Il faut bien reconnaître que mon jugement n'était étayé ni par l'expérience, ni par une étude théorique mais bien par mon impression pifométrique qu'une antenne, réputée dissiper dans une résistance de charge plus d'un tiers de la puissance reçue de l'émetteur, me paraît suspecte, a priori.

Dans le souci de la vérité scientifique et bourré de remords, je me suis donc mis à simuler sur EZNEC l'antenne YA-30 de Yaesu du type W3HH avec les cotes données dans le dossier de F5NB. Cet OM avait réagi à la sévérité du point de vue de F6AEM sur cette antenne. On peut trouver une version gratuite limitée de Eznec sur le site de W7EL qui devrait suffire pour cet exercice.

La hauteur de l'antenne est de 15m pour la réalisation horizontale, et l'inclinaison est de 30° avec le même point haut pour la réalisation oblique. Les courbes de ROS entre 1 et 30 MHz sont assez similaires à celles qu'on trouve dans le document de F5NB cité plus haut. Il y a cependant des petites différences qu'on peut expliquer par l'usage de logiciels de simulation différents. Eznec utilise le moteur de calcul NEC2 pour une simulation du sol plus exacte contrairement à Mmana qui utilisait MiniNEC. Mais globalement nos résultats respectifs se ressemblent: à toutes les fréquences le ROS est inférieur à 3:1. C'est déjà cela de pris diront les optimistes. 

Voir ci-après les courbes de ROS pour l'antenne W3HH considérée, soit horizontale, soit en oblique à 30°. L'image est cliquable pour la voir en plein écran et pour ceux qui utilisent Firefox 3 avec l'extension Image zoom, ils peuvent carrément doser l'agrandissement.


Courbes de ROS entre 1 et 30 MHz pour la configuration horizontale et oblique.


Mais pour autant vais-je tirer les mêmes conclusion que F5NB ?

Rien n'est moins sûr.

• D'abord le ROS est-il le paramètre fondamental pour juger une antenne ? Non car il ne dit absolument rien sur le rayonnement de l'antenne et d'ailleurs si le ROS était le paramètre le plus important, il suffirait d'utiliser une charge résistive de 50Ω pour être le plus heureux radioamateur au monde. La seule information que donne le ROS est l'adéquation du couplage de la charge de l'antenne à l'impédance requise par l'émetteur. Finalement le ROS ne fait qu'indiquer si l'émetteur est en état de produire la puissance pour laquelle il a été conçu.

• Ensuite, l'honnêteté intellectuelle m'impose de vérifier la réputation de cette antenne dont on entend souvent dire qu'elle n'a d'usage que militaire ou gouvernemental puisque dans ces cas-là on ne regarde pas à quelques kilowatts pour franchir des distances même courtes.

Aspects électriques et puissance dissipée.

• Eznec calcule aisément la tension et le courant (et même la phase) aux bornes des charges insérées dans un élément de l'antenne, et donc la puissance qui y est perdue. Il suffit de mettre les résultats en tableau cliquable pour notre édification.


Antenne W3HH oblique ou horizontale - Les pertes dans la résistance de charge sont exprimées en % de la puissance envoyée par l'émetteur ou en dB - La fréquence centrale (en Belgique) a été choisie dans chaque bande.

On voit immédiatement que cette antenne présente des pertes catastrophiques rien que dans la résistance de charge. Quasi toute la puissance s'y volatilise en 160m et 80m et plus de 60% dans les bandes 40m, 30m, 20m,12m et 10m. Seule la bande 15m fait un peu mieux en ne dissipant en chaleur que 52,5 ou 54,4% de la puissance HF délivrée. Pas de quoi pavoiser et ces pertes sont nettement plus importantes que ce que la réputation de 1/3 prédisait. C'est à peine mieux qu'une antenne fictive. Accessoirement cela permet de calculer la dissipation minimum de cette résistance. Pour 100W HF délivrés par l'émetteur, il faut prévoir que toute la puissance puisse être dissipée par la résistance (160m et 80m). Je ne m'étonne donc pas de lire que ceux qui ont utilisé cette antenne sans procéder au calcul aient eu des problèmes de fusion des résistances.

• Mais ce ne sont pas les seules pertes que le système affiche. Il y a aussi les pertes normales qu'on trouverait dans un coaxial adapté, c'est-à-dire chargé par une résistance égale à son impédance caractéristique Zo (on traitera du supplément de pertes par désadaptation plus loin). Ces pertes sont principalement dues à la résistance des câbles constituant la ligne de transmission et un peu de pertes dues aux fuites dans les diélectriques de la ligne.

Choisissons d'abord un type de coax. Comme l'antenne a une longueur de 25m, qu'elle comporte deux fils, des écarteurs, plus une boîte avec la résistance de charge, plus une boîte pour le baloune, il n'est pas prudent de prendre un câble lourd. Pour 100w alimentation on devrait pouvoir utiliser du RG58, sous réserve que le ROS présent sur le câble ne le détruise pas par un perçage mal venu. Choisissons alors une longueur. Vu que l'antenne est placée à 15m de haut et qu'il faut aller jusqu'au shack, on prend 30m arbitrairement.

Pour le calcul on va utiliser le couteau suisse gratuit des lignes de transmission, TLdetails, qu'on peut télécharger sur le site de AC6LA. Il calcule tout ce dont on a besoin en tenant compte de tous le paramètres envisageables, connaît les caractéristiques de nombreuses lignes du commerce, permet de définir sa propre ligne et représente les impédances des points d'entrée et de sortie de la ligne dans un petit diagramme de Smith. Il conserve même en mémoire les derniers paramètres introduits. Le bonheur est en ligne.

TLdetails calcule les pertes en ligne dues au conducteur, au diélectrique et au ROS. Image cliquable où le résultat est donné en W ou en dB pour du coax RG58 courant. Il suffit de refaire le calcul pour la fréquence centrale de chaque bande et de monter les résultats en tableau.

On calcule d'abord les pertes dans le coax lorsque celui-ci est adapté, c'est-à-dire si le ROS est de 1:1. Par définition ces pertes-ci sont indépendantes de la position oblique ou horizontale de l'antenne. On verra plus loin le cas désadapté. Voici donc le tableau cliquable des pertes adaptées à ajouter au tableau précédent.

Tableau des pertes en dB du coaxial en situation adaptée et en fonction de la fréquence.

On voit que les pertes en dB augmentent avec la fréquence et que le niveau de pertes est important. C'est dû au choix du coaxial RG58 et à sa longueur de 30m. Ceci correspond aux données qu'on peut trouver dans les catalogues des fabricants.

• Comme si cela ne suffisait pas comme ça, il faut ajouter les pertes dans le coaxial dues à la désadaptation. Ici aussi c'est TLdetails qui calcule ces pertes supplémentaires. Le tableau suivant donne les pertes par désadaptation dans le coaxial selon que l'antenne est oblique ou horizontale.

Tableau des pertes supplémentaires (dB) du coaxial en situation désadaptée et en fonction de la fréquence. Le tableau donne aussi les impédances à l'antenne et en sortie de balun, et les ROS à l'entrée et à la sortie du coaxial.

Dans le tableau on tient compte du facteur de division 1/12 du balun. Ce facteur est supposé ici être constant sur toute la plage de fréquence mais il est certain qu'il varie, ne fut-ce que par la présence de capacités parasites dans les bobinages du balun.

Les chiffres montrent aussi que le ROS s'améliore sur le câble en direction de l'émetteur comme on pouvait s'y attendre. Dans un abaque de Smith cela se traduirait par une spirale de ROS au lieu d'un cercle.

Les ROS maximum sont relativement faibles et donc les pertes par désadaptation sont assez faibles. C'est d'ailleurs le but recherché par la présence de la résistance de charge. Elles sont quand même non négligeables en 40m, 17m, 15m et 10m. La différence entre la position horizontale et oblique n'est pas très marquée et les pertes ne sont pas directement liées à la fréquence.

• On a évoqué ci-avant une erreur possible sur le facteur de division du balun à cause des éléments parasites du réseau d'adaptation en tension. Mais est-ce le seul problème ? Par exemple n'est-il pas possible que le balun introduise sa propre pertre par insertion c'est à dire qu'il dissipe de la chaleur dans son noyau ? Oui c'est possible, mais les quelques informations que j'ai pu trouver, notamment chez F5AD, présentent ces pertes comme assez petites. On y parle de pertes de l'ordre de 0,1 à 0,5 dB. J'ai donc introduit des pertes estimées dans le tableau suivant.

Tableau des pertes d'insertion estimées dans le balun en fonction de la fréquence.

F5AD montre par la mesure que, malgré un tore de type T200-2 de très bonne taille et donné pour 2 à 30 MHz, le ROS n'est pas constant sur toute la plage décamétrique pour une résistance de charge constante. Il montre aussi que la plage de fréquence favorisée dépend du nombre de spires utilisées dans le balun. Comme on pourrait s'y attendre peu de spires favorise les fréquences hautes et inversement pour les fréquences basses.

• Il ne reste plus qu'à mettre tous ces tableaux de pertes ensemble et de voir comment cette antenne s'en sort en matière de pertes totales et de rendement électrique. Les aspects rayonnement seront vus plus loin.

Tableau des pertes totales en % et en dB, et rendement électrique de l'antenne en fonction de la fréquence.

Sur le plan du rendement électrique et des pertes cette antenne n'est évidemment pas bonne pour un usage de radioamateur. Les bandes 160m et 80m sont à exclure, leurs rendements sont respectivement de moins de 0,5% et moins de 5%, que la configuration soit horizontale ou oblique. Pour toutes les autres bandes et configurations, le rendement tourne autour de 20 à 25%. Ce qui est exécrable mais il vaut mieux une W3HH que pas d'antenne du tout.

Comme dit plus haut la dissipation de la résistance de charge doit être au moins équivalente à la puissance émise, eu égards au placement de cette résistance dans une boîte étanche aux intempéries.

Enfin pour 25m de long il est clair qu'on tirera plus de profit d'une Lévy avec un coupleur et des feeders à fils parallèles que de cette antenne. Son seul intérêt est que les réglages du coupleur sont relativement constants sur une grande plage de fréquences. Ce n'est évidemment pas utilisable en contest ou en DX vu la faiblesse de l'énergie rayonnée.

Aspects rayonnement et diagrammes.

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