NOTIONS DE BASE: CHAPITRE 2 ... Le retour !


"Les problèmes de sexualité sont des problèmes de taille !"
Amanda Lear



AU SOMMAIRE :
- la polarisation
- la propagation
- le sol
- l'installation
- le choke balun

Dans cette partie j'évoquerai l'environnement dans lequel baigne l'antenne.



LA POLARISATION :











La polarisation d'une antenne est définie par la position de son champ électrique par rapport à la terre :

- si on installe notre dipole à l'horizontal, les lignes du champ électromagnétique rayonnées seront de polarisation horizontale. Cette polarisation est favorable à la longue distances et aux rebonds dans l'ionosphère, de plus à la réception on est moins géné par les perturbations électriques (QRM) liées à l'activité humaine qui sont généralement en polarisation verticale.

- Vous aurez compris que si nous installons ce même dipole en position verticale, il aura une polarisation verticale. Cette polarisation est favorable à l'onde de sol et donc aux contacts locaux, mais nous aurons un niveau de QRM plus important.

Il est évident que lors d'un contact on emploiera la même polarisation que son interlocuteur, car le "croisement" de polarisation entraine un affaiblissement en pratique de 6 à 18 dbi (1 à 3 points S-mètre) en théorie cela pourrait même aller jusqu'à l'infini(!), fort heureusement la rotondité de la terre (et donc de l'atmosphère) font que l'on a rarement un croisement parfait de 90°.

Pour la compréhension de ce phénomène, on pourrait faire une analogie avec une pièce que l'on veut mettre dans le monnayeur d'un parkmètre, si on la place à la perpendiculaire, seule une petite partie sera en face de l'orifice; imaginez que pour votre antenne c'est un peu la même chose, seule une petite partie des lignes du champ électrique seront captées, d'où l'affaiblissement du signal.

A l'occasion de contacts longues distances, il se produit quelques fois ce que l'on appelle des "rotations de polarisations" (effet Faraday) suite aux rebonds successifs sur le sol et dans l'atmosphère qui font que l'on entend parfois indifférement aussi bien sur l'une ou l'autre des polarisations.

J'ajouterais enfin que pour les mêmes raisons de rotondité de notre planète, on a rarement une polarisation en phase parfaite entre deux antennes distantes de milliers de kilomètres.

Les polarisations horizontale ou verticale sont appellées polarisations linéaires.

Je ne ferais que citer la polarisation circulaire (tournant à droite ou à gauche) communément utilisée pour les communications spatiales pour contrecarrer justement l'effet Faraday que je viens d'évoquer.


LA PROPAGATION HF:


Le soleil est l'élément determinant pour l'établissement de la propagation en HF:






















Sans la propagation des ondes, nous devrions nous contenter de contact dont la distance serait limitée à l'onde sol, qui, pour faire bref, dépend de la fréquence, du mode de transmission, du relief et de la hauteur des antennes.

Sur 11m en plaine et en mode SSB on aura une onde de sol en général de l'ordre de 30 km pour un mobile et de 60 km pour une station fixe. Il est important de rappeler ici qu'il n'y a pas de propagation en local: la bande fréquence a plus ou moins de QRM, c'est tout !
Si le soleil est le moteur de la propagation, il peut provoquer aussi nombre de perturbations et ce sur tout le spectre radio.






















Notre planète est entourée de différentes couches ioniséés (D E F1 F2) positionnées entre 80 et 600km d'altitude. C'est sur (et à travers) ces couches puis le sol que les ondes vont rebondir successivement permettant ainsi des contacts à longues distances (et aussi des zones d'ombres entre les sauts).

C'est un phénomène complexe dans lequel interviennent nombre de facteurs qu'il serait rébarbatif d'énumérer ici car vous trouverez sur l'internet de nombreux sites trés bien documentés si vous souhaitez approfondir vos connaissances (par exemple le site de F5ZV) mais il en existe beaucoup d'autres.
















Ce que nous devons retenir, c'est que pour faire de bons contacts à longue distance, notre antenne directive doit impérativement avoir un angle de tir le plus bas possible sur l'horizon et être positionnée à une hauteur précise au-dessus d'un sol conducteur (5,45m, 10,90m, voir 16,35m... soit aux multiples de demi-onde) afin de ne pas perdre inutillement de l'énergie dans l'espace à cause de lobes mal placés (l'angle limite se situe vers 45°) en revanche plus l'angle de tir est bas plus long est le skip (saut) et par conséquent plus lointain sera le contact comme vous pouvez le voir ci-dessous :

















LE SOL :

Les performances d'une antennne sont considérablement dépendantes de la nature du sol qui se trouve sous elle qui influe directement sur la position des lobes et de sa résistance de rayonnement.

Si il y a un sol conducteur sous l'antenne alors on verra apparaître une antenne virtuelle (ou image) qui combinera son rayonnement avec la première comme dans un stack (soit 2 antennes posées l'une au-dessus de l'autre) dont le rayonnement sera en phase pour une verticale et en revanche en opposition de phase pour une horizontale.














Il est donc inconcevable de prétendre faire du DX dans de bonnes conditions si on ne tient pas compte de ces éléments capitaux.

C'est à cause de ce groupement virtuel que l'on pose une antenne horizontale à une demi-onde au dessus du sol, car nous nous mettons dans le cas de figure du meilleur stack possible et obtenons alors la meilleure performance si les deux aériens sont séparés l'un l'autre d'une onde entière lorsqu'ils sont alimentés en opposition de phase (soit 180°):
ceci apportera un gain supplémentaire de 3dBi soit 100% de rendement en plus.

Dans le cas de l'antenne verticale le groupement virtuel est en phase, cela apportera là aussi un gain supplémentaire de 3dBi soit 100% de rendement en plus et baissera l'angle de tir de plus de 20°, ce qui est énorme !














Vous devez absolument tenir compte de ces paramètres si vous voulez obtenir de bons résultats à longue distance.


Si on a pas une terre conductrice sous l'antenne, alors il faut poser une terre artificielle.


La norme FCC (pour les émetteurs de radiodiffusion) impose pour l'obtention d'une terre artificielle parfaite 120 radiants d'une demi- onde chacuns placés en rayons sur le sol (!).

Heureusement l'ARRL a fait des tests avec des séries de 15 radiants et nous dit que nous gagnons 25% de rendement avec 15 radiants l/8, puis 40% avec 15 radians l/4, et enfin 50% avec 15 radiants l/2 soit 1,5db ce qui n'est pas si mal.

Rappelez-vous que si vous taillez des radiants pour une antenne ils devront être impérativement à la résonnance soit par exemple 0,95l/8 soit 1,30m à 27,500Mhz.

Je tiens à préciser ici que si vous avez par exemple une verticale 5/8 vous pouvez ajouter des radiants en haut (15 c'est bien mais attention à la prise au vent!) et une terre artificielle en bas, je vous le recommande même si vous êtes à la campagne pour améliorer la conduction du sol, idem pour une antenne horizontale que l'on pose à un multiple de demi-onde au-dessus de ce sol conducteur.


Raffin















Mais si vous trouvez que poser tous ces radiants est fastidieux, vous pouvez faire un réseau de fils qui ressemble à une toile d'araignée ou plus simplement comme moi poser un grillage, dans les deux cas si vous avez l/2 par cotés vous serez très proche de 100% de rendement en plus; certains vont même jusqu'à poser au pied de l'antenne des plaques de toles ou de vieux pneux, ça marche bien certes, mais là c'est une question d'esthétique !
...Mais bon, à chacun son mauvais goût !



















Mise en évidence de l'importance d'un sol conducteur :

Cliquez sur le nom de l'antenne pour voir son diagramme de rayonnement

NOM DE L'ANTENNE TESTEE
R de rayonnement (W)
SWR
Gain en dB iso
Angle de tir
Voir le Dipole vertical sur sol parfait
43
1,16
6,78
Voir le Dipole vertical sur sol réel
43
1,16
- 0,52
22°


Comme vous pouvez le voir dans le tableau les lobes montent sur sol réel (mauvais conducteur) de plus de 20° et le gain s'effondre de plus de 7dBi: c'est une catastrophe !
Ceci démontre qu'il est indispensable de mettre un sol conducteur sous votre antenne.
Pourtant c'est sans ce préocuper de ce détail (le plus important) que fonctionnent toutes vos antennes...
C'est dommage non ?!

Vous comprenez pourquoi je dis que les OM qui utilisent exagérément des amplis sans utiliser leurs neuronnes auraient grand intérêt à s'occuper sérieusement en premier lieux de poser un sol artificiel sous l'antenne afin d'en améliorer le fonctionnement.
Je prêche dans le désert depuis si longtemps...



Houzé














Le sol conducteur se comporte comme un miroir, et si cela est vrai sous l'antenne, cela l'est aussi pour les alentours: imaginez simplement que le miroir fasse plusieurs km de cotés, les réflections et un angle très bas sur l'horizon seront bien évidemment favorisés.

En effet les mesures réalisés par l'ARRL montrent que les sites les plus médiocres pour une antenne sont les zones industrielles, les déserts et les villes, des lieux ou le sol n'est pratiquement pas conducteur et ou l'environnement chaotique ne favorise pas la réflection des ondes mais malheureusement leurs dispertions.

Ensuite viennent la campagne et les terres agricoles où la même antenne aura un gain à longue distance supérieur d'environ 12dbi (soit 2 points S-mètre de plus).

Enfin vient le milieu idéal qui est la mer au large et une nouvelle fois la même antenne aura un gain à longue distance supérieur de 24dbi (encore 4 points S-mètre de plus!) par rapport à sa voisine campagnarde.

Je suis plaisancier et pratique la voile avec passion depuis de nombreuses années et j'ai eu maintes occasions de vérifier la véracité de ces mesures.



L'INSTALLATION :


Les anciens (hum, les bons!) n'arrêtent pas de le dire: tant vaut l'antenne, tant vaut la station !















Vous avez vu la réflection du soleil sur la mer, ça vous rappelle rien?...

Avant de vous lancer tête baissée dans votre installation je vous invite tout d'abord à bien réfléchir à ce qu'il sera raisonnable de poser en tenant compte de votre voisinage, de madame (WAF) et du petit dernier, de l'environnement, des contraintes techniques, aéronautiques et météos, de votre budget (etc...) et surtout de la pratique que vous souhaitez privilégier, car en effet, il est inutile d'ériger une huit éléments si vous faites 99% de vos contacts avec le patelin d'à coté !

Il faut bien penser à tout dès le début, et surtout être sur de son choix en évitant les délires monomaniaques.

N'ayez pas peur de faire préalablement plusieurs essais en différents positionnements pour trouver le bon site, je crois pour ma part, pour l'avoir expérimenté notamment en tant qu'adepte du Feng-Shui, à l'influence effective des lignes de forces telluriques, aux failles et aux nappes d'eau qui jallonnent nos terrains.

Vous avez déja remarqué sans doute qu'un OM émettant avec un portable ou un mobile lorsqu'il se déplace de seulement quelques mètres provoque généralement une variation significative du signal sur le S-mètre de votre récepteur:
c'est la mise en évidence de ce phénomène !
Alors faites de même, je vous encourage vivement à utiliser un petit portable (plus simple que des baguettes en cuivre) pour sillonner votre terrain tel un "sourcier" pour mettre en évidence le réseau géobiologique et trouver le lieu précis de l'installation de votre antenne où vous aurez le signal maximum pour l'émission et la réception.

Illustration du maillage du réseaux magnétique terrestre:






























Déterminer le lieu précis qui sera favorable au rayonnement électromagnétique de l'antenne est indiscutablement un plus qui peut vous apporter facilement 1 à 2 points S-mètre de mieux selon la nature du sous sol...

Selon son positionnement une antenne ne fonctionnera pas de la même manière si elle est placée sur une zone neutre, une zone peu active, une zone activée ou une cheminée active du réseau double.


L'antenne doit être installée avec soin loin de toute masse métalique et à la bonne hauteur au-dessus d'un sol conducteur renforcé bien évidemment par une terre artificielle et dans un lieu bien dégagé.

Elle sera règlée à la résonance sur 27,500Mhz au maximum de la réception et de l'émission.

Une fois l'antenne règlée il faut tailler correctement le câble coaxial en multiple de demi-onde (comme expliqué plus avant) et fabriquer un "choke balun".

Un coaxial ne rayonne pas normalement car les courants qu'il transporte sont de sens opposés et les champs s'annulent. C'est l'aérien qui rayonne, mais en connectant le coaxial à l'antenne on le plonge dans la zone de rayonnement intense (dite "zone de Fresnel") ce qui entraine inévitablement qu'un courant coule le long du câble coaxial ce qui a pour conséquence de modifier très sérieusement le diagramme de rayonnement de l'antenne.

Pour éviter cela, on fabrique très facilement avec notre coaxial (qui a été correctement taillé initialement) une self de choc accordée (une bobine quoi!) qui va opposer une impédance extrèmement élevée à ce courant "de fuite", et on la positionne au plus près de la prise de l'antenne.

Pour la réaliser très simplement j'utilise pour ma part une bouteille plastique de Vichy St Yorre (car elle correspond au diamètre de 8,5 cm) et je coupe un cylindre d'une dizaine de cm, ce tube me servira de tuteur pour enrouler 7 spires jointives de coaxial à proximité de la PL de l'antenne. Une fois les spires bien maintenues avec du ruban adhésif j'enroule trois couches de ruban Téflon (car c'est un excellent isolant HF) puis je recouvre l'ensemble d'un Chatterton résistant aux intempéries, je rebranche le câble à l'antenne et c'est prêt à fonctionner.

De grâce ne faites pas comme cet OM (mal réveillé ?!) à qui j'avais pris la peine d'expliquer le système et qui a laissé la bouteille entière en haut du mât !...
Je vous jure que des fois c'est à désespérer...

Récapitulons donc:
un choke balun sur 27,500Mhz sera constitué de 7 spires jointives sur un diamètre de 8,5 cm pour du coaxial de 11mm
et de 7 spires jointives sur un diamètre de 6 cm pour du coaxial de 6mm.

Une fois encore des mesures ont été effectuées par l'ARRL en chambre anéchoïque, et les résultats parlent d'eux-mêmes!

Voici l'infuence déterminante du choc balun servant à préserver le rayonnement d'une antenne:














Chambre anéchoïque et diagramme théorique du rayonnement d'un doublet demi-onde



Résultats des essais et mesures:














Rayonnement réel du doublet sans choc balun puis avec le choke balun :

Choisis ton camp camarade !...


Dans ces mesures l'ARRL montre que le rayonnement global de l'aérien est très affecté par la présence du coaxial non protégé et l'affaiblissement du rayonnement est globalement de l'ordre de 8dBi: on divise l'énergie par 6 !...

Avec le choke balun on retrouve presque le diagramme théorique, le recul en bas de 2dBi est apparemment lié à la descente du câble coaxial qui n'est vraisemblablement pas parfaitement perpendicuaire au dipole, vous pouvez voir ici l'influence directe sur le diagramme de rayonnement du cheminement approximatif du coaxial: un petit détail qui a aussi son importance.

Ceci me donne l'occasion de vous faire remarquer que votre antenne ne rayonne pas en réalité comme dans la théorie ou sur les catalogues: effectivement la hauteur de l'aérien, l'environnement alentour et surtout la ligne d'alimentation (son cheminement de descente et son filtrage avec choke balun) ont une influence déterminante sur les lobes de rayonnement et le gain global:
il faut tout faire pour ne pas gaspiller d'énergie en faisant tout ce qui est possible pour l'optimiser au maximum, et n'oubliez jamais que ce qui est valable à l'émission l'est aussi la réception...

Chose étonnante l'apport du choke balun est plus visible à longue distance qu'en local, mais quoi qu'il en soit, il vaut mieux mettre tout les avantages de son coté avant d'aller bêtement acheter un ampli HF pour tenter de passer en DX malgré une antenne qui ne rayonne pas grand chose.

Une fois l'antenne montée sur le bon emplacement et à la bonne hauteur au dessus d'un sol de qualité renforcée par une terre artificielle, le coax taillé au cm qui emprunte le bon cheminement et bien filtré avec le choke balun, il ne vous reste plus qu'à bien caler votre émetteur "sur la plaque" et de prendre le temps nécessaire pour soigner votre qualité radio (avec une excursion et un taux de modulation correct) en utilisant un microphone de très bonne qualité et une puissance raisonnable de quelques Watts pour démontrer sans effort que vous avez maintenant une station CB hors du commun...

Grâce à la mise en place de tous ces éléments absolument incontournables vous voilà fin prêt pour étonner vos interlocuteurs habituels en local qui ne pourront que remarquer l'amélioration notable de vos performances et récolter de très bons résultats en DX, et ce qui ne gâchera pas votre satisfaction, c'est qu'à partir de maintenant, beaucoup vous feront des compliments...


Alors bons contacts !


Cordialement,


14 D9 TC Yves Lyon


Réponses du Quizz n°2 :

1a - le ROS sera 73/50 = 1,46
1b - (300/27,300)/2x0,95 = 5,22 m
1c - le gain sera de 8-3 = 5 dBi

2a - à 100 W le signal sera légèrement supérieur à 6
2b - à 5 W il sera de 4 et réduit à 1 W il sera de l'ordre de 3,5

3a - le gain sera de 5 + 8 = 13 dBi soit un CM de x20
3b - le sol est mauvais donc 13 - 3 = 10 dBi soit un CM de x10





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