Comment améliorer mon antenne multibande G5RV modifiée?

[VE2OK Jean]

Le 29 août 2011, après la mise en opération de ma nouvelle station et de ma nouvelle antenne, je réussais mon premier QSO. J'ai reçu beaucoup d'information qui m'a permis d'avoir une station et une antenne de base très efficace. Pendant cette réflexion, j'ai reçu également de nombreux conseils que je n'ai pas pu tout expérimenter. Par exemple, rallonger mon antenne avec un bout de ladder (suggestion avec plan de Jacques VA2JOT). J'ai mis le tout en veilleuse. Je voulais opérer la station actuelle pour voir ses possiblités. Je dois vous dire que j'ai une réception et une transmission assez intéressante. Les USA rentrent très bien jusqu'à la Californie, le Mexique, la France, l'Italie, l'Autriche, l'Allemagne. Je suis capable de syntoniser mon antenne sur toutes les bandes avec le tuner de LDG AT-897. Sur 80 mètres, je reçois bien tous les réseaux. Je crois bien que d'être sur le bord de la baie de Gaspé et du golfe St-Laurent m'aide bien. Un super retour qui me motive à aller plus loin.

Je suis maintenant en mesure avec l'aide d'un analyseur d'antenne (MFJ-269) d'avoir des données plus précises pour l'amélioration de mon antenne. Voici en fichier joint toutes le données possibles que j'ai mis dans un tableau. Pour l'instant, ma connaissance des antennes ne me permettent pas d'aller plus loin. Je n'ai peut-être pas pris également les bonnes mesures. Je suis en apprentissage encore et j'attends vos commentaires et vos suggestions.

VE2OK - Jean

[VA2JOT Jacques]

Bonjour Jean,
                      Je ne vois pas ton fichier joint. Ce qui risque de se produire sur 80m, c'est le point de I (RF) max qui normalement dans une dipole résonnante se trouve au point d'alimentation va se retrouver en quelque part le long de ta ligne de tranmission ou les champs EM se cancellent.

Ma suggestion de rallonger ton antenne à ses extrémités visait justement à déplacer le point de I max au feedpoint en rallongeant artificiellement ton antenne. Cela t'aiderait à avoir le max de champ EM.

[VE2OK Jean]

Est-ce que tu le vois maintenant?

VE2OK - Jean

[VE2PID Pierre]

Bonjour Jean,

Si le sens de ta question est d'améliorer globalement l'antenne, et bien, c'est impossible.

.... Car toute modification que tu ferais sur la géométrie de l'antenne actuelle (longueur et configuration) ainsi que sur la ligne de transmission va se traduire par une amélioration sur certaines bandes accompagnée d'une détérioration sur d'autres bandes en comparaison avec ton montage actuel...

[VA2JOT Jacques]

Suite au commentaire de Pierre, je présume qu'il te reste à choisir lesquelles des bandes tu aimerais pouvoir avoir les meilleures performances.

Oui, ton tableau est maintenant visible.

[VE2PID Pierre]

il te reste à choisir lesquelles des bandes tu aimerais pouvoir avoir les meilleures performances.

... Ainsi que celles qui devront en payer le prix ...

[VA2JOT Jacques]

En général, plus l'antenne est courte, pire c'est dans les basses-bandes.

[VE2OK Jean]

Okay! Bon, je ne pensais pas que vos recommandations m'avaient permis d'avoir une antenne dipole parfaite pour être utilisée sur toutes les bandes. Autrement dit, un compromis parfait pour toutes les bandes avec l'aide du tuner. Ce fil de discussion va être bref. Je ne peux pas changer ma ligne de transmission car c'est le chemin le plus court du shack au point d'alimentation de l'antenne. En conclusion, si je veux améliorer mes signaux, je dois créer une nouvelle antenne.

Est-ce que je peux conclure que l'antenne actuelle sans le tuner est la plus efficace sur les fréquences où le ROS est le moins élevé, soit sur les bandes du 6,10, 15 et 20 mètres?

Est-ce que je peux me créer une nouvelle dipole avec une longueur spécifique pour seulement une bande (en privilégiant une seule bande ou en privilégiant le 40 et 80 mètres) et la connecter sur le même point d'alimentation que la dipole actuelle? Autrement dit, utiliser la même ligne de transmission que celle déjà existante.

VE2OK - Jean

[VE2PID Pierre]

Re-salut Jean...

Puis-je te suggérer en premier lieu de consulter l'excellent traitement de Ducros concernant les multibandes (Levy)..? C'est couvert dans son volume dans les pages 103 à 108. Je ne crois pas qu'il ait quelqu'un ici sur RA.CA qui soit aussi compétent que lui dans ce domaine . . .

Entre autre, tu y verras les combinaisons de longueurs de radiateurs et de lignes de TX qui maximisent le rendement de ce genre d'antenne, selon les bandes à privilégier, ainsi que les longueurs à éviter. Avec ces dimensions bien respectées, tu ne verrais aucune différence de rendement détectable sur 80/40 versus des doublets ordinaires demi-onde montés à des hauteurs ordinaires.

Bonne lecture. 

[VE2OK Jean]

C'est exactement ce que je suis en train de lire.

VE2OK - Jean

[VE2OK Jean]

Bon, je réalise donc que ma G5RV modifié est en fait une Levy. On me l'a déjà mentionné antérieurement mais je ne voyais les subtilités et les différences.

Ducros mentionne que la longueur de l'antenne et de la ligne bifilaire peuvent être quelconques à la condition qu'une des branches de l'antenne ait au minimum un longueur "l" = lambda/8, de préférence "l" >= lambda/4 et qu'elle doit comprendre un système entre l'extrémité de la ligne bifilaire et la radio. Il mentionne également que pour "l" = lambda/2, le gain de l'antenne est de 1,7 dBd alors qu'il est de 3 dBd pour "l" = lambda x 0,64 (expended Zeppelin).

@Pierre Tu mentionnes:...Car toute modification que tu ferais sur la géométrie de l'antenne actuelle (longueur et configuration) ainsi que sur la ligne de transmission va se traduire par une amélioration sur certaines bandes accompagnée d'une détérioration sur d'autres bandes en comparaison avec ton montage actuel...
Si je comprends bien Ducros, je pourrais améliorer mon antenne en l'allongeant. Mon antenne a actuellement des branches de 51 pieds (15.5448m). Je peux l'allonger jusqu'à 8 mètres de plus de chaque côté ou plus si je prends la technique de VA2JOT - Jacques en ajoutant un bout de ladder. Donc, je pourrais au départ rallonger le tout assez facilement à 23,5 mètres + un bout de ladder de 1,845 mètres, portant le tout à 27,23 mètres de chaque côté. Cela serait la fréquence idéale sur 40 mètres : "l" = 0,64 x lambda = 192/freq = 192/7.05 mhz = 27,23 m. De plus, 27,23 mètres est > que (sur 80 mètres à 3.6 mhz) lambda/4 = 20.83 mètres et que (sur 160 mètres à 1,84 mhz) lambda/8 = 20,38 mètres. 

Est-ce que cela fait du sens? Et cela vaut-il la peine de faire ces changements?

VE2OK - Jean

[VE2PID Pierre]

Bonjour Jean

l'antenne ait au minimum un longueur "l" = lambda/8, de préférence "l" >= lambda/4 et qu'elle doit comprendre un système entre l'extrémité de la ligne bifilaire et la radio.

Je ne comprends pas ce que tu entends par "système". Veux-tu dire une boîte d'accord?

Le lambda  mentionné par Ducros réfère à la plus basse fréquence que l'on compte utiliser, et le "l" est la longueur d'une des branches du doublet. Comme les branches de ton antenne actuelle mesurent 51 pieds, elles ne passent pas le test du lambda/8 à 1,8 MHz car ça prend 68,3' par branche à cette fréquence.

Pour le 80 mètres (3,5 MHz), elles dépassent le lambda/8 (35,1') mais non le lambda/4 (70,3').

Est-ce que cela fait du sens?

À mon avis, oui... nous avons presque la même compréhension de l'argumentation de Ducros, mais ne pas oublier de tenir compte aussi des changements qu'il faut faire sur la longueur de la LL. Voici un résumé * de ses recommandations pour l'antenne Levy comme ta multibandes:

1) Choisir pour chaque branche du doublet une longueur l qui sera au minimum de lambda/8 et de préférence lambda/4 où lambda est la plus grande longueur d'onde que l'on compte utiliser.

2) Choisir ensuite une longueur d'onde λ que l'on veut privilégier. Alors, si l est la longueur d'une branche du doublet et h la longueur de la bifilaire et que L = l + h, il faut absolument éviter que L soit un multiple entier de λ/2 et privilégier des valeurs de L qui sont des multiples impairs de λ/4. Ceci afin d'éviter d'avoir des ventres de tensions à la jonction bifilaire/synto, ventres qui causent des pertes et un stress important dans le synto.

3) Enfin, dans le choix de l, si on veut maximiser le gain, l'idéal serait que l = 0,64λ pour un gain de 3 dBd (exp Zeppelin). Par exemple, pour 3,5 MHz, idéalement, chaque branche devrait mesurer 180 pieds.... pas facilement réalisable.

Un exemple: Pour le 40 mètres, comme tu l'as déduit par calcul, chaque bras de la multibande (cas Exp Zep) doit mesurer 27,23 mètres linéaires... ce qui veut dire un prolongement en ligne droite de ton installation actuelle. Finalement, il faut modifier la longueur de la bifilaire pour avoir, en additionnant la longueur d'une branche et celle de la bifilaire, un multiple impair de la longueur d'onde correspondante. Tu aurais alors une antenne optimisée pour le 40 mètres, mais ces corrections auront modifié et à la baisse les rendements actuels sur une ou plusieurs autres bandes.

Comme on peut le déduire, l'optimisation d'une Levy nécessite que l'on décide d'abord de la fréquence à optimiser (impossible de les privilégier toutes à la fois) et de travailler ensuite et sur la longueur des branches et sur la longueur de la bifilaire. Mais comme tu ne veux pas toucher à la longueur de cette dernière, l'optimisation ne sera probablement pas possible.

Autres remarques: Si tu choisis d'allonger les branches, pour augmenter le champ EM, il faut le faire linéairement, i.e. dans le prolongement des branches, et non à angle droit.
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Concernant ton tableau plus haut, tu as omis de mettre le signe de X (la réactance...). Les analyseurs MFJ ne donnent pas directement ce signe (qui est essentiel) mais la documentation les accompagnant explique comment le déduire.

Également dans ce même tableau, tu mentionnes un coax (coax loss) et des valeurs de L et C pour compenser. Ce n'est pas pertinent si on parle de bifilaire...
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Et cela vaut-il la peine de faire ces changements?

Il n'est pas sûr que des modifications à ton antenne actuelle vont donner des changements mesurables même s'ils sont réels théoriquement. J'utilise en portable plusieurs configurations voisines de l et de h en Levy, et je ne vois généralement pas de différences. Depuis le début du mois, j'expérimente aussi sur 12 et 10 mètres en QRP (CW\4W) et toutes me donnent à tour de rôle d'excellents DX.

Voilà...

* C'est mon résumé des pages 103 à 108 du volume "Les Antennes théorie et pratique émission et réception" par André Ducros, F5AD. http://www.elektor.fr/products/books/hf/les-antennes.7094.712414.lynkx

[VA2JOT Jacques]

Autres remarques: Si tu choisis d'allonger les branches, pour augmenter le champ EM, il faut le faire linéairement, i.e. dans le prolongement des branches, et non à angle droit. Ici c'est moi qui ait besoin d'explications.

J'ai toujours cru que la partie ajoutée, si on le faisait dans la partie E de l'antenne (l'extrémité d'une dipole) n'avait pas besoin d'être dans le même axe que le reste de l'antenne à moins d'être en mode récupération de fractions de dB. Ce qui importe, c'est la partie I qui elle doit être dans le même axe que l'antenne pour obtenir un maximum de champ EM.

Dans une situation ou c'est le manque d'espace qui impose des compromis, l'ajout de capacitance distribuée dans la partie E de l'antenne est celle qui taxe le moins sa performance.

Corriges-moi si j'ai tort.

[VE2PID Pierre]

Salut Jacques,

L'extrémité d'un dipôle présente toujours un minimum de courant. Mais en le rallongeant, l'ancienne position d'un minimum de courant devient un point où l'intensité de courant a augmenté.. puisque le minimum s'est déplacé. Pour que l'effet soit optimal, les segments ajoutés à chaque bouts doivent être colinéaires avec le dipôle initial. Ne pas oublier aussi le contexte: on fait travailler un doublet sur de nombreuses autres fréquences que sa fréquence de résonance initiale.

Un exemple numérique: Pour la fréquence de 7,09 MHz, un dipôle résonant doit mesurer 20,57 m. Supposons maintenant que le fil soit maintenu à la même longueur et que la fréquence passe à 3,5 MHz. Alors l'intensité max du champ EM produit à 1 km dans son lobe principal pour une injection de 1 kW est de 128,2 mV/m.

Maintenant, si on ajoute 1 m de fil à chaque bout, cet ajout de fil étant perpendiculaire au dipôle, alors le champ EM max est de 128,65 mV/m

Alors que si on l'ajoute aux deux bouts 1 mètre de fil aligné avec le dipôle de départ, le EM maximum passe à 128,79 mV/m

Ce sont donc de toutes petites différences, non-détectables, mais qui illustrent le léger avantage à compléter linéairement.

En pratique, pour des ajouts aussi courts, les deux solutions vont donner le même résultat. On choisit alors la méthode la plus simple.

(Calculs via NEC-2).

[VE2OK Jean]

Merci Pierre pour tes explications, voici mes réponses, commentaires et questions en rouge.

Bonjour Jean

l'antenne ait au minimum un longueur "l" = lambda/8, de préférence "l" >= lambda/4 et qu'elle doit comprendre un système entre l'extrémité de la ligne bifilaire et la radio.

Je ne comprends pas ce que tu entends par "système". Veux-tu dire une boîte d'accord? Un balun ou un syntonisateur ou les deux (page 104, 2e paragraphe)

Le lambda  mentionné par Ducros réfère à la plus basse fréquence que l'on compte utiliser, et le "l" est la longueur d'une des branches du doublet. Comme les branches de ton antenne actuelle mesurent 51 pieds, elles ne passent pas le test du lambda/8 à 1,8 MHz car ça prend 68,3' par branche à cette fréquence. Je suis d'accord

Pour le 80 mètres (3,5 MHz), elles dépassent le lambda/8 (35,1') mais non le lambda/4 (70,3').Je suis d'accord

Est-ce que cela fait du sens?

À mon avis, oui... nous avons presque la même compréhension de l'argumentation de Ducros, mais ne pas oublier de tenir compte aussi des changements qu'il faut faire sur la longueur de la LL. Je sais qu'il faut en tenir compte dans le calcul mais ici je n'ai pas de marge de manoeuvre pour modifier la longueur de a LL. J'aime bien la figure IV.2.4.d qui indique les zones noires à éviter pour chaque bande en fonction de la longueur total L=l+h. Pour mon système j'ai L=15,5448m (51 pieds) + 50.1396m (164,5 pieds) = 65,6844 m. Si j'applique ce nombre L sur la figure IV.2.4.d, j'aurais des zones noires sur 15, 20 et 40 mètres. Est-ce que je calcule bien i.e. est-ce que "h" est la longueur totale (164,5) de la LL ou la hauteur de la LL (33 pieds)? Voici un résumé * de ses recommandations pour l'antenne Levy comme ta multibandes:

1) Choisir pour chaque branche du doublet une longueur l qui sera au minimum de lambda/8 et de préférence lambda/4 où lambda est la plus grande longueur d'onde que l'on compte utiliser.

2) Choisir ensuite une longueur d'onde λ que l'on veut privilégier. Alors, si l est la longueur d'une branche du doublet et h la longueur de la bifilaire et que L = l + h, il faut absolument éviter que L soit un multiple entier de λ/2 et privilégier des valeurs de L qui sont des multiples impairs de λ/4. Ceci afin d'éviter d'avoir des ventres de tensions à la jonction bifilaire/synto, ventres qui causent des pertes et un stress important dans le synto."absolument éviter" "causent des pertes et un stress important" Je croyais que c'était justement le rôle du synto d'accorder le tout et qu'il était fait pour cela. Je ne comprends pas le pourquoi de ces affirmations. J'imagine que le chapitre 10 va répondre à mes questions!

3) Enfin, dans le choix de l, si on veut maximiser le gain, l'idéal serait que l = 0,64λ pour un gain de 3 dBd (exp Zeppelin). Par exemple, pour 3,5 MHz, idéalement, chaque branche devrait mesurer 180 pieds.... pas facilement réalisable.

Un exemple: Pour le 40 mètres, comme tu l'as déduit par calcul, chaque bras de la multibande (cas Exp Zep) doit mesurer 27,23 mètres linéaires... ce qui veut dire un prolongement en ligne droite de ton installation actuelle. Finalement, il faut modifier la longueur de la bifilaire pour avoir, en additionnant la longueur d'une branche et celle de la bifilaire, un multiple impair de la longueur d'onde correspondante. Tu aurais alors une antenne optimisée pour le 40 mètres, mais ces corrections auront modifié et à la baisse les rendements actuels sur une ou plusieurs autres bandes.Okay

Comme on peut le déduire, l'optimisation d'une Levy nécessite que l'on décide d'abord de la fréquence à optimiser (impossible de les privilégier toutes à la fois) et de travailler ensuite et sur la longueur des branches et sur la longueur de la bifilaire. Mais comme tu ne veux pas toucher à la longueur de cette dernière, l'optimisation ne sera probablement pas possible. OKay

Autres remarques: Si tu choisis d'allonger les branches, pour augmenter le champ EM, il faut le faire linéairement, i.e. dans le prolongement des branches, et non à angle droit. Je vous laisse le débat entre Jacques et toi 
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Concernant ton tableau plus haut, tu as omis de mettre le signe de X (la réactance...). Les analyseurs MFJ ne donnent pas directement ce signe (qui est essentiel) mais la documentation les accompagnant explique comment le déduire. Je ne maîtrise pas encore la fameuse formule et l'appareil mais j'y arriverai bien un moment donné. Ça s'en vient!

Également dans ce même tableau, tu mentionnes un coax (coax loss) et des valeurs de L et C pour compenser. Ce n'est pas pertinent si on parle de bifilaire...Je me demandais justement à quoi servait ces données! J'enlèverai ces données. J'ai encore à finaliser le manuel d'instruction de l'analyseur.
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Et cela vaut-il la peine de faire ces changements?

Il n'est pas sûr que des modifications à ton antenne actuelle vont donner des changements mesurables même s'ils sont réels théoriquement. J'utilise en portable plusieurs configurations voisines de l et de h en Levy, et je ne vois généralement pas de différences. Depuis le début du mois, j'expérimente aussi sur 12 et 10 mètres en QRP (CW\4W) et toutes me donnent à tour de rôle d'excellents DX.

Voilà... Merci beaucoup

* C'est mon résumé des pages 103 à 108 du volume "Les Antennes théorie et pratique émission et réception" par André Ducros, F5AD. http://www.elektor.fr/products/books/hf/les-antennes.7094.712414.lynkx Jusqu'à maintenant ce livre me permet de bien saisir les principes sur les antennes. Le fait que ce livre technique est en français permet de me faciliter la compréhension de ce domaine. Le chapitre trois a été ardu pour moi et je devrai le réviser.

VE2OK - Jean