L'antenne créée une onde de sol
utilisable sur quelques dizaines de km et une onde de ciel utilisable cette
fois à quelques centaines de km.
Le problème vient de la zone comprise
entre la fin de l'onde de sol et le début de l'onde de ciel, il existe en
effet une zone d'ombre dans laquelle aucune réception n'est possible. Cette
zone, comme le montre l'image, est variable, l'angle de départ de l'antenne
constituant un élément majeur.
Ci-contre la trace au sol.
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NVIS : La théorie :
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Le
concept vise à rayonner de l'énergie ayant une fréquence inférieure à
la fréquence critique à un angle très élevé, proche de la verticale
(entre 75 et 85°).
Le
signal est réfracté par la couche F et couvre la zone de skip. Le
NVIS a été étudié puis expérimenté avec rigueur par l'armée
américaine au Vietnam.
On note cependant que l'armée allemande en 1940
utilisait déjà ce concept pour ses communications tactiques, cette
dernière assertion est basée sur l'étude de photographies de véhicules
de commandement allemands.
Le bilan de liaison sera d'autant favorable que
les deux installations distantes seront caractérisées NVIS.
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Fréquence critique :
Avant d'aborder quelques considérations
pratiques, il est nécessaire de revenir sur la notion de fréquence
critique.
- l'indice de réfraction est proportionnel à la concentration
d'électrons
- l'indice de réfraction est inversement proportionnel à la
fréquence de l'onde transmise.
L'ionisation de l'ionosphère se réalise sous forme de plusieurs strates
plus ou moins horizontales, la densité électronique et donc l'indice de réfraction varient en
fonction de la hauteur.
La fréquence à laquelle une onde électromagnétique pénètre
la couche et n'est plus réfractée est appelée Fréquence critique. La
fréquence critique se détermine par la relation :

Avec Fc en Hz, Ne concentration électronique par m3.
Cette relation qu'il n'est vraiment pas important de retenir montre
toutefois que plus l'ionisation croît (forte période d'activité solaire),
plus la fréquence critique croît.
D'une manière schématique :
Toute fréquence au-dessus de Fc pénétrera la couche sans être
réfractée
Toute fréquence en dessous de Fc sera réfractée
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Choix de la fréquence :
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D'après
ce qui vient d'être écrit plus, il est évident que ce concept ne
fonctionne que dans la mesure ou l'onde émise retourne sur terre, pour ce
faire il faut donc choisir soigneusement la fréquence d'établissement de la
liaison.
D'une manière très schématique, on pourra dire qu'en cours de
journée la bande adaptée sera celle des 40 m et le soir il sera
préférable d'utiliser le 80m.
Cette carte disponible sur Internet, fournit toutes les heures une image de la fréquence critique.
Cette dernière sera indiquée comme étant fcF2.
Rappelez-vous que la fréquence critique est mesurée pour un signal envoyé
verticalement, ce qui ne sera pas tout à fait le cas du NVIS, on dispose
donc d'une marge de manoeuvre vis à vis des informations affichées.
Cliquer
ici pour obtenir la carte actualisée
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Mise en oeuvre :
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Cette dernière est très
simple et consiste seulement à installer l'antenne qui est souvent un
vulgaire dipôle demi-onde à une hauteur par rapport au sol très faible.
D'ailleurs on préférera s'exprimer en longueur d'onde. Les simulations et
retours d'expérience dans le domaine font état d'une hauteur optimale
comprise en 0,1 et 0,2 l.
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Hauteur
au-dessus du sol en mètres en fonction de la longueur d'onde |
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40 |
80 |
0,1
l |
4 m |
8 m |
0,2
l |
8m |
16 m |
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A la lecture de ce tableau, on s'aperçoit que
beaucoup d'amateurs pratiquent le NVIS sans le savoir... Ce n'est d'ailleurs
pas forcément un inconvénient majeur car comme nous le verrons, il est
souhaitable que les deux stations d'une liaison point à point soient
configurées NVIS pour obtenir le meilleur signal possible.
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Simulations du dipôle demi-onde à
différentes hauteurs :
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Figure 1 |
Figure 2 |
Figure 3 |
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Ci-dessus un dipôle
demi-onde placé à 0,5
l,
l'angle de rayonnement maximum est bas sur l'horizon ce qui favorise
les liaisons longues distances. |
Le même dipôle est
abaissé à une hauteur équivalente à 0,25
l.
On note que les lobes s'élèvent sensiblement. |
Le dipôle est
maintenant placé à 0,12
l.
Le rayonnement est maintenant orienté principalement vers les angles
élevés favorables au NVIS. |
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Tout le secret du NVIS réside ici, placer
l'antenne à une hauteur faible au-dessus du sol de manière à obtenir un
lobe de rayonnement maximal orienté vers le haut. On comprend aussi que le
système fonctionne d'autant mieux que les deux composantes de
l'installation (les deux stations) sont optimisées pour ce type de trafic.
Si votre correspondant émet avec un angle d'incidence élevé et que vous
ayez de votre côté un angle d'incidence faible, (cas entre figure 1 et 3),
le signal n'aura pas l'amplitude maximum chez vous, loin s'en faut.
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Quelques remarques :
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Le NVIS comme le reste d'ailleurs est
fonctionnellement dépendant de trois critères :
- Le niveau de puissance de l'émetteur
- La fréquence utilisée
- L'antenne utilisée et sa hauteur au-dessus du sol
Il semble d'après les nombreuses expérimentations menées dans le domaine
amateur que le critère le plus important soit le choix de la fréquence.
Cette dernière en fonction de l'heure et de l'ionisation (voir les données
SFI) peut évoluer entre 2 et 10 MHz. Concernant les antennes, les amateurs
américains ont expérimenté tout et n'importe quoi, il arrive fréquemment
de voir des dipôles placés à 40 cm centimètres du sol. Si
une telle configuration est envisageable dans le cadre de situations
d'urgence, elle n'est pas optimum pour une exploitation continue en station
fixe.
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Sur cette image est reporté le gain en
fonction de la distance par rapport au sol notée en longueur d'onde, la
hauteur de 0,1 l semble être un excellent compromis entre gain et
commodité d'installation.
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Cette vue présente l'angle de rayonnement
maximal en fonction de la distance par rapport au sol notée en longueur
d'onde. 0,25 l
semble représenter la limite supérieure à ne pas dépasser
sous peine de voir le lobe s'aplatir inconsidérément.
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Avantages du NVIS :
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- couvre une zone normalement qui reçoit ni l'onde de ciel ni l'onde de sol.
- est très facile à mettre en oeuvre
avec des moyens matériels limités (antenne à proximité du sol)
- peu sujet au QSB (pas de problème
avec les trajets multiples)
- contournement du problème du relief, on
peu le pratiquer depuis le fin fond d'une vallée
- réduction du bruit, rapport signal sur
bruit nettement amélioré du fait de l'angle d'incidence élevé en
réception
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Inconvénients du
NVIS :
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- nécessité
pour un bilan de liaison optimal d'utiliser deux stations NVIS
- limité en fréquence (2-10 MHz max), il
faut choisir soigneusement sa bande de fréquence
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Note pour les opérateurs pratiquant le
mobile :
Il est tout à fait possible de pratiquer le
NVIS avec une installation mobile, la seule contrainte consiste à faire
basculer le fouet en position horizontale (ce qui interdit le trafic
roulant). Cette disposition est fréquemment utilisée par l'armée
américaine.
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Et pour conclure ...
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Vous avez peut-être
découvert pourquoi vous receviez magnifiquement bien les stations
françaises sur 40 m et pratiquement jamais autre chose... Hormis
l'anecdote, les contraintes environnementales, plus particulièrement en
milieu urbain, font qu'il n'est pas toujours aisé d'installer les
antennes pour les bandes basses à des hauteurs favorisant des angles de
rayonnement bas sur l'horizon. Il est alors utile de bien comprendre
comment se produit le rayonnement, c'est aussi peut-être l'occasion
d'essayer une antenne verticale.
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