Doublet multibande idéal pour les opérations en portable

[VE2OK Jean]

J'essaie d'élaborer un doublet idéal multibande pour les opérations portables avec la possibilité d'un montage et démontage facile.

Pierre VE2PID utilise: En portable/randonnée ou à partir de mon véhicule, j'utilise une Levy avec un mât de fibre de verre télescopique de 22 pieds (ou 33' selon) avec deux branche 'embobinées' de 32 pieds chacune en V-inversé et 30 pieds de ladder line LL-450FX. Des milliers de QSOs/DX de 40 à 6 mètres avec seulement 4 Watts et le KX1 à synto intégré.

Il est mentionné également par Pierre: PS: En attendant, il est intéressant de lire les 'rapports' de Burdick. Hier, il a pu expérimenter les performances du synto interne (KXAT3) du KX3 avec un simple fil de 15' et un contrepoids de 10':

Je comprends qu'à la base il est préférable d'avoir un syntonisateur pour être en mesure d'utiliser des longueurs quelconques de fils pour se faire une antenne et l'utiliser sur plusieurs bandes.

J'aimerais comprendre le choix des longueurs de Pierre.

Avec comme référence le livre de Ducros, j'ai tenté de ressortir des longueurs idéales.
Ici, je joue avec les concepts du doublet demi-onde alimenté par une ligne bi-filaire. Selon sa conception ou sa construction, elle est nommée, la Lévy, la Zeppelin, la double Zeppelin, l'expended Zeppelin, la G5RV.

L'important avec la Lévy, c'est que la longueur d'une de ses branches (l) plus la longueur de la ligne bifilaire (h) ne doit pas être un multiple de la longueur d'onde divisée par deux car il y a en bas de la ligne bifilaire un ventre de tension qui n'est pas souhaitable et que n'importe quel syntonisateur ne pourrait pas accordé (impédance trop élevé).

J'espère que jusqu'à maintenant, je ne me suis pas planté dans mes explications!

Avec la Lévy, les parties rayonnantes sont les deux branches du doublet. Donc, j'ai tenté de choisir la longueur d'une branche d'environ 10 mètres pour le doublet idéal car ce sont des longueurs relativement courtes qui permettent le montage et le démontage facile dans un espace relativement restreint. J'ai tenté de prendre la longueur qui serait idéale sur 20 ou 40 mètres et ensuite, j'ai ajusté la longueur de la ligne bifilaire pour qu'il n'y ait pas de ventre de tension sur le plus de bandes possibles en me servant du tableau IV.2.4.d à la page 106 du livre de Ducros "Les antennes: théorie et pratique, émission et réception".

Voici les choix pour une branche de longueur "l":
Doublet demi-onde: .95 lamda /4 = 10.11 mètres pour le 40 mètres (7,05 MHz)
G5RV: 15,83 mètres ( ça commence à être long)
La Zepp et la double Zepp: .95 lamda/2 = 10.07 mètres pour le 20 mètres (14.15 MHz)
La Expended Zepp: 0,64 lamda = 13,57 mètres pour le 20 mètres (14.15 MHz)

Selon Ducros, la Expended Zepp a un gain supplémentaire de 3 dBd sur le doublet demi-onde. J'ai donc choisi cette longueur de 13,57 mètres. Il reste à déterminer la longueur de la ligne bifilaire.
Selon le tableau IV.2.4.d, 18, 20, 24 et 28 mètres sont des longueurs totales qui permettent d'opérer sur plusieurs bandes sans rencontrer de ventre de tension et où le syntonisateur complèterait l'accord. Donc, en soustrayant 13,57 mètres l'une de ses longueurs, on obtient la longueur de la ligne bifilaire soit 4.43 m, 6.43 m, 10.43 m et 14.43 m. Les deux premiers étant un peu court, le troisième étant limite pour un mât de 10 mètres, je choisis le quatrième.

En conclusion, un doublet de deux branches de 13,57 mètres et une ligne bifilaire de 14,43 mètres.

J'attends l'avis des experts pour voir si je n'ai pas erré. Soyez indulgent pour un initié...  

 

[VE2PID Pierre]

J'aimerais comprendre le choix des longueurs de Pierre.

Jean,

... Les longueurs de 32' par branche ainsi que celle de la ligne de TX sont assez arbitraires et ne proviennent pas de calculs rigoureux.

Et il faut que ce soit ainsi car je travaille en portable avec des sols de nature différente. Les valeurs de Ducros conviendraient s'il s'agit d'une installation fixe au-dessus d'un sol dit moyen. Mais dès que l'on passe vers un sol plus sec ou à l'autre extrême à un sol humide agricole ou à un plan d'eau salée, tout est à réviser. Il faut donc travailler "en compromis".

Depuis 2004, j'ai installé le KX1 et l'antenne dans des parcs, ou sur des montagnes de roc, ou près de lac et de rivières ou du St-Laurent, sur la côte atlantique du Maine et même au centre-ville de Toulon (France).

Impossible de satisfaire à la fois à tous ces environnements. Mais le synto du KX1 a toujours réussi.. ou presque et il y a 100% de réussite avec le balun BL1.
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J'ai modélisé le doublet que tu proposes, soit deux branches de 13,57 mètres en fil de cuivre #22 et une ligne bifilaire de 14,43 mètres. Je l'ai installé en V-inversé (branches à 118°) avec la pointe à 7 mètres au-dessus d'un sol moyen. La bifilaire est de type Ladder Line dont l'impédance est de 405 Ω avec un facteur de vélocité de 0,91. Avec un synto comme ceux de LDG et d'Elecraft et si nécessaire un balun 4:1, ça va fonctionner de 40 à 10 mètres.

En somme, il ne faut pas se casser la tête à vouloir optimiser puisque l'environnement (nature du sol donc caractéristiques de l'antenne) va changer selon le lieu d'opération. Un synto en L comme le KXAT3 a la souplesse voulu et accorde même un simple fil auquel on ajoute un contrepoids comme l'a mentionné Burdick. J'ai aussi un log pour le portable assez bien garni en appui à ce ce je viens de dire...

[VE2OK Jean]

Je comprends que malgré le fait que les calculs soient arbitraires, les résultats sont là avec un bon synto. Malgré que c'est toujours une question de compromis, à la base de la construction d'une nouvelle antenne, peut-on aller chercher une longueur idéale pour avoir la possibilité d'aller chercher un gain maximum même si les résultats seront différents selon l'environnement?

[VE2PID Pierre]

peut-on aller chercher une longueur idéale pour avoir la possibilité d'aller chercher un gain maximum...

C'est une impossibilité 'logique'. Ce qu'il faut comprendre est que toute antenne n'est pas simplement un ensemble métallique. Elle fait corps avec le sol qui est située au-dessous et qui la modifie profondément .

Et si on change de sol, c'est comme si on modifiait les longueurs. C'est pour cette raison qu'en portable, avec les différents lieux d'opération, on est toujours en situation de compromis.

Pour ce qui est du gain, il y a une chose que j'oublie toujours de mentionner :

Le monde du QRP est un monde de CW.

Inutile d'espérer tout le temps de bons résultats si on se limite à la phonie.

La télégraphie donne automatiquement en conditions marginales un gain de 13 dB versus le BLU, soit une facteur de 20. Autrement dit, un émetteur de 5 W en télégraphie donne l'équivalent d'un signal de 100 W en phonie !!

Ceci pour une raison bien scientifique... c'est que la largeur étroite d'un signal en télégraphie concentre l'énergie sur très peu de spectre.. alors qu'en phonie, elle est diluée sur une bien plus grande portion du spectre. Il suffit de penser à l'analogie du couteau (CW) versus un marteau (BLU) pour couper du beurre (hi). Le couteau avec la même pression (puissance) va pénétrer beaucoup plus profondément que le marteau.
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La meilleure suggestion à donner à ceux qui veulent se lancer en QRP est de se mettre au plus vite à l'apprentissage du Morse. Aucun peau-finement d'antenne aussi élaboré que l'on veut ne donnera une amélioration de gain aussi spectaculaire...

À défaut, on peut aussi travailler en PSK31 qui vient tout juste après le CW en terme d'efficacité.

[Jean-Pierre VA2SG]

Je me permets même de renchérir sur ce que Pierre écrit avec justesse.

Notre signal CW de 5 watts est une oscillation plein potentiel, en ce sens que tout le potentiel du 5 watts ou presque est exploité.

Notre signal BLU transmis a 100 watts ne tirera pas profit du plein potentiel dudit 100 watts, en raison de la modulation de la voix.

Toutes et chacunes des syllabes que nous prononcons seront transmises à des puissances variable mais je crois bien que nécessairement, l'on ne transmettra jamais un plein 100 watt.

Ceci doublé de la largeur de bande font du CW un performer de premier ordre.

[VE2OK Jean]

Je ne cherchais pas à faire un débat entre la phonie et le cw en parlant du gain. Je cherche à voir si c'est possible de déterminer (mettons en cw) une longueur idéale "L" indépendamment du sol. Par exemple, si on construit une antenne avec une longueur quelconque (antenne + ligne) "L" pour faire du multibande sur un sol "A" et que l'on prend cette même antenne de longueur "L" utilisée sur un sol moins performant "B", est-ce qu'on doit changer la longueur "L" de l'antenne pour avoir une meilleure performance? Autrement dit, si on trouve une longueur idéale (antenne + ligne) " L' " pour faire du multibande sur un sol "A" et que l'on prend cette même antenne de longueur " L' " utilisée sur un sol moins performant "B", est-ce qu'on doit changer la longueur " L' " de l'antenne pour avoir une meilleure performance? La longueur d'une antenne est-elle une constante ou une variable selon le sol?

[VE2VAE Christian]

Salut Jean,

L'antenne que tu decrit, est a peu pres ce que j'ai monté chez moi comme antenne permanente : 2 elements de 33 pieds, en V-inversé, le sommet etant a 36 pieds du sol, et le bout des elements a environ 20 pieds.

Le choix de cette longueur... etait un peu en passant a ca :
(7 Mhz : quart d'onde = 33 pieds, demie-onde = 66 pieds
14 Mhz: demie onde = 33 pieds, pleine onde = 66 pieds
18 mhz: 1.25 lambda = 66 pieds ) ... mais surtout, parceque ca rentrait bien dans ma cour avec cette longueur la.   

Donc, c'est une multi-bande : 40m a 10m. J'arrives meme a tuner sur le 80 m.
Sur une de ces bandes (17 metres : 18 mhz), au lieu d'avoir une longueur d'element qui donne un quart d'onde, le fait d'etre a 0.6 longueur d'onde, ca augmente le gain, mais cette propriete n'existe que sur cette bande.

En fait, quand on regarde un patron de rayonement, on s'apercoit que plus on augmente la longueur de l'element, plus le gain augmente, jusqu'a ce qu'on atteigne 0.6 lambda. Apres ca, le patron se deforme, change de forme, et le gain n'est plus aussi fort dans une direction donnee.
Donc, le maximum de gain est atteint quand on as des elements de 0.6 lambda, pour un total de 1.25 lambda pour les deux elements.

Ma descente est en ladder line. Et j'utilise un antenna tuner manuel de type Z-Match (Emtech), qui semble finalement faire un excellent travail.
J'ai presque 100 pieds de ladder line. On m'as dit que la longueur de la descente est critique quand on se fait une Levy, ou une Zeppelin, pour une seule bande. ET a ce moment la, il y a moyen d'ajuster la longeur de la descente pour ne pas avoir besoin de tuner. Mais pour une multi-bande, et avec l'utilisation d'un tuner, la longueur n'est pas critique.

En tout cas, j'ai fait un contact avec Michel VE2TH cette semaine, montreal-quebec, mon signal entrait chez lui a S9 +20dB, avec les 4 1/2 watts de mon FT-817. Pas pire pan toute ! On etait sur le 40m. Mais c'etait peut-etre les conditions de cette journee là. A verifier.

Actuellement, mes elements sont avec du # 14, flex-weave, 164 brins.

Je n'utilise pas de balun, mon tuner en ayant un a l'interne.

Pour ma version portable, que je vais emmener en France dans quelques semaines, je vais me la faire avec du multibrin #22. Meme ma descente vas etre fait avec le meme fil : je vais utiliser des petits ecarteurs en plastique (attaches de sac de pain) a tout les quatre a six pouces, pour garder un espace egal sur une trentaine de pieds. Ca me prends quelque chose de leger. Plus leger qu'une descente en ladder-line et deux rouleaux de # 14. Alors je vais commencer a experimenter avec le # 22. Le multi-brin a l'avantage d'etre plus flexible.

[VE2PID Pierre]

La longueur d'une antenne est-elle une constante ou une variable selon le sol?

La longueur L qui optimise une antenne est directement fonction de la nature du sol. Autrement dit, si on construit et optimise  une antenne pour être montée au-dessus d'un sol humide, alors cette même antenne ne sera plus optimale en montage au-dessus d'un sol sec. Les bouquins comme ceux de Ducros traitent de sols moyens, mais il faudrait reprendre tous les calculs pour d'autres environnements.

Voir les pages 83 à 90 de Ducros.
Aussi http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM10/RM10E06.html

[VA2JOT Jacques]

Les bouquins comme ceux de Ducros traitent de sols moyens, mais il faudrait reprendre tous les calculs pour d'autres environnements.

Le recours à des tables de sols moyens c'est un peu comme de la modélisation d'antenne. On n'a pas le choix si on veut pouvoir faire des comparaisons qui donnent des résultats "répétables". L'enfer est dans les détails (et les variables) comme disait l'autre.

Pour avoir eu le privilège de disposer d'un instrument (Fluke) conçu spécifiquement pour mesurer la conductance des sols, je peux t'assurer que la conductance n'est ni uniforme ou constante même à l'intérieur d'une surface relativement petite comme l'environnement immédiat d'un QTH (disons 1/2 HA).

On constate que plus il s'approche du "naturel" plus il varie au fil des semaines (les saisons) et de la météo. Au contraire, il varie de moins en moins à mesure qu'il s'approche de l'artificiel au point de n'avoir plus grande conductance comme dans le cas d'une maison construite sur du remplissage de roche concassée.

A ta place je choisirais une source de préoccupations envers laquelle j'aurais le pouvoir de changer de quoi 

On a le sol qu'on a. 73.

[VE2PID Pierre]

L'enfer est dans les détails (et les variables) comme disait l'autre.

La grande difficulté dans le contexte de la question, c'est qu'il s'agit de concevoir une antenne idéale destinée à être utilisée en portable, soit au-dessus de toutes sortes de sols! Avec un tel éventail de paramètres de sol, impossible d'envisager une quelconque optimisation qui serait la même sur toutes bandes/fréquences confondues...