DipĂ´le
vertical valable du 10 au 40 m (par
Kurt, ON4BAI, trad. ON1LPL)
|
(5 avril
2004) Depuis peu de temps, nous constatons
une diminution du flux solaire et donc nous
pouvons nous attendre Ă une certaine
activité sur les bandes HF inférieures.
Câ™est le moment idĂ©al pour
Ă©largir notre parc dâ™antennes.
On arrive le plus souvent Ă suspendre
relativement bien un traditionnel dipĂ´le
horizontal pour les bandes inférieures aux 30
mètres. Sur 40 et 80 mètres, les
problèmes sont garantis si on veut tendre un
dipĂ´le parfaitement horizontal Ă une
hauteur suffisante. Sur ces longueurs, beaucoup
en arrivent Ă la triste constatation que
lâ™espace disponible devrait ĂŞtre
beaucoup plus important, (finalement, pour les
inconditionnels dâ™antennes HF, tout
est toujours trop petit). Bien entendu, nous
pouvons suspendre un dipôle en V inversé ou
nous pouvons encore plier les extrémités
afin que le tout prenne place dans le jardin. Et
finalement, si vous ne disposez de rien, alors
tout est bon pour ĂŞtre QRV.
Jâ™essaye, dans ce projet, de
trouver une alternative au dipĂ´le horizontal.
Une construction aisée, la simplicité et
les prestations en sont les éléments
centraux.
La référence
Nous prenons un V inversé pour le 40 mètres
comme référence, il est familier pour
beaucoup et nous savons ce que nous pouvons en
attendre. Dans cet article, nous utiliserons le
dipĂ´le VERTICAL et le raccourcirons avec des
chapeaux capacitifs jusquâ™au 20
mètres et des bobines supplémentaires pour
les 30 et 40 mètres. |
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Quelques réflexions
Un sujet des plus discutés entre les
DXâ™ers est le diagramme de
rayonnement dâ™une antenne. Nous
acceptons peut ĂŞtre trop facilement que nous
devons envoyer notre Ă©nergie le plus bas
possible sur lâ™horizon pour
effectuer un DX. Se pourrait-il que nous devions
rayonner notre Ă©nergie sur le bon angle en
élévation, de préférence au bon
moment afin de réaliser le DX désiré.
Le schéma 1 nous montre
plusieurs diagrammes de rayonnement
dâ™antennes connues.
Jâ™ai modĂ©lisĂ© la V inversĂ©
(en EZNEC 3.0) sur une longueur
dâ™onde plutĂ´t basse. Nous
observons immédiatement que la plus grande
partie de lâ™Ă©nergie va vers le
haut. Cette antenne est sans aucun doute la
championne pour les liaisons en deçĂ
des 800 kilomètres et peut très bien venir
Ă point pour les contests locaux. En ce
qui concerne cette antenne, sur la bande des 40
mètres, vous avez déjà besoin
dâ™un mât de 10 mètres de haut
et un jardin dâ™au moins 20
mètres de profondeur !
Le plus petit diagramme montre le rayonnement
dâ™un dipĂ´le vertical raccourci
avec des HATâ™s et des bobines
supplémentaires au point
dâ™alimentation pour le tuning exact
de lâ™antenne.
Jusquâ™Ă 24°, nous pouvons
observer que cette antenne Ă la mĂŞme,
voir une bien meilleure allure que la V
inversé. Pour les angles plus petits, il y a
plus dâ™Ă©nergie et pour les
angles plus élevés, on est inférieur au
dipôle. Il est très intéressant de
constater que la conductivité du sol joue un
rôle très important dans le comportement de
cette antenne. Jâ™utilisais un sol
avec une conductivité de 15mS/m pour le
diagramme avec le GAIN le plus faible ainsi que
pour le V inversé.
Si vous ĂŞtes lâ™heureux
propriĂ©taire dâ™un terrain dont
le sol présente une conductivité meilleure
que la moyenne, alors vous recevez gratuitement
un peu plus dâ™Ă©nergie entre
10° et 30°. Et si vous aviez la
possibilitĂ© dâ™installer votre
antenne au-dessus de lâ™eau salĂ©e
(à la côte ou près de la côte
nâ™est dĂ©jĂ pas la mĂŞme
chose, car la conductivité du sable est tout
simplement très mauvaise !) par exemple
lors dâ™une expĂ©dition sur
lâ™une ou lâ™autre
île exotique, alors vous pourriez faire rougir
les inconditionnels de Yagi, Ă moins de
pouvoir placer lâ™antenne Yagi
à une hauteur égale ou supérieure
Ă une demi-longueur dâ™onde.
Avec le V inversé full size, nous
nâ™aurons pour ainsi dire aucune
perte ce qui nâ™est pas le cas avec
le dipĂ´le vertical raccourci de par les pertes
dans les bobines. La réactance de la bobine
est de 210 Ohm. Si je prends un facteur Q de 200,
alors la perte est (210/200=1,05). Avec 2
bobines, nous perdons 2,10 Ohms ce qui résulte
en un rayonnement efficace de 87%. La perte dans
le HATâ™s est probablement
négligeable. Ceci concerne en effet seulement
les pertes de lâ™antenne
elle-mĂŞme en ne tenant pas compte de sa
composition ni de lâ™influence du
sol proche.
Avec le V inversé full size, nous
nâ™aurons pour ainsi dire aucune
perte ce qui nâ™est pas le cas avec
le dipĂ´le vertical raccourci de par les pertes
dans les bobines. La réactance de la bobine
est de 210 Ohm. Si je prends un facteur Q de 200,
alors la perte est (210/200=1,05). Avec 2
bobines, nous perdons 2,10 Ohms ce qui résulte
en un rayonnement efficace de 87%. La perte dans
les chapeaux est probablement négligeable.
Ceci concerne en effet seulement les pertes de
lâ™antenne elle-mĂŞme en ne tenant
pas compte de sa composition ni de
lâ™influence du sol proche. |
Si
nous envisageons dâ™utiliser une
âfull sizeâ de 1/4 de
longueur dâ™onde verticale, nous
obtenons alors une antenne de 10 mètres de
haut et nous devrons veiller Ă utiliser
assez de radians pour obtenir une perte de sol
acceptable.
Nous pouvons forcément (tel que
dâ™application la plupart du temps)
les cacher dans le sol, et personne ne
sâ™en aperçoit.
Sâ™ils se trouvent dans le sol et si
vous en avez installé au moins une vingtaine,
alors leur longueur est sans importance, les
radians nâ™ont aucune
propriété résonnante et ne sont
quâ™une partie du plan de sol. |
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Il arrive que les
radians soient instaléls au-dessus du sol,
dans ce cas vous avez besoin de
lâ™espace nĂ©cessaire et cela
devient une véritable toile
dâ™araignĂ©e. La plupart du temps,
seulement quelques radians sont utilisés (par
bande !), ce qui aura comme conséquence
un bon nombre de pertes dans le sol du fait que
le sol se trouve dans
lâ™environnement proche des radians
(pour une hauteur faible).
Certains ne sâ™aperçoivent peut
être pas du problème, mais il semble que le
prix du terrain à bâtir ne va pas en
diminuant et que leur taille ne va pas en
augmentant, de plus câ™est mieux si
lâ™XYL conserve un peu
dâ™espace qui nâ™est
pas un beau jour entrelacé avec la partie
apparente de ces âconstructions
dâ™antenne qui ne peuvent ĂŞtre
vuesâ.
En utilisant un dipĂ´le vertical en lieu et
place dâ™une antenne horizontale,
nous obtenons, tout comme avec l'antenne
verticale 1/4 dâ™onde, un meilleur
diagramme pour une antenne DX oĂą la radiation
à angles elevés est suprimée. Le
rayonnement aux angles de faible valeur dépend
fortement de la conductivité du sol et pas
seulement dans lâ™environnement
proche de lâ™antenne. Dans
lâ™environnement immĂ©diat de
lâ™antenne, la qualitĂ© du sol
déterminera la qualité
(lâ™efficacitĂ©) du rayonnement.
Une règle dâ™or est :
améliorez la qualité de la conductivité
du sol en y installant des radians ou un
tréllis de fils croisés qui forment un
Ă©cran. A une distance plus importante,
là où les ondes sont réfléchies
(dans la zone de Fresnel), la qualité du sol
déterminera la facon de laquelles les ondes HF
seront réfléchies. Un mauvais sol en
absorbera une bonne partie, un bon sol agira
comme mirroir parfait. Pour les angles de
rayonnement faibles, cette relecxion se produit
jusquâ™Ă quelques dizaines de
longueurs dâ™onde de
lâ™antenne. |
Dâ™une
manière ou dâ™une autre, nous
devons raccourcir le dipĂ´le vertical afin de
le garder dans des dimensions physiques
raisonnablement praticables pour la bande des 40
et éventuellement des 80 mètres. Il faut de
plus raccourcir le dipôle de manière
Ă ce que la perte
dâ™Ă©nergie RF soit la plus petite
possible. La manière la plus efficace pour
raccourcir une antenne (dipĂ´le ou verticale)
est de lâ™effectuer Ă
lâ™extrĂ©mitĂ© du fait que les
courants sont plus faibles Ă cet endroit.
Nous choisissons le
âtoploadingâ (charge
capacitive) au moyen de "chapeaux"
capacitifs qui ne réduisent que la bande
passante et dans une moindre mesure le gain de
lâ™antenne. Cette technique est
utilisée pour les 10 et 20 mètres. Il est
important que ces chapeaux aient une structure
symétrique de manière à limiter au
mieux les composantes horizontales de
lâ™onde radiĂ©e; une
dissymétrie des chapeqaux a pour
conséquence une plus grande réduction de la
largeur de bande.
Pour utiliser lâ™antenne sur les 30
ou 40 mètres, nous placerons 2 bobines
supplĂ©mentaires dâ™environ 6µH
en série avec le point
dâ™alimentation. La frĂ©quence
peut être réglée de manière
prĂ©cise Ă lâ™aide de ces
bobines. Un fil de section importante veille
Ă limiter les pertes, certainement quand
lâ™on sait quâ™on peut
sâ™attendre Ă des courants
importants. |
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La largeur de bande
Dans la plupart des cas, la largeur de bande est
un paramètre important dans
lâ™Ă©valuation des antennes. Je
parts du principe que la largeur de bande VSWR
dâ™une antenne est 1.5:1. Pour des
valeurs supérieures, nous prendrons le soin
dâ™utiliser un tuner. Sur 10 et 15
mètres il nâ™y a
quâ™une très petite diminution ce
qui ne pose aucun problème par rapport
Ă lâ™entièretĂ© du
spectre pour ces bandes relativement larges. Sur
la bande des 20 mètres, on peut très
aisément atteindre la largeur de bande
nécessaire qui est de 350 kHz avec les
âHATSâ capacitifs.
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Deux bobines de 6 µH, 11tours
sur 50mm avec du fil de cuivre de 4mm².
Lâ™Ă©tirement de la bobine
entraînera, par exemple pour le 30 mètres,
une fréquence de résonance plus
élevée. Les spires complètement les unes
contre les autres, lâ™antenne
résonne alors juste sous la bande des 40
mètres. La bobine centrale sert de circuit de
B-matching. On peut déterminer les
paramètres des bobines très facilement par
expérimentation ou bien on peut les
réaliser en utilisant le programme HAMCALC de
VE3ERP. |
Les bandes des 30 et 40 mètres
ont besoin de bobines supplémentaires au point
dâ™alimentation. De ce fait, la
largeur de bande est limitée à 100 kHz,
ce qui nâ™est pas vraiment critique
sur ces bandes Ă©troites. Uitilisable de 10 Ă
40 m
Avant dâ™aborder les dĂ©tails de
la construction, jetons un oeil aux diagrammes
qui ont été calculés ainsi
quâ™aux courbes de VSWR.
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Sur 10 mètres la verticale est
aussi bonne que la âfull
sizeâ et donne un angle de
rayonnement de 17° très intéressant.
Remarquez Ă©galement que le courant Ă©volue
dans le modèle EZNEC3.0.
Lâ™impĂ©dance est un peu
supérieure à 50 Ohm, mais en pratique
ceci donne peu de problème. |
Les 15 mètres sont comparables
aux 10 mètres, la seule différence est que
les HATS comportent une section de plus,
celles-ci sont réglables de manière
télescopique pour un réglage optimum pour
les segments réservés à la CW ou
Ă la SSB. |
Si on ajoute encore
une section, les HATâ™s ont la
taille nécessaire afin
dâ™utiliser lâ™antenne
sur les 20 mètres. Cette configuration nous
donne une antenne compacte et très efficace.
Lorsque nous utilisons cette configuration dans
un environnement où la conductivité du sol
est bonne à très bonne on peut
sâ™attendre Ă ce que
lâ™antenne donne toute satisfaction
par rapport Ă nos attentes. |
A partir de 30 mètres et dans
les bandes inférieures, nous devons prévoir
dâ™autres
âchargesâ. Ce qui se
traduit par lâ™insertion de deux
bobines au point dâ™alimentation.
Nous devons également prévoir une
adaptation dâ™impĂ©dance pour la
ramener Ă 50 Ohms. |
Ci-dessus la
version pour les 40 mètres ramenĂ©e Ă
une antenne pratique que vous pouvez facilement
construire vous-mĂŞme et que vous pouvez aussi
emporter vers votre QTH de vacance favori.
Lâ™antenne est Ă rĂ©gler
manuellement pour la bande souhaitée. De 10
à 20 mètres, vous adaptez les
HATâ™s. Sur 30 et 40 mètres, on
installe les bobines pour la fréquence
souhaitée. |
Le
gain
Si nous prenons le diagramme en azimuth, pour un
angle de rayonnement de 26° et que nous le
comparons avec un dipĂ´le horizontal, nous
constatons que nous avons un rien moins de gain,
en fait, notre diagramme est omnidirectionnel et
lâ™Ă©nergie est optimale lĂ
oĂą nous en avons besoin pour le DX (voir
diagramme en élévation). Ceci est important
pour la réception et explique que nous
entendrons plus faiblement les stations locales
qui nous arrivent avec un angle de rayonnement
grand. |
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Nous voyons
aussi très bien que pour des angles très
faibles (inférieurs à 15°) la
verticale est vraiment meilleure que le dipĂ´le
1/4 dâ™onde haut. A des angles de 5
à 10° qui se présentent très
souvent en DX le gain relatif de la verticale est
de quelques 10dB ! Le tableau ci-dessous
(généré par HFTA, un programme de N6BV
qui est uniquement disponible sur le CD joint
à la 20ème édition de
lâ™ARRL Antenna book) donne Ă
nouveau la distribution de lâ™angle
de rayonnement vertical dont nous avons besoin
pour le pad W6 Europe; Nous voyons que nous
nâ™utilisons que des angles
inférieurs à 20° et même
inférieurs à 10°.
Dâ™oĂą le fait que
lâ™antenne verticale soit nettement
meilleures pour les DX que le dipĂ´le bas. |
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Les
données de construction
Ci-dessous quelques données pour la
construction de lâ™antenne, il y a
forcément de la place pour des idées
personnelles ou des adaptations mécaniques. La
description reprend lâ™antenne tel
quâ™effectivement construite et tel
quâ™est le modèle de test depuis
le printemps 2003 au QTH de ON5ZO, Franki qui
sâ™est portĂ© garant des tests
grandeur nature lors dâ™un certain
nombre de contests et de DX-hunting, (voir
ci-après). |
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Une des bobines pour
effectuer le tuning sur les 30 et 40
mètres. 11tours sur 50mm avec du fil
de cuivre de 4mm2 qui lorsque les spires
sont lâ™une contre
lâ™autre reviendra Ă
7 MHz et si on ouvre la bobine revient
à la bande des 30 mètres. |
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Du fait de
lâ™insertion
dâ™une bobine,
lâ™impĂ©dance redescend
Ă plus ou moins 15 Ohms. Nous
utilisons un circuit de B-matching avec
la bobine ci-dessus.
Nâ™oublions pas le BALUN qui
vient sâ™intercaler entre la
ligne dâ™alimentation et
lâ™antenne. |
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Le dipĂ´le
vertical assemblé, ici dans sa version pour
les dix mètres. |
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Beta-matching
pour la version raccourcie des 30- et 40-m.
Si nous raccourcissons lâ™antenne,
le gain sera plus faible, la bande passante plus
petite et lâ™impĂ©dance plus
faible. Lâ™impĂ©dance
dâ™origine, câ™est
Ă dire qui nâ™est pas
adaptée, est de 4,91-J26,3 Ohm. La
réactance de (-j26,3) sert de capacité dans
notre réseau de Beta-matching. Les formules
pour le circuit dâ™adaptation sont.
XC = -J26,3
Rcoax = 50 Ohm
RYagi = 14,91
XL = 32,59 ce qui revient Ă une inductance
dâ™une bobine de 0,73 uH sur 7,025
MHz. (Ă voir dans les tables de
construction).
|
Sur lâ™air.
Après lâ™installation de
lâ™antenne Ă mon propre QTH
pour quelques tests et réglages,
jâ™ai demandĂ© Ă mon amis
ON5ZO, Franki, pour tester le projet. Franki a
utilisĂ© lâ™antenne surtout sur
les 40 mètres lors de divers contests Ă
partir de son tout nouveau DTH Ă Herne
dans le Brabant-Flamand.
Après quelques mois, un extrait de son log des
40 mètres me montrait des liaisons avec : TO5
(3)- D44 - 3V8 - TA - A61 (3)- SU - 9K9 - JY9
(3)- UN7 (5)- HP3 - W1 (10)- W2 (10)- K3 (13)- N4
(5)- K5 (3)- K7 - W8 (3)- W9 (5)- PR (2)- VU -
4J6 (4)- E21 (3)- EX - TK - YB - 9H3 - LU (2)- VE
(10)- JA (2)- 4Z5 - HG2 - TI3 - ZL6 - A45 - EX2
en 4L8⦠|
Les
commentaires de ON5ZO: Jâ™utilise
maintenant lâ™antenne depuis environ
8 mois, pendant lesquels jâ™ai
effectuĂ© environ 1200 QSOâ™s rien
que sur les 40 mètres ce qui me donne un total
de 99 DXCCâ™s sur 40 mètres. Tous
ont été réalisés depuis mon QTH
Ă Herne avec 100 Watt.
Si lâ™antenne fonctionne? Je suis
fortement surpris par les performances. Avant,
(au QTH précédent)
jâ™utilisais une delta loop et une
Lambda verticale avec 50 radiants sur 40m.
Chacune avait des avantages et des
inconvénients. La verticale avait quelques
points fort en réception, mais les
propriétaires de terrains ne sont pas toujours
heureux avec des radiants dans le sol.
Lâ™un dans lâ™autre
câ™Ă©tait une très bonne
antenne de DX. La delta loop Ă©tait aussi une
très bonne antenne pour les DX. Beaucoup plus
calme que le quart dâ™onde et il
nâ™y avait pas besoin de radiant. Il
faut disposer dâ™un mât haut
assez pour suspendre la delta loop.
Jâ™avais aussi
lâ™impression que la loop Ă©tait
quelque peu plus directive
quâ™omnidirectionnelle, ce qui
devrait aussi ĂŞtre le cas. Le dipĂ´le
vertical combine deux avantages, des deux
antennes précédentes. Il est reposant
Ă utiliser en Ă©coute et il
nâ™y a pas de radiants.
Jâ™ai pu travailler tous les CW DX
que jâ™ai entendu sur la bande des
40 mètres. Pour mon plus grand plaisir, EU
Ă©tait Ă©galement possible ce qui fut le bien
venu pour les contests.
Jusquâ™Ă prĂ©sent je
travaillais régulièrement des NA, SA, AF,
OC, JA's. En SSB, je travaillais
régulièrement des stations EU pendant les
contests locaux. Jâ™ai eu
diffĂ©rents commentaires positifs Ă
propos de mon signal ! Jâ™ai
même travaillé K4JA en SSB et
jâ™ai entendu des stations VK/ZL.
Au niveau mécanique, il y a de la place pour
des améliorations. Le prototype avait des
tubes dâ™alu de 25mm seulement, ce
qui me parait peu. La base est haubanée dans 4
directions. Lâ™ensemble est très
flexible. Nous avons subit des vents violent,
lâ™antenne a dansĂ© la samba, mais
nâ™a jamais pliĂ© et
nâ™est jamais tombĂ©e, mais
malgré tout je désire prendre un tube
central de section plus importante.
Mis à part ses caractéristiques
Ă©lectriques, je pense que
lâ™antenne prĂ©sente de nombreux
avantages intéressants. Elle est facile
Ă construire et Ă monter, pas de
mats de hauteur importante pour le montage, une
installation simple et un assemblage simple.
Imaginez que vous devriez construire une 4 square
arrayâ¦
Franki ON5ZO
|
Les mesures
de SWR
Jâ™ai rĂ©glĂ©
lâ™antenne au QTH de ON4BAI pour le
40 mètres en CW.
EZNEC 3.0 est très précis, mais vous pouvez
vous attendre à quelques tolérances
lors de la construction des bobines.
Jâ™ai rĂ©glĂ©
lâ™antenne au moyen
dâ™un appareil de mesure comme le
AEA-CIA HF ANALYZER. Je pouvais très
aisément trouver un réglage de bobine pour
le 7.020 MHz. Lors du montage de
lâ™antenne au QTH de Franki,
lâ™antenne nâ™Ă©tait
plus bien réglée. Pour être honnête
nous nâ™avons plus investi beaucoup
de temps pour résoudre ceci. A ma connaissance
ON5ZO a toujours travaillé avec un tuner
dâ™antenne.
La fréquence de résonance exacte dépend
forcément de la hauteur et de la qualité du
sol parce quâ™il y a une capacitĂ©
significative entre le HAT inférieur et le
sol ! Ce qui explique que la fréquence de
résonance sera différente pour chaque QTH. |
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Force
12, Sygma 5 vertical top-loaded dipole
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Conclusions
- La construction de cette antenne vous
permettra dâ™Ă©tendre
votre parc avec une bonne antenne pour
les DXâ™s sur les 40
mètres et plus haut, vous
nâ™avez besoin
dâ™aucun Ă©quipement
particulier et les matériaux sont
abordables en ce qui concerne votre
porte-monnaie.
- Comme point négatif, citons un shift
en fréquence en fonction de la
météo et qui donc doit encore
être amélioré.
Câ™est liĂ© Ă la
capacité entre le HAT inférieur et
le sol, capacité qui change avec la
conductivité du sol qui évolue en
fonction de la sécheresse ou de
lâ™humiditĂ©.
- Lâ™antenne est rentable et
ne prend quâ™une place
limitĂ©e. Si elle nâ™est
pas tolérée par les voisins (ou
lâ™XYL), je crains que vous
ne soyez bon pour un autre hobby...
- Cette antenne est adaptable aux 80
mètres, et est en ce moment
âunder
constructionâ.
- De tels dipĂ´les verticaux avec
capcity-hat sont disponibles dans le
commerce auprès de la firme Force 12
(type: Sygma 5) http://force12inc.com/).
A suivre ⦠Pour toutes
questions, remarques et suggestions:
galens.deveen@wanadoo.be.
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