Antenne en fil de fer ?

Par F5AD

 

 

Peut-on utiliser du fil de fer, voire des câbles de haubans en tant qu'éléments rayonnants d'antennes filaires?

 

 

On est souvent tenté par le fil de fer pour réaliser ses antennes filaires, les raisons sont multiples:

La solidité

Disons que la solidité du fer est supérieure à celle du cuivre; il y a tellement de variétés de fils de fer et de fils de cuivre qu'il est difficile d'être plus précis sur ce sujet. Si on se limite au fil électrique disponible en grand magasin, et qui semble être le plus fragile, l'expérience montre qu'il est parfaitement suffisant pour des antennes filaire style doublets demi onde par exemple. En monobrin, on ne trouve plus que du 2,5² , contrairement à une époque où l'on pouvait se procurer du 4² , mais l'expérience montre qu'un doublet demi onde 80m en 2,5² peut tenir plus de quinze ans dans une région où le Mistral ne fait pas de cadeau. Moyennant certaines précautions cependant:

Pour des antennes montées sur croisillons, comme des quads ou des Spider beams, le mouvement des cannes provoquera ce phénomène de fatigue, et il vaudra mieux s'orienter vers un fil plus solide, ou multibrins; disponibles chez les fabricants d'antennes.

Le prix

Là, c'est à chacun de voir selon ce qui est disponible sur le marché

La présence de haubans

Au sommet d'un mât, là où l'on souhaite installer une antenne filaire pour qu'elle soit dégagée au mieux, il y a souvent des haubans. Ces haubans, s'ils sont métalliques, vont perturber et désaccorder l'antenne, et apporter des pertes, d'où l'idée de les utiliser comme éléments rayonnants et de leur faire jouer un double rôle.

A l'inverse, il n'est pas impossible, s'il s'agit d'un simple mât support, (pas d'un pylône), de réaliser le haubanage du haut en cuivre, avec des isolateurs types "œufs" placés aux bonnes distances; avec quatre haubans, on s'offre deux antennes montées à 90° comme sur la photo.

 

Les inconvénients du fer

Le fer est plus résistif que le cuivre: Coefficient de résistivité de 11 pour le fer contre 1,85 pour le cuivre; on peut donc s'attendre à des pertes ohmiques supérieures; mais on est en HF, il faut tenir compte de l'effet Kelvin (profondeur de pénétration du courant dans le métal) et pour un métal comme le fer ou l'acier, la profondeur de pénétration est très faible, des dizaines de fois plus faible que pour le cuivre, ou l'aluminium.

Bref, on doit s'attendre à plus de pertes; et c'est le cas:

Si on simule un doublet demi-onde 50 MHz en espace libre, par exemple sur MMANA, avec un conducteur idéal sans perte on trouve une résistance de rayonnement de 72 Ohms et un gain iso de 2,13 dB ce qui est logique et correspond à la théorie.

Avec du cuivre, le logiciel fait apparaître une résistance de pertes en série de 1,09 Ohm et une perte de0,06 dB.

Avec du fer, les choses se gâtent, la résistance série passe à 30 Ohms, et les pertes à 1,5 dB.

50 MHz Atténuation Pertes
Fil parfait 0 dB 0
Fil de cuivre 0,06 dB 1,3%
Fil de fer 1,5 dB 29%

Si on fait la simulation sur 80m, on se retrouve avec une résistance de pertes de 112 Ohms et une atténuation de 4,1dB! Car attention, les pertes augmentent quand la fréquence diminue, la meilleure pénétration du courant ne compense pas en effet la plus grande longueur de fil concernée.

3,7 MHz Atténuation Perte   28 MHz Atténuation Pertes
Fil parfait 0 dB 0   Fil parfait 0 dB 0
Fil de cuivre 0,24 dB 5%   Fil de cuivre 0,07 dB 1,6%
Fil de fer 4,1 dB 61%   Fil de fer 1,9 dB 35%

Les mesures

Devant de pareils chiffres il ne reste plus qu'à vérifier sur le terrain; mais pour des raisons de dimensions, les essais n'ont pu se faire que sur 50 MHz, quitte à extrapoler ensuite pour les bandes décamétriques.

Trois doublet demi-onde ont été construits; le premier en fil de cuivre électricien, le second en fil de fer gainé vert utilisé habituellement pour des clôtures, (voir ce rayon en super marché de bricolage), et le troisième avec du fil de fer usagé, non gainé, ayant passé quelques années aux intempéries. Tous les trois strictement à la même position, avec le même câble coaxial et réglés précisément à la résonance sur 50,175 MHz.

A ce sujet, cela a permis de repérer des coefficients de vélocité variant de 0,933 à 0,943.

Alimentés sous dix Watts, les doublets étaient reçus sur un contrôleur de champ constitué d'un doublet 50MHz lui aussi, placé à quelque lambdas de là et alimentant une charge 50 Ohms branchée sur un voltmètre HF.

Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous.

  Tension détectée Atténuation Perte en %
Fil de cuivre 780 mV    
Fil de clôture 740 mV 0,46 dB 10
Fil rouillé 730 mV 0,58 dB 13

L'atténuation mesurée est moins forte que prévu, on peut incriminer la précision des mesures, et aussi le fait que le fil de fer est traité antioxydation; il est possible que le courant passe principalement par la couche de protection, qui elle, n'est pas ferromagnétique.

Mais si on extrapole sur décamétrique on peut s'attendre tout de même à des pertes de l'ordre de 26 à 61% sur 80m ou de 15 à 35% sur 10m.

Pertes estimées

  sur 6m sur 10m sur 80m
Fil de fer 13 à 29% 15 à 35% 26 à 61%

Conclusion

Quand on commence à parler de pertes pouvant aller jusqu'à ces niveaux là, dans le doute, peut-être vaut-il mieux faire confiance au cuivre et à l'aluminium; et quand des haubans risquent de les perturber, casser leurs résonances avec des isolateurs type œuf.

 

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