Antenne verticale
GAP EAGLE sur HF

Un radioamateur me demandait, récemment, pourquoi son antenne verticale GAP EAGLE, était beaucoup moins performante - en mode réception - que la dipole filaire HF, en "V" inversé, de son ami radioamateur.

Il spécifiait que les deux antennes sont installées à la même hauteur, sur le toit d'édifices de quatre étages et qu'elles ont, toutes deux, été comparées sur la bande de 40 mètres en mesurant, simultanément, l'intensité d'un même signal transmis par une tierce station - qui leur parvenait directement (pas via l'ionosphère).

La réponse se situe au niveau des différences fondamentales entre les caractéristiques physiques et électriques des antennes HF verticales (1/4 de longueur d'onde) vs les antennes HF horizontales (1/2 longueur d'onde).

Les caractéristiques fondamentales

Il ya a effectivement une différence appréciable en réception entre une antenne verticale 1/4 de longueur d'onde (électrique) et une dipôle filaire 1/2 longueur d'onde (physique), que cette dernière soit installée en "V" inversé ou à l'horizontale.

Voici, en ordre décroissant, les antennes HF populaires, en termes d'efficacité en mode réception:

  1. une dipôle filaire, installée à l'horizontale, à au moins 1/4 de longueur d'onde au-dessus du sol et des édifices contenant des structures métalliques.

  2. une dipôle filaire, installée en "V" inversé dont l'apex est à au moins 1/4 de longueur d'onde au-dessus du sol et des édifices contenant des structures métalliques.

  3. une antenne verticale 1/4 de longueur d'onde, installée à la même hauteur, sera beaucoup moins performante en réception que les dipôles 1/2 longueur d'onde.

L'antenne verticale en HF

Antenne verticale HF GAP EAGLE.GAP EAGLE DX

En réception, la verticale 1/4 de longueur d'onde (physique) présentera toujours un niveau de signal capté inférieur de plusieurs dB au même signal capté par une dipôle filaire 1/2 longueur d'onde (physique), quelle que soit sa configuration. Voici les trois principales raisons. (Je simplifie considérablement ici) :

  1. une verticale 1/4 de longueur d'onde est physiquement courte, par rapport à la longueur d'onde d'opération désirée. En théorie, elle captera environ la moitié de l'énergie captée par une dipôle conçue pour la même fréquence d'opération que la verticale. Pourquoi? La 1/4 de longueur d'onde est comme un filet de pêche deux fois plus petit que la dipôle de 1/2 longueur d'onde!

    Mais, la situation est pire dans le cas de la GAP EAGLE. La GAP est physiquement plus courte qu'un quart de longueur d'onde! En effet,  elle ne mesure que 21 pieds au lieu de 33 pieds (6,4m au lieu de 10m). La GAP est donc 36% plus courte (petite) qu'une véritable antenne verticale 1/4 de longueur d'onde! Cela diminue d'autant sa capacité à capter les microvolts d'énergie RF sur 40 mètres.

    Cette antenne peut, néanmoins, servir de radiateur RF sur 40 mètres parce qu'elle est construite pour se comporter - électriquement - comme si elle était pleine-longueur. La position, savamment étudiée, des éléments servant aux bandes de fréquences supérieures modifient électriquement les caractéristiques de l'antenne trop petite pour rendre le taux d'ondes stationnaires (TOS) relativement "acceptable" pour la plupart des postes émetteurs. Elle n'est pas, pour autant, un radiateur RF aussi efficace qu'une verticale physiquement pleine longueur sur 1/4 de longueur d'onde.

  2. La plupart des radioamateurs utilisent des antennes à polarisation horizontale (de type dipôle). Or, l'antenne verticale 1/4 de longueur d'onde est une antenne conçue pour des signaux électromagnétiques à polarisation verticale!

    L'incompatibilité entre un signal à polarisation horizontale et une antenne conçue pour des signaux à polarisation verticale est... immense soit, de l'ordre de 20 dB ou plus! La verticale est la pire antenne à utiliser pour recevoir des signaux à polarisation horizontale. Cette incompatibilité n'est valable que pour les signaux qui ne passent pas par la ionosphère mais, plutôt, échangés directement entre les deux antennes de polarisation contraire.

    Lorsque les signaux HF sont réfléchis par une couche ionosphérique, la polarisation du signal - lorsqu'il arrive à l'antenne de réception - peut se situer n'importe où entre l'horizontale et la verticale! Donc, la dipôle filaire HF installée en "V" inversé sera légèrement avantagée -  par rapport aux antennes horizontales ou verticales - parce qu'elle peut capter une bonne partie des signaux dont polarisation se situera (à l'arrivée) entre l'horizontale et la verticale. À cet égard, la "V" inversée 1/2 longueur d'onde constitue un bon compromis en HF.

  3. l'antenne verticale est très susceptible aux interférences électrostatiques (QRN atmosphérique et QRN provenant de moteurs électriques, etc.), car ce QRN est de polarisation verticale et, donc, parfaitement compatible avec une antenne à polarisation verticale! Cette interférence dégrade le ratio signal vs bruit.

    Mais, il ya a encore une quatrième source de perte, dans le cas de la GAP EAGLE!

    En effet, une antenne composée de plusieurs éléments métalliques introduit une perte de signal additionnelle. Chaque jointure entre deux éléments métalliques offre une résistance au transfert d'énergie captée.

    Cette perte est minime lorsque l'antenne vient d'être assemblée. Les jointures sont alors encore propres et le contact se fait bien. Mais, au fil des mois et des années, le métal s'oxyde. Cette oxydation introduit une résistance à chaque jointure métallique. Or, ces résistances s'accumulent!

    Plus une antenne comportera de jointures métalliques, plus elle dissipera les précieux microvolts d'énergie électromagnétique en pure perte - au lieu de les transférer intégralement au câble de transmission vers le récepteur.

En résumé

Antenne dipôle 1/2 longueur d'onde.
Antenne dipôle en

Une dipôle, qu'elle soit installée en "V" inversé ou à l'horizontale, sera toujours meilleure - en réception - qu'une antenne verticale 1/4 de longueur d'onde.

La dipôle filaire, 1/2 longueur d'onde, ne perd pas l'énergie RF captée parce qu'elle:

  • n'a pas de jointures résistantes;

  • est peu susceptible de capter de l'interférence électrostatique qui est de polarisation verticale;

  • est de dimension physique deux fois plus grande qu'une 1/4 de longueur d'onde. Elle captera ainsi (théoriquement) deux fois plus d'énergie RF que la 1/4 de longueur d'onde.

En outre, dois-je ajouter que la dipôle filaire sera toujours considérablement moins chère qu'une GAP EAGLE ?!

Conclusion

Voilà, très brièvement, pourquoi l'antenne filaire de type dipôle 1/2 longueur d'onde sera toujours plus performante - surtout en mode réception - que l'antenne verticale 1/4 de longueur d'onde, pour une même fréquence radio donnée.

Mais, la GAP EAGLE n'est même pas, physiquement, une véritable antenne verticale 1/4 de longueur d'onde! D'où sa piètre performance en mode réception.

J'espère que l'information qui précède - bien que considérablement simplifiée - vous sera utile pour choisir l'antenne HF qui correspondra à vos attentes.

P.S. Solution à essayer

Il y a encore une solution possible à essayer. Vous pourriez encore améliorer la performance en réception de la GAP EAGLE en fixant, à la base de l'antenne (là où les radiales horizontales sont situées), au moins une (1) radiale 1/4 de longueur d'onde sur le 40 mètres (idéalement une radiale pour chaque bande).

Il faut utiliser du fil d'antenne isolé (recouvert de PVC ou polystyrene) que vous pouvez simplement étendre sur le toit de l'édifice où vous demeurez, ou directement sur le sol, si la verticale est sise au sol.

Il faut également soigneusement recouvrir le bout des radiales afin de les isoler complètement de tout contact avec le sol (ou marre d'eau).

J'ai déjà obtenu des résultats remarquables avec une 18AVT/WB, antenne verticale à trappes de Hi-Gain, en utilisant une radiale à plusieurs fils conducteurs (un fil conducteur par bande) en guise de contrepoids. Quatre radiales sur chaque bande seraient mieux... mais, probablement pas quatre fois mieux.

Évidemment, il y aura un prix à payer pour cette amélioration de performance en réception. Il y a fort à parier que le fait d'introduire une ou plusieurs radiales 1/4 de longueur d'onde à la base de la GAP EAGLE, aura pour effet de bousiller le délicat équilibre du TOS, artificiellement construit par le fabricant!

"Tuner" nécessaire

Il faudra, alors, utiliser un transformateur d'impédance (tuner) pour protéger l'émetteur. Mais, là encore, il faut être vigilant. Il ne faut PAS utiliser un tuner qui utilise des composantes (condensateurs variables et bobine d'induction) agencés en réseau en "T" mais, plutôt, agencés en réseau en "L". Les réseaux en "T" introduisent beaucoup trop de pertes en réception, comme en transmission.

Certes, les tuners à réseau en "L" sont plus coûteux. Néanmoins, je recommande la marque LDG (http://ldgelectronics.com/). Ce sont les plus abordables que je connaisse (en Amérique). Il y a peut-être un équivalent en Europe? Si vous pouvez vous débrouiller en anglais, je vous recommande de consulter cette page de mon autre site pour plus d'information sur les tuners à réseaux en "T" vs en "L".

Voilà! De véritables radiales 1/4 de longueur d'onde, sur une antenne verticale, valent la peine d'essayer.


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