Cette page était sur le site de F6AEM; mais le
lien ayant disparu, j'ai reproduit ici l'article que j'avais
conservé. (F5AD)
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ANTENNES BANDES BASSES ET ONDE DE SOL
Par Serge MALET (F6AEM)
1-RAPPEL SUR LES MODES DE PROPAGATIONS
A-Mode par réflexion ionosphérique
B-Mode par onde de sol
La propagation par onde de sol permet de maintenir de maintenir une liaisonconstante dans la zone 0-400 km, alors que la propagation ionosphérique présente un trou sur ces distances (zone de silence).
2-AFFAIBLISSEMENT DE LONDE DE SOL
Pour une fréquence de 500kHz (par exemple) latténuation est de lordre de 10 dB/100 km sur mer et de 20 dB/100km sur terre, et la portée est de 300km environ pour un émetteur de 1kW.
Les 2 graphes suivants donnent la portée en fonction de la fréquence.
Propagation sur mer:
Propagation sur terre:
3-POLARISATION ET BANDES BASSES
La propagation de londe de sol ne se fait quavec un angle de départ très bas. Pour une antenne horizontale, antenne et son image (dans le sol) produisent à 0 degré (plan bissecteur) un champ nul (en fait, il reste lécoulement du champ électromagnétique vers la masse), alors que pour un verticale, antenne et image sont en phase : le champ est alors maximal dans le plan bissecteur (0 degré) si limage est parfaite.
On montre ainsi quil est nécessaire dutiliser une antenne verticale sur les bandes basses, si on veut bénéficier du mode onde de sol.
La gaine du coaxial devient rayonnante et constitue la partie verticale de lantenne.
4-CHAMP ELECTROMAGNETIQUE ET HAUTEUR EFFECTIVE
Les composantes champ électrique, champ magnétique, sens de propagation sont orthogonales entre elles (selon la règle des 3 doigts). Le rapport entre champ électrique et champ magnétique est de 377 (la valeur de 300 avait été estimée par Maxwell).
La valeur du champ électrique est donné par la formule théorique :
F=60.pi.l.I.sin têta/lambda.d avec :
F=en V/m pi=3,14 l=longueur physique en m, I=intensité supposée constante dans le conducteur, têta= angle (sin têta=1 à lhorizontale), lambda=longueur donde, d= distance de lantenne (en m).
On définit la hauteur effective dune antenne comme étant la hauteur l de lantenne parcourue par un courant constant qui produirait le même champ que lantenne parcourue par un courant sinusoïdal de valeur max=I.
Corrections pratiques :
Dans un doublet à la résonance (1 demi onde), le courant nest pas constant et sa valeur décrit une demi sinusoïde.
Ainsi on obtient : H équiv.=H réelle x 0,64
De plus, en présence dun sol parfait, le champ produit par lantenne (supposée isolée dans lespace) et son image double la valeur théorique reçue (gain de 6dB).
Enfin, dans les bandes basses on atteint rarement pour une verticale le quart donde :
On a donc : H équiv.= H rélle/2 environ (en assimilant la pointe de la sinusoïde à un triangle).
La longueur de lantenne étant nécessairement limitée, surtout avec des moyens amateurs, on ne peut augmenter le champ électrique que par 4 moyens :
a-augmenter lintensité à la base de lantenne en amenant lantenne à résonance
b-faire en sorte quune intensité forte parcourt la plus grande partie de lantenne, en plaçant judicieusement le ventre dintensité
c-diminuer les pertes ohmiques.
d-parfaire lantenne-image (" amélioration " du sol) pour obtenir un rayonnement quasi-horizontal.
5-CONCEPTION DES ANTENNES VERTICALES BANDES BASSES
Lantenne étant plus courte que le ¼ donde, elle est capacitive. IL faut donc mettre une self pour arriver à la résonance et augmenter le courant.
6-RENDEMENT DES ANTENNES
Lantenne est équivalente au schéma électrique ci-dessous:
Le rendement de lantenne est donné par :
Rendement=Rr/(Rr+somme des Rp)
Ainsi sur 80m, si l=2,5m, on aboutit à Rr=0,7 ohm et Rp du sol=10 à 20 ohms au moins, ce qui conduit à un rendement maximal de 3,5%.
Pour une antenne courte (quelques pourcents de lambda), on
a :
Rr=0,01215 A²
A étant lexpression du courant x hauteur dantenne exprimée en Amp/° de longueur électrique, cest à dire H°=l x 360°/lambda.
On voit bien que pour améliorer le rendement, il faut augmenter Rr (par exemple en déplaçant la self vers le milieu de lantenne) et diminuer Rp (par exemple en utilisant des radians en nombre).
Pour augmenter le courant circulant dans lantenne, utiliser une capacité terminale, ce qui conduit à une self daccord plus faible , et donc à moins de pertes ohmiques.
7- REALISATION DES ANTENNES BANDES BASSES
On peut imaginer dautres formes de capacité terminale :
Pour optimiser le plan de sol (amélioration de limage), il faut constituer des contrepoids résonnants en nombre suffisant (on peut arriver jusquà 120 radiants). On peut également enterrer les radiants, en leur donnant une forme minimisant lemprise au sol, comme ci-dessous :
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