Pourquoi les antennes mobiles ont-elles un bon R.O.S. ?

Par F5AD

 

Normalement, une antenne raccourcie présente une résistance de rayonnement assez faible, et une impédance d'alimentation bien inférieure à 50 Ohms; or les antennes du commerce, alimentées directement à leur base, sans autre artifice, présentent un magnifique ROS proche de 1/1 à leur fréquence de résonance et une bande passante relativement correcte; il y a un mystère quelque part.

Verticale quart d'onde:

Prenons une antenne de référence: une verticale quart d'onde sur sol parfait pour ne pas compliquer encore avec les pertes du sol:

Le tableau ci-dessous donne l'impédance d'attaque, le ROS et le gain relatif de cette antenne pour divers matériaux avec un diamètre de 2mm.

La base zéro dB est prise pour l'antenne en fil de cuivre.

Verticale quart d'onde sur 7.100 MHz; diamètre 2mm

 

Impédance (Ohms)

ROS

G(dB)

Cuivre

36.78

1.36

0

Aluminium

36.94

1.35

-0.02

Laiton

37.39

1.34

-0.07

Etain ou Chrome

37.89

1.32

-0.13

Fer

53.12

1.07

-1.61

 

On voit déjà que le cuivre et l'aluminium sont parfaits, et qu'il faut commencer à faire attention avec le laiton; le fer est un beau piège qui sous couvert d'une bonne adaptation des impédances entraîne une perte de 1,61 dB.

Le tableau suivant correspond à du tube de 10mm de diamètre.

La base zéro dB est prise pour l'antenne en tube de cuivre.

Verticale quart d'onde sur 7.100 MHz; diamètre 10mm

 

Impédance (Ohms)

ROS

G(dB)

Cuivre

37.07

1.38

0

Aluminium

37.1

1.38

-0.01

Laiton

37.2

1.37

-0.02

Etain ou Chrome

37.3

1.37

-0.03

Fer

40.58

1.26

-0.40

A part le fer, tous ces métaux se comportent bien.

Verticale raccourcie:

Voyons maintenant le comportement d'une verticale courte, de 2.5m de long avec self supposée sans perte à 1.25m de la base. La self amène la résonance sur 7.100 MHz.

Les gains sont pris par rapport à l'antenne lambda/4 en tube de cuivre.

 

Verticale 2.5m avec self parfaite au centre sur 7.100 MHz; diamètre 10mm

 

Impédance (Ohms)

ROS

G(dB)

Cuivre

3.41

14.8

-0.35

Aluminium

3.43

14.8

-0.37

Laiton

3.48

14.6

-0.43

Etain ou Chrome

3.53

14.3

-0.5

Fer

5.25

9.65

-2.22

 

On remarque tout de suite qu'à part avec le fer, l'antenne de 2,5m de long n'a même pas un demi dB de moins en gain que l'antenne de 10m en cuivre; par contre le ROS est loin d'être de 1/1; reste donc à voir l'influence de la self, et plus particulièrement de son facteur de surtension.

La self:

Le tableau ci-dessous correspond à une antenne pour mobile sur 40m, chromée, longueur 2.5m self au centre; résonnant sur 7.1 MHz; on a simplement fait varier le facteur de surtension.

Les gains sont toujours pris par rapport à l'antenne lambda/4 en cuivre

 

Verticale 2.5m chromée, diamètre 10mm; avec self réelle au centre; accord sur 7.100 MHz;

Facteur Q

Impédance (Ohms)

ROS

G(dB)

infini (self parfaite)

3.53

14.3

-0.5

500

7.0

7.14

-3.5

100

21

2.38

-8.26

50

38.4

1.3

-10.9

38

49.4

1.03

-12

 

Si l'antenne présente un si bon ROS, c'est parce qu'il y a des pertes; la résistance de perte ramenée vient s'ajouter aux 3.5 Ohms de la résistance de rayonnement pour totaliser les 50 Ohms qui plaisent au câble coaxial!

Sa bande passante de 138 kHz pour un ROS max de 2/1 est aussi due à ces pertes; sans perte, elle ne serait que de quelques kHz.

Pour voir qui est le responsable des pertes, on a mis une antenne mobile sur un plan de huit radians à trois mètres du sol; la mesure au MFJ donne 26 Ohms et un ROS de deux; notons que comparée en trafic avec une verticale "full size" de dix mètres, le résultat est édifiant: 10 dB de moins en moyenne sur l'antenne mobile.

Ce qui est logique, avec 3,5 Ohms de résistance de rayonnement et donc 22,5 Ohms de résistance de pertes, la théorie donnerait presque 9 dB.

Si on met l'ensemble au ras du sol, l'impédance passe à 40 Ohms et le ROS à 1,25 ; toujours logique, le plan de radians est insuffisant et on voit apparaître les pertes du sol à hauteur de 36,5 Ohms.

Sur un véhicule enfin,le plan de sol devient très déficient, d'autant plus qu'il est composé en majorité d'éléments ferromagnétiques générateurs de pertes en HF. L'impédance mesurée dépend de la position de l'antenne par rapport au véhicule, et il y a des cas où l'on trouve 50 Ohms et un ROS quasi parfait; c'est à dire quand on a les 3,5 Ohms de résistance de rayonnement et 46,5 Ohms de pertes, répartis en 22,5 Ohms dus à la self et 24 Ohms dus au véhicule. Ce qui donne une perte de quasiment 12 dB (deux points S-mètre).

Le prix à payer pour pouvoir trafiquer en mobile est finalement assez élevé: Avec ces -12 dB, quand on envoie 100 Watts dans l'antenne, il y en a à peu près 93 qui partent en chaleur dans la self et dans la carrosserie, et seulement 7 qui sont rayonnés.

Avec la lambda/4 en cuivre, c'est l'inverse; toujours sur sol parfait c'est 98 Watts qui partiraient en HF.

Donc, quand on est en mobile, difficile de faire autrement, mais dès qu'on est en portable ou en fixe, tout faire pour s'approcher des lambda/4; et soigner le plan de sol; il y a 10 à 12 dB à gagner, c'est comme passer de cent watts à plus d'un kilowatt.

 

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