Comment construire une antenne verticale pour les bandes 80 et 40 M ?

Pour toutes les fréquences inférieurs à 10 Mhz il est préférable si vous voulez faire du Dx, d'avoir une antenne verticale car l'angle de départ de cette dernière facilite les contacts sur longue distance. Par contre, pour une antenne dipôle avec un ou des éléments parasites, la hauteur critique (1/2 λ) pour obtenir un tel angle serait pour la bande des 40 M de 20 mètres, pour la bande des 80 M, une hauteur de 40 mètres, ne parlons pas de la bande des 160m !

Théorie de l’antenne verticale :

Une antenne monopôle est constituée d'un conducteur vertical et d'un plan de sol ou ground plane en anglais d'où l'appellation ground plane antenna (GPA en abrégé). Le plan de sol agit comme une sorte de miroir qui reconstitue l'image de l'autre quart d'onde dans le sol.
L'évolution de la tension le long d'une antenne verticale quart d'onde et l'évolution du courant peuvent être déduits de l'antenne demi-onde, donc cela ne change pas.
La longueur du conducteur vertical peut être quelconque, mais ici aussi des caractéristiques particulières apparaissent lorsque ce conducteur mesure un quart d'onde (λ/4), alors son impédance est voisine de 36 Ω.

Le plan de masse va jouer un rôle très important, il peut être réalisé de différentes manières :

• Soit avec un grand nombre de conducteurs enfouis dans le sol, c'est ce qu'on fait généralement pour les pylônes de radiodiffusion en Onde Moyenne où on considère parfois jusqu'à 120 conducteurs, que l'on appelle radiales ...
• Mais un tel nombre de fils n'est pas nécessaire, les radioamateurs se contentent généralement de 4 à 16 conducteurs (radiales) pour faire le plan de masse. Notons que moins on met de radiales, plus il faudra veiller à donner une longueur de λ /4. Le cas extrême est de n'avoir qu'une seule radiale, mais dans ce cas l'antenne présente un peu de directivité dans le sens de la radiale.
• Si la conductibilité du sol est bonne, on peut aussi se servir de cette conductibilité dans ce cas un "simple piquet de terre" peut convenir. L'élément rayonnant est posé sur un isolateur auquel est relié l'âme du câble coaxial. La tresse de ce câble est connectée au piquet de terre. Cette structure convient pour les fréquences jusqu'à 30 MHz environ.

Mais un sol parfait n'existe pas ! De même qu'une surface infinie n'existe pas ! Avec un sol réel, on constate que le diagramme de rayonnement d'une antenne verticale quart d'onde "décolle" du sol. Le rayonnement maximal ne se fait plus à l'horizontale, mais selon un angle que l'on appelle angle de départ et qui vaut 27°.
Cet angle varie selon la nature du sol. Cet angle de départ va "envoyer" la majeure partie de l'énergie vers la ionosphère et s'il y a réflexion sur la ionosphère cellle-ci sera favorable aux liaisons à grandes distances ("DX").

On retrouve évidement un angle de départ caractéristique, ici celui de ma verticale à 21,1° suivant le logiciel MMANA-GAL_Basic (Fred ON4LG)

Dans le plan vertical encore appelé plan en élévation, le diagramme de rayonnement est omnidirectionnel.

Il existe tout comme l’antenne dipôle d’autres variations pour l’antenne verticale :

• L'antenne demi onde qui a une impédance élevée qui nécessite une self ou un circuit LC parallèle.
• L'antenne verticale raccourcie soit avec un "chapeau capacitif" ou soit à l'aide d'une self.
• L'antenne 5/8 bien connue des cibistes.
• L'antenne colinéaire qui est utilisée principalement pour le VHF UHF.

* Ces explications proviennent du "cours de radioamateur en vue de l'obtention de la licence Harec" sur le site de Pierre ON7PC à cette adresse : Users.skynet.be

Construction de l’antenne verticale :

Voici mon expérience pour la construction de ce type d'antenne.

Possédant un mât en fibre de verre de 18 mètres de chez : SPIDERBEAM, j'ai décidé de construire une antenne verticale pour les bandes de 40 et 80 mètres. Ce seront donc deux MONO-BANDE.

Je me suis inspiré d'un article de Rick Westerman DJ0IP sur son site Dj0ip.de

► Voici le schéma de principe :

Cette double antenne est la simple combinaison entre une antenne verticale 80 m et une antenne verticale 40 m accouplées.
Puisque l'antenne est essentiellement constituée de deux verticales λ /4 sur les deux bandes, le réglage doit être simple et direct.

► La construction de l’antenne verticale pour la bande du 80 M :

Il faut couper les fils de l'antenne plus long, puisqu'ils doivent se mettre lentement en spirale sur le pylône, la longueur sera environ 2% plus longue. Cela signifie que si vous coupez le radiateur 80 M selon la formule L(m) = 142.5/F (Mhz), il sera  2% trop court. Il vaut mieux donc trop long, que trop court car vous pouvez toujours le raccourcir si nécessaire. Couper un minimum de 21 mètres.

Fixez le fil au pylône en fibre d'optique en le faisant tourner en spirale autour des sections inférieures du mât à un rythme d'environ un tour par mètre, jusqu'à ce qu'il atteigne le sommet.

J'ai réglé une première fois les longueurs pour avoir un R.O.S. correct et voici le détail de ma boite de déviation le centre de connexion.

Avant d'ériger, le mât télescopique (en fibre de verre Spiderbeam de 18m), celui-ci doit être haubané sur deux niveaux (environ à 8m et 12m) et dans quatre directions (écartés à 90 °). Des anneaux d'haubanage pour mât sont disponible en option pour ce mât. Utilisez de la corde Kevlar de 2mm qui est légère et assez solide pour faire le travail. N'oubliez pas d’insérer l'isolateur pour l'antenne 40 M dans un des supports supérieurs !

Pour un bon rendement, n'oubliez pas les RADIALES. J'en ai placé 20 de 10 mètres de long chacunes. Celles-ci se connectent au côté blindé du câble coaxial et doivent être répartis symétriquement autour du pylône.

À propos des radiales j'ai relevé quelques remarques :

Les radiales ne doivent pas être résonnantes. Il est préférable d'avoir plusieurs radiales courtes que quelques radiales longues. Elles doivent être situées entre 1/8 et 1/4 de longueur d'onde sur la bande la plus basse. 10m est la bonne mesure pour cette antenne car elles fonctionnent pour le 40 et 80 M. Si vous mettez environ 10 radiales de cette longueur, vous aurez une bonne verticale qui travaillera sur les deux bandes sans problème. Si la surface et les circonstances le permettent, bien sûr, il est préférable d'en utiliser un peu plus,mais si vous ne pouvez pas le faire dans toutes les directions,, faites ce que vous pouvez en privilégiant une direction préférée.

Une fois que le mât est érigé (vous pouvez même le faire tout seul), il faut régler le ROS. Vous déplacez la résonance de l'antenne jusqu'à la fréquence désirée en enlevant une partie du fil au bas du pylône. Raccourcir la longueur du fil par petits incréments de quelques centimètres à la fois, mesurer le ROS, puis changer à nouveau, etc. Il ne faut pas essayer de déplacer la résonance à grands pas ! Sinon vous pouvez couper trop de fil.
Après avoir raccourci légèrement le fil, vous devrez enrouler autour du niveau inférieur du poteau, en les espaçant un peu plus loin, de sorte que le fil atteigne juste le point d'alimentation.  Lorsque vous avez terminé le réglage de l'accord, n'oubliez pas d'isoler les connexions.

► La construction de l’antenne verticale pour la bande du 40 M :

En vous basant sur le schéma de principe, N'oubliez pas avant de relever le mât que vous devez attacher une corde à l'isolant placé à environ 1 m du mât qui doit supporter le radiateur du 40 M.

Quand le mât est érigé :

• Insérer un bout du fil d'environ 11 mètres à travers une extrémité de l'isolant ensuite à l'aide d'une fine corde accrochée à l'isolateur qui se trouve sur l'un des haubans, montez le radiateur. Utilisez cet isolant comme une poulie pour soulever et abaisser le radiateur 40 M, pour faire des ajustements.
• Réglez le radiateur en le raccourcissant au point d'alimentation. Assurez-vous d'avoir suffisamment de longueur supplémentaire dans la corde de support pour permettre l'accord final.
• Si vous avez des problèmes de réglage du 40 M, éloigner l'isolant supérieur du pylône si c'est nécessaire.
• Lorsque vous avez terminé, vérifiez que le radiateur de 80m est toujours en résonance mais il devrait le rester. Normalement, il n'est pas affecté par le changement mineur de la longueur du radiateur 40 M.

Les résultats du ROS sur 80 M :

Mes conclusions :

Les résultats ont l'air très prometteurs. D'abord la bande passante qui est centrée sur les modes numériques et la CW, ensuite l’efficacité car en parcourant les bandes, j'ai contacté un JA sur 80 mètres et la Nouvelle Guinée sur 40 M avec 100 Watts. Je prévois maintenant d'ajouter au point d'alimentation, une bobine Choke.

L'ensemble de mes aériens

Note du 24 avril 2017 :

Après environ 5 mois d'utilisation, je vous donne mes conclusions et remarques. Tout d'abords la plus importante à mes yeux, c'est la fiabilité de cette construction. Le mât en fibre de verre est très très fragile. Il s'est cassé 2 fois (une fois avec le vent malgré qu'il n'est pas énorme ici et une fois en l'érigeant) et la partie inférieur du mât s'est fendue malgré 2 nappes d'haubans conseillé.

Je la recommanderai donc pour un fielday, un contest, une expédition ou pour des essais.

Comme autre expérience, j'ai voulu corser l'essai en ajoutant les bandes 60 et 30 mètres. Cela n'a pas fonctionné. D'abords cela augmentait le poids de l'antenne, ensuite ajouter ces bandes aux précédentes faussait les longueurs et j'avais un R.O.S. instable. J'avais trouvé la parade en alimentant chaque bande séparément. Mais ce n'était pas pratique.

Un autre point négatif ; la longueur optimal du 80 mètres est d'environ 20 mètres de fils, ce qui oblige de boudiner le fils sur ce mât qui lui fait 18 mètres d'où des spires par moment fort proches.

Ma situation actuelle : Après la dernière cassure, j'ai replacé le mât qui est toujours haubané comme précédemment et j'ai mis côte à côte le 30, 40 et 80 mètres. Comme le 80 mètres est plus long, j'en ai fait un L-Inversé. Maintenant avec un R.O.S. tout à fait acceptable (de 200 à 300 KHz de bande passante sur toute les bandes), j'ai pu enfin mettre les 3 bandes ensembles sans difficultés.