Est-il approprié d'utiliser un câble coaxial demi-longueur d'onde pour alimenter une antenne HF?

Un radioamateur m'écrivait ceci récemment au sujet de l'utilisation des câbles coaxiaux demi-longueur d'onde:

Voici ce que je lui ai répondu.

Utilisation sur fréquence unique

Un câble coaxial demi-longueur d'onde est surtout utilisé en VHF, UHF, SHF, sur une antenne à fréquence unique, soit sa fréquence de résonance, pour éviter - à tout prix - les pertes d'énergie RF dues au ratio d'ondes stationnaires (ROS).

Voilà pourquoi, à ces fréquences élevées, on transforme d'abord l'impédance du dipôle, à l'aide de techniques de couplage (gamma et autres), afin que l'impédance de l'antenne corresponde exactement à celle du câble coaxial.

Utilisation en HF sur fréquence unique

En HF, cette technique d'alimentation d'une antenne n'est pas appropriée lorqu'on a l'intention de l'utiliser sur plusieurs fréquences à l'intérieur d'une même bande de fréquences, voire sur plusieurs bandes de fréquences. Voici pourquoi.

Il est utile de mesurer la longueur du câble coaxial d'alimentation de l'antenne lorsqu'on veut que l'impédance, que présente l'antenne au point d'alimentation, soit reproduite (+/- identique) à l'autre bout du câble coaxial (transceiver ou XCVR). Pour ce faire, on mesure un câble pour qu'il soit d'une demi-longueur d'onde électrique à la fréquence de résonance de l'antenne.

Cette technique n'est valable que...

• pour une seule fréquence donnée et les multiples pairs de cette fréquence;
  
  
• pour une antenne qui, à résonance, présente une impédance égale à celle du câble coaxial - sinon, il y aura disparité d'impédance entre l'antenne et le câble, et des ondes stationnaires apparaîtront sur le câble.
  

En d'autres mots, prenons l'exemple d'un dipôle qui présente une impédance de 50 ohms à résonance. Si on ne veut pas utiliser un “tuner” et, si on veut s'assurer que l'impédance que verra le XCVR sera de 50 ohms (afin d'assurer un transfert optimal d'énergie RF entre le XCVR et le câble), alors la technique d'utiliser un câble coaxial d'une demi-longueur d'onde électrique - à une fréquence unique donnée (la fréquence de résonance de l'antenne) - est approprié.

Or, un dipôle d'une demi-longueur d'onde présente une impédance caractéristique de 72 ohms à résonance... et le RG213 a une impédance caractéristique de 50 ohms! Déjà, il y a disparité d'impédance entre ce dipôle et le RG213... pour un ROS "tolérable" (c.-à-d. les pertes en HF dues à un tel ROS sur un câble de qualité) de 1,44 à 1.

RF Toolbox v5.2.0 de Black Cat Systems

Si un dipôle a une impédance de 50 ohms à 14,0 MHz, une longueur de RG213 de 7,005 m (une demi-longueur d'onde électrique à 14,0 MHz) présentera une impédance de 50 ohms au transceiver à 14,0 MHz - exactement à 180 degrés opposés au point d'alimentation à l'antenne.

RF Toolbox v5.2.0 de Black Cat Systems

Il est important de noter ici qu'à une autre fréquence que 14,0 MHz, la longueur du câble sera autre. Par exemple, à 14,2 MHz la longueur du câble RG213 (dont le FV est 0,66) devra être de 6,9062 m pour qu'il soit d'une demi-longueur d'onde à cette fréquence.

RF Toolbox v5.2.0 de Black Cat Systems

Une longueur de 7,005 m de RG213 - qui correspond à une demi-longueur d'onde à 14,0 MHz - sera, électriquement, deux demi-longueurs d'onde à 28,0 MHz et donc conviendra parfaitement sur 10 m à cette fréquence.

RF Toolbox v5.2.0 de Black Cat Systems

Longueurs de coax autres que demi-longueur d'onde

Une longueur de 7,005 m de câble coaxial RG213 sera (électriquement) 3/4 de longueur d'onde à 21.0 MHz (15 m) et, par conséquent, ne reproduira pas l'impédance de l'antenne au transceiver à l'autre bout parce que le voltage et le courant sont déphasés de 90 degrés.

Le cas du yagi de Cushcraft

Cependant, dans le cas (yagi Cushcraft), l'impédance est environ 50 ohms sur chacune des trois bandes de fréquences - à une fréquence donnée bien précise sur chaque bande, soit celle choisie lors de l'assemblage des éléments du yagi. Donc, l'impédance de l'antenne et celle du RG213 s'accordent.

Attention: la longueur hors-tout du câble coaxial demi-longueur d'onde doit inclure tout autre câble de raccordement au transceiver à l'intérieur de la salle radio.

Le cas d'une antenne multibandes OCFD

Enfin, considérant tout ce qui précède, il est impossible d'imaginer une longueur de câble coaxial qui saura répondre correctement à chacune des fréquences et impédances d'une antenne HF multibandes telle l'antenne dipôle asymétrique (OCFD). Il faudrait pouvoir varier les caractéristiques du câble à chaque fois qu'on change de fréquence! Voilà pourquoi on utilise un "tuner" pour éviter qu'une impédance complexe autre que 50 ohms n'apparaisse à le sortie du XCVR!

Ouf! Il y a de gros bouquins, truffés de formules mathématiques complexes, qui ont été écrits sur les diverses méthodes d'alimentation d'antennes radio. J'espère que ce "résumé" sur le cas spécifique d'un câble coaxial demi-longueur d'onde en HF te sera tout de même utile.

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