Station d'émission-réception expérimentale           F6CRP   IN96KE        46°11'02" N  - 1°09'57" W


Antennes, la théorie et les faits


Version 03 - 15/08/2004


 

1)Introduction

Nous sommes tous plus ou moins confrontés au problème de l'espace disponible pour installer nos antennes. Ayant longtemps vécu sans aucune possibilité d'installation d'antennes dignes de ce nom (avec la frustration qui va avec), quand j'ai eu la possibilité de monter un semblant de pylône, il m'a fallu opérer des choix : 
- soit privilégier les antennes V/UHF ce qui implicitement excluait une beam décamétrique
- soit faire l'inverse.
Choix cornélien s'il en fut! Après mûres réflexions et étant passionné plutôt par les longueurs d'ondes inférieures au mètre, j'ai opté pour la solution 1, des antennes VHF, pas de déca si ce n'est un bout de fil. Et c'est ici que les ennuis commencèrent car l'antenne décamétrique étant un bout de fil passablement zigzagant, il fallait en outre que le fonctionnement soit assuré sur toutes bandes... J'ai monté tout ce qui était possible dans le genre bizarre avec des résultats allant de très mauvais à médiocres. Un jour lassé par tout cela et étant à Marennes, j'ai acheté à vil prix une G5RV.


2) et jaillit un jour l'idée


Voilà la fameuse G5RV "Industrielle". J'ai placé un vulgaire crayon de papier de manière à donner une idée du dimensionnement de la ligne et du transfo.
Les brins font grosso modo 15m, la ligne bifilaire est réalisée en Twin Lead pas vraiment épais. Donc un jour l'idée pernicieuse m'incitant à penser que cette antenne devait être le siège de pertes Kolossales s'est développée au point que j'ai décidé de faire une comparaison avec une center fed alimentée par un câble coaxial.


















A titre indicatif, voici une vue rapprochée du fameux symétriseur toujours avec le crayon. On devine que le matériau magnétique ne doit pas être gros et qu'il est plausible qu'il se sature rapidement en fonction du nombre de watt envoyé dans l'ensemble.


3) les résultats















Comme cette antenne doit fonctionner en multibandes alimentée en bas par le biais d'une boîte de couplage, la ligne sera soumise à un ROS très élevé. Pour limiter les pertes, j'ai utilisé un coaxial de bonne qualité (H1000)  vous pouvez voir l'allure du truc sur l'image de gauche. C'est le même coax que j'utilise pour coupler mes antennes 144 et 432 (2x2) MHz. J'en utilise pour cette antenne 10m (entre la boîte de raccordement  et la boîte de couplage, la station est à l'étage : futé!)



Sur cette capture d'écran, vous pouvez visualiser le niveau de bruit sur la bande 80 m sur une fréquence relativement calme. Le niveau de bruit sur le dipôle est de 10 dB supérieur à celui de la G5RV, même chose sur des signaux cohérents. Pour réaliser cette vue, je commutais toutes les 15 secondes d'une antenne sur l'autre en refaisant à chaque fois les réglages de la boîte de couplage.


4) Quelques calculs



Pour en savoir un peu plus sur les pertes occasionnées par le ROS dans une ligne de transmission connue comme le RG213, je suis allé faire un tour sur le magnifique site de G3SEK. Il y met à disposition une feuille de calcul très intéressante qui permet de déterminer, à partir des caractéristiques de la ligne, de sa longueur, du ROS et de la fréquence, les pertes additionnelles auxquelles il faut s'attendre. J'ai utilisé ces formules pour faire un feuille de calcul, vous pouvez observer ci-dessus le résultat graphique. Un ligne bifiliare de même longueur aurait donné :



Si vous êtes intéressé par la formule de calcul, la voici.

Pour pouvoir faire le calcul, il faut connaître la perte du câble à une fréquence déterminée. Ici la valeur pour le RG213 est de 0,018 dB au mètre à 10 MHz, cette fréquence est appelée f1. La fréquence sur laquelle vous ferez le calcul sera f2. Le log est en base 10.


5) Conclusion provisoire car il faut bien finir

Qu'en penser ? La théorie nous enseigne que la ligne de transmission qui offre le moins de pertes est la ligne bifilaire, on est amené à penser et fort légitimement, qu'une antenne alimentée par ce type de ligne devrait avoir des performances supérieures à une antenne de dimensions équivalentes mais alimentée par un coaxial.

Or, chez moi, tel n'est pas le cas, je pense que la théorie n'est pas prise en défaut, loin de là, mais que la réalisation de cette G5RV n'est pas faite dans les règles de l'art. Le symétriseur me semble éminemment suspect et le twin lead multibrins inadapté. Les brins de l'antenne sont également d'un diamètre frisant le ridicule.

Bref, j'ai testé, tout résultat peut être remis en question, si artefact il y a, je ne l'ai point encore détecté.


6) Et puis un jour... je me suis dit qu'il fallait quand même que j'essaie! Essayer quoi ? UNE ANTENNE VERTICALE !

Alors muni de ce dont je disposais, à savoir une antenne d'origine 11 m achetée pour 100 F de l'époque et de quelques bouts d'aluminium récupérés de ci, de là, je me suis lancé dans l'assemblage de la bête un samedi matin. 

J'ai commencé par tout démonter (heureuse idée) pour d'une part nettoyer et voir comment était fait l'engin. Bonne idée car on n'attaque pas sur cette antenne le brin rayonnant directement comme je le supputais à tort mais par l'intermédiaire d'un auto transfo qui va d'un côté à la masse, 3,5 spires plus haut vient l'âme du coaxial et 1,5 spires après le brin rayonnant. 

J'ai donc supprimé tout cela, j'ai remplacé la fiche SO239 d'origine qui était vaguement poppée par un modèle téflon fixé par 4 vis-écrous-rondelles, j'ai refait depuis cette fiche une vraie connexion robuste et "HF" vers le brin rayonnant. Il ne restait plus qu'à essayer de déployer autant de hauteur que possible tout en restant dans des marges de sécurité mécaniques décentes. Le résultat est un brin de 4,2 m de haut, chaque raccord est effectués par deux collier Cerflex Inox.

L'antenne est installée sur un mât télescopique de 4 m (origine Sté BORNEY Argentan France) fixé à la rambarde par deux attaches universelles (15 € pièce). Ce système offre l'avantage de pouvoir être déployé en quelques secondes ou démonté également en quelques secondes en cas de grand vent ce qui est assez fréquent sur les côtes atlantiques (durant la tempête de 1999 qui a détruit toutes mes antennes, la pointe max de vent a été enregistrée sur le pont de l'île de Ré à 4 km à vol d'oiseau de mon QRA à 205 km/h!!!)

Une fois déployée, la bête ressemble à ce que vous pouvez voir sur cette image entre mes 2x11 et 2x21 144/432 et à droite mes 2x35 el 1296 MHz. On distingue vaguement l'antenne filaire. Mon épouse favorite pense qu'il est temps d'arrêter de faire pousser de l'alu dans tous les coins du jardin et bien qu'elle soit très tolérante vis à vis de mon hobby, je sens bien que j'ai atteint son point de saturation.

Concernant la masse de l'antenne, cette dernière est reliée à tout ce que j'ai pu trouver de métallique, rambarde, gouttières, réseau cuivré que j'ai installé sur le toit. A propos de ce dernier, j'ai constitué un réseau de fil de cuivre (1,5 carré) sur l'ensemble du toit, la maille fait grosso modo 2x2 m et est également reliée à l'ensemble des gouttières du QRA.

L'antenne est alimentée par un coax 75 ohm (c'est tout ce dont je disposais lors de l'installation) , en bas l'adaptation au transceiver est réalisé par ma boîte de couplage, un commutateur fabrication maison permettant de passer d'une antenne vers l'autre.


7) Les résultats

En préambule voici un tableau présentant par bande la longueur électrique de l'antenne. Les comparaisons de signal décrites plus bas sont établies entre une center fed de 2x15 m en V inversé et un brin vertical de 4,2m. La center fed voit un de ses brins suivre la pente du toit de la maison à une hauteur moyenne de 2m. Le brin vertical est dégagé de tout obstacle et le point d'alimentation, là ou le courant est le plus fort, est 3m au dessus du toit. Les mesures comparatives sont établies sur un récepteur de mesure Siemens D2006 pour les bandes 30 et 20 m, sur un récepteur standard pour les autres bandes. Les points d'accord de la boîte de couplage sont au préalable repérés pour les deux antennes de manière à assurer un accord et une commutation entre les deux antennes aussi rapide que possible. Les mesures sont répétées jusqu'à acquisition de certitudes (fading, accord imparfait, rotation de la phase du signal dans l'ionosphère, bruit etc.)


Bande (m) l (m) Longueur électrique
30 29,7 0,14 l
20 21,42 0,196 l
17 16,57 0,25 l
15 14,28 0,29 l
12 12 0,35 l
10 10,71 0,39 l

  • Globalement pour des QRB de l'ordre de pas grand chose à 2000 km la verticale est à 95% du temps inférieure, la différence est notable (+/- 10 dB voire plus).  

  • Sur des distances intermédiaires > 2000 km et <4000 , il est difficile de tirer une conclusion, globalement la center fed est supérieure dans 80% des cas

  • Sur des distances > 4000 km dans 50% des cas la verticale assure un signal supérieur de quelques décibels, y compris sur la bande "basse" des 30m. Pour le moment, pas de données disponibles pour la bande 10m.

  • Comme on pouvait s'y attendre, le rendement chute de manière drastique sur 40m, l'antenne étant à cette fréquence vraiment trop courte. 

  • En termes de bruit la verticale ramène 3 dB de bruit par rapport à la center fed

 


8) Cette fois-ci il faut vraiment finir

Pour conclure cette série d'essais,  les résultats obtenus sont conformes à ce que j'attendais, l'antenne verticale apportant un léger gain en DX par rapport à l'antenne en V inversé. Il faut préciser toutefois que la center fed n'a qu'un brin correctement dégagé, l'autre étant vraiment très proche du toit, de plus du fait des contraintes d'environnement, je n'ai pas pu installer les deux brins dans le même axe. La verticale est plus bruyante de 3dB et il convient d'effectuer pour chaque station un essai en commutant les deux antennes et en choisissant celle offrant le meilleur signal.
Pour ceux qui ne disposent que de peu de place, la solution antenne verticale est tout à fait recommandable, elle offre également l'avantage d'être économiquement viable.


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