Lors de nos premières expĂ©rimentations avec ce type d'antenne ils Ă©taient très encourageants et mĂŞme enthousiasmants ! Nous avons donc dĂ©cidĂ© de pousser plus loin nos tests et mesures et tentĂ© de tirer le maximum de profit de notre antenne. Nous publions maintenant nos fiches d'essais et de mesures. Le « chokeÂ-balun » est un empilement de tores et de tubes de ferrite sur le RG213 qui relie l'antenne au shack. De par sa conception, ce composant peut très aisĂ©ment ĂŞtre dĂ©placĂ© tout au long du coaxial. Il suffit de le faire coulisser et de le bloquer avec un « snapÂon », ces ferrites en deux coquilles qui sont maintenues ensemble par un Ă©trier en plastique. Celle que nous avons choisie se fixe Ă serrage sur le RG213
Analyse de différentes configurations
Nous partons de notre antenne de 38 m qui n'est autre que notre ancienne Windom de 40 m modifiée et raccourcie. Fort des expérimentations précédentes, nous plaçons notre choke balun à la base du coaxial.
Les tableaux ci-Âdessous sont une synthèse des trois feuilles qui suivent Ă la fin de cet article.
Note : Les chiffres dans la colonne sous « Bandes » se réfèrent aux fiches à la fin de cet article pour plus de détails. « 2/8 » signifie « Feuille 2, colonne 8 ». Les chiffres dans les colonnes sous les bandes sont le ROS.
Attention : les résultats varieront assez nettement d'un lieu à un autre et d'une configuration à l'autre mais les tableaux que nous donnons constitueront un bon ordre de grandeur.
Antenne de 38 m
Déplacement du choke-balun sur le coaxial
- Déplacer le choke de la base du coax vers l'endroit où le coax pose sur le sol apporte des changements intrigants : le ROS baisse partout (à 0,1 point près) sauf sur 80 m où la baisse est très élevée.
- Plus on rapproche le choke de l'entrĂ©e dans le shack (situĂ© au sousÂ-sol) plus le ROS baisse sur 160 m et un peu sur 80 m. Par contre, sur 40 m, il augmente sĂ©rieusement. Sur les bandes de 30 m et plus haut, la position du choke n'a pas d'importance.
- En déplaçant le choke sur le coaxial, on peut favoriser certaines bandes. Le placer à 17 m du bout de l'antenne semble l'idéal pour les bandes de 30 à 10 m ainsi que le 160 m où un coupleur n'est absolument pas nécessaire. Malheureusement, le ROS sur 80 m est hors de portée d'un coupleur intégré à un TX. Par contre, l'accord est extrêmement aisé avec n'importe quelle boîte de couplage.
- Le ROS varie avec la conductivité du sol : après une pluie, il varie assez sensiblement. Les chiffres donnés sont donc à pondérer.
Installation d'une prise de terre et d'un parafoudre sur le coaxial à 2 m de l'entrée dans le shack. Cette prise de terre restera dans l'installation à l'avenir.
Installation d'un contrepoids Ă la masse du unun 9:1 (colonne 9 de la feuille 1)
- Â L'installation de la prise de terre a eu une petite influence sur 160 et sur 40 m Íľ rien au-Âdessus
- Le dĂ©placement du choke contre la prise de terre (cĂ´tĂ© antenne tout de mĂŞme) a eu pour rĂ©sultat que le ROS a variĂ© lĂ©gèrement sur certaines bandes et pas sur d'autres. A comparer avec la ligne 1/4 du tableau prĂ©cĂ©dent. C'est surprenant car le choke-Âbalun a une Z très Ă©levĂ©e (plusieurs Kohms sur 80 m et auÂ-dessus). Peut-ÂĂŞtre que le couplage entre l'antenne et le coaxial pour la longueur de câble comprise entre la prise de terre et le shack entre en jeu ?
- En rĂ©duisant la longueur du contrepoids de 7 m Ă 4,5 m, il y a peu de variations de ROS sur toutes les bandes. A la colonne 4 de la feuille 2, on a essayĂ© d'Ă©carter le contrepoids (qui a Ă©tĂ© remis Ă 6 m de long) du coax avec lequel il a formĂ© un angle de +/Â30°. Le but est de vĂ©rifier si le coaxial n'amortit pas le contrepoids. Le rĂ©sultat est nul, montrant bien que le contrepoids n'a pratiquement aucune utilitĂ© (celui formĂ© par la gaine du coaxial suffit). Le principe du contrepoids est dĂ©finitivement abandonnĂ©.
Raccourcissement de l’antenne de 38 Ă 30 m
La longueur de 38m est basée sur une recommandation de Balun Design. Certains fabricants d'antennes de ce type livrent leur aérien avec une longueur de 16,20 m et 30 m au choix. Nous voulions donc essayer cette longueur dont on dit tant de bien...
- Le raccourcissement de l'antenne à 30 m change évidemment les paramètres : le ROS est un peu meilleur sur les bandes basses et surtout sur 80 m où il peut enfin être géré par un coupleur interne à un TX.
- En dĂ©plaçant le choke-Âbalun, on module la rĂ©ponse de l'antenne. La colonne 2/12 constitue la meilleure solution.
- Les baluns commerciaux sĂ©rieux rĂ©alisĂ©s avec un tore FT140-Â61 ou 4C65 comportent 3x9 spires. Cela limite la puissance Ă 150-Â200 W mais devrait amĂ©liorer le comportement du transfo sur les bandes hautes, au dĂ©triment des bandes basses. Avec 3x10 spires, c'est bon pour 250 W ou 120 W avec du TOS et nous avons un ROS Ă©quilibrĂ© sur charge rĂ©sistive. Nous avons testĂ© cela pour voir s'il y a une amĂ©lioration du ROS de l'antenne. Chose surprenante, il s'amĂ©liore sur 160 m ( !) et est moins bon au-Âdessus de 20 m ! C'est Ă n'y rien comprendre.
Premières conclusions
Si vous voulez utiliser le coupleur interne à votre TX sur toutes les bandes, choisissez une longueur de 30 m avec le balun au sol, après la courbe du coaxial. Celui ci descendra en ligne droite vers le sol, en faisant un angle de 90° minimum. Il peut partir en ligne droite derrière ou sur le côté de l'aérien.
Si vous voulez vous passer d'un coupleur Âsauf sur 80 m une longueur d'antenne de 38 m est ce qu'il vous faut. Mais ce n'est qu'une petite contrainte... D'autre part, le ROS sera plus faible sur les bandes hautes Íľ il y aura donc moins de pertes dans le coaxial.
En plaçant le choke au sol, après la courbe du coaxial, vous empêchez la HF captée par l'extérieur de la gaine du coaxial de partir dans le sol par capacité. Ainsi, elle participera au rayonnement de l'antenne comme dans la Carolina Windom (marque déposée).
A noter :
Si vous placez votre mise Ă la terre du coaxial Ă la base de la descente de celui-Âci, vous aurez une basse impĂ©dance Ă cet endroit (en fait, elle est nulle). Si vous y placez un chokeÂ-balun, cette impĂ©dance sera infinie (en fait, très Ă©levĂ©e). La gaine du coaxial agira donc totalement diffĂ©remment et son influence sur le ROS pourra ĂŞtre radicalement diffĂ©rente. Essais encore Ă faire.
Il est souhaitable de mettre la prise de terre du coaxial Ă la sortie du shack pour tuer le QRM captĂ© dans le shack (PC, alim Ă dĂ©coupage, parasites vĂ©hiculĂ©s par le secteur, etc.) et, ainsi, d'ĂŞtre captĂ© par l'antenne et envoyĂ© au rĂ©cepteur. Ce serait la ou une des raisons du gain de QRM de Â2 points S en moyenne.
La suite
Notre autre antenne, celle destinée au SWLing et située de l'autre côté du QRA mesurait 32 m. Nous l'avons raccourcie à 30 m pour vérifier nos constatations. C'est une antenne en L inversé installée à 8 m du sol. Elle est malheureusement proche de masses métalliques en zinc qui agissent sur le ROS.
- Le ROS s'améliore sur beaucoup de bandes, notamment sur 80 m mais se détériore sur d'autres ; notamment sur 20 m.
- Les résultats sont assez différents de l'antenne du shack mais l'antenne est différente aussi.
Deuxième conclusion
Les conditions locales influent nettement sur le ROS, comme la proximitĂ© des masses mĂ©talliques, la hauteur au-Âdessus du sol, la nature du sol, son humiditĂ©, etc. NĂ©anmoins, on reste dans des valeurs similaires : lĂ oĂą il est bas sur une antenne, il le sera aussi sur une autre et inversement.
Il faut étudier les feuilles de rapport d'essais de ces antennes et essayer les solutions qui ont donné des résultats. Cette étude est la première à ma connaissance à donner des chiffres concrets et non pas à répéter ce que d'autres ont déjà publié. Nos chiffres sont vrais et fiables en tenant compte des remarques et restrictions mentionnées.
Mais bon sang, mais c’est bien sĂ»r !
...Pour parodier un célèbre inspecteur de police du petit écran... En effet, nous nous posions des questions sur l'absence d'effets de la terre et en particulier de radiales enterrées ou pas (à rapprocher de nos constations sur les contrepoids). Réfléchissons.
Une antenne quart d'onde a une impĂ©dance très Ă©levĂ©e cĂ´tĂ© isolateur d'extrĂ©mitĂ© et de 36 Ω Ă sa base. Notre longÂ-fil a aussi une impĂ©dance Ă©levĂ©e cĂ´tĂ© isolateur mais elle est forcĂ©e Ă 450 Ω de l'autre cĂ´tĂ© (50 Ω x 9 pour un unun 9:1). C'est une douzaine de fois plus Ă©levĂ© que pour une 1/4 d'onde.
Elle est donc forcĂ©e de fonctionner en 1/2 onde ou en multiples de celleÂ-ci. Elle se libère ainsi de la nĂ©cessitĂ© d'un plan de sol ou d'un Ă©lĂ©ment symĂ©trique comme pour un dipĂ´le. Elle fonctionne comme une antenne J en VHF Íľ sauf que l'antenne est, ici, apĂ©riodique. Et cela ne l'empĂŞche absolument pas de donner de très bons rĂ©sultats.
Nous vous assurons que c'est loin d'être ce dont certains la qualifient : une « une charge fictive rayonnante » ! Mais il faut un unun sérieux et bien étudié. Nous en avons déjà beaucoup parlé nous n'y reviendrons pas. Il faut aussi prendre la peine de l'installer convenablement, en évitant la proximité des masses métalliques.
EntreÂtemps
EntreÂtemps, nous avons rĂ©alisĂ© un pont de mesure d'impĂ©dance HF .
Nous vous donnons les rĂ©sultats des mesures Ă titre d'information ci-Âdessous.
La capacité présentée par l'antenne sur toutes les bandes est < 60 pF et l'inductance présentée est inférieure à 5µH. Voilà qui rend les chiffres plus raisonnables....
Conclusion finale
Selon certains, le bénéfice de cette antenne par rapport à un dipôle atteindrait les 2 points S chez le correspondant. Nous l'avons constaté nous-même.
Pour d'autres, il y aurait jusqu'à un point S de déficit.
Nous l'avons aussi parfois notĂ©. Ce qui est constatĂ© chez la majoritĂ© de ceux qui l'ont rĂ©alisĂ©e, c'est que le bruit est nettement moindre sur 160, 80 et mĂŞme 40 m : jusqu'Ă 3 points S au SÂmètre du rĂ©cepteur. Ce n'est pas nĂ©gligeable du tout car cela permet de sortir des stations qui, avec une autre antenne, seraient inaudibles.
Autre avantage : la couverture en réception. Cette antenne va de la VLF (quelques dizaines de KHz) au début des VHF avec un excellent rendement. Et cela aussi, c'est précieux.
Faites nous part de vos observations, de vos mesures, de tout ce qui pourrait être utile à la compréhension du fonctionnement de cette antenne. Nous vous en remercions d'avance.
Comme promis voici mes « brouillons » : (cliquer pour agrandir)
Les impédances
Nous avons construit un impĂ©dancemètre HF pour mesurer les caractĂ©ristiques de notre antenne long-Âfil de 30 m.
Cet appareil est décrit ailleurs dans ce numéro. Voici les résultats. Ils sont assez étonnants.
Cette antenne occupe notre esprit depuis de nombreux mois. Nous avons été séduits par ses performances et sa polyvalence. Nous continuons nos expérimentations pour tenter d’en percer les secrets.
L'antenne est presque une demi-Âonde sur 80 m et presque une onde entière sur 40 m. Pourtant les rĂ©actances sont très Ă©levĂ©es.
Sur 30 m, nous avons une onde entière et la résistance au rayonnement n'est que de 40 Ω pour une réactance de 450 Ω. Le transfo 9:1 rempli donc bien son rôle.
Il apparaît aussi que si on annule les réactances, on obtient un ROS fort acceptable. Sur certaines bandes, en laissant une partie de la réactance (comme pour les antennes mobiles), on obtient un ROS en dessous du 1,5:1 fatidique. Seules les bandes de 20 et 6 m devrait avoir un transfo 2:1 en plus pour ramener le ROS à une valeur très proche de 1:1.
Nous avons quelques idées à creuser dans ce domaine...
Remarque : sur quatre des bandes, la Rr est de 20 Ω. Le hasard, certainement.
Le rendement : hypothèse
A propos du rendement de cette antenne, nous avons une hypothèse que les experts en mathématique pourraient certainement vérifier : cette antenne peut être considérée comme apériodique puisqu'elle ne résonne pas. Dans ce cas, elle est plus sensible au champ électrique qu'à la longueur d'onde. En d'autres termes ce seraient les « volts par mètre » qui la font fonctionner. Cela ferait que chaque mètre de fil capte son nombre de V/m comme une antenne active. Ceux qui ont expérimenté une telle antenne savent que sa sensibilité reste quasiment constante sur toute sa plage de fonctionnement prévu car un V/m sur 28 MHz est le même que sur 1,8MHz ; le « volt » et le « mètre » étant indépendants de la fréquence et de la longueur d'onde. Pour preuve, nous considérerons les résultats obtenus en P.O et même en G.O. En effet, ces bandes sont quasiment inaudibles sur une antenne normale.
Avec notre longÂ-fil, France Inter (162KHz) met notre S mètre Ă 9+10 dans le centre de la Belgique alors qu'elle est totalement indĂ©celable avec une G5RV ou une Windom !
On pourrait mettre la capacité répartie du coaxial en cause mais avec un feeder, il en va de même.
En fait, nous pensons que cette antenne fonctionne en mode " hybride " étant à la fois sensible à une certaine résonance et au champ électrique pur ; ces deux éléments variant suivant la longueur d'onde. En dessous de 1,5 MHz, il est clair qu'elle fonctionne comme un probe HF.
Le TOS
La variation relativement importante du TOS en fonction de la position du choke-Âbalun nous avait intriguĂ©. Nous l'avons donc dĂ©placĂ© de quelques dizaines de centimètres en le faisant passer de la partie horizontale du coaxial posĂ©e sur le sol (position A) Ă la partie verticale (position B) de ce coax et comparĂ© les impĂ©dances et le TOS.
1ère photo le choke-balun en position «A»                2ème photo, en position «B»
Le coaxial fait partie de l'antenne et participe Ă son rayonnement. Le chokeÂ-balun constitue une self de choc qui bloque toute HF, isolant ainsi la surface extĂ©rieure de la gaine qui se comporte alors comme un contrepoids ou une radiale. Ou mĂŞme le prolongement de l'antenne, un peu comme dans une Windom dont le petit brin serait vertical vers le bas. Le dĂ©placement du chokeÂ-balun vers le haut produit un raccourcissement de ce contrepoids et change donc le fonctionnement de l'aĂ©rien.
En position « A », ce contrepoids vient jusqu'au sol et il y a un tout petit couplage capacitif avec celui-Âci. En position « B », une toute petite partie de la HF rayonnĂ©e est captĂ©e par la surface extĂ©rieure de la gaine du coax qui est fortement couplĂ©e capacitivement au sol puisqu'elle repose sur celuiÂ-ci. Il y a donc un peu de perte et aussi modification des caractĂ©ristiques Ă©lectriques de l'antenne.
Lorsqu'il n'y a pas de chokeÂ-balun, la HF qui circule sur la gaine (captĂ©e par couplage direct Ă l'antenne) est mise Ă la terre par la partie au sol Íľ c'est, en quelque sorte, une antenne mise Ă la terre qui pompe une partie de l'Ă©nergie rayonnĂ©e par l'antenne vu qu'elle est très proche de celle-Âci Íľ et pour cause.
Dans le cas d'une verticale, la base de l'antenne Ă©tant près du sol, le coax est immĂ©diatement sur celuiÂ-ci et ne capte rien. Par contre, il participe Ă sa conductivitĂ© Íľ ce qui a pour effet d'amĂ©liorer la rĂ©flexion de la HF par la terre plutĂ´t que d'en absorber une partie (effet identique Ă celui des radiales au sol) mais sans intervenir directement sur les caractĂ©ristiques Ă©lectriques de l'aĂ©rien.
Les effets du déplacement du choke balun
Nous avons mis côte à côte les différentes mesures pour disposer d'un moyen aisé de comparaison.
ROS : le rapport d'onde stationnaire
R : la résistance au rayonnement de l'antenne
C : capacité en pF nécessaire à la correction de la
réactance
Z : cette réactance telle que vue au bout du coaxial
Le ROS
Du 80 au 30 m, nous voyons une augmentation du ROS. Sur 160 m il reste constant ainsi que sur 20 m et 10 m. Sur 30 m, on atteint le seuil fatidique des 3:1 admis par les coupleurs internes de la plupart des TX japonais.
Le déplacement du choke-balun porte sur moins d'un mètre et il est étonnant que si peu ait une telle influence sur les bandes basses.
C'est la rĂ©sistance qui varie le plus Íľ et parfois dans de fortes proportions. Il apparaĂ®t donc clairement que c'est la gaine du coaxial qui joue le plus grand rĂ´le ici. Sa longueur, dans notre antenne, est de 8 m et il est fort probable que vous deviez placer le choke-Âbalun Ă la mĂŞme distance du transfo 9:1 pour obtenir des rĂ©sultats similaires aux nĂ´tres mais en tenant compte de la partie verticale restante si votre antenne est placĂ©e plus haut ou de la partie sur le sol si elle est plus basse.
La réactance
Du 160 au 30 m, elle reste identique puis varie assez fortement sur 20 m pour rester ensuite à nouveau stable. Il y a donc une corrélation entre le TOS d'une part et la résistance au rayonnement et la réactance présentées par l'antenne d'autre part. Ce qui n'est pas une découverte...
Cas particulier du 10m : la Rr en position A est de 20 Ω et de 90 Ω en position B. 20 Ω donne un ROS de 2,5:1 et 90 Ω donne un ROS de 1,8:1. Le ROS total passe de 2,1 à 2 ; ce qui est logique.
A faire
Partant du constat que l'antenne travaille principalement comme un probe et capte la HF plutĂ´t qu'elle ne rĂ©sonne sur celleÂ-ci, un transfo 16:1 pourrait donner des rĂ©sultats intĂ©ressants. Mais quatre enroulements sur un mĂŞme tore serait excessif et les pertes seraient plus importantes. Nous envisageons deux transfos de 4:1 en sĂ©rie pour obtenir les 16:1 nĂ©cessaires. Cette configuration est utilisĂ©e par certains fabricants d'antennes professionnelles et militaires.
Quelques détails pratiques de construction
Le choke-balun
Il est constituĂ© d'un empilement de tores et de tubes en ferrite (donc noirs, pas peints) sĂ©parĂ©s par une rondelle de mousse de 4mm, assez rigide (utilisĂ©e en isolation), pour Ă©viter les efforts lors d'une flexion qui pourraient briser les ferrites. Celles-Âci, comme toutes les cĂ©ramiques, sont fragiles.
Cet empilement mesure de 30 Ă 40 cm et donne une impĂ©dance très Ă©levĂ©e, plusieurs kiloÂohms sur 80 m et plus sur les bandes supĂ©rieures. Comme il n'y a pas d'enroulement, il n'y a aucune capacitĂ© entre spires Íľ donc pas de byÂpass de la HF. La gaine du coaxial Ă©tant un blindage, les ferrites n'agissent que sur l'extĂ©rieur de celleÂ-ci et n'ont absolument aucune influence sur l'intĂ©rieur du câble. La HF circule donc tout Ă fait normalement et sous une impĂ©dance parfaitement constante de 50 Ω.
Le choke-Âbalun coulisse librement sur le câble. Il est maintenu en place par une ferrite « clipÂon » pincĂ©e sur le coaxial. La clipÂon est constituĂ©e de deux coquilles en forme de demiÂ-tubes de ferrite. Elles sont enchâssĂ©es dans un support en plastique muni d'une charnière d'un cĂ´tĂ© et d'un dispositif de verrouillage de l'autre. L'ensemble est très pratique et très efficace.
Les ferrites ont Ă©tĂ© rĂ©cupĂ©rĂ©es sur diffĂ©rents appareils. On les trouve notamment sur les câbles d'alimentation secteur ou les câbles de liaison oĂą elles sont surmoulĂ©es avec le câble lui-ÂmĂŞme. On les dĂ©gage assez facilement avec une scie Ă mĂ©taux. Leur permĂ©abilitĂ© varie de 800 Ă 5000. Il est conseillĂ© de mettre celles qui ont la plus faible permĂ©abilitĂ© du cĂ´tĂ© de l'antenne car elles absorbent moins de HF et cette absorption croĂ®t avec la frĂ©quence.
Il faut absolument proscrire les tores et tubes peints en jaune (avec une face d'une autre couleur) car le matériau est de la poudre de fer à haute perméabilité (haute pour de la poudre de fer, c'est à dire de 50 à 100). Cette matière bloque assez bien la HF mais en transformant une partie en chaleur. Cela convient donc très bien pour déparasiter mais pas pour assurer la fonction de self de choc.
Une fixation libre du fil sur un point haut.
Notre antenne part d'un bouleau situĂ© près de la rue et est accrochĂ©e (pour le moment) Ă un arbre au fond du jardin. Notre antenne VHFÂ-UHF est fixĂ©e sur un mâtereau placĂ© au faĂ®te du toit. VoilĂ un bon point d'ancrage pour rester Ă 8m le plus loin possible. Seulement, les arbres bougent avec le vent et l'antenne casse rapidement au point haut par fatigue du mĂ©tal qui s'Ă©crouit. Nous avons donc créé un ancrage mobile dans tous les sens du terme.
Il utilise deux poulies en plastique. La première est attachée au mât par un fil de fer passant dans un tuyau en PVC souple afin d'éviter les couples galvaniques et l'oxydation des métaux. Une corde de 6 mm en polypropylène vert (achetée en jardinerie) sert de drisse pour abaisser l'antenne en cas de tempête ou, tout simplement, pour maintenance.
A cette drisse est fixée une seconde poulie par où passe le fil de l'antenne. Il y coulisse en douceur et en toute liberté, sans aucune contrainte mécanique. Il est isolé par la poulie et par la corde.
Les autres extrémités de l'antenne sont aussi fixées à des poulies. D'un côté, un contrepoids tend le fil et compense automatiquement les mouvements des arbres avec le vent. De l'autre, la poulie est raccordée à un ressort de 35 cm travaillant en traction. Il absorbe très bien les chocs brefs et de relativement faible amplitude. Et en cas de besoin, le fil est à terre en moins de deux minutes.
Article paru dans la revue QSP de janvier et septembre 2013
Administrateur-délégué chez Centre Multimédia Don Bosco a s b l. Il écrit de nombreux articles dans le CQ-QSO belge. Président du radio-club de Namur.