La neige est-il un bon ''Ground Plan''? au cw un mode efficace

[VA2VL Jean-François]

Je parlais avec le prof de mon plus jeune qui est physicien.
Comme d'habitude les sujets débordent toujours avec des personnes aussi intéressantes.
Le sujet est venu sur la conductivité électrique et la mise à la terre.

Je me suis installé une verticale Butternut dans ma court arrière. J'ai installé 4 radials ground plan et prévoit en rajouter une douzaine de plus.
Le prof de physique m'a dit que mes 4 tiges étaient suffisantes et que la neige allait faire le reste.
J'ai comme resté septique. Il y a selon moi certaine restriction. En plus, allons nous avoir de la neige cette hiver?

En pratique, qu'en pensez-vous?

73 J-F

[VA2SG Jean-Pierre]

Il a tort. Je parle par expérience, je suis pas physicien. Mets des radiales tant que tu peux. ;-)

[VE2PID Pierre]

Mon opinion: Dépassé 4 radiales, l'augmentation de performances devient de moins en moins importante, neige ou pas. À chacun de juger si ça en vaut la peine.

Voir http://forum.radioamateur.ca/index.php?topic=4626.msg16823#msg16823

[VA2VL Jean-François]

Un retour au source Jean-Pierre? ;-) bienvenue.
Merci Pierre pour le lien.
Mes 4 radiaux sont de calibre 10 awg qui sont à 1 pouce dans la terre et à date sa semble pas mal mieux que ma MA5V au dessus du toit.

[VA2SG Jean-Pierre]

C'est juste parce que je te connais ;-)

[VE2OK Jean]

Oui la neige est un bon conducteur surtout lorsqu'elle est complètement mouillée et salée! 

Le livre de référence sur la Buddipole (Buddipole in the field) a un chapitre très intéressant sur le sujet, le sol parfait, l'angle de la verticale, ainsi que les résultats selon le nombre de radial (1-2-4 ou 16 radials).
Voir le chapitre 6 à partir de la page 61 http://lib.store.yahoo.net/lib/buddipole/buddipoleinthefield2.pdf.

[VE2PID Pierre]

Bonjour,

Les résultats du livre de référence sur la Buddipole (page 69) cité par Jean coïncident avec ceux obtenus par Cebik. En passant de 4 à 16 radiales, le gain grimpe seulement de 0,6 dBi, pendant que l'angle de départ reste à 20°.. Des fractions de dBi ne sont pas détectables au loin. Il faut environ 6 dBi de changement (10 fois plus) pour donner une variation d'une unité au S-mètre... Même en passant de 4 à 128 radiales, l'augmentation de gain n'est que de 1,6 dBi dans le meilleur des cas.

Pour ce qui est d'un  plan de sol normal versus un plan d'eau salée, son effet est de rabattre l'angle de départ vers le sol, ce qui améliore le DX.

[VA2VL Jean-François]

Effectivement Pierre,
Regarde juste les expéditions IOTA, tu vois souvent les verticales directement dans la mer.
Et les résultats sont étonnant.
JF

[VE2PID Pierre]

Et les résultats sont étonnant.

J'ai fait les calculs pour comparer les résultats obtenus avec une verticale ¼- λ n'ayant que 4 radiales. Ce tableau montre le gain résultat et l'angle de départ en fonction du plan de sol.. Pauvre, moyen eau douce et eau salée:


 

Plan de 'sol'	Angle de départ (deg.)	Gain (dBi)
Pauvre	28	-0,78
Moyen	25	0,17
Eau douce	20	1,91
Eau salée	14	3,29

On voit très bien l'augmentation importante de gain et la réduction de l'angle de départ, surtout au-dessus d'un plan d'eau salée.

[VA2JOT Jacques]

son effet est de rabattre l'angle de départ vers le sol, ce qui améliore le DX. C'est fou ce que j'ai fait comme DX juste avant le lever du soleil face à la mer avec mon mobile stationné à 10 pieds de la mer sur la Pointe St-Pierre juste avant d'arriver à la baie de Barachois en Gaspésie. Sur les bandes de 40 et 80M. Pensez-y bien, en bas de 10% d'efficacité avec 100W dans un fouet de 8'.

D'après moi  c'est la proximité de l'eau salée qui faisait toute la différence et l'absence totale de bruit électrique "urbain".

[VA2AM Rejean]

La neige agit comme un isolant, on pourrait fabriquer une antenne directionnel avec des fils directement au sol gelé en artique ou antartique et obtenir un angle de départ très bas s'il y avait une bonne épaisseur (+20m). Cela a déjà été expérimenté durant des expéditions dx.
Mieux d'utiliser des radials avec un isolant, le but c'est d'augmenter le courant à l'alimentation avec moins d'absorbsion du sol.
Pas facile d'évaluer le gain d'une antenne et c'est pourquoi c'est normalement exprimé en DBI. Le gain maximal ne réflète pas le gain réel utile car tout dépend si l'on recherche un signal fort localement ou loin (dx). En dx le fait d'abaisser l'angle de départ donnera plus de db réel avec la distance (moins de réflexion). Alors ajouter des radials sur une vertical le db ne monte pas rapidement (la théorie) par contre à grande distance cela donnera un meilleur résultat. L'eau salé donne déjà +3 db et en additionnant la réflection un autre 3db par rapport à une vertical sans radial. Yagi sur Yagi (staking) donnera plus de 3 db aux angles <10 degrées avec la bonne hauteur (.5 et 1 longueur) même si la théorie calcul 3db à grande distance. +1-2 db durant un concours donneront un net avantage (rapidité).

[VA2JOT Jacques]

Semblerait que l'effet est non négligeable en HF.
Abstract
In order that future HF installations be properly planned, a need exists for easily usable information regarding the effects of environment and environmental changes on antenna radiation patterns. This communication presents the results of calculations showing the effect of snow cover on the radiation patterns of base-fed vertical whip antennaspar Ross Jenkins, Communications Research Center Ottawa Jan 2003. IEEE Antennas and Propagation Society pour ceux qui ont un compte.

Aussi, en V/U, le besoin de garder dégagées les antennes et leur plan de sol pour les systèmes d'approche des pistes en vol aux instruments (ILS) ainsi que des rapports d'incidents tendent à démontrer que la présence d'un bonne couche de neige autour de ces installations aurait tedance à "dilluer" la précision du système de guidage.

Y'aurait peut être une relation avec le fait que les Inuits possèdent un quarantaine de mots pour décrirer les "variables" de la neige 

73,

[VE2PID Pierre]

Semblerait que l'effet est non négligeable en HF.

En réalité, on a un plan de sol constitué de neige et de sol terreux sous la neige. Dépendant de l'épaisseur de la couche de neige et de la nature (conductivité/permittivité) du sol, la pénétration et par conséquent l'angle de départ seront affectés dans un sens ou dans l'autre. Des mesures faites dans les couches épaisses de glace/neige près des pôles (*) montrent que la neige a une permittivité ε d'environ 2,5 et une  conductivité s (en siemens/m) de 0,00001 pour le 160 mètres.

Ce qui tend à confirmer qu'il faut tenir compte de l'effet-neige dans les calculs de patrons d'antennes. Pour des détails plus complets tirés du "Manuel du Radioamateur", voir http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM10/RM10E06.html .

* http://www.ncjweb.com/marapr09feat.pdf décrit les choix de paramètres de modélisation d'une Yagi 3 éléments pour le 160 mètres au-dessus d'une surface de glace et de neige.

[VA2JOT Jacques]

En réalité, on a un plan de sol constitué de neige et de sol terreux J'ose croire que la température du sol aurait aussi une quelconque influence sur sa conductivité. Gelé dur ne doit certainement pas conduire autant qu'un sol dégelé ayant la même teneur en eau.

Which means que peut-être l'idéé d'allonger des "réflecteurs" surélevés du sol sous une dipole ne serait pas si bête que ça si on désire apporter un peu plus de constance "saisonnière et météo" à l'impédance et la forme du champ EM.

Qu'en penses-tu?

[VE2PID Pierre]

l'idée d'allonger des "réflecteurs" surélevés du sol sous une dipole ne serait pas si bête que ça

C'est en effet une bonne idée. Le document pdf que j'ai cité plus haut mentionne que l'équipe sur le terrain a choisi de monter la Yagi 160 mètres à 4 pieds au dessus de la neige. Ceci parce que tout segment rayonnant placé dans la neige subit des transformations importantes: The resonant frequency of a 160 meter dipole with 2 mm diameter wire surrounded by 5 mm of radial ice is reduced by 8.6 percent.
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En passant... Merci à Sylvain VE2LH qui a déniché le document de l'IEEE Antennas and Propagation Society (septembre 1973) * mentionné plus haut par Jacques JOT. Dans la copie qu'il m'a fait parvenir, on peut lire que les valeurs des paramètres utilisés pour les calculs des patrons au-dessus d'une surface de neige sont comprises entre 1,2 et 1,9 pour la permittivité. Pour la conductivité, elle se situe entre 0,00001 et 0,0003 siemens/m.

Ce qui est dans le même ordre de grandeur que les résultats obtenus expérimentalement par Jim Streible, K4DLI, et Pete Gaddie, W6XX en expédition sur des glaciers en 2006 et décrits dans le document pdf que j'ai cité dans le message précédent.

La conclusion est facile à tirer: Une surface profonde de neige atténue l'intensité du signal réfléchi sur sa surface..

Conséquence: Le signal réfléchi sur cette surface subira des pertes plus importantes que s'il était réfléchi sur un sol normal. De plus, l'angle d'attaque sera modifié en fonction de la nature du sol sous la neige.. Donc double effet (angle et champ EM modifiés).

So... en supposant que le lointain DX nous intéresse,  une surface de neige n'est pas trop performante côté réflections. Un sol moyen fait mieux et une surface d'eau salée est l'idéal.

Noter qu'après la publication de l'IEEE en 1973, il y a eu dans les années 80 l'invention de l'outil NEC. Cependant, même si NEC utilise des méthodes de calculs différentes, on obtient des conclusions très voisines de celles de l'IEEE.
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* PS: Je mets en lien le document que Sylvain m'a envoyé, mais pour bien comprendre tout le raisonnement, il faut obligatoirement passer par le calcul différentiel et intégral. Par contre, les fig 2,3 et 4 de la page 724 donnent les conclusions 'visuelles':

http://www.qsl.net/ve2pid/IEEESept73.pdf