Une (autre) verticale pour les bandes 80, 40 et 30m (et 160m)

F6IRF, Patrick Destrem

 

Introduction

Il ne s’agit bien sûr en rien d’une antenne « révolutionnaire » ou même originale. Le but de cet article est de décrire une antenne dédiée DX simple offrant un minimum de compromis, pour les OM’s ne disposant pas d’un pylône d’au moins 20m. Accessoirement il peut être intéressant de noter l’intérêt du programme MMANA pour le calcul des circuits LC.  Sa seule originalité réside peut-être dans l’utilisation d’un transformateur large bande 28/50 ohms, permettant le passage d’une bande à l’autre sans changement de configuration du circuit LC.

 

Description Générale

Il s’agit d’une verticale montée au sol. L’antenne fonctionne « grosso modo » en 5/8 sur 30m, en demie onde raccourcie sur 40 et en quart d’onde raccourci sur 80m. L’adaptation d’impédance est réalisée à la base par un circuit LC (L série/C parallèle – configuration « passe-bas »).et un transformateur large bande.

La hauteur de 18m s’est imposée en considérant, d’une part la taille de 5/8 sur 30m, taille maximum admissible avant dégradation du diagramme de rayonnement, et d’autre part  la difficulté d’adaptation qu’aurait présenté une vraie demie onde sur 40m. Le passage aisé d’une bande à l’autre a guidé le choix de l’utilisation d’un transformateur large bande de type UN-UN assurant une adaptation  50/28ohms simple et offrant un minimum de pertes (28ohms étant la résistance de rayonnement sur la bande 80m). On pourrait bien sûr se passer du UNUN, mais cela nécessiterait le changement de configuration du circuit LC (capa côté ligne pour la bande 80, et côté antenne pour 30 et 40).

 

 L’antenne avec un léger vent.

Description mécanique

L’antenne est composée d’un mat  télescopique en fibre de verre de 12m (spiderbeam), prolongé d’un sion fin de 2m, le tout étant supporté par 2 tronçons de mat télescopique en aluminium monté sur un support pivotant. L’antenne ne dispose que d’une seule nappe de 3 haubans située à environ 8m. Un fil de cuivre de 2mm de diamètre court le long de la fibre, sauf sur la partie supérieure ou il est remplacé par un fil fin de 0.75mm de diamètre. Dans la partie inférieure le fil est écarté du mat aluminium, pour rejoindre le coupleur, solution plus simple que d’isoler la base du mat (et sans grandes conséquences sur un plan électrique, comme le montre la simulation). L’antenne est dotée de 16 radians enterrés de 20m.

La réalisation mécanique est donnée à titre indicatif, tous les moyens étant bons pour arriver à la hauteur de 18m (en fait la mienne ne fait que 17.7m depuis qu’un tronçon du mat télescopique fibre est « rentré » à la suite d’un coup de vent). A noter que les mats fibres « spiderbeam » sont désormais disponibles en hauteur 18m ce qui résout d’un coup tous les problèmes mécaniques et électriques!

 

Le système de couplage

On pourrait bien sûr utiliser un coupleur automatique, mais d’une part les coupleurs automatiques autorisant la puissance maximum légale sont onéreux, et d’autre part la plupart des coupleurs « automatiques » à prix abordable présentent des pertes d’insertion non négligeables.

Le coupleur décrit utilise une « self à roulette » provenance « armée rouge » d’environ 20uH  et un CV de 300pF à air d’environ 3000V d’isolement (le tout acheté à Friedrichshafen pour moins de 50 euros). En fait on pourrait facilement utiliser, des composants fixes commutés par relais car par exemple le passage du 40 au 80CW se fait simplement en déconnectant le CV, de même que le passage du 30m au 80SSB, la couverture des 3 bandes dans leur intégralité ne nécessitant que 2 valeurs de self et 2 valeurs de capa.

 

Le coupleur « expérimental ». Le passage du 40 au 80m CW se fait simplement en déconnectant la capacité. Pour l’utilisation « contest » j’envisage d’y mettre un relais HT commandé depuis le schack.

 

Un objet méconnu : « le multi UNUN ». Suivant les connecteurs utilisés, il permet l’adaptation d’une ligne 50 ohms vers une charge de 36, 28, 22, 16, 12.5, 6, 4 ou 3 ohms. Puissance admissible 1kW continu. Celui-ci est de fabrication commerciale, mais le design de W2FMI peut être consulté dans son livre  « transmission line transformers »

 

Valeurs L et C requises pour Z=28 ohms et une hauteur de 17.7m

Il s’agit ici des valeurs mesurées, comme on peut le voir sur les copies d’écran, elles diffèrent très peu des valeurs calculées

80m SSB (3700 kHz) L= 3.5uH  C=0pF  (la capa est déconnectée)

80m CW (3520 kHz)  L= 5.5uH  C=0pF   (la capa est déconnectée)

40m (7050kHz) L= 5.5uH  C= 110pF. (La capa est montée côté antenne)

30m (10125kHz) L=3.5uH C=40pF  (La capa est montée côté antenne)

 

Il est à noter que la courbe du SWR correspond de très près aux valeurs relevées sur l’antenne réelleLa bande passante sur 40m est d’environ 300 kHz à 1.5, quant à la bande passante sur 30m elle n’est bien sûr pas un soucis !

 

Il est intéressant de comparer ces valeurs mesurées aux valeurs calculées à l’aide de MMANA (une résistance de 1.5ohms, simulant les pertes estimées dans le sol est insérée dans le retour à la terre du modèle)   

Pour L série= 3.5uH  Fo=3706kHz  Z=28ohms, BW pour SWR<1.5 : 95kHz ; BW pour SWR<2  162kHz.

Pour L série= 5.5uH  Fo= 3520kHz Z= 24.62ohms, BW pour SWR <1.5 : 71kHz ;  BW pour SWR<2  137.5kHz

Voici maintenant les valeurs du circuit LC pour 40 et 30m

 

La encore on peut noter que le modèle est assez proche des valeurs relevées sur l’antenne réelle.

 

 

A titre d’information annexe, MMANA dispose également d’un calculateur de self fort utile, les deux outils faisant de la conception d’un circuit LC, un jeu d’enfant. 

 

Voici les valeurs calculées pour le circuit LC, dans le cas ou l’on souhaiterait se passer du UNUN (toujours pour une configuration passe-bas L-Série/C-parallèle)

Pour Zfeeder =50ohms

10120 kHz : L=4.81uH, C=16.3pF (C côté antenne)

7050 kHz : L=7.32uH, C=80.4pF (C côté antenne)

3700kHz: L= 4.66uH, C=772pF  (C côté feeder)

3550kHz:  L=6.32uH, C=906pF (C côté feeder)

On voit que d’une part, on risque d’être limite sur 30m en raison de la capacité résiduelle du CV (cela reste cependant possible avec un CV sous vide), et que d’autre part le 80m requiert une valeur de capacité importante (nécessité d’adjoindre des capas HT fixes en parallèle sur le CV si l’on ne dispose pas d’un CV de 1000pF). Pour 30 et 40 on pourrait passer à un circuit passe-haut (C-série / L-parallèle), mais ce dernier ne fonctionne pas sur 80m…

On voit ici pourquoi j’ai opté pour le circuit hybride « circuit LC + UNUN » utilisable sur les 3 bandes avec des valeurs de capacité compatibles avec un CV standard.

 

Performances et résultats

Comme pour toute antenne en polarisation verticale, les performances dépendent en grande partie de la qualité du sol et du système de radians. Les simulations qui suivent ont étés faites pour un sol de qualité moyenne et un système de 16 radians de 20m enterrés. Il est évident que la même antenne placée sur une plage, donnerait des résultats autrement plus intéressants. Par rapport à la plupart des antennes commerciales elle offre une bande passante confortable y compris sur 80m, une puissance admissible élevée, et des pertes limitées au minimum.

 

Diagramme de rayonnement sur 30m : On peut voir une légère dissymétrie (0.2dB) due à la présence du mat alu (c’est la bande ou la dissymétrie est la plus sensible).

 

Diagramme de rayonnement sur 40m : L’angle de tir est d’une vingtaine de degrés avec une atténuation importante des signaux NVIS (Nearly Vertical Incidence Skywave).

 

 

Diagramme de rayonnement sur 80m : la légère dissymétrie due au mat a complètement disparu.

 

Et le 160m ?

Moyennant une self série totale de 56uH et l’utilisation de la position 6/50 sur le UNUN  (sa résistance de rayonnement est de l‘ordre de 7 ohms sur 1.82) cette antenne peut également être utilisée sur 160m comme antenne de dépannage (c’est la solution « vite fait » qui m’a permis de contacter l’expédition 3B7C sur 160). Toutefois la bande passante est de l’ordre de 8kHz à 1.5. On aurait tout intérêt à lui adjoindre charge capacitive terminale, voire un simple fil pour former un L. Un simple fil horizontal de 12m permettant d’élever la résistance de rayonnement vers 15 ohms et la bande passante utilisable vers 20khz (une self de 22uH suffisant à compenser la réactance). Evidemment il ne s’agit plus de la même antenne, les performances « DX » sur les bandes 30 et 40m étant grandement dégradées (sauf à replier le fil le long de l’antenne).  C’est la raison pour laquelle l’utilisation sur 160 est juste mentionnée à titre indicatif.

 

Conclusion

Je dois avouer que j’ai longtemps méprisé les verticales, préférant les dipôles aux performances flatteuses, en tous cas au niveau des stations à courte ou moyenne distance.

Bien qu’il soit clair, qu’en terrain « moyen » une verticale ne saurait rivaliser avec des antennes horizontales, si celles-ci sont placées à au moins une  demie onde au dessus du sol, et correctement orientées en direction de la station DX,  une verticale offre quand même un certain nombre d’avantages au DX-man ou au contesteur modeste ne disposant ni de place ni de supports conséquents: D’une part une rejection importante des signaux NVIS, et d’autre part. le fait qu’elles soient omnidirectionnelles, critère important pour qui ne dispose pas d’une antenne rotative.

 

 

Illustration du propos  sur la bande 30m: Aux angles « grand DX »(10deg) même un dipôle à 20m ne bat la verticale que sur 50% des azimuts. (en rouge dipôle à 12m , violet à 20m et  en vert la verticale 5/8). Sauf à disposer d’un dipôle rotatif à 20m, la verticale n’est pas ridicule…La situation est bien sûr encore plus favorable à la verticale sur 40 et 80m…

 

 

Comparaison des performances d’un dipôle à 20m et de la verticale sur la bande 80, pour un angle de tir de 10 degrés. Evidemment la verticale est déconseillée pour une coupe du REF !          

Malgré ses performances apparemment modestes (en terme de gain), elle m’a permis de contacter l’expédition 3B7C  (pour ne citer qu’un exemple récent et vérifiable) dès les premiers jours sur 30 40 et 80 dans les 3 modes et avec un peu de peine il est vrai sur 160m en CW. Cela ne prouve bien sûr rien du tout, mais en quelques mois d’utilisation, je suis arrivé à la conclusion qu’en utilisation «DX domestique modeste » cette antenne était l’une des meilleures que j’ai jamais installées et utilisées. Pour les bandes basses. Ce n’est certes pas « the absolute pile-up breaker », mais elle m’a permis sur ces derniers mois d’utilisation de sensiblement améliorer mon score DXCC sur les bandes basses.

Bon DX !

Patrick.

 

 

Références et approvisionnement.

Vente en ligne :

Mats fibres télescopiques (12 ou 18m): http://www.spiderbeam.net/

UNUN: http://www.cwsbytemark.com

 

Livres:

Transmission line transformers par Jerry Sevick W2FMI

Low-band DXing par by John Devoldere, ON4UN.

 

Sites WEB

http://www.cebik.com/radio.html  le site de W4RNL (une mine d’or !)

 

Programmes

MMANA par JE3HHT (freeware): http://mmhamsoft.amateur-radio.ca/  

 

Article en ligne

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