2.3 Antenne verticale à charge verticale

L'efficacité d'une courte antenne verticale peut être améliorée en augmentant sa résistance de rayonnement. 

Comme la résistance de rayonnement est proportionnelle au carré de la moyenne du courant à travers la section verticale, on peut effecter ceci en améliorant de la répartition actuelle du courant dans l'antenne .

Dans un monopôle vertical court tel que décrit ci-dessus, le courant moyen est de 50% du courant au niveau du point d'alimentation. Une façon d'améliorer la répartition actuelle est d'ajouter une charge capacitive sur le dessus de l'antenne verticale.

La répartition actuelle sur l'antenne décroitra encore de façon linéeaire , mais en raison du fait que le minimum est maintenant à la fin de la section horizontale, le courant moyen dans la partie verticale est plus élevé.

La capacité d'un fil horizontal d'une longueur L, d'un diamètre d et d'une hauteur H est donné par la formule suivante :

Dans la majorité des cas, la formule simplifiée D_H=5pF/m [3b] sera suffisement précise

La capcité totale de l'antenne  sera : C_A=C_V + C_H

Le courant au sommet de la section verticale est déterminé par le rapport entre C_H et C_V (en supposant que la même quantité de courant 'disparaît' au travers de chaque pF) :Donc, le courant moyen dans la section verticale sera :

Et la résistance de rayonnement est proportionnel au carré du courant moyen dans la section verticale, relatif au courant moyen dans un monopôle vertical (I_A=I₀/2) :

Pour 136 kHz cela donne :

Cela signifie que la résistance de rayonnement peut être quadruplée par un chapeau capacitif adéquat.
Un avantage supplémentaire du chapeau capacitif est que la capacité de l'antenne peut augmenter de manière significative. Par conséquent, l'inductance
(Bobine de charge) nécessaires diminuera, entraînant des pertes plus faibles et des tensions plus basses dans la bobine de charge.

Exemple :

Reprenons l'exemple précédent :  long fil vertical de  de 10 m (de 3 mm de diamètre), une perte due à l'enviroment de 60Ω.

Mais maintenant, nous étendons l'antenne avec un chapeau capacitif constitué d'un fil horizontal de 20m (à 10m de hauteur).

La capacité de la section verticale sera 67pF (formule 2a), tandis que la capacité du chapeau sera 116pF (formule 3a), ce qui donne une capactité  totale pour l'antenne de 183pF.

La résistance de rayonnement sera 0.00219 Ω (Formule 5a).

La bobine de charge vaudra 7.4mH (1), avec un Q de 300, la perte dans la bobine sera 21 Ω (2) et la perte totale sera 81Ω (=60+21).
Si nous appliquons une puissance de 100W à l'antenne, nous aurons un courant d'antenne de 1.11A(3), avec comme résultat  une puissance rayonnée de 27mW(4) et une tension de 7kV aux bornes de la bobine de charge.

En tenant compte d'un gain de 2.6dBd, la puissance EPR sera de 49mW, ce qui correspond à une amélioration globale de 5,5 dB par rapport à la même
antenne sans chapeau capacitif.

(1)    L =1/(2Πf)² × C   =1÷((6.28*137000)² ×183 10^-12) =  0.00738H (soit 7.38mH)

(2) R = 2ΠFL/Q = (6.28*137000*0.00738)/300 = 21.17Ω

(3) I = √(P/R) = √(100/81) = 1.11 A

(4) P=RI²= 0.00219 * 1.11²=  0.002698 W 

Le gain obtenu en ayant une meilleure distribution du courant est de 6dB, mais en raison d'une capacité accrue (et donc une bobone de charge plus petite) quelques  dB supplémentaires pourront être gagnés ,comme vous pouvez le voir dans le graphique.

Un antenne avec un chapeau capacitif pourra êter contruite de différentes façons, à côté du L inversé, il y a églement l'antenne en T et les configurations en parapluie. En général toute forme de charge capacitive fonctionnera, l'objectif étant d'obtenir le plus de fil possible , le plus haut possible.

Les fils du chapeau pourront être inclinés, mais ceci entraine une diminution de la résistance de rayonnement.

En règle générale, on peut dire que les fils en pente du chapeau cpacitif ne doivent jamais venir à une hauteur inférieure à 50% de la hauteur de l'antenne. 

 La valeur de la capacité du chapeau est souvent limitée par l'espace disponible. Pour obtenir un chapeau avec une capacitié maximale dans un espace restreint, des fils paralèlles pourront être utilisés. Des résultas pratiques ont prouvé que de capacités jusqu'à 15pF/m peuvent être atteintes, alors qu'avec un seul fil on atteint seulement 5pF/m.

(1) espacement entre fils extérieurs 1m et espacement fils intérieurs 4m (total 6m)

(2) espacement 0.5m à une extrémité et 1 m à l'autre

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Traduction de l'article de ON7YD   http://www.on7yd.strobbe.eu/136ant/