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Introduction à l’analyse vectorielle : Chapitre 7, Les Antennes

C’est là très souvent la première raison pour laquelle la plupart des radioamateurs achètent un VNA. Et, je dois l’admettre, cet appareil est plutôt utile dans ce genre d’utilisation. Mais je dois vous prévenir. Il élimine toute trace de magie (ou de rites vaudou) en matière de construction et de tests d’antennes. Cela pourrait également détruire des amitiés vieilles de 30 ans auprès d’experts de longue date dans le domaine de la sorcellerie antennesque qui contredisent les lois élémentaires de la physique. Car vous constaterez que les antennes sont des choses simple, qui possèdent des paramètres connus, lesquels respectent précisément ces lois de la physique : branchez (votre analyseur), balayez (votre spectre de fréquence) et constatez (la raison pour laquelle tout ça fonctionne ou non). C’est nettement moins romantique, n’est-ce pas ?

Avertissement important

… et celui-là en est un très sérieux. Votre VNA est un appareil délicat. Une antenne peut s’avérer très dangereuse pour lui car des champs statiques très important –proportionnels à la taille de l’antenne- peuvent s’y développer. Sur mon dipôle de 51 mètres, j’ai vu s’amorcer des étincelles sautant d’un côté du feeder à l’autre. Cela se produit généralement avant un orage, mais peut également survenir par un beau ciel d’été. Un jour que j’étais en train de travailler sur un tuner d’antenne, un bout de câble d’antenne suspendu à mon bras, j’ai reçu un choc électrique qui m’a provoqué une frousse terrible. J’ai immédiatement jeté le câble près d’un boitier relié à la masse, et vu une étincelle de plus de 5 cm sortir du feeder. Quelques minutes plus tard, la foudre tombait et c’était fini. C’est amplement suffisant pour immoler votre VNA… ou vous-même.

Donc assurez-vous des conditions météo avant toute intervention, particulièrement si l’antenne est imposante et située à l’extérieur (ce qui est généralement le cas celle-ci est d’envergure).

Ce qui suit n’est pas un tutoriel sur l’art de la construction des antennes ou sur le choix du meilleur aérien possible. Je n’aborderais pas ces points, il s’est publié assez d’ouvrages sur le sujet et chaque installation est particulière. D’ailleurs, vous serez bientôt capable de faire ce choix par vous-mêmes –du moins je l’espère.

Cessons d’être sérieux, et commençons par jouer.

Une première mesure simple

Tout d’abord, il nous faut une antenne. Faites la de petites dimensions, nous allons l’utiliser à l’intérieur du shack. Si vous n’en avez pas de telles sous la main, pas d’inquiétude, fabriquez un simple dipole à l’aide d’un adaptateur BNC/Bananes, ou soudez les brins directement sur un connecteur coaxial, cela n’a aucune importance. Ne vous souciez pas du SWR, une antenne parfaite n’est pas amusante du tout à mesurer.

Rien ne vous interdit non plus de fabriquer une petite verticale de type groudplane : quelques bouts de fil de cuivre et votre DUTholder habituel. Voir, ci-dessous, quelques exemples :

Faite la “courte”, aux environs de 300 MHz par exemple. Nous utiliserons notre cordon de mesure en guise de câble de raccordement, et de cette manière, notre plan de référence sera directement relié à la base de l’antenne.

Mes premiers essais ont été réalisés avec ce que j’appellerais ma «  DUT –plane antenna ». Elle est constituée d’une chute de fil électrique dans une fiche banane, et de 4 radiants soudés directement sur le plan de masse du DUT holder.

Quelques précisions :

• La taille importe peu. J’ai simplement pris ce qui me tombait sous la main et l’ai arrange pour faire un semblant d’antenne.
• N’oubliez jamais que l’antenne la plus difficile à fabriquer est une antenne qui ne rayonne pas

Vous rétorquerez « Mais Fred, les radiants ne sont pas positionnés à 45° vers le bas, ils ne font pas la bonne longueur, et comment peux-tu penser que ton morceau de fil posé sur une embase aussi bizarre puisse fonctionner comme une antenne ? Et pour couronner le tout, tu as posé ton montage sur une masse métallique, tout à côté d’un boitier également en ferraille » Effectivement, ce ne sont pas des conditions idéales pour tester une antenne, mais le principe de base ne change pas, et nous pouvons nous lancer dans nos expériences amusantes.

Je lance un premier balayage de VNA avec l’étalonnage « mastercall » pour voir dans quelle région travaille mon antenne. Ce type de mesure doit devenir un véritable réflexe et doit être effectué systématiquement. Si, par exemple, vous avez conçu une antenne 144 MHz, un balayage large bande vous montrera qu’il existe d’étranges résonances sur bien d’autres fréquences

Une petite photo juste pour combler l’espace de cette page : mon panneau de raccordement. Chaque tranceiver possède sa propre prise BNC, de même que chaque antenne et chaque boite d’accord. Lorsque je compte m’absenter, je peux ainsi débrancher toute l’installation en quelques secondes.

Ci-dessus, j’ai inclus 3 mesures différence sur l’écran ci-dessus. Le premier balayage a été réalisé lorsque je me tenais debout à un mètre de l’antenne, et non sur ma chaine. C’est bien trop près pour ne pas influer sur le comportement de l’antenne, mais cela n’a pas d’importance dans le cas présent. Penchons-nous sur ce genre d’effet.

Le tracé de mesure est celui enregistré dans la première mémoire (Mem 1) et caractérisé par le marqueur 1. Les pertes en retour sont de 24 dB (et non de -24 dB, car une perte négative s’appelle un gain, ce qui n’aurait pas de sens). Le résultat n’est pas franchement mauvais, avec un VSWR de 1.13 (tracé violet). On pourrait très bien employer cette antenne directement en sortie d’un émetteur 311 MHz.

Mais, je le rappelle, je me tenais à 1 mètre de distance de l’aérien. Que se passe-t-il lorsque je suis assis devant mon bureau ou, comme on le voit souvent faire, au pied du mat avec un analyseur d’antenne parce que c’est l’endroit le plus pratique pour mesurer ? Faisons l’essai.

Trace « Mem2 » : je suis affalé sur ma chaine et béat de satisfaction face à mon antenne, en train de cliquer avec le bouton de ma souris et m’émerveiller du fruit de mon dur labeur. Voilà une bonne surprise, le VSWR est tombé à 4 mais la fréquence de travail est passée, quant à elle, à 301 MHz. Sont-ce mes superpouvoirs ?

En fait, je n’ai fait que me placer, moi, une grosse masse conductrice, à côté de mon antenne. Et ceci joue sur son impédance. Donc, si vous êtes dans une situation analogue en train d’ajuster en coupant des bouts de votre antenne, gardez cet exemple à l’esprit. Il est assez difficile de couper son antenne « plus longue ». En outre, il s’agit d’une antenne 300 MHz. Un mètre de distance, c’est l’équivalent d’une longueur d’onde. Or, une antenne est caractérisée par trois zones sensibles. Un champ réactif dit zone de Rayleigh, le champ proche (Fresnel) et le champ lointain (Fraunhofer). Le premier des trois se situe aux environs d’une demi-longueur d’onde. Cette antenne travaillant à 300 MHz, son lambda est de 1 mètre. La première mesure était faite en dehors de la zone de Rayleigh mais plutôt dans le champ proche. Mais, pour la seconde mesure, je me trouvais en plein champ réactif. L’antenne possède une impédance élevée à son sommet. Elle forme un condensateur avec la terre (ou avec mon corps). Donc cette extrémité est caractérisée par une réactance. La tension à ce point est élevée. Si l’impédance est élevée, le courant doit donc être faible. Mais à la base de l’antenne, l’impédance est d’environ 50 Ohms, ce qui implique un courant élevé et une tension basse. Nous savons qu’un conducteur parcouru par un courant crée un champ magnétique autour de ce conducteur. Nous avons également appris qu’une tension crée un champ électrique –un peu comme dans un condensateur-. Ergo, il se crée un champ électrique qui est à son maximum au sommet de l’antenne et un champ magnétique qui se tient exactement à l’opposé. Ces deux champs se transformeront en ondes avec le temps, mais, dans le champ réactif, ce ne sont que deux forces créées par les réactances de l’antenne. Elles ne sont pas encore en phase –synchrones- et n’atteignent pas leurs valeurs maximales et minimales au même moment (le cosinus Phi est faible, donc le champ est réactif).

Si nous nous trouvons physiquement dans ce champ, nous faisons partie de l’antenne. Après tout, pourquoi ne pas y rester? Mais le résultat sera piteux. Bien que le VSWR soit parfait, n’oublions pas la paresse naturelle qui affecte les électrons. Ils sont casaniers et cherchent systématiquement à rentrer à la maison en prenant le chemin le plus court. Ils sont d’ailleurs si pressés qu’ils s’allègent en abandonnant les charges d’énergie qu’ils transportent (les quanta), lesquels sont indispensables à la formation des champs magnétiques et électriques, qui à leur tour génèrent nos précieuses ondes radio.

Si je m’assieds en face de l’antenne, les électrons sont attirés vers moi, une surface sympathiquement conductrice, et rentrent chez eux. Mais leur énergie sera perdue parce que je ne suis pas un élément doué pour le rayonnement. J’aurais plutôt tendance à absorber les ondes.

Donc, ce n’est pas une bonne idée de se trouver là. Afin de mieux monter ces effets, je lance un troisième balayage (S11, marqueur 3) en plaçant ma main à 10 cm de l’antenne. Voyez le résultat. L’effet est encore plus marqué. Et n’allez pas croire que c’est de mieux en mieux parce que le SWR s’améliore à la fréquence pointée par le marqueur. A priori, nous avions fabriqué une antenne pour une fréquence donnée et maintenant elle travaille quelques 10 MHz au-delà. Donc le VSWR à la fréquence initiale s’est franchement détérioré.

Pour compléter tout ça, ajoutons que le champ proche est la zone dans laquelle les champs magnétiques et électriques se rencontrent et deviennent amis. Mais vous pouvez imaginer que, près du sommet de l’antenne, le champ électrique est au plus fort et qu’à la base, c’est le champ magnétique qui est le plus important. L’énergie rayonnée est déjà constituée par les champs E et H qui doivent encore trouver leur point d’équilibre pour pouvoir se déplacer dans l’espace. Ce point d’équilibre, là où se créent les ondes radio, n’est autre que le champ lointain, qui se situe entre une demi longueur d’onde (certaines antennes ne possèdent pas de champ proche) et 10 longueurs d’onde. Ou, en langage de matheux, entre 2D2/λ et 10λ.

Mais un dipôle n’a pratiquement aucun champ proche. D est la dimension la plus grande de l’antenne.

Les facteurs d'influence

Lançons maintenant un balayage permanent, promenons-nous tout autour de l’antenne et regardons ce qui se passe lorsque l’on approche la main sur le dessus ou par les côtés, que l’on change la longueur du brin vertical, que l’on tord ledit brin, que l’on fait subir le même sort aux radiants ou que l’on tente de les lever ou de les abaisser. Pour chaque modification, tentez de comprendre ce qu’il se passe. Nous savons déjà que notre antenne est utilisable sur 311 MHz, mais que faire pour la décaler sur 350 MHz par exemple ? Nous aurons à la retailler, à vérifier son comportement au VNA afin de vérifier si les modifications nous conduisent bien dans la bonne direction. Puis passons à la phase d’optimisation.

Pour ce faire, il nous faut procéder à un étalonnage destiné à un balayage plus étroit et, avec son câble de raccordement, s’assurer qu’elle est bien dégagée. Les premiers tests ci-dessus se sont déroulés dans un espace confiné par pure flemme de ma part (et parce que ça ne se voit pas sur les photos). Mais si vous construisez une véritable antenne, vous souhaiterez la mesurer à son emplacement normal d’exploitation. Nous allons donc étalonner notre VNA sur l’extrémité des 10 mètres de coaxial de liaison –ou utiliser l’extension de port.

Pour ces essais, j’ai utilisé la même antenne taillée pour le 311 MHz, mais analysée maintenant avec un balayage de 50 MHz après étalonnage. On peut lire que le Rl (pertes en retour, S11) est de 20 dB et que le VSWR gravite autour de 1.2. Pas catastrophique, mais pas assez bon tout de même.

S’affiche également la courbe de Z réel et Z imaginaire à 41.3+j1.23. Ce qui nous dit que l’antenne est à peu près en résonance mais manque un peu de résistance réelle. Si vous voulez savoir que faire, vous devez changer quelques paramètres et relancer une nouvelle mesure. Allonger le brin radiant va accroitre R mais également jx, et déplacer le point de résonance. Le VNWA va simplifier tout ça. Essayez de tâtonner, regardez les résultats, notez les conséquences de chacune de vos modifications, qui seront autant de résultats qui vous seront utiles lors d’expérimentations ultérieures.

A propos du cable : Après avoir étalonné et avant de lancer le premier balayage, j’ai remplacé le premier câble de mesure par 3 mètres de RG58 teflon de qualité. Nous avons vu qu’un câble 50 Ohm modifie les impédances qui ne sont pas de 50 Ohm. Mais cette modification ne va jamais jusqu’à réellement en faire une entrée ou une sortie sur 50 Ohm. La preuve sur le tracé : à 311 MHz l’antenne offre toujours de bonnes caractéristiques. On constate une légère transformation qui tend vers 50 Ohms mais qui est plus causée par la BNC et par le câble que par un véritable étage de transformation. Nous avons ajouté un peu de capacitance. Mais si l’on regarde à 315 MHz, l’impédance a fortement changé et le Rl atteint presque 40 dB. L’antenne s’est transformée en un aérien large bande tout à fait acceptable. Mais en ajoutant 6 ou 10 mètres de câble, les choses pourraient bien empirer. Mais connectez, balayez et vous saurez…

Maintenant, passons à une autre fonction intéressante du VNWA lorsque l’on travaille sur les antennes. Je connecte la mienne (d’antenne, bien entendu) sur le port 2 (RX) et sélectionne le mode « Analyseur de Spectre ». Parallèlement à ça, je branche la sortie de mon générateur HF sur un petit dipôle situé à 1,5 mètres de ma DUT-plane et j’y injecte un signal de -10 dBm.

On peut voir que l’antenne récupère un signal à -40 dB. Nous avons donc perdu 30 dB entre notre émetteur et antenne de test. Il ne faut pas donner trop d’importance à cette mesure compte tenu de l’environnement de mon atelier. Ce qui importe, c’est que nous sommes toujours situés dans un champ proche et que notre Vswr est acceptable.

Aucun changement dans la configuration matérielle du test, mais cette fois-ci, le générateur, ainsi que la fréquence centrale du VNA, sont réglés sur 150 MHz. Le signal reçu plafonne à -77,8 dB, ce qui prouve que l’antenne fonctionne nettement mieux aux alentours de la fréquence offrant les pertes en retour les plus faibles. Cela montre également qu’une antenne de petite taille est relativement sourde. Sa longueur est effectivement la moitié de ce qu’elle devrait être à cette fréquence, et l’amplitude du signal reçu est également amoindrie.

Cette dernière mesure complète le portrait de notre antenne à 150 MHz. Son impédance est de 10.9-j122 ohm –résistance de rayonnement très faible- et elle apparait comme étant excessivement capacitive. Elle deviendrait fortement inductive si elle était taillée trop longue. Revenons sur l’abaque de Smith

Nous avons déjà parlé du cercle des impédances constantes. En portant à 6 mètres la longueur du câble de liaison, nous avons accru le phénomène de transformation lié à ce câble. En regardant l’abaque, tout au long du cercle inscrit, nous constatons que l’antenne est tout d’abord inductive puis croise la ligne des résistances pures dans la région des résistances élevées, pour ensuite continuer sa course dans la partie capacitive du diagramme, croiser à nouveau la ligne de résistance pure à sa résonance –mais cette fois avec une impédance très faible [souvenons nous que Z est caractérisé par deux valeurs d’impédances, une haute et une basse]. Gardons également à l’esprit que l’étalonnage du VNA n’a pas été réalisé en prenant en compte ces 6 mètres de coaxial. Si l’on ajoute à cette mesure une trace indiquant la phase, on verra que le saut à la résonance ne se fait pas à la même fréquence que celle que montre la Smith. Ceci fait, étalonnons le VNA en extrémité de ce câble de 6 mètres pour obtenir un nouveau train de mesures. Ces différents exercices nous enseignent qu’un câble modifie l’impédance d’un réseau si celui-ci ne correspond pas à son impédance caractéristique.

Test d’un Dipôle

Ce dipole est attaché à un tube de plastique terminé par un petit moteur électrique qui servira de rotor azimutal. L’antenne est alimentée par un câble de 3 mètres.

Après étalonnage, une première mesure au VNA indique que sa fréquence de résonance est aux alentours de 250 MHz et que son Vswr est de 1,25, avec une impédance de 51-j11 ohm. Tentons d’améliorer tout ça.

L’amélioration en question s’est limitée à fabriquer une sorte d’antenne Popovic, une approche très simple pour transformer un dipole en antenne (légèrement) directive. Le Vswr est désormais parfait, le changement de phase indiquant exactement la résonance (courbe S11 phase, en violet) et correspondant exactement à la résonance indiquée sur la Smith ainsi que par le maximum de Rl (courbe rouge, S11 Vswr). Notons également que le la résistance maximale (S11, Real Z) ne se situe pas au point de résonance. Comme quoi il ne faut jamais partir du principe que seuls les maxi sont à prendre en compte.

Vérifions maintenant si cette antenne est réellement directive. Pour ce faire, il faut utiliser la fonction « radar plot » du logiciel VNWA. Un dipole est relié à un générateur HF sur une fréquence fixe, l’antenne est connectée au port RX. Une fois chronométré le temps de rotation du moteur de l’antenne, il ne reste plus qu’à paramétrer le temps de balayage (menu déroulant Sweep) sur un temps de mesure équivalent. On déclenche balayage et rotation au même moment et voilà le résultat

Le signal est manifestement plus faible dans le quadrant supérieur droit du trace. Il s’agit de l’arrière du dipôle. La preuve est faite que cette antenne est bien directionnelle. Et qu’en est-il de notre dipôle originel ?

Il rayonne effectivement bien dans toutes les directions. Le léger accident dans le secteur supérieur droit est causé par l’influence du câble coaxial qui tombe le long de l’antenne.

Coupleurs directionnels et ponts

Comme mentionné en début de ce document, mesurer une antenne de grande taille nécessite quelques précautions. Pour ce faire, nous avons deux possibilités. La première est d’utiliser un coupleur 6 dB. Il s’agit d’un pont résistif dont la perte du signal de sortie est de 6 dB. La seconde possibilité est un coupleur directif. Sa construction s’apparente à celle d’un ROSmètre, qui n’affecte pas le signal de sortie. Un conducteur parallèle au fil de liaison entre entrée et sortie prélève une partie du signal. La distance séparant ces deux conducteur provoque une atténuation du signal prélevé de N dB, c’est pourquoi ces composants sont souvent appelés « coupleur directionnel N dB ». Si l’on insère celui-ci entre les ports TX et RX du VNA et que l’on relie le DUT, on peut mesurer les pertes en retour atténuées par les N dB. Cela implique qu’un étalonnage doit être lancé avant toute chose. Ceci fait, ce coupleur donnera des résultats identiques à ceux d’une mesure en S11 réalisée avec le coupleur interne du VNWA. Le seul souci, c’est que ce coupleur hybride ou directionnel diminue de 6 à 40 dB la dynamique de l’appareil de mesure.

La photo ci-dessus est celle d’un coupleur HP, spécifié de 1,9 à 4 GHz, mais qui donne des résultats acceptable dès 3 MHz.

A gauche un pont –ou coupleur hybride-, à droite un coupleur directif.

En cas d’utilisation d’un pont, il est conseillé d’ajouter un atténuateur de 20 à 40 dB entre le coupleur et le VNA. Ce n’est pas une protection absolue contre une éventuelle décharge de statique, mais en cas de problème, c’est le premier qui encaissera les coups. Il faut cependant garder à l’esprit que plus la valeur de cet atténuateur sera élevée, moins grande sera la dynamique dont on pourra bénéficier coté analyseur.

Les coupleurs, surtout large bande, sont des instruments très coûteux. On peut, en revanche, se fabriquer un pont avec des composants Mini-Circuits Lab (qu’il suffira d’enfermer dans un boitier et y ajouter quelques connecteurs).

Il restera à le tester pour en connaitre les performances. Et plus particulièrement son isolation entre ports (séparation du signal transmis et du signal incident), sa directivité, sa bande passante etc. L’opération n’est pas très compliquée et fait appel à quelque chose de connu : les calibres Open, Short, Load… comme lors d’un étalonnage de VNA.

Si la sortie du coupleur est ouverte, ou alors fermée par un « short », en théorie, tout le signal transmis est réfléchi, renvoyé sur le port RX du VNWA. Si le coupleur ne présent pas –ou quasiment pas- de pertes d’insertion comme c’est le cas dans les coupleurs directifs, les pertes en retour seront-elles-même égales à zéro. Les coupleurs en pont, en revanche, présente une atténuation (6 dB) qui devrait également se mesurer dans cette situation.

Tant que les pertes sont équivalentes avec un bouchon « open » et un bouchon « short », le coupleur est considéré comme parfaitement utilisable. Si une différence est constatée, le coupleur est inutilisable (dans le spectre HF, une différence de 3 dB environ est acceptable). Si l’on remplace ces bouchons par une charge (load), alors plus aucun signal réfléchi ne doit être mesuré. En pratique, les fuites, le bruit intrinsèque, l’imperfection même de la charge font que ce n’estd pas toujours le cas. On considère que le coupleur est utilisable si les pertes en retour sont au-delà de 25 dB. Un coupleur de mesure de haute qualité, du genre de ceux utilisés dans des laboratoires à température constante, peuvent atteindre 50 dB.

Cette différence mesurée entre les mesures S11 « ouverte/fermée » et celle mesurée en «charge » s’appelle la directivité. Elle doit se situer entre 30 et 40 dB pour que le coupleur puisse être considéré comme exploitable.

Ci-dessus, vous voyez la courbe caractéristique d'un coupleur directionnel de fabrication maison dont la directivité se situe entre 35 et 40 dB jusqu’à 501 MHz (mesuré avant étalonnage). Après étalonnage, effectuez un test « short ». Si vous vous souvenez de la procédure consistant à vérifier la position des points « résistance infinie/ 50 Ohm/résistance nulle » sur l’abaque de Smith et que vous obtenez les mêmes résultats avec le coupleur (voir exemple ci-dessus), c’est que vous êtes fin-prêts à lancer vos trains de mesure.

Ci-avant, un coupleur directionnel et un balun couplet à un feeder alimentant un dipole

Il n’est absolument pas nécessaire de mesurer ledit balun. Mais s’il est intégré dans votre système d’antenne, il faut l’intégrer dans la mesure.

Avec le coupleur HP, on constate une atténuation assez forte, particulièrement lorsque la fréquence augmente. Le VNA et proche de ses limites de fonctionnement, le niveau de bruit commençant à devenir particulièrement notable.

Le coupleur de fabrication maison donne des résultats similaires, mais avec moins de bruit et moins d’atténuation.

Avant d’aborder les baluns, quelques captures d’écran vous montrant combien il est simple de fabriquer des antennes. A l’aide de Mmana-Gal, logiciel de simulation et d’analyse d’aériens, j’ai conçu une petite yagi (en photo sur la seconde photographie qui illustre cet article). Un tasseau de bois, quelques baguettes de soudure, un petit balun en courant et une prise bnc. L’assemblage du tout ne m’a pris que 5 minutes.

La largeur de spectre analysée par Mmana n’excède pas 80 MHz. Il m’est impossible de vous afficher la bande passante dans son intégralité, mais je vous assurer que le Vswr est inférieur à 2 de 395 à 510 MHz.

On peut constater ci-dessous, grâce à l’analyse du VNWA, que la simulation n’est pas si éloignée de la réalité. La bande passante n’est pas aussi large que prévu par Mmana, mais sans modifier aucune caractéristique physique, j’ai pu construire une antenne pour la bande des 70 cm.

Les Baluns

Quelques rappels sur les baluns en courant. Le rôle d’un balun est de convertir une ligne symétrique (twin lead par ex.) en ligne asymétrique (câble coaxial). En anglais, « BAlanced/UNbalanced », Balun. Une transition d’une ligne symétrique vers une autre ligne symétrique s’appelle, pour les mêmes raisons, un Unun. Les baluns que l’on rencontre le plus souvent :

• Les balun 9 :1, généralement utilisés en extrémité d’antennes alimentés à leur extrémité (end fed du genre Zeppelin)
• Les unun 1 :1 du coté TX d’un tuner
• Les chokes en courant , qu’elles soient balun ou unun, sont probablement les plus couramment rencontrées.

Les électrons, dans un système rayonnant, tentent de revenir à leur source. Cela se fait généralement par le biais de la tresse du coax, le conducteur intérieur étant une ligne de transmission, celui situé à l’extérieur ne représentant qu’une énorme liaison vers la terre (qui passe par votre émetteur). En bobinant le câble coaxial de manière à ce qu’il forme une self, on bloque ces électrons en leur opposant une impédance élevée sur la partie extérieure du câble. Comme le conducteur intérieur demeure en régime de transmission, il ne remarque pas cette inductance qui n’affecte que le conducteur externe.

Comment faire une telle choke et comment la mesurer ?

Les techniques de fabrication les plus souvent rencontrées sont la choke en câble coaxial bobiné et la choke sur ferrite. La première est très économique est facile à fabriquer, mais, rançon de cette simplicité, elle est lourde et encombrante. Comme elle doit être placée là où les courants et rayonnements sont élevés –généralement au centre d’un dipôle- cela peut poser quelques problèmes techniques (suspension, solidité du montage, prise au vent…). Ajoutons que ce genre de choke provoque plus de pertes qu’un balun ferrite.

Pour mesurer ce balun, j’ai soudé la tresse au contact central de chaque prise BNC. De cette manière, le signal émis par le port TX du VNA est forcé de passer par l’inductance formée par la tresse.

Le balayage ci-dessous –courbe rouge- montre que la réactance de cette bobine se situe dans les 7 dB à 160 mètres et frise les 27 dB vers 10 mètres. Sur les bandes basses, une réactance de 7 dB n’est pas assez grande si l’émetteur développe une puissance de 100 W, mais elle peut être acceptable avec 10 W de sortie. Cela dépend beaucoup du type d’antenne. Pour un aérien asymétrique, telle la reine des antennes en « mode commun » qu’est la Windom, 7 dB ce n’est franchement pas assez. En revanche, sur un dipôle parfait, c’est amplement suffisant. Reste que ce balun est affecté de quelques 0,5 à 0,9 dB de pertes d’insertion.

La capture suivante montre les deux balun côte à côte. La trace rouge, cette fois, indique les caractéristiques du balun ferrite, constitué de 8 spires de câble. Pas même un mètre de coaxial.

Indiscutablement, le balun coaxial se comporte mieux sur les fréquences basses. Mais si l’on souhaite qu’il soit réellement performant, il faudrait quasiment doubler le nombre de spires –et par conséquent les pertes d’insertions qu’il apporte.

Le balun ferrite, quant à lui, peut être amélioré en multipliant le nombre de tores (type 3E11 ou 4C6). On utilise un peu plus de câble. Le premier tore atténue le courant de gaine de 10 dB par exemple, le suivant de 10 dB également et ainsi de suite. Le résultat est net.

Ce qui, en revanche, ne donne pas un résultat net, ce sont les tores de type T200. Ne me croyez pas sur parole, testez ! Même en bobinant tout ce que permet le diamètre de ce tore, sa présence est difficilement détectable à l’analyseur.

Je conclurais par mon éternelle formule : « testez, ne croyez pas ». Formule à laquelle j’ajouterais « demandez vous, avant de lancer une mesure, ce que vous allez obtenir. Si le résultat est différent de ce qui est prévu, c’est que vous avez fait quelque chose de travers ».

73 de Fred PA4TIM

L’original de ce texte est disponible à l’adresse

http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2010/11/VNA_hfst7_antennas.pdf

L’intégralité du didacticiel est accessible à l’adresse

http://www.pa4tim.nl/?p=1594

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