les trappes d’antennes en toute simplicité
extrait du magazine radio-amateurs
L’antenne “de base” du radioamateur débutant est le plus souvent un dipôle. Simple à fabriquer, le dipôle offre un bon point de départ dans une “carrière” d’OM. Mais le dipôle est une antenne monobande. Bien sûr, on peut utiliser un coupleur pour accorder l’antenne sur d’autres bandes avec plus ou moins d’efficacité, mais il y existe des solutions plus adaptées, comme par exemple les trappes. L’antenne “de base” du radioamateur débutant est le plus souvent un dipôle. Simple à fabriquer, le dipôle offre un bon point de départ dans une “carrière” d’OM. Mais le dipôle est une antenne monobande.
Le dipôle multibande à trappes permet, comme son nom l’indique, d’exploiter plusieurs bandes de fréquences à l’aide d’une seule antenne. De surcroît, l’alimentation s’effectue par un unique câble coaxial. La trappe est un circuit accordé composé d’une self et d’un condensateur. Ces deux composants se trouvant en parallèle, il existe une fréquence de résonance pour laquelle l’intensité du courant dans la bobine est nulle.
Évidemment, le courant n’est vraiment nul que dans le cas théorique où il n’existe aucune résistance parasite (composants parfaits). Dans le cas d’un circuit parallèle, le blocage du courant n’est maximum qu’à la fréquence de résonance et la valeur de celle-ci dépend notamment de la sélectivité du circuit. La trappe va donc jouer un rôle “d’interrupteur” sélectif qui s’oppose au passage du courant alternatif. Il permet alors d’isoler une partie du dipôle en fonction de la fréquence d’utilisation.
L’antenne W3DZZ
Pour illustrer ces propos, prenons l’exemple de deux dipôles demi-onde, l’un pour la bande 3,5 MHz (80 mètres) et l’autre pour la bande 7MHz (40 mètres). Comme vous pouvez vous en douter, la différence entre les deux antennes est leur longueur (40 m sur 3,5 MHz et 20 m sur 7MHz). Vouloir utiliser le dipôle 3,5 MHz sur 7MHz oblige à le raccourcir de moitié, soit 10 m de chaque partie de l’antenne. L’insertion d’un isolateur au bon endroit aboutit au même résultat. Malheureusement, cela ne permettra plus le fonctionnement sur 3,5 MHz car les extrémités isolées restent inactives. La trappe apporte une solution mécanique pratique, car, contrairement à l’interrupteur ou à l’isolateur, la trappe laisse passer le courant en dehors de sa fréquence de résonance. Dans notre exemple, la fréquence de résonance devra être de 7MHz ce qui permet aux extrémités de jouer correctement leur rôle sur 3,5MHz.
Remarquez toutefois qu’une trappe n’est pas “neutre” en dehors de sa fréquence de résonance. De surcroît, elle apporte une réactance supplémentaire à l’antenne. Dans notre exemple, cette réactance est selfique sur 3,5 MHz et allonge la longueur électrique de l’antenne. Il faut donc raccourcir légèrement le dipôle par rapport à un dipôle 3,5MHz ordinaire. L’antenne décrite dans l’exemple présente donc un fonctionnement
bibande. Sa longueur physique est un peu plus courte qu’une antenne dipôle demi-onde pour la bande la plus basse à utiliser. Son fonctionnement est proche de celui des dipôles classiques sur les deux bandes,
avec toutefois quelques résonances harmoniques utilisables sur les bandes supérieures. C’est tout simplement la fameuse antenne “W3DZZ”!
Élargir la bande-passante
Il n’existe pas de problèmes particuliers pour tailler l’antenne sur deux bandes de fréquences quelconques. Le choix des valeurs de la bobine et du condensateur conditionne la longueur physique du dipôle, la bande-passante sur les deux fréquences principales et l’obtention d’une résonance éventuelle sur une fréquence supérieure. En outre, plus la valeur du condensateur est élevée, moins le bobinage est important et plus la réactance des composants de la trappe est faible à la fréquence de résonance et plus la réactance série équivalente est faible; plus l’antenne se rapproche d’un dipôle traditionnel sur la bande la plus basse et plus
la bande-passante augmente; plus la bande-passante est étroite sur la bande correspondant à la fréquence des deux trappes.
Si le choix est possible, il est préférable d’employer la réactance minimum (donc, un condensateur de valeur
maximum), qui autorise la bande-passante recherchée sur la bande la plus haute et permet d’élargir celle de la bande la plus basse à utiliser.
Deux bandes et plus
Dans la pratique, il est difficile de réaliser un compromis pour un fonctionnement de l’antenne sur plusieurs bandes supérieures, à moins d’utiliser un coupleur. Par exemple, une résonance sur 14,125MHz est obtenue avec une trappe de 60 pF/8,14μH et une résonance sur 21MHz avec une trappe de 80 pF/6,11μH. L’impédance résistive sera alors de 200 ohms et 100 ohms respectivement. Notez également que l’impédance sur les deux bandes principales est habituellement comprise entre 60 ohms et 90 ohms, ce qui paraît normal pour des dipôles. Cependant, il faut tenir compte des variations dues à l’environnement direct de l’antenne en situation réelle. La proximité du sol abaisse la résistance du dipôle… mais augmente les pertes (matérialisées par une résistance qui s’ajoute à celle de l’antenne et, de ce fait, augmente la bande-passante apparente). Lorsqu’une antenne est “généreuse” de ce point de vue, la méfiance s’impose… N’oubliez pas qu’une antenne fictive (charge de 50 ohms que tout le monde doit posséder d’ailleurs) nous gratifie d’un ROS de 1:1 sur une bonne partie du spectre !
Et le rayonnement alors?
Enfin, pour conclure, en ce qui concerne les lobes de rayonnement d’un dipôle à trappes, il apparaît évident que dans l’absolu, le comportement réactif des trappes entraîne une modification de ceux-ci vis-à-vis du dipôle ordinaire. Le fonctionnement d’une antenne ne s’approche de la théorie que si celle-ci est éloignée d’au moins une bonne dizaine de longueurs d’onde de toute masse conductrice. Et, en tout état de cause,
un dipôle horizontal situé à moins d’un quart d’onde du sol rayonne un maximum d’énergie à la verticale. Il ne faut donc pas s’inquiéter quant à l’orientation de votre dipôle, en particulier sur les bandes basses où, dans 90% des cas, il est pratiquement impossible de l’ériger à une hauteur théoriquement “convenable”. On peut réaliser des simulations avec le logiciel MmaNa pour se rendre compte des effets de la distance sol/fil d’antenne par exemple.
Mark, F6JSZ
