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Calcul de tenu au vent d’un mât, d’un pylône ou d’une antenne

Antenne TV Nam Dinh brisée - Photo journal Tuoi Tre (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2012/10/596710 NULL.jpg)Dernièrement je me suis abonné à la liste de diffusion anglophone (américaine peut-on dire) Tower Talks. En ce moment s’y produit une discussion très intéressante sur le calcul du dimensionnement d’un mat en tête de pylône pour des antennes radioamateurs. Je suis plutôt néophyte en la matière, même si ingénieur de formation je comprends bien les grandeurs physiques et les mathématiques sous-jacentes à de tels calculs. Indirectement le sujet est d’actualité pour moi car ma Moxon 15 mètres subit les assaut du fort vent de cette saison et le réducteur entre la section principale du mat et celle de tête montre des signes de fatigue. J’ai du haubaner à la hâte par précaution et il faudra que je trouve une solution plus définitive.

La discussion est donc très intéressante, mais plusieurs problèmes se posent pour moi. Les américains utilisent un système de mesure différent du métrique et certains ordres de grandeur me sont inconnus. Pour simplifier les calculs, des normes existent et supposent l’utilisation de formules simplifiées et abaques propres aux américains. Je me suis donc demandé si rien n’était disponible en français concernant le sujet sur le web.

  • La référence semble être le livre d’André F5AD (http://f5ad NULL.free NULL.fr/)
  • F1AHO a écrit un article qui résume bien les différents calculs et donne des exemples concrets (http://www NULL.ref68 NULL.com/ref68/ref_f1aho_cj_2002 NULL.php)
  • F5SZK nous fait part de ses propres recherches et conclusions (http://radionini NULL.pagesperso-orange NULL.fr/f5szk/radio/station/vent NULL.htm)

Je n’ai pas trouvé de textes officiels de recommandations pour la constructions de mats, pylônes ou antennes, même si cela doit forcément exister. Dans tous les calculs que j’ai vu, la traînée propre du pylône n’est pas prise en compte, hors à partir d’une certaines sections et d’une certaine hauteur, celle-ci est loin d’être négligeable même si elle reste inférieure à celles des antennes supportées. Comme le conclu F5SZK, on comprend aisément pourquoi les structures professionnelles nous paraissent surdimensionnées.

AN-SOF version 3.0

Golden Engineering vient de m’informer de la sortie prochaine de la nouvelle version de leur logiciel de modélisation d’antennes, AN-SOF version 3.0 (http://www NULL.antennasoftware NULL.com NULL.ar/index NULL.php?news&nid=5).

AN-SOF version 3 simulation micro-strip (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2012/11/ansofv3-filter NULL.jpg)Cette nouvelle mouture apporte une refonte de l’interface graphique avec la possibilité de dessiner les objets à simuler directement à la façon d’un logiciel de CAO. La grosse innovation technique est la modélisation des circuits imprimés et leur rayonnement électromagnétique. Ceci permet de prévoir le rayonnement d’un circuit HF et sa compatibilité électromagnétique (CEM) mais aussi de modéliser des antennes microstrip.

Ce logiciel est gratuit dans une version limitée (en terme de complexité des objets) pour les radioamateurs et pour les étudiants.

L’antenne de la télévision de la province de Nam Dinh est tombée

Antenne TV Nam Dinh brisée - Photo journal Tuoi Tre (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2012/10/596710 NULL.jpg)Victime des vents de force 12 du typhon Sơn Tinh (typhon numéro 8 de l’année), le pylône de l’émetteur télé de la province de Nam Định (côte Nord du Viêt-Nam) s’est écroulé, brisé en deux le 28 octobre 2012 vers 20h45. Cette antenne était haute de 180m, de type autoportant et les dégâts sont évalués à 50 milliards de dongs (2,5 millions d’euros).

Antenne télévision 180m écroulée au Viêt-Nam - Photo Tuoi Tre (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2012/10/596709 NULL.jpg)Une enquête est en cours pour savoir s’il y avait défaut de conception ou de réalisation, car l’antenne été prévue pour résister à ces conditions (vents jusque force 15 ou 48,9 m/s) qui ne sont pas exceptionnelles dans cette région du Viêt-Nam. Les photos sont issues de l’article du journal Tuổi Trẻ (http://tuoitre NULL.vn/Chinh-tri-Xa-hoi/518193/Thap-truyen-hinh-Nam-Dinh-khong-dat-chuan NULL.html).

Nouvelle version d’AN-SOF

Modélisation antenne avion (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2012/07/plane1 NULL.png)Les développeurs d’AN-SOF (http://www NULL.antennasoftware NULL.com NULL.ar/) viennent de m’informer de la disponibilité d’une nouvelle version de leur logiciel, la 2.7, qui apporte quelques nouveautés intéressantes.

On peut citer :

  • Amélioration de la visualisation en 3D avec la superposition des champs et courants sur la structure de l’antenne et une meilleure mise en valeur par des couleurs.
  • Amélioration des diagrammes polaires avec un calcul de la largeur du lobe principal.
  • Importation rapide des fichiers de description d’antennes (fils) format texte de type NEC.

A propos d’antennes, je suis content qu’en mon absence et après 2 semaines de tempête continue seule mon antenne filaire pour les bandes basses a souffert. La Moxon hybride pour 15-12-10-6 mètres et la verticale ont résisté aux très fortes rafales de vent et aux averses violentes. Après une absence prolongée de la maison j’ai toujours l’habitude de passer une semaine à réparer un tas de petites choses, mais pas cette fois-ci…

An-Sof : Logiciel de modélisation d’antennes, gratuit pour radioamateurs

En réponse à un message concernant MMana, un OM m’a informé que lui utilisait An-Sof (http://www NULL.antennasoftware NULL.com NULL.ar/1_5_PRODUCTS NULL.html) (diminutif d’Antenna-Software et non d’Anne-Sophie). Son avantage étant de permettre de dessiner l’antenne sans entrée de coordonnées dans un tableau. Bien que MMana permette aussi de faire les choses de manière visuelle, je voulais y jeter un oeil.

Antenna Software modélisation d'antenne version 2.6

La procédure de téléchargement est plus complexe car il faut envoyer un message à la société. Les conditions limitées d’utilisation pour les radioamateurs sont expliquées sur page suivante (http://www NULL.antennasoftware NULL.com NULL.ar/1_7_SPECIAL-OFFERS NULL.html) et même une version gratuite complète est à gagner si vous avez un projet novateur d’antenne (http://www NULL.antennasoftware NULL.com NULL.ar/index NULL.php?news&nid=6). Après quelques jours l’éditeur m’a répondu par e-mail avec un lien permettant le téléchargement des 110Mo du programme d’installation. Une librairie Matlab doit aussi être installée. Une vidéo de démonstration est proposée en ligne pour prendre en mail le logiciel.

Le logiciel a l’air assez mûr et il est en version 2.6 qui apporte comme nouveautés intéressantes la gestion des câbles gainés ou isolés, les éléments en courbe et l’interaction avec MatLab. Je n’ai pas eu le temps de faire une évaluation complète de ses capacités mais honnêtement il ne m’a pas convaincu d’abandonner MMana.

C’est vrai il a l’air bien fait et relativement simple d’usage. Il a l’air précis du point de vue mathématique mais me paraît moins orienté “pratique” en particulier pour les antennes HF sur lesquelles le sol à beaucoup d’influence. Petit point gênant, on atteint vite les 100 segments de la version d’évaluation et je n’ai même pas été capable de lancer le calcul sur la Yagi 4 éléments avec radiateur “trombone” donnée dans les exemples. Dans tous les cas, n’hésitez pas à demander une version d’évaluation et juger par vous-même.

Antenne multibande à résonateur couplé

En parlant de mes tentatives de réception ARISSat-1 je vous ai parlé de mon adaptation de la jungle-job 6m pour la bande 2 mètres en utilisant la technique de l’open-sleeve. Bien que le terme open-sleeve soit le plus connu, dans mon cas je devrais plutôt parlé de résonateur couplé (Coupled Resonator ou C-R) qui est le cas général. Je ne m’étais pas plus étalé sur le sujet mais je vais y revenir un peu.

J’ai découvert cette technique en lisant l’excellent Antenna book de l’ARRL (http://www NULL.amazon NULL.com/gp/product/0872599876/ref=as_li_qf_sp_asin_tl?ie=UTF8&tag=leschroniquhe-20&linkCode=as2&camp=217145&creative=399369&creativeASIN=0872599876). Je recommande la lecture de cet ouvrage car il est bien équilibré entre théorie et pratique. Son principal défaut étant aussi une de ses qualités : il couvre un domaine très large allant des MF aux UHF, lignes, traffic satellites, relais…

Antenne dipole à résonateur couplé (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2011/08/résonateur-couplé NULL.png)La technique est relativement simple puisqu’elle consiste à ajouter à proximité d’un radiateur existant pour une fréquence F1 un radiateur demi-onde “passif” (non connecté électriquement) pour une fréquence F2. Elle a été pour la première fois mise en évidence par K9AY puis ont suivi des travaux de N6LF et AL7KK qui servent de références aujourd’hui.

Cette solution s’adapte parfaitement aux Yagi alimentée par doublet et elle est utilisée sur plusieurs modèles de Yagi HF multibandes commerciales (Force-12, Hy-Gain Explorer…). DK5ZB en fait aussi une belle démonstration sur une Moxon hybride 10m-6m (http://www NULL.mydarc NULL.de/dk7zb/Moxon/Dualband-Moxon_10+6m NULL.htm) (merci André F5AD pour le lien). Pour ma part j’avais le projet de l’utiliser pour une Moxon bibande 15m-12m mais ce projet reste dans les limbes faute de temps…

Le résonateur couplé offre l’avantage théorique d’une mise au point plus facile chaque élément pouvant être taillé indépendamment, d’une efficacité optimale (peu de pertes de couplage) et de la possibilité d’accommoder ainsi de nombreuses bandes.

Si à première vue la réalisation paraît simple, en réalité avoir un accord et une impédance bonne n’est pas si facile. Tout d’abord, l’effet capacitif entre les éléments ajoute un peu de longueur et vient dérégler la première antenne. Celle-ci étant spécifique (G4ZU), son comportement est moins prévisible. Ensuite, les fréquences de 50 MHz et 145 MHz étant proches d’une relation harmonique, l’antenne 6 mètres a une impédance relativement faible sur 145 MHz, la valeur d’espacement s’éloigne de celle théorique. La bande passante devient elle aussi un peu plus pointue à chaque fois qu’on ajoute un élément. Pour finir, j’utilisais du fil gainé (donc à raccourcir par rapport à la valeur théorique) et celui que j’ai ajouté était de diamètre différent du premier, compliquant l’adaptation.

Toutefois pour un essai en réception comme c’était le cas pour moi ça a marché plutôt bien du premier coup. N’étant pas équipé en appareils de mesure au delà de 30 MHz je n’ai pas fait plus d’essais et de mesures. Un avantage aussi de cette technique c’est qu’elle se modélise facilement sur ordinateur avec NEC4 ou MiniNEC. Je m’amuserai une fois encore avec cette approche mais peut-être pour un simple jeu de dipôles 2 mètres et 70 cm, avant d’attaquer la Moxon hybride 15m / 12m de mes rêves…

Antenne verticale “fusil à deux coups”

Mon antenne verticale “canne à pêche” m’a rendu d’excellents services durant ces derniers mois. Elle ne m’a quasiment rien coûté à installer, résiste bien au vent, est facile à entretenir et surtout offre des performances tout à fait correctes du 20 mètres au 15 mètres (les 6 continents sur ces 3 bandes en phonie avec 100W).

Ses seuls limitations étaient sur les bandes des 12 mètres et 10 mètres pour lesquelles l’accord avec la FC-707 était mauvais et les performances limitées. J’y avais bien réussi quelques DX, mais tout portait à croire que c’était lié à une propagation exceptionnelle plutôt qu’aux performances réelles de l’antenne.

Je me suis donc décidé pour y ajouter un élément rayonnant pour ces deux bandes “hautes”. Renseignements pris sur internet et auprès des OM du groupe “ListeAntennes” de Yahoo, l’idée mérite d’être creusée et ce deuxième élément plus court devrait permettre de baisser l’impédance de l’antenne ce qui facilitera son accord et limitera les pertes sur la ligne coaxiale qui alimente l’aérien.

C’est donc fait, ça marche, et une description plus complète (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/xv4tuj-station-radioamateur-en-ok20ua/quart-donde-verticale-canne-a-peche-sur-20m/) de l’antenne a été mise à jour…

Au passage, mes deux derniers new ones : T2XG (http://island NULL.geocities NULL.jp/t2xgtuvalu/) et JW8HGA (http://la8aja NULL.com/expeditions/jw2011/index NULL.php), par contre pas moyen de contacter SX5F (http://dxing NULL.at-communication NULL.com/en/sx5f_pharmakonisi-island/) ou IG9E (http://www NULL.vbdxc NULL.altervista NULL.org/) qui ne sont jamais là quand il le faut…

Un ampèremètre HF relatif pour régler sa boîte d’accord

La basse saison touristique arrive pour moi et cela veut un peu plus de temps libre (mais juste un peu parce qu’il y a quand même du boulot). Je compte mettre à profit ce temps libre pour travailler un peu sur mes antennes, mais ça c’est une autre histoire.

Ca fait un petit moment que me trottait dans la tête l’idée d’ajouter un ampèremètre HF sur la FC-707. Que ce soit dans l’ARRL Handbook ou au travers d’articles de QST (KL7AJ en février 2009 et N1II en septembre 2009 pour les plus récents), de nombreux OM souligne que la lecture du ROS ne dit pas tout. L’important c’est d’optimiser l’énergie rayonnée dans l’antenne (sans griller son PA sinon on obtient zéro watts et zéro euros sur le compte en banque). Pour mesurer cette énergie ou du moins repérer son maximum relatif, deux solutions : le mesureur de champ (une diode détectrice et un galva) ou l’ampèremètre HF.

Le mesureur de champ est facile à fabriquer, mais comme j’ai une dalle en béton armé entre l’antenne et le snack, je doutais de son efficacité.

L’ampèremètre HF est peut-être moins précis si on le place en début de la ligne (juste en sortie de la boîte d’accord) mais offre tout de même une information utile. Il n’est pas beaucoup plus difficile à réaliser : un transformateur HF avec une résistance de charge, une sonde HF pour mesurer la tension au bord de cette résistance (diode détectrice et condensateur) ainsi qu’un galva ou autre équipement pour faire la lecture.

Sonde ampèremètre HF de récupération (http://capheda NULL.files NULL.wordpress NULL.com/2011/05/100_2998 NULL.jpg)Je m’apprêtais donc à bobiner un transfo autour d’un FT37-6 de récup et souder quelques composants quand je me suis souvenu que dans mes PA de récup à base de 2SC2290 il y avait un circuit similaire. Après rapide analyse le circuit est un peu différent de celui plus simple que j’avais vu par ailleurs. Il comporte 2 diodes non marquées (boîtier verre avec 2 traits rouges) une résistance faible et un condensateur.

Une fois monté dans la FC-707 sur le circuit de sortie, il semble fonctionner normalement. Une lecture avec le multimètre (haute impédance) me donne jusque 2v pour 100W transmis, mais le multimètre a un comportement erratique certainement du à de la HF qui vient titiller ses circuits. J’ai donc pris un galvanomètre que j’avais sous la main mais ne ne connaissant pas ses caractéristiques il m’a fallut plusieurs essais avant de trouver une résistance série qui me permette un bonne lecture.

Au fait, je n’ai pas dit exactement pourquoi un tel appareil de mesure m’était utile. Sur certaines bandes, plusieurs positions de la FC-707 sont possibles pour trouver un accord avec mon antenne verticale. Une seule est bonne, les autres conduisent à de fortes pertes dans la boîte d’accord. Parfois c’est franc, sur les autres positions le récepteur est comme sourd. Parfois c’est plus difficile de juger… Avec l’ampèremètre HF il suffit de prendre celle ou le plus d’intensité est transmise.

PS : Désolé, pas beaucoup de photos mais je les ai prises de nuit et toutes sauf une sont ratées (floues ou brulées par le flash).

Antennes Moxon et JT65

Récemment j’ai eu quelques discussions intéressantes avec Antonio EA1YE. Il m’avait contacté suite à un échange de reports WSPR (http://wsprnet NULL.org/drupal/wsprnet/map) et pour un possible sked en JT65. Rapidement nos discussions ont bifurqué sur les antennes et surtout sur les Moxon dont Antonio est un grand amateur. Il en a construit plusieurs et a fait beaucoup de simulation avec MMana (http://mmhamsoft NULL.amateur-radio NULL.ca/pages/mmana-gal NULL.php) pour étudier leur comportement.

Sa principale conclusion est que l’espacement entre les fils et la rigidité de la structure sont primordiales pour les performances de l’antenne. Dès qu’on s’éloigne de la forme nominale, le rapport avant/arrière (grand force de l’antenne) chute et le gain diminue aussi. Ca conforte mes observations avec ma Moxon 17m portable (http://capheda NULL.wordpress NULL.com/xv4tuj-station-radioamateur-en-ok20ua/antenne-moxon-filaire-sur-17-metres/). Cette antenne très légère a des performances honorables mais je n’ai jamais observé de rapport avant/arrière très important. De la façon dont je l’ai fabriquée et installée dernièrement (quasi horizontale), le radiateur forme un léger V et n’est plus dans le plan général de l’antenne formé par les capacités terminales et le réflecteur. Quand j’aurai le temps j’essayerai de la réinstaller de manière verticale mais plus éloignée de la maison et du sol, pour voir si les choses s’améliorent.

Pour mon prochain projet d’antenne, une Moxon pour le 15 mètre installée de manière semi-permanente en haut de la maison, je vais faire une structure formée d’un boom en PVC et d’éléments avec 4 cannes à pêche en fibre de verre. C’est plus traditionnel et rigide. Pour la ligne de transmission, je prendrai une ligne symétrique construite avec deux lignes coaxiales de 75Ω. Le symétriseur (ballon) sera en bas et j’essayerai d’accorder l’antenne sur 12 mètres et 10 mètres  comme le décrit FR5EC dans son étude de Moxon Hybride.

A part ça j’ai enfin réussi à faire fonctionner WSJT (http://www NULL.physics NULL.princeton NULL.edu/pulsar/K1JT/wsjt NULL.html) correctement avec PowerSDR. Jusque là soit ça marchait en réception, soit ça marchait en émission, mais jamais les deux! Après moult essais de paramètres pour l’interconnexion audio entre PowerSDR, VAC et WSJT, j’ai enfin une configuration qui marche et j’ai réussi un QSO avec Taïwan. Si ça avait marché 30 minutes plus tôt, Monaco et un pays d’Afrique étaient à ma portée, mais la bande ferme tôt en ce moment… Ce n’est que partie remise!

Dernière chose, j’ai taillé très rapidement un dipôle pour le 30 mètres pour la QRSS. Le dipôle est fait d’une seule pièce de câble électrique deux conducteurs, comprenant la ligne de transmission demi-onde. Ca marche très bien, c’est pas cher et solide, donc idéal pour le portable et le QRP. Je reviendrai sur ça en long et en large dans un prochain article pour Radioamateur Magazine.

Antenne quart d’onde canne à pêche

Préparant la venue de Malcolm, VK6LC (http://www NULL.qrz NULL.com/callsign/VK6LC), qui souhaitait une verticale pour son opération avec l’indicatif XV4LC, j’ai installé une verticale pour le 20 mètres (14 MHz) sur le toit.

Antenne quart d'onde verticale canne à pêche bande 20m (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2010/08/100_2497 NULL.jpg)

Vue depuis l'arrière de la maison

J’ai trouvé (non sans mal) une canne à pêche en fibre de verre de 5,40m, très légère et qui semble résistante, pour 67.000 dongs. J’ai bricolé deux supports de fixation pour l’installer sur un muret sur la plateforme à laquelle je peux accéder sur mon toit (pour visiter la citerne et le chauffe-eau solaire). La base de l’antenne est à donc à 15m du sol, le sol étant en principe très humide et donc plutôt favorable au DX, surtout à la saison des pluies.

A l’extérieur de la canne j’ai fixé avec du ruban PVC adhésif un fil de 1,5mm2 de 5,35m de long. Ce qui m’a permis de voir que la canne ne faisait pas 5,40m. Une partie du fil à donc du être enroulé en méandre. J’utilise la charpente du toit, en acier, comme plan de masse, ainsi qu’un seul radian pour l’instant. J’avais un balun de tension 4:1 que j’ai transformé en balun de courant 1:1. Comme ligne de transmission j’utilise un coaxial 75Ω de bonne qualité prévu pour la télé par câble. L’antenne n’est pas haubanée et semble bien réagir aux coups de vent modérés des derniers jours.

L’antenne a fonctionné du premier coup (sans balun ni radian) avec un ROS acceptable (inférieur à 2:1) mais elle était un peu trop longue ce qui était attendu car mon fil est coupé un peu long et surtout gainé de PVC. J’ai donc coupé un peu le fil, ajouté le balun et un radian. Le ROS a baissé, mais la fréquence de résonance mesurée avec l’ANTAN reste à 13,7MHz…
L’antenne est utilisable sans boîte d’accord (FC-707 en l’occurrence), mais hier Ron 4S7RO (http://www NULL.qrz NULL.com/db/4s7ro) m’a fait remarqué que j’avais du retour HF dans ce cas. La ligne demi-onde 75Ω c’est bien, mais si tout les impédances sont mauvaises, ça a ses limites. Pas moyen de trouver un accord avec la FC-707 sur une autre bande.

Antenne GP 20m canne à pêche sur le toit de la maison (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2010/08/100_2498 NULL.jpg)

Avec vue sur la terrasse du 2e étage où se trouve le shack

Par rapport à ma fidèle delta-loop (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/xv4tuj-station-radioamateur-en-ok20ua/antenne-filaire-delta-loop-sur-40m-avec-balun-41/). En réception je gagne un à deux points S (soit 6-12dB) sur les stations proches (Taïwan, Sri-Lanka, Malaisie, Inde, Indonésie…). Sur les stations plus lointaines (OH6IU (http://www NULL.qrz NULL.com/db/oh6iu) et SP5EWX/AM (http://www NULL.qrz NULL.com/db/SP5EWX)) c’est un point S (6dB). En émission c’est plus dur de comparer mais j’ai contacté toutes les stations qui me paraissaient joignables.

J’ai profité de quelques jours de calme et d’un peu de temps libre pour ajouter deux radians ce qui fait un total de 3. Ils sont espacés d’environ 120° mais sont posés comme le permet la structure du toit. Immédiatement le ROS est devenu excellent avec 1:1 sur presque toute la bande 20m. La fréquence de résonance a un peu remonté aussi pour se trouver sur 14MHz, et j’ai pris la décision de ne pas retailler l’antenne (le mieux est l’ennemi du bien). C’est un peu trop large à mon goût comme résonance et ça doit sous tendre des pertes quelque part.

J’ai aussi pu trouver un accord avec la FC-700, mesuré par l’ANTAN, sur toutes les bandes de 20m à 10m. Parfois c’est pointu. En émission j’ai vérifié que l’antenne fonctionnait bien sur 20m, 17m et 15m. En réception cet après-midi les signaux JA étaient forts, mais je n’ai pas comparé avec la delta-lopp. Je n’ai pas pu faire de QSO faute de temps. Ce soir la propagation est très moyenne et seul un QSO avec BW/F4AAR me confirme que l’antenne n’est pas une simple résistance, mais c’est tout sauf un bon test.

Dans les pages vous pouvez trouver quelques détails supplémentaires et commentaires sur cette antenne (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/xv4tuj-station-radioamateur-en-ok20ua/quart-donde-verticale-canne-a-peche-sur-20m/).