Le dipôle asymétrique (OCF)

par **Mhz** Sam 28 Sep - 20:41

Pourquoi considérer un dipôle asymétrique, demi-longueur d'onde (en anglais off-center-fed dipole ou OCF) au lieu d'une antenne dipôle, alimentée en son centre, pour la même demi-longueur d'onde ?

Parce que, dans certaines circonstances :

L'antenne OCF conviendra parfois mieux à l'emplacement physique disponible.

Elle répondra mieux au besoin d'utiliser la même antenne sur plus d'une bande de fréquences HF réservées aux radioamateurs.

Son efficacité sera plus grande que celle d'un dipôle classique (symétrique) en ce qui a trait aux signaux à faible angle d'incidence (explications plus loin).
Position du point d'alimentation
Il y a deux écoles de pensée.

La plus traditionnelle est d'alimenter la OCF en un point situé à 1/3 de distance à partir d'un bout du dipôle;

La moins fréquente est celle d'alimenter le dipôle asymétrique à près de 20% (ou 80%) de sa dimension horizontale, à partir d'un bout de l'antenne.
J'ai choisi la seconde (20% - 80%). Je vous explique pourquoi plus loin.

Mais d'abord, pour mieux comprendre les avantages du dipôle asymétrique, voyons le cas d'un dipôle demi-longueur d'onde symétrique classique, alimenté en son centre.

Le dipôle symétrique classique

Un dipôle symétrique (demi-longueur d'onde) ne pourra être utilisé que sur les harmoniques impairs de sa fréquence fondamentale (f0).

Donc, un dipôle classique, demi-longueur d'onde à 3,5 MHz (f0) - alimenté en son centre - sera utilisable (c'est à dire, qu'il présentera une impédance relativement compatible avec un câble coaxial de 50 ohms) aux fréquences suivantes :

10,5 MHz (3 x f0)
17,5 MHz (5 x f0)
24,5 MHz (7 x f0)
31,5 MHz (9 x f0)
Or, aucune de ces fréquences ne correspond aux bandes de fréquences HF utilisées par les radioamateurs !

Seul un dipôle demi-longueur d'onde classique, conçu pour le 40m (7,0 MHz), présentera également une basse impédance (50-70 ohms selon la hauteur au-dessus du sol et selon la conductivité du sol) et sera également utilisable sur la bande de 15m (3 x f0 = 21,0 MHz).

Le dipôle asymétrique 1/3 - 2/3
La plupart des amateurs choisiront d'alimenter leur dipôle asymétrique (OCF), de fabrication maison, en un point situé à 1/3 de sa longueur (ou 2/3, si vous préférez).

La plupart des fabricants aussi.

En effet, une telle antenne asymétrique (OCF) - alimentée hors centre, dont la fréquence de résonance fondamentale (f0) est 3,5 MHz, pourra être utilisée à des fréquences qui seront des multiples pairs de sa fréquence fondamentale (f0) :

3,5 MHz (f0)
7,0 MHz (2 x f0) = 40m
14,0 MHz (4 x f0) = 20m
28,0 MHz (8 x f0) = 10m

Une seule antenne demi-longueur d'onde OCF, conçue pour le 80m - alimentée à 1/3 de sa dimension horizontale hors-tout - donne accès directement à quatre bandes de fréquences HF : une véritable aubaine !

L'impédance (théorique), au point d'alimentation ainsi décentré, sera de l'ordre de 150 à 200 ohms.

Dans le but de pouvoir utiliser un câble coaxial (50 ohms) pour alimenter une telle antenne, plusieurs utiliseront un balun 1:4.

Personnellement, je préfère utiliser une ligne d'alimentation bifilaire de 300-450 ohms.

Comment fonctionne un dipôle asymétrique (OCF)
Alors, comment une OCF peut-elle servir sur les multiples pairs de sa fréquence fondamentale ?

Tant que le point d'alimentation ne coïncide pas avec un point de courant RF minimum, l'antenne est utilisable à cette fréquence.

Notez cependant que...

Une antenne OCF (1/3-2/3), telle qu'illustrée par le graphique ci-contre, sera (pratiquement) inutilisable sur le 15m (21 MHz) parce que l'impédance au point d'alimentation sera de l'ordre de quelques milliers d'ohms !

Pourquoi ? Parce que - malgré le fait que 21 MHz correspond à 6 fois 3,5 MHz (un multiple pair du 80 mètres) - le courant RF sera à un minimum au point d'alimentation, au lieu d'être près d'un maximum (apogée).

Fort heureusement, comme nous le verrons plus loin, il y a moyen de récupérer le 15m en déplaçant le point d'alimentation de l'antenne OCF à moins de 1/3 de l'extrémité du dipôle, soit plus près de 20%.

En résumé : Le point d'alimentation (1/3-2/3) se situe près d'un maximum de courant RF pour toutes les fréquences qui sont des multiples pairs de la fréquence fondamentale de l'antenne (f0 = 3,5 MHz), sauf pour le 15m.

Mais ce n'est pas tout !
Une antenne demi-longueur d'onde pour le 80 mètres, alimentée hors centre à 1/3 de distance d'un bout de l'antenne pourra également être utilisée sur de bandes intermédiaires de fréquences pour radioamateurs. Notamment sur,

17 mètres,
12 mètres...
... mais, hélas, pas sur 30 mètres !

Angle d'incidence des signaux d'une OCF
Un dipôle, conçu pour la bande de 80m, qu'il soit asymétrique ou symétrique, est souvent installé à une faible hauteur, au-dessus du sol, par rapport à sa longueur d'onde fondamentale. L'énergie RF, réfléchie par le sol, se combinera alors avec l'énergie RF irradiée par le dipôle.

Le résultat sera que l'antenne favorisera les signaux à grand-angle d'incidence (NVIS : Near Vertical Incidence Skywave) - au moins sur les bandes de 80m, 40 m et, un peu aussi, sur le 30m - ce qui est très bon pour les contacts locaux (à courtes distances) - mais très peu propice aux longues distances (DX).

Or, l'asymétrie de l'antenne, alimentée hors centre, place la ligne d'alimentation à l'intérieur du champ d'énergie RF irradié par l'antenne.

Résultat: le câble d'alimentation d'une antenne OCF se met à irradier un signal lui aussi!

Mais, contrairement à celui de la portion "active" de l'antenne, ce signal aura une polarisation verticale et se propagera vers l'horizon - dans tous les azimuts - ce qui en augmente la portée et favorise les contacts sur de beaucoup plus longues distances.

L'alimentation d'une OCF
L'impédance au point d'alimentation d'une OCF (1/3 - 2/3) se situera autour de 150-200 ohms, et celle d'une OCF alimentée à une distance d'environ 20% de son extrémité sera de 300 à 400 ohms. L'impédance dépendra également, entre autres...

de la dimension horizontale hors-tout du dipôle;
de la hauteur au-dessus du sol de l'antenne;
de la conductivité du sol;
des structures environnantes (arbres, édifices, tour...) situées à moins d'une demi-longueur d'onde.
Or, plusieurs radioamateurs choisiront d'utiliser un câble coaxial de 50 ohms (ex. RG8-X), avec un balun 4:1 pour courant RF (current balun) au point d'alimentation de l'antenne.

Malheureusement, il existe très peu de véritables baluns pour courant (current balun) sur le marché. Quand on réussit à en trouver, ils sont souvent mal conçus et occasionnent des pertes de signal. Ces pertes ne sont pas tellement perceptibles en mode émission, mais elles deviennent très importantes en mode réception.

Il suffit d'alimenter un dipôle avec une ligne bifilaire pour constater l'immense différence. Les signaux DX, auparavant étouffés par un balun, deviennent soudainement audibles!

D'ailleurs, pensez-y un peu.

Un balun signifie "balanced to unbalanced". Le balun est pratique pour "découpler" un dipôle *symétrique* (balanced) du câble coaxial (unbalanced) qui l'alimente et ce, dans le but de...

transformer l'impédance de l'antenne à une valeur avoisinant l'impédance caractéristique du câble coaxial utilisé et...

ne pas occasionner de distorsions dans le patron de radiation (théorique) d'un dipôle symétrique classique.
Je dis bien théorique parce que, de toute façon, un dipôle installé à moins d'une demi-longueur d'onde du sol, et des structures environnantes, présentera des caractéristiques souvent très éloignées de la théorie.

Mais... un dipôle OCF n'est pas, et de loin, "balanced"! Alors, pourquoi utiliser un balun pour tenter de préserver un équilibre qui n'existe pas!

En outre, et malgré le balun, l'asymétrie du dipôle OCF produira des courants RF sur le blindage du câble coaxial... qu'il faudra étrangler pour les empêcher d'interférer avec les appareils dans la salle radio, et ailleurs dans la maison, la nôtre et celle des voisins !

Les courants RF, présents sur la surface blindée du câble de transmission, sont potentiellement très nuisibles à l'appareil émetteur/récepteur.

Mais, rassurez-vous, il est possible de leur barrer la route avant qu'ils ne pénètrent à l'intérieur de la salle radio et ne viennent tout gâcher (interférence, chocs RF, etc.).

Bobine d'étranglement RF (RF choke) faite de RG8-X

Étrier de ferrite (RF choke) pour câble coaxial RG8-X

Afin de bloquer ces courants RF indésirables, il suffit d'installer des étrangleurs de RF (RF choke, en anglais) sur le câble coaxial d'alimentation, à l'extérieur de la salle radio, en utilisant :

soit plusieurs étriers de ferrite installés sur le câble coaxial,
soit une bobine faite de câble coaxial,
soit une combinaison des deux.
Mon installation 20%-80%

Suite aux essais effectués par W8JI (voir la référence plus bas) j'ai choisi d'alimenter mon antenne de 137 pieds (41,76 m) à 80% de sa dimension (ou 20% si vous préférez) et de l'alimenter avec une ligne bifilaire (ladder line) de 450 ohms pour obtenir une performance maximale sur toutes les bandes HF !

Mon antenne est donc alimentée à 27.4 pieds (8,35m) à partir du bout de l'antenne le plus rapproché de ma salle radio - ce qui place le point d'alimentation un peu plus loin du maximum de courant RF que dans le cas d'une asymétrique 1/3-2/3... ce qui a pour effet d'augmenter l'impédance de l'antenne.

Un dipôle classique, d'une demi-longueur d'onde, alimenté en son centre (au point maximum de courant RF), présente une impédance entre 50 et 70 ohms.

Un dipôle OCF, demi-longueur d'onde, alimenté hors centre (1/3 - 2/3), présente une impédance aux environ de 150-200 ohms parce que le point d'alimentation est décentré par rapport au maximum de courant RF.

Un dipôle OCF, demi-longueur d'onde, alimenté hors centre (20% - 80%), présente une impédance encore plus grande, soit entre 300-450 ohms, parce que le point d'alimentation est, pour quelques bandes de fréquences, encore un peu plus éloigné du maximum de courant RF que dans le cas d'une asymétrique 1/3 - 2/3. D'où mon choix d'une ligne d'alimentation bifilaire de 450 ohms.

Notez que... En déplaçant le point d'alimentation à environ 20% du bout de l'antenne asymétrique, on récupère l'utilisation du 15 mètres qu'on sacrifiait avec un point d'alimentation 1/3-2/3. Voilà qui est beaucoup mieux !

Je dois cependant souligner que l'impédance sur 17 mètres sera tout de même très haute parce que le courant RF sur 17m sera très faible (bien que non nul) au point d'alimentation.

L'efficacité de la ligne d'alimentation bifilaire
La ligne bifilaire de 450 ohms introduit une perte négligeable, en HF, même en la présence d'ondes stationnaires élevées. Cette très grande efficacité m'est très utile pour acheminer, vers le récepteur, les quelques maigres microvolts de RF qui me parviennent des stations très éloignées (DX).

J'utilise, à mon avantage, le reflux d'énergie RF, présent sur la ligne d'alimentation.

En effet, je laisse la ligne bifilaire 450 ohms irradier librement un signal (provenant du reflux RF) de polarisation verticale dans toutes les directions - ce qui favorise grandement les signaux à faible angle d'incidence - et ajoute, ainsi, une dimension non négligeable à la portée de mon antenne.

Mais, alors, comment empêcher ce reflux RF d'entrer dans ma salle radio ?
Le balun 4:1 de LDG transforme l'impédance complexe, présente à l'extrémité (éloignée de l'antenne) de la ligne 450 ohms, en une impédance plus "acceptable" pour les quelque cinq mètres de RG8-X qui acheminent le signal dans la salle radio.

J'utilise plusieurs étriers de ferrite sur cette courte longueur de RG8-X, avant qu'il n'entre dans la salle radio, ce qui barre la route au reflux d'énergie RF - qui se propage sur la ligne de 450 ohms à cause de l'asymétrie de l'antenne - et qui pourrait se propager sur le câble coaxial malgré le balun LDG.

Le balun LDG RBA 4:1 effectue une première partie du travail de transformation d'impédance à l'extérieur... et mon transformateur d'impédance automatique (tuner) LDG-600 Pro, à l'intérieur, n'a aucune difficulté à se charger des ROS restants !

Le bonheur, quoi !

Donc, en résumé:

la partie horizontale du dipôle asymétrique (OCF) irradie un signal - principalement NVIS sur 80m et 40m - avec une polarisation horizontale, favorisant les courtes distances, alors que l'antenne irradie comme un dipôle demi-longueur d'onde conventionnel sur les fréquences supérieures.

La partie verticale (la ligne d'alimentation) irradie une énergie RF à polarisation (plus ou moins) verticale, de moindre intensité, mais avec un faible angle d'incidence par rapport à l'horizon, ce qui favorise le DX.
La dipôle asymétrique 20%-80%, demi-longueur d'onde sur 80m, offre une performance plus que respectable sur toutes les bandes de fréquences HF - moyennant l'utilisation d'une ligne d'alimentation bifilaire de haute impédance (400-450 ohms).

Certains puristes s'objecteront (peut-être) à ce que je donne une vocation "d'antenne auxiliaire" au câble d'alimentation. Mais je n'ai, à ce jour, obtenu que des avantages, sans jamais avoir subi d'inconvénients - compte tenu des précautions prises pour "étrangler" le reflux de RF, comme je l'ai décrit précédemment.

Un dipôle 160m asymétrique (OCF) ?
Pour trouver une réponse à cette question, voyez cet autre article.