Construire son dipôle est relativement facile, vous allez le voir
Ayant expérimenté personnellement beaucoup d’antennes, il faut se rendre à l’évidence qu’il n’y a rien de tel que la simplicité d’un dipôle.
Théorie :
Un dipôle d’habitude est fait pour une seule bande. Il est n’est pas cher et extrêmement simple à réaliser.
L’antenne dipôle demi-onde est la forme classique d’un aérien pour ondes de radio. Le diagramme de rayonnement demi-onde diffère légèrement de celui du dipôle de Hertz. (Dipôle élémentaire). On reconnait deux plans, l’horizontal ou azimutal où le rayonnement s’aplatit par rapport à celui du dipôle élémentaire et le plan vertical ou plan en élévation (voir figures).
Plan Horizontal
Plan Vertical
Pour bien se rendre compte il faut voir en définitive le diagramme de rayonnement en 3D
Vue 3D
Mon antenne :
Un dipôle pour une bande c’est bien mais pourquoi ne pas réaliser un dipôle multi-bandes ? Lorsqu’on parle d’aérien multi-bandes, beaucoup se tournent vers des antennes commerciales qui permettent un fonctionnement sur toutes les bandes. Le coût varie en fonction de nombreux critères. Mais la réaliser soi-même est une chose plus enrichissante. J’ai donc décidé de faire une antenne MULTI-BANDE filaire, mon choix s’est porté sur un dipôle tri bande en V inversé avec trappes coaxiales. Il devra raisonner sur 30m, 40m et 80m. C’est une antenne facile à mettre en œuvre, le défi maintenant est de mettre sur un fils 3 bandes HF. Dans ce nouvel article, je vais donc surtout décrire la construction d’une trappe pour le 40m. Il suffira d’extrapoler les dimensions pour les trappes coaxiales pour le 30m.
Peut-être, que cela vous donnera aussi l’envie de construire la même antenne également ?
Pourquoi ai-je choisi des trappes coaxiales ?
J’ai choisi ce système car ne possédant pas sous la main de fils de cuivre comme on fait les bobinages, j’avais en revanche beaucoup de câble coaxial 75 Ω pour CCTV. Par facilité mon choix s’est porté sur des trappes. Celles-ci ne présentent pas un facteur Q très élevé par rapport à des bobines enroulées. En outre Q a en fait, l’une des plus petites influences sur la bande passante. Ce sera tout bénéfices donc… Le RG59 en ma possession peut gérer facilement jusqu’à 500 W PEP, ce qui est suffisant.
Le logiciel (freeware) dont je vais me servir, sera COAXIAL-TRAPS de Tony Field VE6YP, voici son adresse (lien direct) : Coaxial-traps.zip.
Ce programme est simple à utiliser. Il calcule les paramètres de construction pour les trappes coaxiales.
Il faut aussi connaître les caractéristiques techniques de son câble coaxial, en cherchant sur Internet, vous trouverez certainement le vôtre. Pour l’exemple voici les spécificités de mon câble :
rg-59-mil-c-17-f-spec-2
Le schéma de câblage sera le suivant, je remplace les fixations du fils de l’antenne du plan, par 2 vis inox avec écrous et rondelles (voir plus bas). Mais le schéma de raccordement est identique.
Pour calculer les dimensions, j’ai besoin du diamètre du câble (mesure faite au pied à coulisse), sa capacitance (caractéristique trouvée dans le data sheet), sa fréquence de coupure (caractéristique trouvée dans le data sheet) et le diamètre du tube (mesure faite au pied à coulisse). Je n’ai plus qu’à entrer ces caractéristiques dans le logiciel COAXIAL TRAP DESIGN et j’obtiens toutes les caractéristiques de ma futur trappe coaxiale pour le 40M.
La trappe aura une fréquence de résonance sur 7,200 MHz
- FREQUENCY : (Fréquence de résonance) : 7,200 MHz (décidé)
- DIAMETER : (Diamètre extérieur du tube) : 4,05 cm (mesuré)
- COAX DIAMETER : (Diamètre extérieur du câble coaxial utilisé) : 0,62 cm (mesuré)
- CAPACITANCE : (Capacité du câble) : 70 pf/m (suivant caractéristiques)
Cela donne comme résultat :
- 13,07 tours de câble coaxial autour du tube requis
- 8.10 cm longueur total du bobinage du câble coaxial
- 194,28 cm comme longueur totale du câble coaxial
- 3,593 µH l’inductance de la self
- 136,00 pF de capacité
- 162,54 Ω de réactance
Vous devrez relever ces dimensions pour chaque trappe coaxiale que vous allez faire. Dans ce cas-ci, il y aura deux trappes pour le 30m et deux trappes pour le 40m une de chaque côté du dipôle.
Construction des trappes :
Vous avez besoin pour une paire de trappes coaxiales réglée sur 40 m, et une pour le 30m.
- 1 mètre de tuyaux PVC pour canalisation, diamètre extérieur de 40 mm, à parois épaisses (3 mm).
- 8 boulons avec écrous M5 x 15 ou M5 x 17 en inox.
- 8 rondelles de carrossier en inox.
- 8 écrous papillons en inox.
- Deux longueurs de câble coaxial suivant les résultats trouvés avec le logiciel. (Environ 8 m de câble coaxial)
- 8 cosses à œillet M5 1,5 mm².
Je vous montre ici comment réaliser une trappe 40M. Ces opérations sont à refaire pour les trois autres trappes
Percez quatre trous de 6mm et enlevez les arêtes vives et chanfreinez-les
13 tours + 0,7 de tours. Tracez l’emplacement du trou où s’introduira le câble
Enroulez fermement le câble coaxial autour du tuyau, les deux extrémités sont introduites dans les trous.
Dénudez et retirez l’isolation pour connecter l’âme avec la tresse comme sur le schéma plus haut, puis soudez le tout. L’âme d’un bout doit être solidaire de la tresse de l’autre bout et vice-versa. À l’aide d’une cosse, connectez l’âme et la tresse respectivement aux vis des extrémités.
Deux trappes presque finies prêtes à avoir leurs bouchons et leurs protections
Si vous avez bobinés vos trappes en spires régulières, la fréquence de résonance sera très proche de la valeur demandée.
Réglages :
Une trappe coaxiale est un circuit LC parallèle : à sa fréquence de résonance, son impédance devient très élevée (théoriquement infinie), ce qui « bloque » le signal à cette fréquence tout en laissant passer les fréquences plus basses. C’est justement cette propriété qu’on va exploiter pour la régler avec un analyseur vectoriel de réseau comme le NanoVNA.
Méthode par transmission (S21) — la plus fiable
C’est la méthode que je recommande, car elle donne un résultat net et facile à lire, même avec un NanoVNA d’entrée de gamme.
- Calibrez le NanoVNA en mode 2 ports (S11/S21) sur toute la plage HF qui vous intéresse, par exemple 3 à 15 MHz pour englober le 80m, le 40m et le 30m.
- Réalisez un petit cordon de test : deux courtes tresses de câble (avec des connecteurs SMA ou via des adaptateurs BNC/SMA) reliant respectivement le CH0 et le CH1 du NanoVNA aux deux extrémités de la trappe.
- Insérez la trappe en série entre les deux ports, exactement comme elle le sera dans le brin de l’antenne.
- Lancez le balayage et affichez le paramètre |S21| en dB (log mag).
À la fréquence de résonance, l’impédance de la trappe devient très élevée : le signal ne passe quasiment plus d’un port à l’autre, ce qui se traduit par un creux net (notch) dans la courbe de transmission, souvent de -20 dB ou plus. La fréquence au fond de ce creux est la fréquence de résonance réelle de votre trappe.
Méthode par réflexion (S11) — pratique sur le terrain
Si vous n’avez qu’un seul port disponible ou voulez vérifier une trappe déjà montée sur l’antenne sans la démonter :
- Laissez une extrémité de la trappe en l’air (non connectée).
- Connectez l’autre extrémité au CH0 du NanoVNA.
- Affichez le Smith Chart ou la réactance (X) en fonction de la fréquence.
À la résonance, l’impédance vue au point de mesure atteint son maximum (comparable aux ~2000 Ω que je mesurais autrefois au MINI60) et le point sur le Smith Chart se rapproche du bord du cercle, côté circuit ouvert. C’est moins net qu’un creux S21, mais suffisant pour confirmer une résonance approximative sans tout démonter.
Ajuster la trappe
Si le creux (ou le pic de réactance) apparaît :
- en dessous de la fréquence visée : il y a trop d’inductance, il faut réduire le nombre de spires ou resserrer légèrement l’enroulement.
- au-dessus de la fréquence visée : il manque de l’inductance, il faut ajouter un peu de spires ou écarter légèrement l’enroulement.
Comme le calcul logiciel (COAXIAL TRAP DESIGN) donne déjà une base très proche de la cible, les ajustements au NanoVNA restent en général minimes — quelques millimètres d’espacement suffisent à recaler la résonance de quelques dizaines de kHz. Répétez la mesure après chaque petit ajustement, la trappe étant démontée, jusqu’à obtenir le creux (ou le pic) exactement sur la fréquence recherchée (7,200 MHz pour l’exemple du 40m décrit plus haut).
Bandes passantes à garder en tête
La bande passante pour le 40m est de 200 kHz, sur le 80m elle est plus pointue, environ 130 kHz — un creux large et peu marqué au NanoVNA peut donc être normal, surtout sur 40m ; ne cherchez pas un notch aussi fin que sur un filtre à quartz.
Finalisation :
Les trappes sont presque finies. Vous pouvez solidariser les spires à l’aide de tape d’électricien ou de la colle pour PVC que vous appliquez généreusement.
Pour protéger vos trappes, vous pouvez utiliser de la gaine rétrécissante pour câble haute tension.
Vous les ajoutez ainsi aux fils pour faire votre dipôle, sans oublier un balun 1/1
Les dimensions du dipôle terminé
J’utilise un balun 1/1. Du balun à la première trappe j’ai 7.14m ensuite de cette dernière 2.15m jusqu’à la seconde trappe et enfin 4.87m pour la fin du dipôle de 80M
Remarques importantes concernant l’antenne en V. INVERSE
Pour faire soit même un dipôle en V inversé il ne faut pas oublier que les dimensions changent selon l’angle d’ouverture par rapport au mât central En effet, pour un V inversé :
- Avec une ouverture de 22° par rapport du mat central les dimensions des fils sur base des calculs devront être 2% plus courts
- Avec une ouverture de 30° par rapport du mat central les dimensions des fils sur base des calculs devront être 3% plus courts
- Avec une ouverture de 37° par rapport du mat central les dimensions des fils sur base des calculs devront être 4% plus courts
- Avec une ouverture de 45° par rapport du mat central les dimensions des fils sur base des calculs devront être 5% plus courts
Le module suivant permet de calculer les longueurs des fils selon la fréquence désirée https://m0ukd.com/calculators/inverted-vee-antenna/
Quelques conclusions hâtives :
Suivant mes constatations, il n’est pas préférable de calculer les caractéristiques d’une trappe résonnant proche de la fréquence de fonctionnement souhaité parce que la perte est maximale à cet endroit, donc par exemple pour le 40M calculez votre trappe sur 7.200 Mhz. La bande passante pour le 40M est de 200 Khz, sur 80M elle est plus pointue environ 130 Khz.
Il faut d’abord régler la distance Balun – trappe 30M puis la distance entre la trappe 30M – trappe 40M et enfin la longueur pour le 80M. Une fois trouvé la longueur correcte pour chaque partie, elle n’est plus influencée par la longueur suivante. Les résultats sur l’air ont été satisfaisants. La hauteur de l’alimentation se trouvait à environ 16m du sol.
Références :
- Article parus dans CQ-QSO de juin 2006 par Jos ON6WJ
- R. H. Johns, Coaxial Cable Antenna Traps QST, May 1981, pp 15-17
- G. E. O’Neil, Trapping the Mysteries of Trap Antennas Ham Radio, Oct 1981, pp 10-16
- D. DeMaw, Lightweight Trap Antennas – Some Thoughts QST, June 1983, pp 15-18
- R. Sommer, Optimizing Coaxial-Cable Traps QST, Dec 1984, pp 37-42
- J. Grebenkemper, Multiband Trap and Parallel HF Dipoles – A Comparison QST, May 1985, pp 26-31
- D. Kennedy, Coaxial-Cable Traps QST, August, 1985, p 43
- M. Logan, Coaxial-Cable Traps QST, August, 1985, p 43
Licencié Harec depuis 1990, après une pause de quelques années, j'ai renouvelé mon intérêt pour la radio, je suis particulièrement actif en HF, appréciant le FT8, les contest et la chasse au Dx. Passionné d'informatique, je suis convaincu que le monde des radioamateurs doit évoluer avec les avancées technologiques, notamment avec l'émergence de l'IA dans nos shack.
