Ground Plane 7 MHz

Par F5AD

Une antenne ground plane, c'est un fouet vertical long de lambda/4 alimenté à sa base, avec quatre radians, longs eux aussi de lambda/4, répartis en étoile autour de la base. Le fouet vertical est alimenté par l'âme du câble coaxial, les quatre radians sont réunis à la gaine.

Normalement les radians sont horizontaux, et l'impédance d'attaque de ce type d'antenne est de l'ordre de 22 Ohms en espace libre, ce qui peut nécessiter une boîte d'accord au pied de l'antenne.

Avec des radians bien alignés et horizontaux, deux radians suffisent; le lobe de rayonnement est omnidirectif, et l'antenne n'émet que de la polarisation verticale.

Parfois les radians sont inclinés vers le bas, cela a trois conséquences:

1) L'impédance théorique est augmentée, on peut même en jouant sur l'angle trouver une disposition qui ramène exactement 50 Ohms au point d'attaque.

2) L'antenne rayonne une partie de son énergie en polarisation horizontale, ce qui n'est pas gênant.

3) Quatre radians sont nécessaires si l'on veut une antenne bien omnidirective

Dans tous les cas, l'impédance au point d'attaque augmente si on approche l'antenne du sol, à cause des pertes induites par ce dernier.

Réalisation:

La verticale posée au sol est une mauvaise solution à cause des pertes induites par le sol, et une multitude de radians devient nécessaire pour obtenir un rendement acceptable; on peut aller jusqu'à cent radians. C'est peu réaliste.

L'antenne doit donc être surélevée, l'idéal serait de dépasser lambda/4 soit 10 mètres, mais ce n'est pas toujours faisable; ici la base de l'antenne est à 6 mètres au sommet d'un tronçon de pylône avec haubanage isolé par des "oeufs" en plastique.

Le fouet vertical est réalisé en tube d'aluminium de 30mm de diamètre, longueur 6m, prolongé par un tube d'aluminium de 4m40 venant s'enfiler au sommet du précédent. On peut ainsi jouer sur la longueur totale au moment des réglages pour obtenir la résonance exactement au centre de la bande. Le fouet est réuni à l'âme du câble coaxial.

Les radians, quatre en l'occurrence, et horizontaux, sont réalisés en fil de cuivre électricien de 2,5 carrés; chacun mesure 10m40; ils sont tous réunis à la gaine du câble coaxial.

Tel quel, le fouet vertical ne résisterait pas au premier Zéphyr, il est donc haubané en deux nappes de trois haubans en polypropylène protégé contre les UV. Pourquoi du polypropylène ? parce qu'il est peu extensible; des essais avec de la cordelette tressée en nylon ou autre ont été catastrophique car le hauban trop souple n'empêchait pas le fouet de forcer sur sa base et ça a cassé au premier Mistral. Du polyester gainé, du type utilisé pour les drisses de voiliers résisterait peut-être mieux dans le temps; il y en a parfois en 4mm dans les grands magasins de bricolage. L'idéal est le Kevlar.

La base est un morceau de tube isolant, PVC ou fibre de verre fixé au sommet du pylône, le fouet étant fixé 10cm plus haut sur ce tube.

Le tout se monte facilement un jour sans vent, mais il faut attacher rapidement les haubans ...

Réglages:

L'antenne s'alimente en câble coaxial 50 Ohms; on relève le ROS dans la bande, et on joue sur la longueur du fouet pour amener le creux de ROS sur 7070 kHz (pour un phoniste). Cela exige de descendre et remonter une ou deux fois le fouet, mais le haubanage étant installé cela se passe sans aucun problème.

Et là, étrange, ce minimum correspond à un ROS de 1 ! L'antenne présente 50 Ohms d'impédance.

En fait ce n'est pas une bonne nouvelle car elle devrait faire 26 Ohms et on devrait avoir un ROS de presque 2; le sol, même à 6 mètres de haut induirait donc 24 Ohms de perte ? ou bien le sol dans la garrigue de Nîmes est plus mauvais que celui des logiciels de simulation.

Bref, bon coté de la chose, il ne faudra pas de boîte d'accord à la base de l'antenne, comme les boîtes d'accord induisent parfois elle aussi des pertes, ce sera toujours ça de moins parti en chaleur.

Essais comparatifs:

Le sommet de la GPA culmine à 16,4 mètres; elle sera comparée à un doublet demi onde en V légèrement inversé, placé lui aussi à la même hauteur.

La coupe du REF de fin février s'est donc passée à jouer sur un commutateur tout en observant le Smètre:

Sur certaines stations le doublet est nettement supérieur ; sur d'autres station, plus rares, qui doivent se trouver dans un creux de ses lobes de rayonnement c'est la GPA qui l'emporte légèrement; mais un quart d'heure plus tard, sur les mêmes stations, la différence peut être moins flagrante, et 80% du temps, on a du mal à dire quelle est la meilleure antenne. En fait, plus on se rapproche, plus le doublet prend l'avantage, le seuil semblant être vers les 800 km.

Donc pour la courte distance, je donnerais l'avantage nettement au doublet; mais sur un forum, F5IN qui sait de quoi il parle, préfère une ground plane pour la coupe du REF alors que pour lui, étant au centre de la France, tous les correspondants sont très rapprochés.

La raison doit se situer dans le sol environnant, la Beauce labourée et humide pour F5IN et le languedoc sec rocailleux pour ici.

L'expérience montre que la verticale gagne un peu sur le doublet par temps de très forte pluie quand le sol est bien détrempé, mais c'est rare et de courte durée dans la région de Nîmes

La bande 40m est aussi une excellente bande DX, et on peut fonder de gros espoirs sur la GPA et son lobe de rayonnement plus adapté à ce type de trafic et moins sensible aux signaux rapprochés.

De nuit et au petit matin, des essais systématiques sur des station extra européennes ont amené aux mêmes hésitations que de jour sur du local:

80% du temps, on a du mal à dire quelle est la meilleure antenne, mais dans certaines directions, la GPA paraît quand même légèrement supérieure au doublet. Sur bon sol, la différence devrait s'accentuer. A la réception par contre, la réjection par la verticale des stations rapprochées est un gros avantage.

Donc pour le trafic DX, j'irais plutôt vers la GPA, mais si des contingences locales ou mécaniques m'imposaient le doublet, ce ne serait pas un drame.

Sur le graphique on a représenté les lobes de rayonnement dans le plan vertical du doublet en V inversé (trait plein) et de la GPA (pointillé).

Pour le doublet, on a le lobe correspondant à la direction nord-sud, où il fournit son gain maximum, et le lobe correspondant à la direction est-ouest, où il est un peu moins efficace.

Dans les trois cas les lobes correspondent à un terrain de mauvaise qualité (roche), par temps sec.

On voit tout de suite que le doublet est comparable à la GPA dans la direction nord-sud pour les angles inférieurs à 10°, et qu'il lui est nettement supérieur au-dessus.

Dans d'autres directions (est-ouest en l'occurrence) la GPA l'emporte jusqu'à 37°, le doublet n'est meilleur que pour le trafic très rapproché.

Voir une autre étude de la question ici.

Voir aussi la même antenne utilisée en 5/8 sur 18 MHz.

Essais sur 10 MHz

En ajoutant quatre radians lambda/4 sur 10 MHz, l'antenne a été utilisée aussi sur 30m; comme le fouet est plus long que lambda/4, il s'est avéré que par hasard il ramenait sur 10 MHz une impédance selfique dont la partie résistive était proche de 50 Ohms; il suffisait alors d'ajouter un condensateur en série pour annuler la self et trouver un ROS acceptable. Dans une version définitive bibande, l'adaptation a été cependant faite par une boîte d'accord à la base constituée d'un simple circuit accordé; l'antenne vient se brancher au point chaud, le câble coaxial vers le centre de la self et les radians au point froid.

J'en ai profité pour mettre un circuit d'accord pour le 40m aussi, ce qui permet de faire tous les réglages sans avoir à retoucher la longueur du fouet; un relais commute les deux bandes.

Cette verticale a été comparée à deux doublets demi-onde placés à 16 m de haut, l'un rayonnant nord-sud, l'autre rayonnant est-ouest.

Sur sol sec de mauvaise qualité, à courte distance, il y a toujours un doublet supérieur ou comparable à la verticale. En grand DX, la verticale est aussi bonne que le doublet le mieux orienté.

Idées de construction:

Le choix peut être guidé par d'autres considération, par exemple la difficulté d'aller installer un doublet à 16m de haut; cela nécessite au moins un pylône; une verticale sera plus discrète, d'autant plus que le fouet peut être réalisé à la méthode canne à pêche sur une partie ou la totalité de sa longueur; il existe des cannes jusqu'à 12m mais celle que j'ai testée (DX-Wire) a cassé en quelques instants dès le premier vent malgré trois nappes de haubans en Kevlar.

Enfin le fait de pouvoir se limiter à deux radians fait que la GPA ne demande pas plus d'espace horizontal que le doublet; ce peut être une solution en portable.

Plus de radians

Si on passe de un à deux, puis quatre, puis huit radians, on voit l'impédance de l'antenne diminuer régulièrement, ce qui est normal et correspond à la diminution de la résistance de perte induite par le sol. Avec huit radians, on est en dessous de 30 Ohms, ce qui est déjà bien, mais seize radians serait peut-être un meilleur choix. Inconvénient, le ROS remonte et il faut une boîte d'accord à la base du fouet aussi sur 40m.

Même avec huit radians quart d'onde sur 40m, le plan de masse n'est pas assez dense pour fonctionner sur 30m, il faut toujours les quatre radians quart d'onde pour le 10 MHz.

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