"La mauvaise antenne, elle voit un signal, bon, elle le capte, mais c'est une mauvaise antenne" - d'après Les Inconnus

Quelques antennes que j'ai construites ou expérimentées, en VHF et au-dessus !

Les "gains" (je préférerais qu'on utilise le terme "directivité") sont indiqués en dBd et en espace libre, sauf indication contraire.

C'est un vaste sujet et un domaine où il peut avoir un long chemin entre la théorie et la pratique. Je me contenterai ici de quelques réflexions de base, mélange de théorie, de pratique, d'expérience et de bon sens. Le problème avec les antennes, c'est qu'elles reçoivent et qu'elles émettent toujours des signaux, la difficulté consiste à les optimiser pour faire la différence entre les "bonnes" et les "mauvaises" !

Un bon système d'antenne(s) doit absolument réunir plusieurs critères. Chaque critère est nécessaire, mais non suffisant. Je parlerai ici du comportement du système d'antenne en émission, mais tout s'applique de la même façon en réception en vertu du principe de réciprocité.

1- Limitation des pertes dans la ligne de transmission entre l'émetteur et l'antenne : pour 10 mètres de câble coaxial de bonne qualité, avec de bons connecteurs, il n'est pas rare de perdre 1 dB (10% de la puissance) en HF/VHF, 3 dB  (50% de la puissance) en UHF et 10 dB  (90% de la puissance) en SHF. La meilleure solution serait de se passer du coaxial : transverter, PA et préamplis au plus près de l'antenne, comme on est obligé de le faire en SHF et hyper. Je mesure régulièrement l'atténuation de mes câbles coaxiaux (presque tous équipés de prises N) et certains types de coax semblent bien peu performants.

Attention, les coax vieillissent et l'humidité a tendance à les envahir. Testez souvent les câbles. Je tiens pour acquis qu'ils représentent le meilleur investissement dans une station en dB/€.

2- Adaptation de l'antenne à la ligne de transmission : La puissance disponible au bout de la ligne de transmission doit "passer" dans l'antenne. On utilise généralement un TOS-mètre pour s'en assurer. Un wattmètre directif (Bird 43, TeleWave 44 ou coupleur directif) est plus adapté car la valeur du TOS en soi n'est pas suffisante si vous ne connaissez pas la puissance transmise. Attention aux mesures de TOS en bout de ligne, car le TOS réel de l'antenne est supérieur en raison des pertes de la ligne.

3- Rendement de l'antenne : toute la puissance transmise à l'antenne n'est pas rayonnée par celle-ci : une bonne partie de la puissance peut être perdue en dissipation thermique dans le matériau de l'antenne et dans les jonctions entre les éléments de celle-ci. Faux contacts, humidité, couples galvaniques, corrosion, oxydation, pollution, vent, insectes, oiseaux ... feront tout pour que les performances de l'antenne se dégradent au cours du temps. Mais, bien sûr, le choix des matériaux est important dès la construction de l'antenne. 

4- Diagramme de rayonnement : une fois que l'on s'est assuré qu'une fraction importante de la puissance de l'émetteur est rayonnée par l'antenne, il est important de savoir si elle est envoyée dans la bonne direction. Les logiciels de simulation donnent une idée de ce qui se passe, bien qu'ils soient limités quant à la prise en compte de l'environnement de l'antenne (caractéristiques du sol difficiles à évaluer, terrain en pente, bâtiments, arbres, etc). Seules des mesures avec une base d'antenne permettent de qualifier vraiment un système d'antenne, mais c'est généralement hors de portée d'un amateur.

Une antenne facile à réaliser. Je l'ai utilisée telle quelle en portable et aussi comme source avec une parabole. Le gain est d'environ 8 dBd.

 Pour raccorder en parallèle deux antennes d'impédance nominale 50 ohms, il faut réaliser deux adaptateurs 50 vers 100 ohms, obtenus par deux lignes quart d'onde, d'impédance racine(100*50), soit 71 ohms. Un câble coaxial 75 ohms faibles pertes pour TV satellite fait l'affaire. Mais la longueur d'un quart d'onde à 144,3 MHz n'est que de 41 cm, compte tenu d'un facteur de vélocité de 0,8. L'espacement optimum de 2 antennes 9 éléments est de 2,77 m. On prendra donc 5 lambda/4 pour la longueur des câbles adaptateurs, soit ici 2,10 m, en incluant la longueur des prises N (qui sont des modèles 75 ohms). Un analyseur d'impédance est nécessaire pour ajuster et vérifier la bonne adaptation.

Ce montage est plus léger et plus économique que le coupleur classique à 2 voies que l'on trouve habituellement.

Je trouve que c'est très délicat de coupler 2 antennes. On peut théoriquement gagner 3 dB de "gain", que les logiciels de similation ramènent à 2 dB environ. Mais on a vite fait de perdre 1,5 dB dans les câbles et prises supplémentaires. Il faut aussi prendre en compte l'augmentation de poids et de prise au vent. 

On peut gagner plus en utilisant un très bon câble coaxial, en remontant un peu l'antenne et en optimisant cette dernière.

Une excellente antenne à large bande qui peut couvrir une décade (ici 300 à 3000 MHz, marqueurs à 435, 1296, 2320 et 2400 MHz). Elle est facile à réaliser pour des fréquences > 100 MHz. La polarisation est verticale et l'antenne est parfaitement omnidirectionnelle.

Une antenne simple et à large bande pour accéder à la polarisation circulaire. Au-dessus de 1 GHz, il est trop délicat d'employer des yagis croisées. La plupart des communications spatiales sont en polarisation circulaire droite. Bien sûr, l'hélice doit être en polarisation gauche si on l'utilise pour illuminer un miroir (parabole). Le gain est limité en pratique à une dizaine de dBc. Pour plus de gain, il faut associer 3 ou 4 antennes, ou utiliser un réflecteur parabolique.

Ce type d'antenne rend particulièrement facile la réception des satellites en bande L et S (voir exemples).

Presque omnidirectionnelle / 3 dBd / polarisation horizontale

Pour moi, on peut la considérer comme une antenne à fente, ce qui explique mieux son fonctionnement en polarisation horizontale pour une antenne aussi étroite (largeur lambda/6). Elle couvre plus des 2/3 de l'horizon avec un gain > 0dBi. Elle est pratique pour surveiller une bande ou pour lancer appel en contest.

Presque omnidirectionnelle / 4,5 dBd / polarisation horizontale

Une déclinaison de la Hentenna, plus haute et donc avec des lobes plus aplatis. Le diagramme de rayonnement est présenté ici pour un centre d'antenne positionné à 2,5 m du sol, comme sur la photo. On pourrait avantageusement l'élever pour abaisser l'angle de départ qui est ici de 11°. Elle "couvre" plus de 80 % des azimuts à G > 0 dBi.

Je l'utilise maintenant en fixe, sur un mât de 10 mètres, en veille FT8 pour les sporadiques-E et les résultats sont excellents.

Ma version 144 MHz démontable avec un boom en bois va sur un trépied photo léger. Sa masse totale est de 375 g sans le trépied.

Omnidirectionnelle / 0 dbD / polarisation verticale

Compte tenu de sa hauteur (0,75 lambda) qui la rend trop grande pour les bandes décamétriques, cette antenne est intéressante pour les bandes des 2 et 6 mètres (photo), avec un angle de départ bas et une adaptation facile à la ligne d'alimentation.

Antenne directive à large bande, elle est utile pour évaluer le spectre radioélectrique d'un point haut, par exemple, ou pour faire des mesures de champ.

La réalisation de la photo, en alu soudé (voir page "Technique"), mesure 360 mm de large et 700 mm de long. Elle couvre la bande 400-1500 MHz (TOS < 2,5).

Comme je privilégie la simplicité, je ne veux pas de rotor ni de haubans pour opérer en portable dans une voiture. J'utilise depuis de nombreuses années un montage avec une barre de toit prolongée par un profilé carré. Un ensemble de tubes acier emboîtables de 1,5 m est glissé dans un pied de mât basculant. Un tréteau est nécessaire pour monter les antennes sur le mât qui est ensuite basculé en position verticale. Avec des antennes légères, on peut utiliser un mât de 6 mètres (4 x 1,50 m).

On trouve ce modèle de parabole de bonne construction à un coût raisonnable. Néanmoins, il semble possible d'améliorer son gain, son rapport A/R, son adaptation et de réduire son "spillover". J'ai effectué les modifications suivantes :

- Retournement du petit réflecteur de la source (préconisé par F5DQK). Le S11 à 2320 MHz passe de -11 dB à -19 dB. Mais cela ne garantit pas que la parabole est mieux illuminée, à vérifier.

- Extension du réflecteur tronqué pour obtenir une forme parabolique de révolution. Le gain possible serait d'environ 1 dB, mais cela dépend de la répartition de l'illumination. On peut surtout espérer une réduction du spillover.

- Pose d'un grillage fin (mailles de 6x6 mm), la grille d'origine de 30 mm est assez transparente à 2,3 GHz, comme l'a montré la réception de stations par l'arrière de l'antenne.

Conclusion : Les essais en portable montrent surtout une amélioration du rapport AV/AR. Cela fait beaucoup de travail pour finalement n'utiliser que le réflecteur et la fixation d'origine. Les modifications font perdre à l'antenne sa légèreté et augmentent sa prise au vent. Je pense qu'il faut, soit utiliser la parabole telle quelle avec des résultats "moyens", soit construire entièrement une antenne optimisée, de type géodésique par exemple, pour garder la maîtrise de tous les paramètres.

J'en ai construit plusieurs, pour 1296, 1420 et 2320/2400 MHz. Le squelette est très facile à former, car il suffit d'un mètre et d'une perceuse. C'est réalisable jusqu'à 1,85m de diamètre avec les lames d'alu de 2 mètres de long que l'on trouve partout. Mais elle a tendance à se déformer au-dessus de 1,2 m  de diamètre, ce qui est aussi la limite pratique pour la transporter facilement dans une voiture. Jusqu'à 2400 MHz, le grillage "à poulets" de maille 13 mm est acceptable. Sinon, la moustiquaire en alu est recommandée.

Ici la version 1,85m a été utilisée en fixe pour la radioastronomie 1420 MHz et pour la montée vers QO-100 en 2400 MHz, avec diverses sources.

http://www.terra.dti.ne.jp/~takeyasu/

Ce support rotatif de parabole est fixé sur un trépied de télescope et permet un pointage manuel rapide vers une station dont on connait l'azimut.

Procédure de mise en station :

2- régler l'élévation de la parabole grâce au niveau à bulle de site
3- pointer l'antenne vers une balise lointaine dont on connait l'azimut
4- tourner la couronne rotative (rapporteur 360°) pour que le curseur repère cet azimut
C'est terminé !

Directive / 9,3 dBd / ±36°@-3dB / Polarisation horizontale

Ici, c'est une quadlong "quadruple". Pour obtenir un lobe principal aplati et une large couverture en azimut, on utilise un empilement d'éléments rayonnants, comme lorsque l'on couple plusieurs yagis courtes les unes au-dessus des autres, configuration classique des stations de contest VHF. L'avantage ici, c'est qu'il n'y a qu'un point d'alimentation et donc pas de coupleurs difficiles à optimiser et qui apportent toujours quelques pertes.

Pour la description et la réalisation pratique de ces antennes, voir l'excellent site de DK7ZB  https://www.qsl.net/dk7zb

Omnidirectionnelle (demi-espace) - Polarisation circulaire

Assez difficile à réaliser et à régler, cette antenne est adaptée au trafic satellite LEO. Ici la version 436 MHz (hauteur 250 mm)

Directive /11,8 dBd / ±17°@-3dB / Polarisation horizontale

Un bon compromis entre la yagi et la quad. Ce modèle 432 MHz 8 éléments de 1,5 m de long est compact et performant. Le profilé en U disposé en oblique et traversé par le câble coaxial a une fonction de balun 1/4 onde.

J'ai suspendu un simple dipôle 50 MHz dans les arbres du jardin. Pour utiliser la même antenne en 144 MHz, j'ai simplement couplé un tube alu de 6 mm de longueur lambda/2, soit 1 mètre environ. 

L'antenne ainsi obtenue fonctionne bien sur les 2 bandes.

Lors des essais, contacts faciles avec les satellites LEO comme AO-73, XW-2D, RS-44, PO-101

- transfo 1:1 sur tore ferrite - Fair-Rite, type Noyau torique, 61,0 (Dia.) x 12,7mm