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Antenne multibande EFHW -demi-onde alimentée en bout
par Mhz Sam 10 Aoû - 8:52
L’antenne EFHW (End Fed Half-Wave) ou « Antenne demi-onde alimentée en bout » est une antenne filaire, qui, en théorie, a de nombreux avantages :
multi-bande,
ne nécessite (en principe) pas de tuner,
a le même diagramme de rayonnement qu’un doublet,
facile à installer et à régler,
s’alimente en extrémité (avantage ou inconvénient selon la configuration des lieux),
facilement adaptable à une bande plus basse
L’antenne EFHW (End Fed Half Wave) a été décrite de nombreuses fois sur internet (voir quelques références en bas de page).
Je ne rappellerai donc que brièvement son fonctionnement :
L’intensité du courant dans une antenne demi-onde est maximale au centre de l’antenne (ventre de courant) et en principe nulle aux extrémités.
Son impédance au centre est de l’ordre de 73 ohms.
Alimenter une antenne demi-onde à l’une de ses extrémités a pour avantage de la faire résonner également sur ses harmoniques impaires (comme un dipôle alimenté en son centre), mais aussi sur les harmoniques paires.
[/url
Aux extrémités (ventre de tension), l’impédance est de plusieurs milliers d’ohms.
De ce fait, une antenne demi-onde taillée pour le 80 m résonnera sur toutes les bandes amateur y compris les bandes WARC (80/40/30/20/17/15/12/10 m). Il est même possible de lui ajouter une self au bout pour la faire résonner sur le 160 m.
L’alimentation en extrémité est donc une alimentation en tension.
Il faut alors adapter l’impédance de l’antenne qui est de plusieurs milliers d’ohms au 50 ohms de l’émetteur à l’aide d’un transformateur :
[url=https://servimg.com/view/20463017/3201]
Celui-ci doit être large bande et de rapport 1:49 ou 1:64 (il y a deux écoles…).
En effet, si l’impédance à l’entrée du primaire du transformateur est de 50 ohms, cela représente 50×49 = 2450 ohms ou 50×64 = 3200 ohms au secondaire du transformateur.
Celui-ci est réalisé de la façon suivante (rapport 1:49, puissance 100 W max) :
Tore FT240-43
Fil émaillé diamètre 2 mm
C = 100 à 150 pF 1000 V (pour 100 W)
Primaire : 2 spires (en rouge)
Secondaire : 2 x 7 spires
Un tour correspond au passage du fil dans le trou central.
Le 7ème tour se fait donc au passage du fil au milieu du trou central avec inversion de sens pour diminuer les capacités parasites.
Pour un transformateur 1:64 ajouter 2×1 spire au secondaire.
Et voici deux exemples de réalisations personnelles :
Transformateur 1:64 dans un pot de crème pour le corps -
Transformateur 1:49 logé dans une boîte de dérivation étanche
RETOUR D’EXPERIENCE :
L’antenne est constituée d’un fil de 39 m environ (inox entouré de cuivre + gaine) à 4 m du sol à ses extrémités et à 5-6 m pour la partie centrale.
Ce n’est pas très haut, j’en suis conscient, mais je n’avais pas le choix, il faut faire des compromis… Nous verrons plus loin l’effet sur les performances de l’antenne.
Le transformateur est monté en haut du mât près du « shack ».
Le fil est maintenu sur les mâts intermédiaires grâce à des potences (non représentées) munies d’isolateurs.
Pour tailler l’antenne sur la bande la plus basse, j’utilise un Mini-VNA afin d’obtenir un ROS minimal autour de 3,650 MHz en raccourcissant l’antenne petit à petit à partir d’une longueur initiale de 40 m.
Voici les résultats sur toutes les bandes de 80 m à 10 m :
Sachant qu’un ROS de 1,5 correspond à une diminution de la puissance transmise à la charge [*] de 4%, qu’un ROS de 2 à 11% et un ROS de 3 à 25%, on peut utiliser l’antenne sans tuner sauf peut-être pour le 10 m et le 30 m, à condition bien sur que l’émetteur supporte un ROS de 1,5 à 2, ce qui est souvent le cas.
[*] Attention ! Ici on parle de la charge vue en sortie de l’émetteur, c’est à dire coaxial + antenne.
Maintenant, qu’en est-il des performances réelles de cette antenne ?
Des essais sur l’air montrent que pour l’ensemble des bandes du 40 au 10 m, ses performances semblent être meilleures que l’antenne provisoire que j’utilisais auparavant. Il s’agissait d’un L inversé composé d’une partie verticale de 7 m de haut, fixée sur un mât en fibre de verre (canne à pêche) et prolongée par une partie oblique de 8 m, descendant à 4 m du sol. Un radian de 20 m en zigzag était posé sur le sol faisant office de contre-poids.
Bien entendu, cette antenne provisoire était accordée via un tuner d’antenne sur toutes les bandes.
Concernant le 80 m, les premiers rapports d’OM locaux me laissaient à penser que l’antenne EFHW, de presque 40 m de long, était moins performante, du moins en local.
Pourquoi ?
En fait, il y a sans doute plusieurs raisons :
en champ proche la différence de polarisation de l’ancienne antenne par rapport à la nouvelle EFHW peut expliquer la différence avec certains OM,
comme indiqué plus haut, l’antenne « culmine » à 6 m en son point le plus haut.
Si l’on entre les paramètres de cette antenne dans un logiciel de modélisation, on constate en effet que sur la bande des 80 m cette antenne « chauffe les nuages… »
A comparer à la même antenne à λ/2 de hauteur :
autre raison de cette baisse de performance, les pertes dans le transformateur. En effet, certains OM ont calculé jusqu’à 30% de pertes en puissance dues au transformateur,
les paramètres de réalisation du transformateur (matériau utilisé, diamètre du fil, longueur des torsades du primaire, espacement des spires…) ont une influence certaine sur les performances.
En conclusion :
Cette antenne, comme toute autre antenne, n’échappe pas aux compromis auxquels tout OM est confronté, par exemple en termes d’environnement (hauteur effective, alimentation au centre ou en extrémité, longueur ou surface disponible, contrainte de voisinage, etc.).
Néanmoins, l’antenne EFHW a le gros avantage d’être plutôt discrète, multi-bande et de ne pas avoir besoin de boîte d’accord, à condition de réaliser correctement le transformateur.
Ce n’est qu’après un certain nombre de QSO sur toutes les bandes que je pourrais me prononcer sur ses performances, mais d’ores et déjà elle m’apporte un confort d’utilisation non négligeable par rapport à mon antenne provisoire utilisable qu’avec une boîte d’accord.
Sur 80 m, après quelques semaines d’utilisation, la tendance semble s’inverser, mais pas de conclusion hâtive, c’est peut-être juste la propagation qui est différente -
Néanmoins, l’expérimentation n’est pas terminée. En effet, beaucoup d’OM ont d’excellents résultats avec cette antenne. Parmi les expérimentations possibles :
en premier, rehausser l’antenne,
utiliser d’autres matériaux pour le tore,
mettre 2 ou 3 tores en parallèle,
modifier le rapport de transformation,
augmenter le diamètre du fil du transformateur,
disposer les spires différemment pour minimiser les capacités parasites,
insérer une self de choc dans la descente coaxiale pour réduire le courant de gaine,
insérer une self de compensation dans l’antenne pour améliorer le ROS sur les bandes hautes,
ajouter une self en extrémité pour faire résonner l’antenne sur 160 m,
ajouter un radian pour faire un contre-poids électrique,
multi-bande,
ne nécessite (en principe) pas de tuner,
a le même diagramme de rayonnement qu’un doublet,
facile à installer et à régler,
s’alimente en extrémité (avantage ou inconvénient selon la configuration des lieux),
facilement adaptable à une bande plus basse
L’antenne EFHW (End Fed Half Wave) a été décrite de nombreuses fois sur internet (voir quelques références en bas de page).
Je ne rappellerai donc que brièvement son fonctionnement :
L’intensité du courant dans une antenne demi-onde est maximale au centre de l’antenne (ventre de courant) et en principe nulle aux extrémités.
Son impédance au centre est de l’ordre de 73 ohms.
Alimenter une antenne demi-onde à l’une de ses extrémités a pour avantage de la faire résonner également sur ses harmoniques impaires (comme un dipôle alimenté en son centre), mais aussi sur les harmoniques paires.
[/urlAux extrémités (ventre de tension), l’impédance est de plusieurs milliers d’ohms.
De ce fait, une antenne demi-onde taillée pour le 80 m résonnera sur toutes les bandes amateur y compris les bandes WARC (80/40/30/20/17/15/12/10 m). Il est même possible de lui ajouter une self au bout pour la faire résonner sur le 160 m.
L’alimentation en extrémité est donc une alimentation en tension.
Il faut alors adapter l’impédance de l’antenne qui est de plusieurs milliers d’ohms au 50 ohms de l’émetteur à l’aide d’un transformateur :
[url=https://servimg.com/view/20463017/3201]
Celui-ci doit être large bande et de rapport 1:49 ou 1:64 (il y a deux écoles…).
En effet, si l’impédance à l’entrée du primaire du transformateur est de 50 ohms, cela représente 50×49 = 2450 ohms ou 50×64 = 3200 ohms au secondaire du transformateur.
Celui-ci est réalisé de la façon suivante (rapport 1:49, puissance 100 W max) :
Tore FT240-43
Fil émaillé diamètre 2 mm
C = 100 à 150 pF 1000 V (pour 100 W)
Primaire : 2 spires (en rouge)
Secondaire : 2 x 7 spires
Un tour correspond au passage du fil dans le trou central.
Le 7ème tour se fait donc au passage du fil au milieu du trou central avec inversion de sens pour diminuer les capacités parasites.
Pour un transformateur 1:64 ajouter 2×1 spire au secondaire.
Et voici deux exemples de réalisations personnelles :
Transformateur 1:64 dans un pot de crème pour le corps -
Transformateur 1:49 logé dans une boîte de dérivation étanche
RETOUR D’EXPERIENCE :
L’antenne est constituée d’un fil de 39 m environ (inox entouré de cuivre + gaine) à 4 m du sol à ses extrémités et à 5-6 m pour la partie centrale.
Ce n’est pas très haut, j’en suis conscient, mais je n’avais pas le choix, il faut faire des compromis… Nous verrons plus loin l’effet sur les performances de l’antenne.
Le transformateur est monté en haut du mât près du « shack ».
Le fil est maintenu sur les mâts intermédiaires grâce à des potences (non représentées) munies d’isolateurs.
Pour tailler l’antenne sur la bande la plus basse, j’utilise un Mini-VNA afin d’obtenir un ROS minimal autour de 3,650 MHz en raccourcissant l’antenne petit à petit à partir d’une longueur initiale de 40 m.
Voici les résultats sur toutes les bandes de 80 m à 10 m :
Sachant qu’un ROS de 1,5 correspond à une diminution de la puissance transmise à la charge [*] de 4%, qu’un ROS de 2 à 11% et un ROS de 3 à 25%, on peut utiliser l’antenne sans tuner sauf peut-être pour le 10 m et le 30 m, à condition bien sur que l’émetteur supporte un ROS de 1,5 à 2, ce qui est souvent le cas.
[*] Attention ! Ici on parle de la charge vue en sortie de l’émetteur, c’est à dire coaxial + antenne.
Maintenant, qu’en est-il des performances réelles de cette antenne ?
Des essais sur l’air montrent que pour l’ensemble des bandes du 40 au 10 m, ses performances semblent être meilleures que l’antenne provisoire que j’utilisais auparavant. Il s’agissait d’un L inversé composé d’une partie verticale de 7 m de haut, fixée sur un mât en fibre de verre (canne à pêche) et prolongée par une partie oblique de 8 m, descendant à 4 m du sol. Un radian de 20 m en zigzag était posé sur le sol faisant office de contre-poids.
Bien entendu, cette antenne provisoire était accordée via un tuner d’antenne sur toutes les bandes.
Concernant le 80 m, les premiers rapports d’OM locaux me laissaient à penser que l’antenne EFHW, de presque 40 m de long, était moins performante, du moins en local.
Pourquoi ?
En fait, il y a sans doute plusieurs raisons :
en champ proche la différence de polarisation de l’ancienne antenne par rapport à la nouvelle EFHW peut expliquer la différence avec certains OM,
comme indiqué plus haut, l’antenne « culmine » à 6 m en son point le plus haut.
Si l’on entre les paramètres de cette antenne dans un logiciel de modélisation, on constate en effet que sur la bande des 80 m cette antenne « chauffe les nuages… »
A comparer à la même antenne à λ/2 de hauteur :
autre raison de cette baisse de performance, les pertes dans le transformateur. En effet, certains OM ont calculé jusqu’à 30% de pertes en puissance dues au transformateur,
les paramètres de réalisation du transformateur (matériau utilisé, diamètre du fil, longueur des torsades du primaire, espacement des spires…) ont une influence certaine sur les performances.
En conclusion :
Cette antenne, comme toute autre antenne, n’échappe pas aux compromis auxquels tout OM est confronté, par exemple en termes d’environnement (hauteur effective, alimentation au centre ou en extrémité, longueur ou surface disponible, contrainte de voisinage, etc.).
Néanmoins, l’antenne EFHW a le gros avantage d’être plutôt discrète, multi-bande et de ne pas avoir besoin de boîte d’accord, à condition de réaliser correctement le transformateur.
Ce n’est qu’après un certain nombre de QSO sur toutes les bandes que je pourrais me prononcer sur ses performances, mais d’ores et déjà elle m’apporte un confort d’utilisation non négligeable par rapport à mon antenne provisoire utilisable qu’avec une boîte d’accord.
Sur 80 m, après quelques semaines d’utilisation, la tendance semble s’inverser, mais pas de conclusion hâtive, c’est peut-être juste la propagation qui est différente -
Néanmoins, l’expérimentation n’est pas terminée. En effet, beaucoup d’OM ont d’excellents résultats avec cette antenne. Parmi les expérimentations possibles :
en premier, rehausser l’antenne,
utiliser d’autres matériaux pour le tore,
mettre 2 ou 3 tores en parallèle,
modifier le rapport de transformation,
augmenter le diamètre du fil du transformateur,
disposer les spires différemment pour minimiser les capacités parasites,
insérer une self de choc dans la descente coaxiale pour réduire le courant de gaine,
insérer une self de compensation dans l’antenne pour améliorer le ROS sur les bandes hautes,
ajouter une self en extrémité pour faire résonner l’antenne sur 160 m,
ajouter un radian pour faire un contre-poids électrique,
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