Antennes de réception et d'émission HF.

À propos de la hauteur d'installation de l'antenne

Lors du choix de la conception d'une antenne d'émission et de réception pour votre station de radio amateur, un opérateur à ondes courtes doit prendre en compte de nombreux facteurs et rechercher des solutions de compromis à de nombreux problèmes techniques. L'un d'eux est la hauteur d'installation de l'antenne. Les capacités d'un radioamateur dans ce domaine (peu importe où il habite - en ville ou à la campagne) sont très, très limitées. Existe-t-il des solutions optimales ici ? Dans une certaine mesure, la réponse à cette question est apportée par les expériences menées par DJ2NN[1].

Il convient de souligner qu'il n'est pas facile de mesurer la dépendance de l'efficacité de l'antenne à la hauteur de son installation aux ondes courtes. Naturellement, ces données sont particulièrement intéressantes pour les trajets longue distance (c'est-à-dire pour les liaisons DX), ce qui signifie que les résultats de mesure sont fortement influencés par la propagation des ondes radio dans l'ionosphère (en particulier les fluctuations de transmission rapides). De plus, dans le cas général, ces dépendances peuvent avoir un caractère différent pour des trajets de longueurs et de directions azimutales différentes. La fiabilité des résultats ne peut être augmentée que par des mesures répétées et un ensemble de données statistiques.




1. Dépendance de l'efficacité d'une antenne HF directionnelle sur la hauteur de son installation (1 - station DX, 2 - zone « proche ») : a - gamme 14 MHz ; bande b 28 MHz

DJ2NN a mesuré la dépendance de l'efficacité de l'antenne à la hauteur de son installation sur les bandes amateurs 14, 21 et 28 MHz en mode de réception des signaux des stations DX (la longueur du trajet est d'au moins 5 000 km). De plus, des dépendances similaires ont été mesurées à partir de signaux provenant de stations situées dans la zone « proche », où la connexion est due à une onde de surface. Dans ces expériences, DJ2NN a utilisé des antennes à « canal d'onde », dont la hauteur d'installation pouvait être modifiée très rapidement dans la plage de 2,5 à 25 m. Il a pris des mesures spéciales qui élimineraient les erreurs de mesure causées par le désaccord de l'antenne à de faibles hauteurs d'installation. (en raison de l’influence de la « terre »). Les résultats de ces expériences pour les bandes 14 et 28 MHz sont présentés sur la Fig. 1, a et 1, b. L'évolution générale des dépendances similaires pour la gamme 21 MHz est très proche des données présentées sur la Fig. 1, une. Les courbes marquées du numéro 1 font référence aux mesures basées sur les signaux des stations DX, et le numéro 2 fait référence aux mesures des stations situées dans la zone « proche ». L'analyse de ces courbes permet de tirer plusieurs conclusions. Premièrement, mesurer les paramètres d'une antenne à ondes courtes et tester son diagramme de rayonnement en fonction de l'intensité du champ dans la zone « proche » ne peut pas toujours fournir des informations objectives sur son efficacité lors de la conduite de communications DX. Autrement dit, les mesures en zone « proche » sont une étape nécessaire, mais parfois insuffisante, dans la mise en place d'une antenne HF directionnelle. Deuxièmement, dans la plage d'altitude de 2,5... 15 m, l'efficacité d'une telle antenne dans les bandes 14 et 21 MHz change beaucoup. Une situation peut survenir lorsqu'une antenne à deux éléments plus simple et plus légère, élevée à une hauteur de 10 ... 12 m, s'avère plus efficace que, par exemple, une antenne à trois éléments, qu'un radioamateur ne peut pas élever au-dessus de 5 ... 7 m (en raison d'une masse plus importante, d'un dispositif rotatif plus encombrant et plus lourd, etc.)



Dépendance de l'efficacité d'une antenne VHF directionnelle sur la hauteur de son installation : 1—bande 432 MHz ; Gamme 2' - 144 MHz

Et troisièmement, augmenter la hauteur d’installation de l’antenne au-delà d’environ 17 m n’est pas justifié. L'efficacité augmente légèrement, mais les coûts de fabrication et les difficultés techniques associées à l'installation et au fonctionnement de l'antenne augmentent plusieurs fois.

Riz. La figure 2 illustre l'influence de la hauteur d'installation d'une antenne VHF sur son efficacité pour les bandes 144 (courbe 2) et 432 (courbe 1) MHz. Ces mesures ont été réalisées par DJ2NN pour une source de signal située à 20 km. Il est intéressant de noter que dans ce cas les dépendances n'ont quasiment pas tendance à saturer en altitude.

Antennes omnidirectionnelles

La plupart des opérateurs d'ondes courtes sont contraints de se limiter à l'installation d'une seule antenne, qu'ils essaient bien entendu de rendre multibande et non directionnelle. Il existe de nombreuses conceptions d'antennes similaires dans lesquelles ces exigences sont plus ou moins satisfaites. L'une de ces antennes, « G5RV » (d'après l'indicatif d'appel du radioamateur qui l'a proposée [2]), est conçue pour fonctionner sur les bandes amateur 3,5... 28 MHz.

Les dimensions de l'antenne et de la ligne d'adaptation à deux fils sont indiquées sur la Fig. 3.a, l'antenne est alimentée par un câble coaxial d'impédance caractéristique de 75 Ohms. La hauteur d'installation recommandée de l'antenne au-dessus du sol ou au-dessus du toit est d'environ 10 m. Si la portée sur laquelle l'antenne est installée est inférieure à 32 m, les sections d'extrémité du tissu d'antenne jusqu'à 3 m de long peuvent être laissées. suspendue (c'est-à-dire que pour l'installation de l'antenne, une portée d'environ 26 m convient dans ce cas). L'antenne « G5RV » permet en principe une installation en utilisant un seul mât en forme de « V INVERSÉ », mais pour que ses performances ne se détériorent pas sensiblement, l'angle au sommet doit être d'au moins 120°.



KB multibande « G5RV » : a - conception d'antenne simplifiée. b - isolant ; c - dispositif de ligne à deux fils : d - self haute fréquence

Une ligne d'adaptation à deux fils faite maison est formée de deux fils dont la distance est maintenue par des isolants permanents (Fig. 3, b) constitués d'un bon diélectrique non hygroscopique (plexiglas, textolite, etc.). , vous pouvez également utiliser du bois ou du contreplaqué. Les fils de ligne sont posés dans des découpes en forme de V aux extrémités des isolateurs et fixés avec de petits morceaux de fil (Fig. 3.0) passés à travers les trous des isolateurs. La ligne d'adaptation doit être perpendiculaire à la surface de l'antenne sur une longueur d'au moins 6 m.

Pour que l'antenne « G5RV » fonctionne efficacement sur toutes les bandes, son alimentation doit être connectée à l'émetteur via un dispositif d'adaptation. Étant donné que cette antenne a presque toujours une onde stationnaire à un degré ou à un autre dans le chargeur, cela n'a aucun sens d'utiliser un balun (BALUN) pour passer de la ligne correspondante au câble coaxial. Cependant, pour réduire le rayonnement de la tresse extérieure du câble (cela peut notamment provoquer des interférences avec la télévision), il est conseillé [3] de réaliser une self haute fréquence à partir de la partie supérieure du départ (Fig. 3. d). Le nombre de tours est de 8 .. 10, le diamètre d'enroulement est d'environ 180 mm, les tours sont fixés à trois endroits avec du ruban adhésif.



4. Option pour une antenne multibande basée sur « G5RW : a - conception de l'antenne : b - isolateur central et connexion d'alimentation

Une autre version d'une antenne HF multibande, basée sur le « G5RV » [4], est illustrée à la Fig. 4. une. Sur le mât central 1, d'environ 12 m de haut, deux panneaux d'antennes « G5RV » sont suspendus à un angle d'environ 30° l'un par rapport à l'autre. Les extrémités de ces toiles sont fixées par l'intermédiaire d'isolateurs 4 à quatre mâts auxiliaires 3, d'environ 6 m de haut. Au centre, les antennes de la toile sont reliées par paires à une ligne bifilaire commune 5 (voir Fig. 4.b). , qui est le même que dans le "G5RV" habituel, est réalisé à base d'air sur des isolateurs 6. L'isolateur central 2 sert à fixer les extrémités des pales sur le mât 1. Il est à noter que les dimensions données ne sont pas critiques . Ils peuvent varier dans une gamme assez large, en se concentrant sur les capacités du radioamateur et l'espace dont il dispose pour installer l'antenne.

Dans la littérature radioamateur, on trouve souvent des descriptions d'antennes horizontales multibandes, qui sont des émetteurs connectés en parallèle (par exemple, des dipôles demi-onde) pour des bandes HF distinctes. Ce principe peut également être appliqué pour créer des antennes à polarisation verticale. La conception d’une telle antenne HF à trois bandes [5] est illustrée à la Fig. 5. Un mât métallique 3, faisant office de radiateur dans la gamme 14 MHz, est installé sur un isolateur support 2. Dans sa partie supérieure, à une distance d'environ 350 cm de l'isolateur support, une entretoise diélectrique 9 est fixée. des émetteurs 4 sont fixés à la base du mât (et connectés électriquement à celui-ci) sur les bandes 21 et 28 MHz. La tension des émetteurs est assurée par des haubans en nylon 5, qui leur sont reliés au travers d'isolateurs 6. L'antenne est alimentée par un câble coaxial 8 d'impédance caractéristique de 50 Ohms dont l'âme centrale est reliée au mât 3 , et la tresse au système de contrepoids 7. Les longueurs de tous les émetteurs diffèrent de la valeur */4 pour la plage correspondante, ce qui est dû à l'influence mutuelle des émetteurs. Montré sur la Fig. 5, les dimensions des émetteurs ont été sélectionnées expérimentalement sur la base des valeurs minimales de SWR dans les plages de fonctionnement.



Une variante d'antenne large bande [b], fonctionnant sur toutes les bandes HF, y compris 160 m, est représentée sur la Fig. 6. L'antenne est un radiateur filaire de 22,6 m de long, à une distance d'un tiers de l'extrémité duquel un circuit LR est connecté, élargissant la bande de fréquences de fonctionnement.



6. Antenne KB pour les bandes 10..J60 m : a - vue générale : b -Circuit LR ; c - transformateur correspondant

Ce circuit (Fig. 6, b) est formé d'une résistance R d'une résistance de 370 Ohms (6 résistances d'une résistance de 2,2 kOhms et d'une puissance de dissipation maximale de 1 W) et d'une bobine L (55 tours de fil avec un diamètre de 1 mm, enroulement continu sur un châssis d'un diamètre d'environ 50 mm ).

L'antenne est connectée au chargeur (impédance 50 Ohm) via un transformateur adapté (Fig. 6, c). Il est réalisé sur un noyau magnétique annulaire en ferrite d'un diamètre d'environ 50 mm avec une perméabilité magnétique initiale d'environ 20. Chaque enroulement comporte 24 spires de fil d'un diamètre de 1 mm. L'antenne est connectée à la prise du 18ème tour de l'enroulement secondaire. Le point de connexion est sélectionné expérimentalement lors de la mise en place de l'antenne.

L'antenne est accordée en sélectionnant d'abord l'inductance de la bobine L et le point auquel l'antenne est connectée au transformateur d'adaptation. Le critère est le ROS minimum dans les bandes amateurs. Bien que l'article mentionne la possibilité que l'antenne fonctionne même sur une portée de 160 m, en réalité, apparemment, des performances satisfaisantes ne peuvent être obtenues qu'à des fréquences de 7 MHz et plus.

L’influence de la « terre »

L'antenne décrite ci-dessus, ainsi que de nombreuses autres antennes « filaires » et fouets, nécessite une bonne « masse radio » pour son fonctionnement normal (efficace). Dans des conditions urbaines (et pas seulement urbaines), cela est généralement assuré en connectant un équivalent - des contrepoids. Combien de contrepoids et quelle longueur peuvent créer un bon « sol radio » ? Les mesures montrent [7] que leur nombre doit dépasser 20... 30. Avec plusieurs contrepoids (cas très typique dans la pratique radioamateur), la résistance de perte est d'environ 30 Ohms. Cela signifie qu'environ 50 % de la puissance de l'émetteur est perdue. En d'autres termes, cela vaut la peine de réfléchir : ce qui est le plus simple - entrer en conflit avec l'Inspection nationale des télécommunications, en augmentant la puissance de l'émetteur au-delà des limites autorisées, ou ajouter plusieurs dizaines de contrepoids à l'antenne et obtenir la même efficacité de la station de radio dans son ensemble. .



7. Dépendance de la résistance d'entrée de la goupille sur le nombre de contrepoids

Les dépendances typiques de la résistance d'entrée d'une broche quart d'onde (valeur théorique 37 Ohms) sur le nombre de contrepoids quart d'onde pour diverses conditions (1 - sol sec, 2 - humide, 3 - valeur théorique) sont illustrées à la Fig. 7. Compte tenu de ces dépendances, il ne faut pas s'étonner qu'un GP avec trois contrepoids fournisse un ROS de ~ 1 lorsqu'il est alimenté par un câble coaxial de 75 Ohm (valeur ROS théorique de ~ 2). Le fonctionnement efficace de certaines antennes verticales dans une large bande de fréquences devient clair - les pertes dans le « sol » l'augmentent considérablement.

Circuits de réjection pour antennes KB

Les antennes avec circuits à encoche (« W3DZZ » et similaires) sont largement utilisées dans la pratique de la radio amateur. Ils ont des caractéristiques tout à fait acceptables, mais du point de vue de la conception, ils ne sont pas tout à fait pratiques. Des difficultés particulières (de fabrication ou d'achat) sont causées par le condensateur inclus dans le circuit Notch LC. Il doit avoir une valeur nominale très spécifique et des paramètres électriques très élevés, fonctionnant dans des conditions d'exposition à l'humidité.

Le circuit de réjection pour antennes de type « W3DZZ » peut être réalisé à partir d'un morceau de câble coaxial dont la tresse formera l'inductance nécessaire, et la « tresse centrale » créera la capacité nécessaire |8].



8. Conception d'un circuit notch basé sur un câble coaxial

La conception d'un tel circuit coupe-circuit est illustrée à la Fig. 8. Un câble coaxial 2 est enroulé sur le cadre diélectrique 1. Les extrémités du câble 3 sont passées dans les trous du cadre et soudées (5) conformément à la figure. Les supports 4 sont utilisés pour connecter les panneaux d'antenne 6.

Pour les antennes simples avec circuits notch, le choix des paramètres de bobine est assez arbitraire (il suffit de fournir la fréquence notch requise). Dans l'antenne « W3DZZ ». de plus, il est nécessaire d'avoir un rapport très défini entre l'inductance de la bobine L et la capacité du condensateur C - sans cela, il est impossible de réaliser les propriétés multibandes de l'antenne.

Antennes directionnelles

Une antenne HF directionnelle rotative est le rêve de tous les amateurs d’ondes courtes. Cependant, de nombreux radioamateurs ne peuvent pas réaliser une antenne grandeur nature (« canal d'onde », « double carré », etc.). L'une des raisons en est la surface très limitée sur le toit d'un immeuble résidentiel qu'un opérateur à ondes courtes peut utiliser. utiliser pour installer une antenne (surtout dans les maisons - tours). C'est pourquoi les magazines de radioamateur décrivent si souvent diverses options pour les antennes HF monobandes ou multibandes de petite taille.



9. Antenne directionnelle « DOUBLE-D »

L'antenne, dont un schéma est présenté sur la Fig. 9, a été appelé « DOUBLE-D » (« double delta ») [9]. De petite taille, léger, il pourrait bien s'agir de la première conception d'un opérateur ondes courtes qui souhaite augmenter l'efficacité de sa station radioamateur en installant une antenne directionnelle rotative.

Sur le mât 1, à une distance D de son sommet se trouvent quatre entretoises 2 en bambou ou en bois imprégné de composés résistant à l'humidité. Les feuilles de l'élément actif 3 et du réflecteur 4 sont fixées aux extrémités de ces entretoises et à travers les haubans 5. Les deux feuilles sont constituées de fil de cuivre ou de cordon d'antenne, et les haubans sont constitués de corde de nylon. La configuration de l'élément actif et du réflecteur ressemble à la lettre latine D, d'où le nom de l'antenne. L'antenne est alimentée via un câble coaxial 6 d'impédance caractéristique de 50 Ohms.

La longueur des éléments du fil d'antenne en mètres est calculée à l'aide des formules suivantes (f est la fréquence de fonctionnement en MHz) :

A = B = 85,1/f
C = 60,2/f
D = 17,8/f
E = 34/f

La valeur de fréquence f est choisie soit au milieu de la bande amateur correspondante, soit au milieu de sa section la plus intéressante pour les ondes courtes (par exemple, au milieu de la section télégraphique).

Sur la base des données de [9], l'antenne « DOUBLE-D » n'est pratiquement pas inférieure à l'antenne « canal d'onde » à deux éléments en termes de directivité et de rapport de rayonnement arrière-avant. Cependant, sa bande passante est plus faible, comme l'illustre la Fig. 10, qui montre les dépendances du ROS sur la fréquence (plage de 28 MHz) pour l'antenne « DOUBLE-D » (courbe 1) et le « canal d'onde » pleine grandeur (courbe 2).



10. Dépendance du coefficient d'onde stationnaire sur la fréquence dans la gamme de 10 m pour les antennes « DOUBLE-D » et un « canal d'onde » à deux éléments

Cette antenne est configurée en sélectionnant la longueur de l'élément actif et du réflecteur. A la fréquence de résonance, son impédance d'entrée est purement active et est d'environ 40 Ohms.

En utilisant ce principe de construction d’antenne, il est possible de réaliser une conception multibande. Dans ce cas, il convient d’alimenter chacun des éléments actifs avec un câble coaxial séparé. Des expériences avec une antenne bi-bande (14 et 21 MHz) ont montré que l'installation d'éléments sur la deuxième bande sur la même conception ne modifie pas les diagrammes de rayonnement des antennes. Lorsque les deux éléments actifs étaient alimentés, même via un seul câble coaxial, le ROS dans les deux bandes amateurs ne dépassait pas 2.

Un « double carré » compact tri-bande (14, 21 et 28 MHz) (Fig. 11) a été proposé. 9Н1GL [10]. En termes de dimensions, il ne dépasse pas un « double carré » bibande à 21 et 28 MHz. Cette antenne se compose essentiellement de deux « doubles carrés » pleine grandeur pour les bandes 21 et 28 MHz, et la troisième bande, 14 MHz, est obtenue en connectant des condensateurs de charge aux éléments de la bande 21 MHz.



11. Trois bandes de petite taille - double carré : a - vue de face ; b - vue latérale ; c - configuration des éléments d'antenne

Une courte poutre porteuse 2 est fixée au mât 1, à laquelle sont à leur tour fixées les équerres « hérisson » 3. L'utilisation d'une combinaison de « traverse porteuse » et de « hérissons » (chacun d'eux séparément est largement utilisé dans les « doubles carrés ») a permis d'obtenir un point d'attache très haut pour les haubans 6. L'antenne tourne avec le mât 1 (le moteur et le réducteur sont installés à sa base), donc les haubans sont fixés au palier intermédiaire 5. La hauteur du mât est d'environ 5,5 m, le palier est installé 0,8... 1 m en dessous du point de fixation de la poutre de support . Dans ce cas, avec un angle maximum admissible entre le mât et les haubans de 30°, les points d'attache des haubans au toit seront à environ 2,7 m de la base du mât.

La configuration des éléments « hérisson » 3 (ils sont constitués d'une cornière en acier) est représentée sur la Fig. 11. c. 4 entretoises en bambou sont fixées aux parties coudées de ces éléments à l'aide de boulons ou de pinces en forme de U. La longueur des entretoises est d'environ 2,4 m. La longueur de chaque côté du cadre pour la gamme 21 MHz est de 3,6 m et pour la gamme 28 MHz, elle est de 2,75 m.

Les éléments de charge capacitive qui assurent le fonctionnement de l'antenne sur la bande 14 MHz sont situés à l'intérieur des cadres de la bande 21 MHz (légèrement plus proches du mât que ces cadres). Ils sont « désactivés » par quatre circuits à encoches - deux pour chaque image. La fréquence de résonance des circuits notch (avant connexion à l'antenne) est de 20,2 MHz. Structurellement, ils sont constitués d'un câble coaxial de la même manière que décrit dans la section précédente de la revue. Les circuits sont connectés entre le châssis et les charges capacitives aux points indiqués sur la Fig. 11

La méthode de réglage des éléments d'antenne sur les bandes 28 et 21 MHz ne diffère pas de la méthode standard. Dans la gamme 14 MHz, l'antenne est réglée en sélectionnant la longueur des éléments - charges capacitives. Si la modification de la longueur de ces éléments affecte de manière significative les paramètres de l'antenne sur la bande 21 MHz, cela indique que les circuits de réjection ne sont pas réglés avec précision (c'est-à-dire qu'ils ne « coupent » pas complètement la charge capacitive lorsqu'ils fonctionnent sur la bande 21 MHz. groupe).

Lors de l'alimentation de l'antenne avec un câble coaxial de 50 ohms, le ROS ne dépassait pas 2 sur les trois bandes