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Antennes, antennes ……. vous avez dit antennef6evt.fr/antennes1.pdf · l’exemple qui n’existe pas dans la nature pour les antennes et qui est limite pour le ... car il y siège

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Page 1: Antennes, antennes ……. vous avez dit antennef6evt.fr/antennes1.pdf · l’exemple qui n’existe pas dans la nature pour les antennes et qui est limite pour le ... car il y siège

Antenne, antennes…vous avez dit antennes ? par G.Ricaud F6CER

Antennes, antennes ……. vous avez dit antenne ? par G.Ricaud F6CER Si la fabrication d’un émetteur-récepteur reste compliquée et nécessite en général un peu d’expérience, la fabrication d’une antenne semble à la portée de la plupart d’entre nous, à trois conditions : 1) Oublier la majorité des âneries que l’on entend si souvent sur l’air ou que l’on voit dans les réclames (issues pour la plupart de la tentative de relecture de vieux articles par des gens qui n’ont pas tout compris au film) 2) Acquérir un minimum de connaissances de base et rester logique 3) Trouver des astuces pour se simplifier la vie et la fabrication de la chose. Avant tout, un peu de logique : L’antenne est un accessoire dont le seul but est de coupler (ou de capter) le maximum d’énergie dans le milieu extérieur : elle devra donc être placée à un endroit efficace et avoir un rendement aussi élevé que possible (pour éclairer une pièce, on préfère en général placer une ampoule au plafond plutôt que sous une table). L’antenne est simplement la transition entre un équipement qui présente en général une impédance voisine de 50 Ohms et l’espace libre qui présente une impédance élevée (les mauvaises langues parlent de 377 Ohms). Imaginons un émetteur (réservoir d’eau potable) qui alimente un câble coaxial (tuyau d’arrosage). Lorsque l’on ouvre le robinet, le jet part … et le tuyau recule !!!!!! Sauf si l’on envoie la moitié du jet en sens inverse (on vient d ’inventer le dipôle) ou si l’on tient fermement le tuyau pour faire…contrepoids (on vient d’inventer le monopole ou la ground-plane. On peut noter que dans les deux cas on aura consommé la même quantité d’eau. La similitude ne s’arrête pas la : Si le réservoir et le tuyau peuvent débiter une certaine quantité d’eau par seconde et que l’embouchure est mal adaptée, ça risque de coincer avec comme conséquence une perte de rendement. De même si le tuyau a une hernie, il va se créer des turbulences et une partie de l’eau essaye de revenir en arrière (ROS). Si le tuyau est poreux il y a des fuites (pertes dans le coaxial). La sortie du tuyau peut envoyer un jet puissant et fin (antenne à gain) ou un jet moins puissant et plus large (antenne omnidirectionnelle) et nous finirons par l’exemple qui n’existe pas dans la nature pour les antennes et qui est limite pour le jet d’eau: on ne peut pas envoyer exactement la même quantité d’eau dans toutes les directions à la fois (antenne isotropique) ! Revenons à nos moutons : L’antenne est un accessoire dont le seul but est de coupler (ou de capter) le maximum d’énergie dans le milieu extérieur. Or on sait que le milieu extérieur présente une impédance élevée, il est donc nécessaire pour un rendement maximum que les « extrémités libres » de notre antenne soient le siège d’un ventre de tension. Ce point est important car il détermine la longueur électrique minimale d’une antenne résonnante : son envergure sera voisine d’une demi-onde si c’est une antenne symétrique, ou d’un quart d’onde si c’est un monopole, le quart d’onde manquant étant simulé …. ou perdu (!) dans ce que l’on appelle le contrepoids

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Antenne, antennes…vous avez dit antennes ? par G.Ricaud F6CER

On peut dans une certaine mesure montrer une certaine similitude avec la lumière pour certains types d’antennes que l’on ne va que citer car elles ne sont pas à la portée du débutant : si l’on place une plaque métallique de grande surface à proximité, elle va agir comme un miroir : en bloquant le passage des ondes dans une direction, on renforce leur puissance dans la direction opposée : dans le domaine des antennes on appelle ça un réflecteur. De même si l’on place une lentille devant une lampe d’éclairage, le faisceau lumineux sera renforcé par son passage dans la lentille : dans le domaine des antennes, on appelle ça un directeur. Mais revenons à nos moutons : Dernière contrainte et non des moindres, on va devoir relier l’antenne à un émetteur ou à un récepteur dont l’impédance d’entrée déclarée est en général voisine de 50 Ohms : la longueur électrique d’une demi-onde permet ce genre de branchement de façon astucieuse, car il y siège un ventre de courant (donc basse impédance) au voisinage de son centre physique : Fig1.

Fig. 1 On vient de réinventer le dipôle, mais comment s’assurer qu’il va fonctionner correctement ? Juste un peu de théorie pour paraître savant (ça ne va pas durer) : les livres (et le calcul) indiquent que l’impédance au centre d’un bout de fil long d’une demi-onde est égale à 73+J42 Ohms. Quelle horreur ! Cela veut simplement dire qu’il existe une réactance (pour faire simple, le dipôle demi-onde n’est donc pas une résistance pure) rassurez vous, il suffit de raccourcir très légèrement les dimensions physiques pour retrouver une résistance pure, qui plus est l’effet de bout oblige également à raccourcir ces longueurs. C’est la qu’intervient l’instrument le plus classique des fabricants d’antenne : la pince coupante. La longueur de départ sera calculée à 0.95 demi-ondes. Prenons pour exemple une antenne « spéciale moulins et châteaux » devant résonner sur 7.1 MHz. L=0.95 X 300000/7100 :2= 20.07M En gros on taille deux bouts de fil de 10.05m que l’on raccorde de chaque coté d’un carré de polystyrène ou autre isolant sur lequel va se connecter le câble coaxial. Quel coaxial ? Dans la majorité des cas et sur les fréquences basses, du RG58 (6mm) suffit, le classique RG213 (11mm) aura moins de pertes au prix d’un plus grand poids et d’une plus grande rigidité.

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Quelle horreur ! du câble 50 Ohms et pas de « Balun » alors que le livre dit qu’un dipôle fait obligatoirement 75 Ohms et doit être symétrisé ……. Autant démystifier immédiatement les vieilles croyances qui compliquent la vie : L’impédance au centre d’un dipôle demi-onde est effectivement voisine de 75 Ohms …. mais seulement en espace libre et loin de tout obstacle : votre pauvre bout de fil à proximité du sol est donc plus près de 40 que de 75 Ohms (ça tombe bien). Pas de « Balun » quelle hérésie ! la encore, laissez parler les beaux parleurs : un dipôle sera parfaitement symétrique et obligatoirement symétrisé par un symétriseur si et seulement si : -il est loin de tout (à au moins 40m de tout obstacle) -son câble coaxial descend avec un angle parfait de 90° sur au moins une longueur d’onde (40m) -ses fixations sont parfaitement symétriques (pas question de l’attacher au faite du toit d’un coté et à un arbre de l’autre). -le sol au dessous a exactement la même conductivité Exit le fameux « balun » Revenons à nos moutons : une fois le dipôle monté, on le connecte à l’émetteur par l’intermédiaire d’un ROS-mètre et on balaye la bande en notant les valeurs obtenues en début, au milieu, et en fin de bande, on trace une courbe qui va nous indiquer si l’antenne est trop longue (la pente décroit vers les fréquences basses) ou si l’antenne est trop courte (la pente décroit vers les fréquences hautes) . Dans la majorité des cas, l’antenne sera un peu trop longue et il suffira de la redescendre, de couper un peu de fil de chaque coté (5cm par 5cm) jusqu’à obtenir une courbe de ROS dont le minimum sera voisin de la fréquence désirée. Mais voilà , Monsieur OM veut bénéficier des progrès modernes et désirerait trafiquer sur toutes les bandes avec une seule antenne ! Examinons Fig. 2 les courbes représentant la tension présente sur un fil pour son fonctionnement en demi-onde, sur son harmonique 2, et sur son harmonique 4

Fig.2

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On voit immédiatement qu’il est impossible de trouver en son centre un point à basse impédance commun aux trois modes de fonctionnement : il y a un minimum de tension sur la fondamentale et un maximum sur l’harmonique 2 et sur l’harmonique 4 .Par contre si l’on examine la courbe, on s’aperçoit qu’au tiers de la longueur, il existe un point ou l’on pourra connecter un câble d’impédance moyenne, et ce pour la fondamentale, l’harmonique 2 et l’harmonique 4. On vient de réinventer l’antenne Herz-Conrad-Windom. L’impédance est très loin de 50 Ohms, mais plutôt quelque-chose comprise entre 200 et 400 Ohms, selon la hauteur de l’antenne par rapport au sol. Pour relier cette antenne à l’émetteur on a deux solutions : - soit un seul fil descendant de ce point verticalement et connecté à une boite d’accord (ou directement sur la self du PA de l’émetteur) avec une bonne prise de terre : c’est la Conrad Windom canal historique (années 1930) -soit on place à ce point un transformateur de rapport 4:1 à 6:1 relié à un câble coaxial 50 Ohms standard : c’est le fameuse FD4 vendue dans le commerce, appelée pompeusement depuis peu «Antenne O.C.F. » (off-center-fed) si l’on veut passer pour un con(naisseur). Cette antenne fonctionnera donc correctement en demi-onde ainsi que sur tous les harmoniques pairs : une longueur d’environ 40m sera donc efficace sur 3.5, 7, 14, 28 MHz et rayonnera (mais très mal) sur 21 en dépit des arguments commerciaux de votre marchand préféré. Le revers de la médaille est de taille : la longueur doit pouvoir se régler: il s’agit d’une antenne demi-onde sur la fréquence la plus basse et son l’impédance varie selon la hauteur par rapport au sol pour la longueur d’onde utilisée : ce qui est bon sur 80 ne le sera pas forcément sur 40 ou sur 20 mais comme personne ne peut plus se passer de boite d’accord, l’émetteur ne prendra pas feu tout de suite. Dernière chose, cette antenne n’est absolument pas symétrique, et son transformateur d’adaptation n’a strictement rien à voir avec un « Balun » en dépit des croyances populaires ! La voix de la sagesse : Si l’on reprend une partie du raisonnement précédent , on voit que si l’on attaque une demi-onde en son centre, l’impédance de ce point sera très élevée pour ses harmoniques pairs et n’aura pas ou peu d’influence sur son fonctionnement : il devient donc évident que si l’on connecte en parallèle plusieurs dipôles pour des fréquences en relation harmonique paire , ils fonctionneront tous sans se gêner mutuellement (ou relativement peu): CQFD: on vient de réinventer le multi-dipôle . Mécaniquement il faut rester raisonnable : chaque fil est soutenu par son voisin à l’aide d’un isolateur que l’on fabriquera en plexiglas ou en rond de PVC (tube IRO) mais il y a une limite si l’on veut que l’antenne passe plusieurs hivers sans tomber. Ainsi un multi-dipôle se réalise facilement pour 80 et 40, ou bien 40 et 20m (avec le 15m gratuit en prime) Fig.3

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Antenne, antennes…vous avez dit antennes ? par G.Ricaud F6CER

Fig. 3 Pour conclure, il n’y a pas de mystères dans les antennes, leur réalisation est à la portée de la plupart des amateurs soigneux et ne vous laissez pas abuser par des charlatans qui tentent de réinventer la roue carrée :

Fig4