Un dipôle à cage pour la bande des 80 mètres

Quiconque a déjà installé un dipôle pour la bande des 80 mètres aura remarqué qu’il est impossible d’obtenir un bon ROS sur l’ensemble de la bande. En effet, il s’agit d’une des bandes les plus larges dont disposent les radioamateurs si l’on compare la largeur de bande à la fréquence du début. Si l’on divise la largeur de bande de 300 kHz par 3,5 MHz, on obtient 8,5 %.
En comparaison, la bande des 20 mètres n’a qu’une largeur de 2,5 % (350 kHz/14 MHz).

Le dipôle

Le graphique ci-dessous montre la courbe du ROS d’un dipôle filaire simulé dans Eznec, d’une longueur de 39 m à 13 m au-dessus du sol et avec un fil d’une épaisseur de 1 mm. Le ROS le plus faible est inférieur à 1,1 à 3,69 MHz. Entre 3,625 MHz et 3,75 MHz, il donne un ROS de 2,0 ou moins, et donc une largeur de bande utilisable de 125 kHz. Aussi bien en dessous qu’au-dessus de ce segment de bande, le ROS augmente rapidement pour atteindre plus de 3 à 3,8 MHz et plus de 7 à 3,5 MHz.
Cette antenne ne couvre donc qu’une partie du segment SSB de la bande des 80 mètres, et est inutilisable sur la partie CW.

Lors des fielddays, notre club utilise une configuration très similaire à cette antenne simulée via le logiciel. Les mesures effectuées sur cette antenne montrent un ROS minimum légèrement plus élevé que 1,2 et une largeur de bande de +/— 100 kHz avec un ROS inférieur à 2,0. La pratique est donc légèrement moins bonne que l’antenne simulée.

Le dipôle à cage

Comment obtenir une plus grande largeur de bande sur 80 mètres ? Une antenne a une plus grande largeur de bande lorsque le radiateur est plus épais, mais le remplacement d’un fil de 1 mm d’épaisseur par un fil de 2 ou 3 mm n’entraîne aucune différence mesurable. Les simulations montrent cependant qu’un dipôle composé de tubes d’aluminium de 50 centimètres de diamètre permet bien d’obtenir une largeur de bande significativement plus importante, mais il serait très lourd, très coûteux et techniquement très difficile à réaliser. C’est un problème auquel le dipôle à cage peut apporter une réponse !

L’article « Broad-band 80-meter antenna » d’Allen B. Harbach, WA4DRU, publié dans QST de décembre 1980, m’a donné le contexte nécessaire pour comprendre cette antenne.

Un dipôle à cage est un dipôle dont chaque moitié est constituée de 3 fils ou plus, de mêmes longueurs. Ces fils sont maintenus séparés par une entretoise et connectés aux deux extrémités. Ils simulent ainsi le tube d’aluminium épais dont nous avons besoin pour obtenir une largeur de bande passante utilisable, mais nous n’avons besoin que de fils et de quelque chose pour les maintenir à une certaine distance les uns des autres.
Le dessin ci-dessous montre un exemple avec six fils de chaque côté.

J’ai commencé par simuler cette antenne dans Eznec. À l’aide d’une feuille Excel, j’ai généré les fils que j’ai ensuite chargés dans Eznec. Dans cette feuille Excel, je pouvais facilement changer le nombre de fils et leur longueur. D’après l’article de WA4DRU, plus vous utilisez de fils, plus le tube simulé est épais. Supposons que vous utilisiez 3 fils séparés par un cercle de 50 cm de diamètre, cela correspond à un tube plein de 21 cm (42 %). En revanche, si vous utilisez 6 fils, cela correspond à un tube de 46 cm (92 %). Il est donc possible d’augmenter la largeur de bande en accrochant les fils plus éloignés les uns des autres (espacement plus important) ou en utilisant plus de fils. Plus de six fils apportent un gain marginal.

Le graphique du ROS ci-dessous montre un dipôle à cage à 13 m de hauteur, avec 6 fils de chaque côté montés sur un cercle de 60 cm de diamètre. Les fils partent du balun à un angle de 45° par rapport à la première entretoise et se rejoignent au même angle à l’extrémité. Chaque fil mesure maintenant 18,8 m de long, ce qui est légèrement plus court qu’un dipôle ordinaire. Cette disposition permet d’obtenir un ROS de 2,25 ou moins sur l’ensemble de la bande des 80 mètres, avec un minimum de 1,25 selon Eznec. Au total, 260 kHz de la bande ont un ROS inférieur à 2,0. C’est plus du double par rapport à un dipôle ordinaire !

Construction du dipôle à cage

La plus grande recherche a été de trouver une entretoise à la fois légère et solide. J’ai choisi des cerceaux plats de 60 cm que j’ai trouvés dans une boutique en ligne de matériel de gymnastique. (https://nl.wesco-eshop.be/) Ce sont les plus grands que j’ai trouvés. Avec un cerceau tous les 3 m, j’en ai eu besoin de 14 au total. Six trous ont été percés dans chaque cerceau, judicieusement répartis sur le cercle, à l’endroit où le fil de l’antenne se logera.

Au niveau du balun au milieu et aux extrémités, les six fils se rejoignent à chaque fois. Pour ce faire, 4 disques de 5 cm ont été percés dans une planche à découper en plastique à l’aide d’une perceuse à cloche. Ici aussi, six trous ont été percés pour les fils d’antenne.

Selon le modèle Eznec, les 12 fils devaient avoir une longueur de 18,8 m. J’ai décidé de les couper à 20 m et de les raccourcir après l’installation. Au total, 240 m de fil ont donc été nécessaires. J’ai utilisé du fil d’antenne de 1 mm pour maintenir le poids réduit.

Pour réaliser un côté du dipôle à cage, une corde a été tendue dans le jardin, à laquelle sept cerceaux ont été suspendus, puis les 6 fils ont été passés à travers ces cerceaux. Au premier et au dernier cerceau, ainsi qu’aux petits disques où les fils se rejoignent, un nœud a été fait dans le fil de l’antenne pour réduire la tension. Les autres cerceaux sont maintenus en place par des « tie wraps ».

L’antenne m’a accompagné aux Pays-Bas pour le concours IOTA. Mon jardin était trop petit pour installer et ajuster l’antenne, cela a donc dû être fait sur place. Le point central a été fixé à un mât de 13 m de haut, tandis que les extrémités ont été maintenues par des mâts de 10 m.

Comme prévu, l’antenne était trop longue et plongeait en dessous de 3,5 MHz, mais la grande largeur de bande était immédiatement apparente. Les amplificateurs de puissance utilisés pour ce concours se protègent assez rapidement si le ROS est trop élevé. Il a donc été décidé de ne pas régler l’antenne sur le milieu de la bande des 80 mètres, mais de l’optimiser pour la partie SSB et de la faire plonger à 3,7 MHz. Cette solution serait également la meilleure pour les field days HF SSB.

En plusieurs étapes, les fils ont finalement été raccourcis de 1,25 m de chaque côté, ce qui nous rapproche fortement des 18,8 m du modèle Eznec. Ce raccourcissement prend cependant beaucoup de temps, car il faut raccourcir 6 fils de chaque côté : les nœuds des serre-fils doivent être déplacés vers le haut, les fils coupés, dénudés et reconnectés. Cela représente nettement plus de travail que de plier rapidement l’extrémité d’un dipôle ordinaire.

Après accord, l’antenne a donné un ROS minimum de 1,4 à la fréquence ciblée de 3,7 MHz. Sur 3,6 et 3,8 MHz, les extrémités du segment SSB, le ROS était de 1,8. sur 3,56, le ROS est passé à 2,0 avec un maximum de 2,7 à 3,5 MHz. Au total, cette antenne donne une bande passante de 270 kHz avec un ROS de 2,0 ou moins, ce qui correspond presque exactement au modèle Eznec. Des cerceaux un peu plus grands auraient été encore meilleurs, car plus de six fils ne donnent qu’un gain marginal.

Lors du concours, ce dipôle a fait du bon travail. Il n’y avait pas de dipôle classique pour faire des comparaisons « côte à côte », mais il n’y a pas de différences à attendre ici. La charge de vent du dipôle à cage reste faible et le poids limité. Le composant le plus lourd est le balun, qui est suspendu directement au mât central. Grâce aux serre-fils nécessaires qui ont été intégrés, il a été possible de tendre fermement le dipôle à cage sans qu’il s’affaisse. Cela a également permis à tous les fils d’être bien parallèles et les torsions entre deux cerceaux ont disparu d’elles-mêmes.

Conclusion

Le modèle Eznec s’est avéré très fiable. Le modèle Eznec ne donne pratiquement aucune différence de gain ou de diagramme de rayonnement entre le dipôle classique et le dipôle à cage, mais il est utilisable sur une plus grande largeur de bande et le ROS augmente beaucoup plus lentement au fur et à mesure que l’on s’éloigne du point de résonance.

La construction d’un dipôle à cage nécessite une certaine planification et la recherche du matériel adéquat, mais elle est relativement simple. Vous n’avez pas besoin d’outils spéciaux.

L’un des membres du club a eu l’idée intéressante de remplacer le dernier mètre du dipôle à cage par un seul fil, comme pour un dipôle ordinaire, afin de rendre le processus d’accord aussi facile que pour un dipôle ordinaire.
Une simulation Eznec montre que si vous raccourcissez chaque côté du dipôle à cage d’un mètre, vous devez ajouter 3,5 m de fil de chaque côté pour revenir au même point de résonance. Il est clair que l’antenne s’allonge. La largeur de bande, le diagramme de rayonnement et le gain d’antenne restent inchangés. Je préférerais donc conserver cette solution pour réparer un dipôle à cage qui s’avère trop court.

Avec l'aimable autorisation de ON4CKM Cedric — traduit par ON7CFI Jantje
Article paru dans le CQ-QSO 11-12 2024

Fichier de référence "Broad-band 80-Meter Antenna".

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