L'ANTENNE DIPÔLE
Pour en tirer le maximum

L'antenne dipôle semble simple, à première vue. Mais, lorsqu'on s'y attarde, on peut en découvrir certains aspects particuliers - aux avantages insoupçonnés - qu'on peut, dès lors, exploiter à profit.


Apprendre à connaître et maîtriser ce que d'autres ne savent pas, c'est ainsi qu'on devient un consommateur ou un utilisateur averti et perspicace!

Voici, donc, ce que le radioamateur curieux voudra savoir de cette antenne si populaire.


Dans le but d'alléger le texte (éviter les répétitions), j'utiliserai occasionnellement le mot dipôle (seul), doublet, ou antenne doublet, en tant que synonyme d'antenne dipôle.

SES CARACTÉRISTIQUES

L'antenne dipôle classique

L'antenne dipôle est une antenne demi-longueur d'onde (λ/2) symétrique (dite aussi balancée, équilibrée) parce qu'elle est alimentée en son centre. Elle est généralement installée horizontalement au-dessus du sol.

L'impédance caractéristique d'un dipôle - dans l'espace - est de 73 ohms. Le voltage RF est théoriquement nul au centre du dipôle, et à son apogée (positive et négative) aux extrémités. Le courant, quant à lui, est à son apogée au centre et nul aux extrémités.

Cependant, lorsque cette antenne est installée à environ 0,13 longueur d'onde (0,13λ) au-dessus du sol, son impédance sera tout près de 50 ohms, ce qui correspond à l'impédance caractéristique d'un câble coaxial de type RG-8, RG-8X at RG-58.

En prime, l'impédance demeurera autour de 50 ohms sur les fréquences qui sont des multiples impairs de sa fréquence de résonance de base!

Donc, un dipôle, dont la fréquence de résonance fondamentale est de 7 MHz (sur la bande de 40 mètres) pourra également servir sur sa troisième harmonique - soit le 15 mètres (21 MHz). Une véritable aubaine “deux pour un”!

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CALCUL DE LA DIMENSION PHYSIQUE

La formule pour calculer une demi-longueur d'onde, dans l'espace, est:

150 / fréquence (MHz) = dimension en mètres

L'énergie RF se propagera sur l'antenne à environ 95% de sa vitesse normale parce qu'elle est ralentie un peu par la résistance du fil d'antenne.

Donc, la formule pour calculer la dimension physique d'une antenne dipôle devient:

(150 * 0,95)/ fréquence (MHz) = dimension en mètres (demi-longueur d'onde physique)

142,5 / fréquence (MHz) = dimension en mètres (demi-longueur d'onde physique)

Exemple:
Calculons la dimension d'un dipôle pour la fréquence de 3,65 MHz (sur la bande de 80 mètres).

142,5 / 3,65 = 39,041 mètres

L'antenne sera alimentée au centre. Donc il y aura 19,52 mètres de fil d'antenne chaque côté du point d'alimentation central de l'antenne doublet.

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TECHNIQUE DE TAILLAGE DU FIL D'ANTENNE DIPÔLE

Pour construire un dipôle, je vous conseille de commencer avec un fil légèrement plus long que nécessaire, et de le tailler ensuite pour que l'antenne atteigne résonance à la fréquence que vous désirez. Voici comment faire:

  1. Commencez avec une longueur de fil environ 2 à 3% plus longue que la longueur physique obtenue par la formule donnée précédemment.

  2. Notez bien cette longueur de départ L_1 sur un bout de papier.

  3. Installez la dipôle (de dimension temporaire) à l'emplacement qui sera sa position définitive éventuellement.

  4. Faites un premier essai à basse puissance (disons 10 watts). Notez le ratio d'onde stationnaire (ROS). Répétez l'essai sur plusieurs fréquences à l'intérieur de la bande.

    Choisissez une période "morte" de la journée sur la bande de fréquence pour faire vos essais, afin de ne pas déranger (importuner) les autres radioamateurs.

  5. Notez la fréquence (f_min) à laquelle le ROS aura été le plus bas (le minimum).

  6. Multipliez f_min par la longueur de départ L_1 que vous aurez notée à l'étape 2.

  7. Divisez ensuite le résultat de la multiplication (obtenue à l’étape 6) par la fréquence (MHz) à laquelle vous désirez que l'antenne résonne (la fréquence d'opération que vous aurez choisie).

    Ce calcul vous donnera la dimension hors tout finale L_fin de votre antenne.

  8. Longueur de départ (L_1 obtenue à l'étape 2) moins longueur finale (L_fin obtenue à l'étape 7) = longueur totale en trop.
    L_1 - L_fin = L_2total

  9. Divisez par 2 la longueur en trop (obtenue à l'étape 8)
    L_2total / 2 = L_tropex

  10. Descendez votre antenne, puis enlevez (coupez) L_tropex à chaque extrémité de l'antenne.

  11. Remontez l'antenne à sa place définitive et voilà!

Votre antenne est prête à utiliser.

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CÂBLE D'ALIMENTATION DE L'ANTENNE

J'ai mentionné plus tôt qu'on peut alimenter une antenne dipôle à l'aide d'un câble coaxial. Mais un câble coaxial est asymétrique!

Or, lorsqu'on alimente un dipôle - qui est une antenne symétrique (dite aussi balancée, équilibrée) - avec un câble coaxial, une partie de l'énergie RF irradiée par l'antenne induira un courant RF sur le blindage du câble coaxial qui l'alimente.

Ce courant RF indésirable risque de se propager jusqu'à votre équipement radio, et autres appareils électroniques, dans la salle radio (ex. ordinateur) - ce qui risque de nuire à leur bon fonctionnement, voire, possiblement les endommager!

Heureusement, vous pouvez empêcher cette énergie RF parasitaire de se rendre jusqu'à la salle radio en utilisant une ou plusieurs bobines d'étranglement RF (RF choke) sur le câble d'alimentation.

Bobines d'étranglement pour bandes de fréquences individuelles

Bobine d'étranglement RF sur support tubulaire (RF choke)Bobine d'étranglement RF

Le tableau ci-dessous vous donne les dimensions du support tubulaire et nombre requis de spires pour chaque bande de fréquences HF.


Tableau des dimensions de bobines d'étranglement monobandes (RF chokes) sur support tubulaire pour câble d'alimentation d'une antenne dipôle.

Je recommande une bobine d'étranglement près du point d'alimentation central d'un dipôle, et une autre à 1/4 de longueur d'onde plus loin vers la salle radio.

Si le câble coaxial est plus court qu'un quart de longueur d'onde à la fréquence d'opération de l'antenne (ex. moins de 40,76 mètres sur la bande de 80 mètres), alors installez la bobine sur le câble d'alimentation, à l'extérieur, juste avant qu'il entre dans la salle radio.

Bobines d'étranglement pour usage multibande

Si vous avez l'intention d'utiliser votre dipôle sur plus d'une bande de fréquences (ex. utiliser une antenne pour le 40 mètres sur le 15 mètres), alors utilisez les dimensions données dans le tableau ci-dessous.

Tableau des dimensions de bobines d'étranglement (RF chokes), pour usage multibande, sur support tubulaire
Étrier de ferrite servant à bloquer le reflux d'énergie RF qui se propage sur un câble coaxialÉtrier de ferrite

Notez que vous pouvez également utiliser un ou plusieurs étriers de ferrite spécifiquement conçus pour chevaucher le câble coaxial et étrangler (bloquer) un courant RF se propageant sur le blindage extérieur. Cette solution est parfois plus efficace.

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HAUTEUR AU-DESSUS DU SOL

La hauteur idéale d'une antenne dipôle au-dessus du sol est une demi-longueur d'onde (λ/2).

En réalité, disons 105% d'une demi-longueur d'onde (λ), parce que l"énergie RF voyage un peu plus lentement (d'environ 5%) sur l'antenne, alors que l'énergie RF entre l'antenne et le sol voyage plus vite (à 100% de la vitesse de la lumière, soit 299,7925 mètres/seconde).

Il faut donc augmenter la hauteur de 5% pour laisser le temps à l’énergie RF de compléter un cycle complet sur l'antenne, et d'amorcer un nouveau cycle.

À cette hauteur (ajustée pour compenser pour le retard de l'énergie RF qui voyage sur l'antenne), la petite quantité d'énergie RF reflétée par le sol revient en phase avec le début d'un cycle de voltage RF sur l'antenne - et s'ajoute à ce dernier.

Le tableau ci-dessous indique les hauteurs à privilégier au-dessus du sol.


Tableau des hauteurs idéales (λ/2 + 5%) d'une antenne dipôle pour chaque bande de fréquences HF

Incidemment, l'impédance d'un dipôle à cette hauteur est d'environ 70-73 ohms.

Si vous désirez calculer la hauteur d'un dipôle pour d'autres fréquences que celles données dans le tableau, voici la formule à utiliser:

((299,7925 / 2) / f (MHz)) x 1.05 = hauteur en mètres

Notez qu'un dipôle donnera encore de très bons résultats, même s'il est installé à une hauteur moindre que la hauteur idéale.

Comme je l'ai mentionné précédemment, une antenne doublet installée à environ 0,13 λ au-dessus du sol aura une impédance autour de 50 ohms. Son patron de radiation sera divisé en de multiples lobes au lieu d'être uniforme. Seuls les puristes y verront une différence!

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QUINCAILLERIE

Balun?

Les puristes, qui cherchent à préserver la symétrie théorique du patron de radiation d'une antenne dipôle, utiliseront un autotransformateur balun 1:1 au centre de l'antenne.

En effet, le rôle du balun est d'abord d'empêcher l'asymétrie du câble coaxial de modifier, plus ou moins profondément, la symétrie de radiation d'un dipôle.

Or, si on utilise un câble coaxial, dont l'impédance caractéristique est de 50 Ohms (ex. RG-8X), il faudra que l'antenne doublet soit installée entre 0,3 et 1,3 longueurs d'onde (λ) au-dessus du sol (en supposant des caractéristiques diélectriques moyennes du sol) pour qu'elle ait une impédance près de 50 Ohms.

Un balun 1:1 est conçu pour joindre une antenne dont l’impédance est de 50 ohms à un câble coaxial dont l’impédance est de 50 ohms - ou une antenne de 70 ohms à un câble de 70 ohms, ainsi de suite.

Si l'impédance de l'antenne ne correspond pas à l'impédance du câble coaxial - cela occasionnera un reflux d'énergie RF sur le câble coaxial et partant, un taux d'ondes stationnaires supérieur à 1:1.

Je souligne qu’un dipôle, installé à une si faible hauteur (λ), aura, de toute manière, un patron de radiation très différent du patron de radiation théorique - car le sol reflète une petite partie du signal irradié par la dipôle. Alors, inutile de tenter de préserver avec un balun ce qui n’est pas là!

L'énergie RF reflétée par le sol revient se mêler au signal de l'antenne

  • et l'augmentera si elle arrive en phase avec celle de l'antenne ou

  • le diminuera si elle intervient hors phase.


Le tableau ci-dessous indique l'impédance approximative d'un dipôle HF à diverses hauteurs (en termes de longueurs d'onde λ) au-dessus d'un sol dont les caractéristiques diélectriques sont dans la moyenne (ex. un pré).

Conclusion: un simple isolateur central ferait amplement l'affaire dans la plupart des cas!

Isolateur central

On peut se procurer d'excellents isolateurs centraux de fabrication commerciale. En voici quelques exemples:

Cependant, vous pouvez aisément en fabriquer un vous-même à bien peu de frais. Voici un excellent site (en anglais) qui en décrit la construction en détail, avec de multiples photos à l'appui.

Isolateur central de WP4AOH

Quel que soit le modèle que vous choisirez, assurez-vous que la connexion (PL-259 / SO-239) soit protégée de la pluie sous l'isolateur, et qu'il vous sera aussi possible de facilement la sceller avec du CoaxSeal™.

Isolateurs d'extrémités

Isolateur d'extrémité d'antenne doublet - service leger à régulierIsolateur service léger à régulier
Isolateur d'extrémité d'antenne doublet - service intenseIsolateurs service intense

Les isolateurs, utilisés aux extrémités d'une antenne doublet, introduisent une petite valeur capacitive. Celle-ci a pour effet d'abaisser légèrement la fréquence de résonance de l'antenne.

En toutes circonstances, et surtout lorsque vous opérez à haute puissance RF, il est préférable d'employer des isolateurs d'extrémités en céramique et les plus longs possible.

Isolateurs Alpha-Delta

Les isolateurs DELTA-CIN de Alpha Delta sont particulièrement efficaces à cet égard. Les vertèbres sont justement conçues pour introduire une longue distance (RF) entre l'extrémité de l'antenne et la corde qui l'attache au support.

L'inconvénient, avec ce type d'isolateur profondément vertébré, survient lorsque la neige et la glace s'insèrent dans les crevasses. Les DELTA-CIN deviennent soudainement beaucoup moins efficaces. Ils se transforment alors en isolateurs très courts!

Vérifiez régulièrement l'état de votre antenne dipôle (cordes, connexions) au moins une ou deux fois l'an - surtout après chaque tempête (vent, verglas).

Le fil d'antenne

Pour des distances inférieures à 45 mètres, entre deux supports stables et solides, j'utilise du fil multibrin (7x22) en cuivre (hard drawn) de calibre #14.

J'utilise du Variflex™ de calibre #13 (19 brins d'acier cuivré) lorsque les supports aux extrémités sont des arbres.

Les cordes

J'utilise de la corde Dacron™ (3/16 po. - 476mm) depuis des années pour soutenir un doublet pour le 80 mètres entre deux gros érables. Cette corde résiste bien aux frottements avec les branches et est résistante aux rayons UV.

Corde tressée robuste en polypropylèneCorde tressée robuste

On peut également utiliser une corde tressée en polypropylène, qu'on trouvera plus facilement en quincaillerie. Celle qui est  illustrée est robuste et résiste à la moisissure.

Elle est aussi du type camouflage, donc elle est peu visible, surtout lorsqu'elle est utilisée pour soutenir une antenne dipôle entre deux arbres.

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VE2DPE est membre en règle des organismes suivants:

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