En transmission, la puissance peut aller de quelques watts (QRP) à plusieurs centaines, milliers de watts en HF ou VHF.
Si l’antenne est mal adaptée $Z_L \neq Z_0$ , une partie de la puissance est réfléchie vers l’émetteur, ce qui peut endommager l’amplificateur final (transistors, tubes).
Par exemple, un ROS > 3 peut entraîner des pertes de 25 % ou plus, réduire l’efficacité du rayonnement et créer des interférences.
Le TOS permet de mesurer directement le pourcentage réfléchi : viser un TOS faible / | $\Gamma$ | faible est idéal pour protéger l’équipement.
Conseils :
1. Utilise un accordeur d’antenne automatique (ATU) pour corriger l’adaptation en temps réel.
2. Commence les mesures à faible puissance avant d’augmenter, afin d’éviter les surtensions et d’endommager le PA.

image d'un ATI 100 souvent acheté sur aliexpress

En réception (RX)

Les signaux entrants sont faibles (microvolts), donc les réflexions ne risquent pas de détruire le récepteur.
Cependant, un mauvais ROS / TOS dégrade fortement la sensibilité : la perte de signal peut réduire le SNR (rapport Signal / Bruit).
Par exemple, un ROS > 2 peut introduire des réflexions parasites, affaiblir le signal utile et rendre plus difficile la réception des stations faibles ou lointaines.
Dans des bandes très actives (20 m, 40 m…), une bonne adaptation améliore la clarté et minimise le bruit de fond.
Conseils :
1. Vérifie le ROS en réception avec un analyseur (ou VNA) pour diagnostiquer l’antenne.
2. Si possible et si besoin, ajouter un préamplificateur (préampli) pour compenser les pertes et améliorer le SNR.

Qualité des connexions et affaiblissements en réception

Connexions, câbles et pertes

Les connecteurs mal serrés ou oxydés provoquent une augmentation de la réflexion et des pertes.
L’affaiblissement du câble coaxial (dB/m) est critique : des câbles de mauvaise qualité ou trop longs affaiblissent fortement le signal.
Le « facteur de vitesse » du coax (velocity factor) entre en jeu : plus il est faible, plus la longueur électrique est longue, modifiant la position des nœuds / antinœuds.

Impact sur la réception

Un affaiblissement important réduit le niveau du signal utile, ce qui baisse la sensibilité de la station.
Une mauvaise adaptation + des connecteurs médiocres peuvent dégrader le SNR, rendant le décodage de signaux faibles plus difficile.
Cela peut être particulièrement néfaste sur les bandes basses (ex : 80 m, 40 m) où les signaux sont souvent faibles.

Bonnes pratiques

Vérifie régulièrement et nettoie les connecteurs (argentage, filets, O‑rings) pour minimiser les pertes.
Utilise des câbles coaxiaux haut de gamme (par exemple RG‑213, LMR‑400) lorsque la perte est critique.
Réduis le nombre de connecteurs intermédiaires (moins de jonctions = moins de points de réflexion).
En réception, privilégie l’analyse régulière avec un analyseur de réseau (VNA) pour identifier les points critiques d’affaiblissement ou de réflexion.

RAPPEL : Une atténuation de -3 dB c’est perdre la moitié de la puissance !

dB	Rapport de puissance (P₂/P₁)	Rapport de tension (V₂/V₁)
–1 dB	0.79 ×	0.89 ×
–3 dB	0.50 ×	0.707 ×
–5 dB	0.32 ×	0.56 ×
–10 dB	0.10 ×	0.316 ×
–20 dB	0.01 ×	0.10 ×

Mesures pratiques et optimisation

Utilisation d’un ROS-mètre ou VNA

Place un ROS-mètre directionnel entre l’émetteur et l’antenne. Calibre-le selon le manuel.
Mesure à plusieurs fréquences (les bandes que tu utilises), note le ROS minimal et maximal.
Utilise un VNA (analyseur de réseau) si tu en disposes : il te donne | $\Gamma$ |, le ROS, l’impédance, la phase, etc.

Interprétation des résultats

Voici un tableau type d’interprétation :

ROS	TOS (%)	Interprétation	Action conseillée
1,0–1,2	0–10	Parfait / très bon	Aucun réglage nécessaire
1,2–1,5	10–20	Bon	Vérifier, ajuster si possible
1,5–2,0	20–33	Acceptable	Ajuster si possible, surveiller en TX
2,0–3,0	33–50	Mauvais	Utiliser tunner, transformateur ou modifier l’antenne
>3,0	>50	Très mauvais	Risques pour l’émetteur, corriger impérativement

Adaptation : transformateurs, lignes, tuners

Transformateurs d’impédance : 1:1, 4:1, etc., pour adapter des antennes déséquilibrées ou des charges réactives. Je vous renvoi également à la fabrication du choke balun.
Lignes quart d’onde : une section de ligne de longueur $\lambda/4$ peut transformer l’impédance et réduire le ROS.
Tuners (accordeurs d’antenne) : automatiques ou manuels, ils ajustent l’impédance vue par l’émetteur pour minimiser la réflexion.

Image de l'adaptation d'une ligne d'impedance 75 vers 300 ohms

Risques, limitations et précautions

Un ROS très élevé (par exemple > 3) peut non seulement réduire l’efficacité de transmission, mais aussi endommager le PA à cause des pics de tension / courant.
Les adaptateurs d’impédance ne corrigent pas toujours tout : si l’antenne est fortement réactive, il peut rester des composantes imaginaires non optimisées.
Les mesures de ROS sont dépendantes de la puissance utilisée : mesurer à trop faible puissance peut donner des résultats peu représentatifs quand on monte en puissance.
Les câbles coaxiaux ont des pertes (atténuation) : même avec un ROS bas, un câble très long peut empêcher une bonne efficacité.

Conclusion

Le ROS et le TOS ne sont pas des métriques anecdotiques : ils sont au cœur de la performance, de la sécurité et de l’efficacité d’une station radioamateur. En maîtrisant la théorie (ondes stationnaires, réflexion, impédance), en mesurant avec rigueur (ROS-mètre, VNA), et en optimisant via des transformateurs, des lignes ou des tuners, un radioamateur peut tirer le maximum de son installation, tant en émission qu’en réception. De plus, une attention particulière à la qualité des connexions et au type de câble contribue énormément à minimiser les pertes et à améliorer la sensibilité.

Sur une antenne :
Une courbe de ROS légèrement décalée (ROS 2 ou 3) n’affectera que très peu la réception, on fera surtout attention aux pertes du COAX et des différents éléments. Par contre une antenne souvent sert en réception comme en émission et la avoir un ROS faible est primordial !

« Si vous constatez une erreur dans le contenu, merci de me le signaler via le formulaire de contact. »

ROS, TOS et ondes stationnaires de HB9GXP

Découvrez les caractéristiques de l’antenne COBWEB et son impact sur le ROS.

Laisser un commentaire Annuler la réponse

Rejoignez notre communauté

Ne manquez pas l’opportunité de plonger dans l’univers fascinant des radioamateurs. Inscrivez-vous dès maintenant pour des mises à jour et des contenus exclusifs.

S’abonner