Gain sur antennes mobiles

[VE2PID Pierre]

L'ajout d'un deuxième demi-onde connecté au boût du premier quart-d'onde mais utilisant une section de ligne quart d'onde
court-circuité à son extrémité

Bonjour Rémy

Si tu es 'équipé' pour faire un croquis montrant la quart-d'onde, les lignes de déphasage incluant le court-circuit, les connexions et 2 demi-ondes, pourrais-tu l'afficher sur le site (ou me le faire parvenir pour affichage)? Ça faciliterait, je pense, la compréhension de ta description.

Et par la suite, j'aimerais bien 'travailler' ça en modélisation...

Bonne fin de semaine.

[VE2AMT Alex]

la quart-d'onde, les lignes de déphasage incluant le court-circuit, les connexions et 2 demi-ondes

  =  ma Super J-pole "deluxe" fabrication maison Pierre



73, Alex

[VE2AMT Alex]

Salut Jacques

Pour la GP-6NC, à 10' de longueur, il ne s'agit certainement pas d'une "simple" verticale. Je suspecte la présence d'une empilade (Totem Pole) composée de plusieures dipoles. Il faudrait en démonter une pour voir exactement qu'es-ce qu'il y a en dedans du tube.

Si tu veux voir l'intérieur d'une Comet GP-6 vas à:

http://www.rfgain.ca/forum/index.php?topic=843.msg4183#msg4183

73, Alex

[VA2JOT Jacques]

Bonjour Alex,
                   C'est pas évident pour moi que les "trombonnes" sont des 1/4 d'ondes court-circuitées. Je dirais plutot que cela ressemble à des transpositions coaxiales d'une demie longueur d'onde électrique. Remarques que je suis conscient que cela accomplit le même chose.

P.S.: En admirant la section en horizontale sur le mobile de Bobby, je me suis demandé ce qu'il était advenu des fameuses Ringo-Ranger? On n'en voit plus.....

[VE2AVV Rémy]

Bonjour Messieurs.

Pierre, la photo de l'antenne d'Alex est une bonne illustration de ce type d'antenne.

On voit particulièrement vers le haut de l'antenne, un tronçon de ligne ouverte 1/4 d'onde,
court-circuitée à son extrémité.

Cette ligne 1/4 d'onde court-circuit réfléchie donc une très haute impédance à son entrée.
Comme elle est connectée sur des points à haute impédance ( bouts de dipôles), elle sert surtout de
transformateur-inverseur de tension et se connecte ensuite au bout du dipôle suivant...ainsi de suite.

On se doit d'avoir un nombre d'antennes pair. Cette section de ligne en court-circuit est normalement enroulée
en cercle autour de l'axe de l'antenne pour diminuer l'encombrement.

On peut aussi noter que cette section de ligne présente aussi une haute impédance à tous
les multiple impair de lambda/4. Comme il en est de même pour la résonance des dipôles, il est donc concevable
de bâtir des antennes 144 MHz et 432 MHz dans le même enceinte.

Ces antennes ayant un nombre de dipôles 3 fois plus grand en UHF, le gain sera donc plus élevé par un facteur 3 approximativement
donc 4.77 dB additionnel par rapport à son gain VHF. On néglige évidemment les pertes.
Il existe aussi des versions fabriquées avec des coax (voir Handbook).

73,

Rémy

[VE2PID Pierre]

Bonjour

Voici la modélisation (NEC) du montage et de la distribution des courants en phase et amplitude relative d'une ¼-λ, avec radiales, suivie d'une ½-λ, les deux étant reliées par une ligne de déphasage de 180°. Les calculs sont pour la fréquence de résonnance.

Le déphasage est bien visible. Le montage est à 0,03-λ au-dessus d'un sol moyen. On obtient effectivement une augmentation de gain d'environ 3 dBi versus le modèle simple ¼-λ.

Mais il se produit un autre phénomène moins intéressant (non illustré sur le dessin). Le fait d'ajouter la ½-λ augmente l'angle de radiation d'environ 15°. Et si j'ajoute une autre ½-λ, l'angle de radiation augmente d'un autre 5°.

Les spécifications d'antenne en dBi et en espace libre ne tiennent malheureusement pas compte de ces modifications..

[VE2AVV Rémy]

Bonjour Pierre.

C'est très intéressant.

Cependant, ces antennes co-linéaires à fort gain s'emploient généralement en haut d'une tour.

Je crois que l'effet auquel tu fais allusion devrait s'estomper si on installe l'antenne en haut d'une tour
de 15 m par exemple.

Si tu peux ajouter une autre section ou 2 ça devrait être très représentatif des Diamond et compagnie.

73, Rémy

[VE2AMT Alex]

Mais il se produit un autre phénomène moins intéressant (non illustré sur le dessin). Le fait d'ajouter la ½-λ augmente l'angle de radiation d'environ 15°. Et si j'ajoute une autre ½-λ, l'angle de radiation augmente d'un autre 5°

Pierre, je te dis une chose d'incontestable pour l'avoir expérimentée de façon sérieuse et contrôlée, maintes fois, pendant des années et ça continue encore, de près et de loin, dans une région non-montagneuse, de mobile à mobile, de mobile à station fixe, de station fixe à station fixe avec antenne en haut de la tour:

Une 5/8-λ donne et reçoit  des signaux plus forts qu'une 1/4-λ

Une Super J-pole donne et reçoit  des signaux plus forts qu'une 5/8-λ

Une Comet GP-6 donne et reçoit  des signaux plus forts qu'une Super J-pole

J'ai donc mes réserves sur tes résultats de simulation. S'ils ne correspondent pas à la réalité sur terre, à quoi bon?

J'en déduis que même si l'angle de radiation MAXIMUM (il faut le spécifier) augmente, que la radiation au même angle que l'antenne de comparaison moins performante est malgré tout supérieure.

73, Alex

[VE2AMT Alex]

Cette section de ligne en court-circuit est normalement enroulée en cercle autour de l'axe de l'antenne pour diminuer l'encombrement.

Rémy, ça donne l'impression d'un encombrement plus petit car la forme circulaire est plaisante à l'œil.

En réalité le volume occupé est plus grand.

On le découvre rapidement lorsqu'on range l'antenne dans le coffre de l'auto ou dans un étui.

73, Alex

[VA2JOT Jacques]

Mais il se produit un autre phénomène moins intéressant (non illustré sur le dessin). Le fait d'ajouter la ½-λ augmente l'angle de radiation d'environ 15°. Et si j'ajoute une autre ½-λ, l'angle de radiation augmente d'un autre 5°

Pierre, je te dis une chose d'incontestable pour l'avoir expérimentée de façon sérieuse et contrôlée, maintes fois, pendant des années et ça continue encore, de près et de loin, dans une région non-montagneuse, de mobile à mobile, de mobile à station fixe, de station fixe à station fixe avec antenne en haut de la tour:

Une 5/8-λ donne et reçoit  des signaux plus forts qu'une 1/4-λ

Une Super J-pole donne et reçoit  des signaux plus forts qu'une 5/8-λ

Une Comet GP-6 donne et reçoit  des signaux plus forts qu'une Super J-pole

J'ai donc mes réserves sur tes résultats de simulation. S'ils ne correspondent pas à la réalité sur terre, à quoi bon?

J'en déduis que même si l'angle de radiation MAXIMUM (il faut le spécifier) augmente, que la radiation au même angle que l'antenne de comparaison moins performante est malgré tout supérieure.

73, Alex

Je peux confirmer les constats d'Alex. En déploiment de systèmes de données mobiles pour la Sécurité Publique, dans les centres urbains ou les bases étaient proches et hautes sur l'horizon par rapport aux mobiles, l'antenne classique de 1/4 donnait de bien meilleurs résultats que les antennes mobiles (collinéaires) à gain. Par contre, en rase campagne ou les bases étaient beaucoup plus éloignées et plus basses sur l'horizon, les antennes à gain étaient essentielles pour donner la performance désirée.

Ce constat provenait d'accululation de statistiques de performance de réseau basées sur le taux de corruption de blocs de données et de la profondeur de l'effort de traitement pour "effacer" les bits corrompus (FEC processing effort). Avec le géopositionnement intégré à chaque transmission on avait un affichage en temps réel de la l'emplacement du mobile par rapport à sa base et de l'ensemble de la qualité de la couverture radio.

Tout porte à croire que les modèles de patrons des antennes qui pour les 1/4 ont un angle plus élévé et pour les totem pole ont la lobe plus basse et plus prononcée (gain) étaient exacts.

En passant, le logiciel de gestion de réseau était un excellent outil de peaufinage de nos modèles de prédiction de couverture tout en permettant de détecter dans l'immédiat, un début de dégradation de la performance d'un des éléments du réseau.

[VE2PID Pierre]

Bonjour

Pour répondre à Alex et Jacques: Les paramètres qui influencent la force du signal sont l'intensité du champ ressenti dans le champ éloigné ainsi que l'angle de radiation. Le gain seul ne nous renseigne pas nécessairement sur l'iintensité du signal reçu.

Il se peut que l'augmentation d'intensité du signal avec les antennes de plus en plus complexes citées compense et même dépasse l'effet négatif de l'augmentation de l'angle de radiation. il y aurait donc concordance entre les modèles et les montages que vous avez expérimentés.

Autre difficulté: La modifications des lobes est directement fonction de la hauteur électrique d'une antenne, et il faut préciser les hauteurs de références autant que possible lorsque l'on mentionne des résultats (comparer des pommes aves des pommes  ).

[VE2AVV Rémy]

Bonjour Messieurs.

En effet, l'antenne 5/8 possède un gain d'environ 3 dB sur une quart d'onde à très faible incidence, ce qui est
le cas lorsqu'on est loin d'un répéteur par exemple. Toutefois, de très près, une antenne 1/4 d'onde peut
s'avérer plus efficace si l'antenne du répéteur est vue avec une angle important par rapport à l'horizontale.

La raison est que son faisceau principal sur l'horizon est plus mince et plus intense que celui d'un quart d'onde.

Il apparaît toutefois un autre lobe beaucoup plus haut mais bien plus faible.
Notons qu'on a besoin d'un plan réflecteur au moins 1/4 d'onde pour fournir la contrepartie ( image ) de l'antenne.
L'extérieur du coax 50 Ohms y est raccordé pour fournir le contrepoids.

Le seul point négatif est l'impédance d'attaque de l'antenne à 1/8 de longueur d'onde plus loin que le bout de l'antenne demi-onde.
En effet, on peut imaginer qu'on a une antenne de 1/8 de longueur d'onde en série avec une demi-onde complète.

Le bout de 1/8 annule l'émission du premier bout (1/8 ) de la demi-onde, mais à un endroit possédant un faible courant
et une forte tension donc peu d'émission à cet endroit. L'antenne a donc une haute impédance au point d'attaque et on l'adaptera
avec un transformateur situé à la base avec un rapport de nombre de tours approprié pour l'adaptation 50 Ohms.

Pierre tu peux vérifier par simulation cette impédance et voir en même temps le patron et l'écrasement du lobe
sur l'horizon en le comparant à celui d'une quart d'onde.

73, Rémy

[VE2PID Pierre]

Pierre tu peux vérifier par simulation cette impédance et voir en même temps le patron et l'écrasement du lobe
sur l'horizon en le comparant à celui d'une quart d'onde.

Bonjour Rémy,

Les résultats que tu mentionnes sont obtenus avec un plan de sol parfait (perfect ground), ce qui correspondrait à une infinité de radiales, plan qui donnerait  une 'image' parfaite de ces verticales.

Mais, dans la réalité, on a des sols imparfaits et un nombre limité de radiales. Alors les valeurs de gains sont bien différentes et les différences entre les deux montages minimes. Je crois que les fabricants utilisent parfois le même 'subterfuge', ou mentionnent les valeurs en espace libre, ce qui est un leurre pour les non-initiés..

Pour être plus proche de cette réalité, j'ai simulé les deux montages: Une 1/4-λ et une 5/8-λ avec 4 radiales 1/4-λ, le plan des radiales étant à environ 7,5 λ d'un sol moyen (0,005,13). En fil de cuivre #12.

Résultat.... elles ont toutes les deux un lobe optimal à 2° avec un gain de 6,27 dBi pour la 5/8 et  de 6,29 dBi pour la 1/4-λ. Dans ce lobe, le champ électrique à 1 km pour une injection de 1kW est pratiquement le même (356,3 et 357,4 mV/m en faveur de la 1/4 )...

Ce qui est très différent de ce que donnerait un plan hypothétique parfait....
---
Pour l'impédance à 1/4-λ de hauteur sur la verticale 5/8, elle est de 1542 + J 2060 Ω alors qu'à la base, elle est de 103.8 - J 339.9 Ω.

Il est difficile de déterminer lequel des deux montages est le plus approprié dans les circonstances. Un léger changement dans le plan de sol (nombre de radiales), dans la nature de ce plan de sol ou dans la hauteur électrique pourrait inverser les résultats..

[VE2AVV Rémy]

Bonjour Pierre.

Si on suppose que l'antenne 5/8 est installée au milieu du toit d'une automobile, ne pouvons-nous
pas supposer que le plan des radiales est quasi-parfait et obtenir alors le 3 dB de gain additionnel ?

L'autre point positif d'une 5/8 est son dégagement additionnel au-dessus du toit et des obstacles environnants.

On trouve plusieurs références sur ce gain additionnel dans les ARRL ANTENNAS BOOK et aussi un VHF MANUAL
dans la section qui traite des répétitrices.

Il y a aussi un schéma de construction avec le transfo d'adaptation à la base de l'antenne.

Comme Jacques et Alex, je peux confirmer que l'utilisation d'une antenne 5/8 améliore le signal d'une répétitrice
lointaine en mobile.

73,

Rémy

[VE2PID Pierre]

du toit d'une automobile, ne pouvons-nous
pas supposer que le plan des radiales est quasi-parfait et obtenir alors le 3 dB de gain additionnel ?

Salut Rémy,

C'est sûrement le cas. En simulation, plus le nombre de radiales augmente, plus l'intensité du champ émis augmente. Le lobe principal quant à lui reste bas sur l'horizon, même s'il y a formations d'autre lobes plus haut.

Ça explique pourquoi la 5/8 montée sur un toit de voiture donne un meilleur signal que la 1/4, comme les OMs l'ont constaté. Le toit donne un très bon plan de sol dont l'effet s'ajoute à la tendance 'naturelle' de la 5/8 à produire un champ EM plus intense que la 1/4-λ.

Il faut aussi distinguer un montage sur le toit métallique d'un véhicule et un montage au sommet d'une tour avec 3 ou 4 radiales. Le 'plan de sol' du premier cas est très efficace versus celui du second cas.

Les valeurs que j'ai mentionnées plus haut comparent une 1/4 et une 5/8 qui auraient seulement 4 radiales et qui seraient à 7,5 λ du sol. Dans ce cas, les performances sont à toutes fins pratiques identiques.