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 ANTENNES POUR LES ÉMETTEURS / RÉCEPTEURS
 

Il existe plusieurs types d'antennes suivant le type de poste que vous avez et l'utilisation que vous allez en faire.


1. ANTENNES POUR LES POSTES PORTATIFS

Pour les postes portatifs, l'antenne très courte est généralement un quart d'onde ou un quart d'onde raccourcis, d'une dizaine de centimètres en moyenne.

Elle se clipse facilement au sommet de l'appareil avec soit une prise BNC (système à baïonnette), soit une prise PL 259 (système à vis), ou encore les nouvelle connexion FME (système sans soudure).

Elle est accordée sur une bande passante large, permettant l'usage d'une bande de fréquence étendue sans retouche ou réglage particulier pour émettre.

On peut sur les portatifs adapter un coaxial RG 58 (diamètre 6 mm) aboutissant à une antenne à meilleur rendement (fouet magnétique ou à fixer).

En utilisation fixe, on déportera le plus souvent sur le toit d'un bâtiment une antenne fouet fixée sur un mat ou directement sur le toit. L'objectif pour obtenir un rendement maximal étant de disposer cette antenne dans un endroit qui soit le plus haut et le plus dégagé possible.

L'antenne fouet est une antenne omnidirectionnelle. C'est à dire qu'elle émet dans toutes les directions.


2. ANTENNES POUR LES POSTES MOBILES

Pour les postes mobiles, l'antenne sera toujours une antenne fouet.

Il faudra absolument fixer cette antenne au milieu du toit du véhicule sans quoi elle réagira comme une antenne directive en rayonnant dans la direction de la plus grande surface métallique.


3. ANTENNES POUR LES POSTES FIXES

La gamme des antennes pour les postes fixes est beaucoup plus étendue.

En arrivant de l'émetteur, le coaxial est un câble électrique à deux conducteurs : l'âme et la tresse de masse. L'âme doit être reliée à la masse métallique principale de l'antenne (le brin rayonnant). Celle dont la longueur est primordiale. Ceci est valable quelque soit le type d'antenne. Par contre la tresse de masse peut être reliée de diverses manières, selon le type d'antenne.

La directivité d'une antenne est sa capacité à concentrer son faisceau d'ondes émises dans une direction plus ou moins précise, selon son installation. Une antenne peut aussi être omnidirectionnelle, c'est à dire émettre avec la même intensité dans toutes les directions.

Le diagramme de rayonnement est la manière dont on peut schématiser la puissance et la direction des ondes quittant l'antenne. C'est une image théorique qui permet de visualiser la directivité de l'antenne.

Voici les différents types d'antennes :


Voici un tableau qui vous indiquera quel type d'antenne choisir en fonction de votre utilisation :

  Local
(intérieur)
Local
(extérieur)
Ville
étendue
Région Pays Monde
Distance (km) 0 - 5 0 - 5 0 - 20 50 - 100 100 - 2000 + 2000
Fouet - -
Dipôle - -
Folded - -
Beam - - -

 

Et voici un tableau comparatifs des qualités et défauts des antennes :

TYPE QUALITÉS DÉFAUTS
FOUET - Mobilité
- Émission possible en déplacement
- Omnidirectionnelle
- Monofréquence (sauf pour portatif ou boîte d'accord)
- Portée limitée (régionale)
- Raccord à la masse obligatoire
DIPOLE - Pas de raccord à la masse
- Fabrication de fortune aisée
- Coût très faible pour les modèles de base
- Montage et démontage facile
- Faible directionnalité
- Mono fréquence (sauf boîte d'accord)
- Portée moyenne (continentale)
- Utilisation impossible en mobile
LONG FIL - Coût dérisoire
- Fabrication de fortune aisée
- Quasi omnidirectionnelle
- Longueur importante
- Raccord à la masse obligatoire
- Mono fréquence (sauf boîte d'accord)
FOLDED - Multi fréquence sans boîte d'accord
- Pas de raccord à la masse
- Faible directionnalité
- Longueur importante et irréductible
- Portée moyenne (continentale)
- Coût assez élevé
BEAM - Pas de raccord à la masse
- Portée mondiale
- Immobilité
- Encombrement
- Montage difficile et long
- Mono bande (sauf modèles très onéreux)
- Coût élevé


4. CONCEPTION ET BRANCHEMENT D'UNE ANTENNE

Si vous possédez une antenne accordée d'origine sur votre fréquence d'émission, il n'y a qu'à la brancher et l'utiliser. Mais vérifier toujours à l'aide d'un TOS-mètre le taux d'ondes stationnaires.

Ce que nous allons voir ici est la façon de fabriquer une antenne selon la fréquence que vous allez utiliser.

Si vous utilisez plusieurs fréquences, il est impératif d'utiliser une boîte d'accord afin d'éviter d'avoir plusieurs antennes.

Comme nous l'avons vu au chapitre sur les ondes, la longueur de l'antenne (correspondant à un multiple de la longueur d'onde) dépend de la longueur d'onde et donc de la fréquence utilisée.

La formule à utiliser est :

    Vitesse
Longueur d'onde = --------
    Fréquence

Afin que le calcul soit simple et corresponde aux unités utilisées pour la fabrication des antennes (en mètres pour la HF et la VHF et en cm pour l'UHF), voici un tableau récapitulatif du calcul de la longueur d'onde :

BANDE FRÉQUENCES UNITÉ
LONGUEUR D'ONDE
  VITESSE   UNITÉ
FRÉQUENCE
HF entre 3 et 30 MHz m = 300 (Métamères) / MHz
VHF entre 30 et 300 MHz m = 300 (Mégamètres) / MHz
UHF entre 300 et 3 000 MHz cm = 30 000 (Mégamètres) / MHz

 

Exemple de calcul de la longueur d'onde :

GAMME FRÉQUENCE CALCUL LO
HF 12.678 MHz 300 / 12.678 23.663 m
VHF 160.725 MHz 300 / 160.725 1.86 m
UHF 465.450 MHz 30 000 / 465.450 64.45 cm

Comme vous pouvez le constater, une antenne de 1.86 mètre pour un poste portatif est trop encombrante. Heureusement les antennes conservent leurs propriétés de résonanceélectromagnétique si on utilise pour calculer leur longueur un des multiples suivants :

7/8ème d'onde     5/8ème d'onde
3/4 d'onde   1/2 d'onde
2/3 d'onde   1/4 d'onde

Exemple : Pour la fréquence 174 MHz, il sera possible d'utiliser des antennes ayant les longueurs suivantes :

Onde 1.72 m
7/8 d'onde 1.50 m
3/4 d'onde 1.29 m
2/3 d'onde 1.15 m
5/8 d'onde 1.07 m
1/2 d'onde 0.86 m
1/4 d'onde 0.43 m

N.B. : Il est même possible re raccourcir encore les antennes par l'adjonction de selfs.

Voici un formulaire de calcul des différents sous multiples :

Fréquence kHz  MHz
 
   
  Longueur de départ de l'antenne :
Onde entière m
   
7/8ème d'onde m
   
3/4 d'onde m
   
2/3 d'onde m
   
5/8ème d'onde m
   
1/2 onde m
   
1/4 d'onde m

 

Sinon, un tableau récapitulatif des différents sous multiples de la longueur d'onde pour la gamme HF vous permettra de savoir la longueur théorique de l'antenne.


5. RAPPORT D'ONDES STATIONNAIRES

Une fois cette longueur théorique choisie, il va falloir accorder l'antenne.

C'est à dire ajuster la longueur de celle-ci plus précisément afin que l'énergie de retour ne vienne pas griller l'émetteur.

Car dans le cas d'une réception, la longueur de l'antenne n'a pas beaucoup d'incidence. Mais dans le cas d'une émission, tout émetteur est un générateur de signal électrique. l'antenne est chargée de diffuser, sous la forme d'un rayonnement électromagnétique, toute l'énergie radioélectrique qui lui est envoyée.

Si l'efficacité de l'antenne est totale, toute l'énergie fournie par l'émetteur sera rayonnée par cette dernière. Par contre, si l'antenne est mal ajustée, elle ne sera pas en mesure de rayonner la totalité de l'énergie fournie par l'émetteur.

La différence entre l'énergie réellement rayonnée par l'antenne et la totalité de l'énergie fournie par l'émetteur sera renvoyée par l'antenne à l'émetteur, avec comme conséquence une perte de puissance et un risque de griller l'émetteur.

L'énergie envoyée à l'antenne est généralement identifiée sur les appareils de mesure par FWD (ForWarD). L'énergie qui ne peut quitter l'antenne est qui est retournée à l'émetteur est identifiée par REF (REFlected).

La formule mathématique suivante permet d'établir le rapporte entre FWD et REF. Ce rapport est appelé ROS (Rapport d'Ondes Stationnaires) ou SWR (Standing Wave Ratio).

Voici la formule du taux d'ondes stationnaires :

On définit l'adéquation plus ou moins correcte entre la fréquence affichée par l'émetteur et son antenne par ce taux SWR :

ROS REF FWD
1 0 % 100 %
1.1 0.2 % 98 %
1.2 0.8 % 99.2 %
1.3 1.7 % 98.3 %
1.4 2.8 % 97.2 %
1.5 4 % 96 %
1.6 5.3 % 94.7 %
1.7 6.7 % 93.3 %
1.8 8.2 % 91.8 %
1.9 9.6 % 90.4 %
2 11.1 % 88.9 %
2.1 12.6 % 87.4 %
2.2 14 % 86 %
2.3 15.5 % 84.5 %
2.4 17 % 83 %
2.5 18.4 % 81.6 %
2.6 19.8 % 80.2 %
2.7 21.1 % 78.9 %
2.8 22.4 % 77.6 %
2.9 23.7 % 76.3 %
3 25 % 75 %
3.5 30.9 % 69.1 %
4 36 % 64 %
4.5 40.5 % 59.5 %
5 44.4 % 55.6 %
6 51 % 49 %
7 56.2 % 43.8 %
8 60.5 % 39.5 %
9 64 % 36 %
10 66.9 % 31.1 %
INFINI 100 % 0 %

Dans le cas idéal où toute l'énergie fournie par l'émetteur est rayonnée par l'antenne le SWR ou ROS sera de 1.

PLUS LE ROS SERA IMPORTANT,
MOINS LE RENDEMENT SERA BON
ET PLUS L'ÉMETTEUR RISQUERA D'ÊTRE GRILLÉ

Il est communément admis qu'il ne faut pas émettre avec un SWR de supérieur à 3. Pour une question de rendement bien sûr, mais surtout pour un risque majeur de voir l'émetteur "grillé" par l'échauffement des composants dû à l'énergie renvoyée par l'antenne (REF).

Pour calculer le tos, il faut utiliser un TOS-mètre (SWR-meter).

Le schéma de montage est le suivant :

   
MICRO
       
           

SOURCE
D'ÉNERGIE

_____
RX / TX
___(¹)__
TOS MÈTRE
_____
ANTENNE

(1) Mettre entre l'émetteur et le TOS-mètre un câble coaxial RG 213 (11 mm) d'une longueur d'une quinzaine de centimètres maximum.

A l'arrière du TOS-mètre, vous brancherez la coaxial arrivant de l'antenne sur la prise avec le symbole"ANT" et la coaxial qui va au poste sur la prise avec le symbole"RTX" ou "TRANS".

Avant d'utiliser votre TOS-mètre, consultez la notice d'utilisation. Certain appareils ont besoin d'un étalonnage avant mesure.


6. LONGUEUR RÉELLE DE L'ANTENNE

Dans la pratique, on constate que pour une fréquence de 10 MHz et son antenne demi-onde, le TOS le plus bas n'est pas obtenu avec une antenne de 15 m mais avec une antenne comprise entre 14.1 et 14.5 mètres, suivant le type d'antenne choisie.

Ceci est dû à ce que l'on appelle une effet de tête. C'est une curieuse aptitude de l'antenne à se prendre pour plus longue qu'elle n'est en réalité, comme si elle était pourvue de rallonges invisibles.

La longueur pratique d'une antenne sera de 5 à 15% inférieure à sa longueur théorique.

Pour compliquer le tout, la forme du brin rayonnant, le métal dont il est composé et le positionnement de l'antenne dans l'espace influent également sur les résultats. Enfin l'environnement joue également un rôle : si l'antenne n'est pas bien dégagée, des phénomènes de réflexions d'ondes peuvent intervenir pour élever le SWR.

En conclusion, le rapport entre fréquence et longueur (L=V/f) nous servira de base pour construire l'antenne. En modifiant peu à peu la longueur et le positionnement de l'antenne, en fonction des mesures prises à chaque manipulation, on construira une antenne parfaitement adaptée à la fréquence d'émission.


7. DÉGAGEMENT D'UNE ANTENNE

Quelle que soit le type d'antenne utilisée, il faudra veiller à ce qu'elle soit le plus dégagé possible. IL faudra donc éviter tous les obstacles pouvant interférer avec le rayonnement de l'antenne (toits en tôle, constructions, lignes à hautes tension, arbres, autres antennes, ...).

Il faudra placer l'antenne le plus haut possible et vérifier que rien ne touche les brins de l'antenne.

Cette recherche du dégagement optimal est très importante car on constate qu'une petit émetteur de 10 watts de puissance alimentant une antenne bien dégagée donne un bien meilleur rendement qu'un émetteur de 100 watts associé à une antenne enfermée dans une pièce ou une cours d'immeuble.

Ainsi le premier souci d'un opérateur qui arrive sur un site où il doit installer une radio sera de trouver le meilleur positionnement de l'antenne. Il cherchera ensuite à installer son émetteur à proximité immédiate de l'antenne afin de réduire les pertes dues à la résistance du coaxial.

!!! ATTENTION !!!

LE COURANT QUI EST ENVOYÉ DURANT L'ÉMISSION EST DU COURANT ALTERNATIF A HAUTE FRÉQUENCE POUVANT ÊTRE DE FORTE PUISSANCE

IL NE FAUT DONC JAMAIS TOUCHER UNE ANTENNE PENDANT L'ÉMISSION

CELA PEUT PROVOQUER DES BRÛLURES DE LA PEAU


8. PROCÉDURE D'ACCORD D'UNE ANTENNE

Cette partie vous intéressera plus en HF qu'en VHF ou UHF. Car pour ces deux derniers, il existe des antennes relativement peu onéreuses déjà calibrées pour ces gammes d'ondes.

Si l'on possède un tableau du constructeur, il suffira de s'y conformer pour arriver ensuite à un rendement correct. Quelques petits ajustements permettront rapidement d'atteindre un taux d'ondes stationnaires correct (proche de 1).

En l'absence de tableau, il faudra :

  •  calculer la longueur théorique de l'antenne.

  •  choisir la longueur suivant le type d'antenne que vous allez utiliser (7/8ème, 1/2, ...).

  •  monter l'antenne en incorporant entre le poste et l'émetteur le TOS-mètre.

  •  se mettre, si possible, en mode AM (avec ce mode, le simple fait de mettre l'émetteur en émission envoie une porteuse jusqu'à l'antenne et permet d'avoir un signal stable. Alors que dans les autres modes, si l'on utilise la voix, ce signal ne sera pas constant, rendant difficile les réglages).

  •  mettre la fonction RF POWER au minimum. Cette fonction règle la puissance d'émission. Il faut la mettre au minimum car comme le SWR est un rapport entre l'énergie émise et celle réfléchie, sa valeur sera la même que l'on émette avec 10 watts ou 100. Cela évitera de risquer de griller l'émetteur.

  •  faire des essais d'émission sur la fréquence choisie et sur plusieurs fréquences avoisinantes, inférieures et supérieures.

  •  mesurer et noter les différentes valeurs du SWR à ces fréquences. Le but étant de trouver la fréquence pour laquelle le SWR est le plus bas¹.

  •  une fois trouvé, le TOS le plus bas indique que la longueur d'antenne est accordée à la fréquence affichée. Si la fréquence affichée par l'émetteur est plus grande que celle voulue (ex : 10.350 MHz au lieu de 10.000 MHz), il faudra augmenter la longueur de l'antenne. Si la fréquence affichée par l'émetteur est plus petite que celle voulue (ex : 9.700 MHz au lieu de 10.000 MHz), il faudra diminuer la longueur de l'antenne.

  •  une fois l'antenne accordée, noter la longueur de l'antenne et faire un schéma de votre montage. Cela pourra servir lors d'une autre installation pour émettre sur la même fréquence.

  •  revenir au mode d'émission voulue (SSB, FM, ...).

  •  remettre la puissance d'émission au maximum.

(1) Si à aucun moment, le TOS ne baisse de manière significative, cela signifie qu'il y à un problème d'un autre type (court-circuit, déconnexion, erreur de calcul ou de montage, ...) qu'il faut résoudre avec de continuer le réglage de la longueur d'antenne.

Si l'appareil ne permet pas de balayer les fréquences avoisinantes, il faudra faire autrement. Il faudra dans ce cas, si l'on constate une valeur trop importante du TOS sur la fréquence donnée, diminuer l'antenne de plus ou moins 5 % à chaque essai, en prenant de la marge au début de la manoeuvre, jusqu'à obtenir un TOS acceptable (inférieur à 1.7). Mais n'oubliez jamais que l'on peu diminuer un brin mais que si vous avez coupé trop court, il n'est pas possible de recoller les morceaux :-)

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