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Vous trouverez le détail des calculs de modélisation ici, ainsi que le fichier de définition de l'antenne (mmana) 

bobtail curtain antenna 30m
Elle est composée de trois éléments verticaux d'1/4 d’onde alignés dans un même plan; chaque élément vertical est espacé d'une longueur égale à une ½ onde de l'élément vertical suivant; l'extrémité supérieure de chaque élément vertical est reliée à la suivante par l'intermédiaire d'un conducteur d'une longueur égale à  ½ onde.

Les extrémités inférieures des éléments verticaux sont isolées de la terre. L'alimentation de l’antenne s'effectue au bas de l'élément vertical central.

currents bobtail curtain antenna

Le fonctionnement théorique de cette antenne est décrit dans les références citées en fin d'article ainsi que dans les ouvrages cités dans le paragraphe précédent.  Cette antenne fait partie de la famille des phased array antennas ou antennes réseau à commande de phase (c.à.d un groupe d'antennes élémentaires alimentées avec des signaux dont la phase est ajustée de façon à obtenir le diagramme de rayonnement voulu): il existe suffisamment de littérature à ce sujet, les lecteurs friands de théorie s'y référeront.

Cette antenne délivre de meilleures performances lorsqu'elle est alimentée en tension (voir tableau 1), il sera relativement facile de l'alimenter par l'intermédiaire d'un circuit résonnant LC parallèle placé entre l’extrémité inférieure de l'élément vertical central et la terre.

A ce sujet, voir le tableau 1 ( Extrait du site de W4RNLhttp://w4rnl.net46.net/scvhv.html )

Tableau 1 : Performances en fonction du point d’alimentation.

 image005Les exigences de mise à la terre de l’antenne Bobtail sont beaucoup moins critiques que dans le cas des antennes verticales alimentées en courant (qui nécessitent de nombreuses radiales pour fonctionner correctement). Dans notre cas, les points de courant maximal se trouvent à la partie supérieure des éléments verticaux. Les courants dans les brins horizontaux des deux demi-ondes sont d’amplitude identique et sont opposés en  phase, ils s’annulent donc et seuls les éléments verticaux rayonnent.


L’antenne Bobtail-Curtain possède un gain approximatif de 5,1 dB par rapport à un élément vertical quart d'onde (ARRL Antenna Book 8-44), elle est bidirectionnelle avec un angle de départ relativement faible favorable au DX (entre 20° et 30°). Elle possède une excellente réjection latérale.
Cette antenne est essentiellement utile pour la bande des 30 m et en-dessous. La bande des 30 m est une bande transitoire pour laquelle les antennes horizontales ou verticales conviennent aussi bien l'une que l'autre pour le DX. Érigée à une faible hauteur comprise entre 8 et 10 m (pour une antenne de la bande des 30 m), cette antenne simple fournit des performances en DX similaires à des antennes horizontales concurrentes de longueur bien plus importantes. La faible hauteur de cette antenne permet l'utilisation d’arbres comme point d’ancrage ou encore, de tubes métalliques haubanés (dont les extrémités inférieures seront isolées du sol) et qui pourront servir d’éléments rayonnants verticaux.
Il est commun d'utiliser comme plan de sol un grillage métallique de dimensions réduites qui sera raccordé électriquement à la terre du circuit LC. Un morceau de grillage de 1 x 2 m serait suffisant, même sur 80 m (dixit K3KY). Il pourra être installé à quelques pieds au-dessus à même  le sol ou une toiture. Cette solution fonctionne bien mieux qu'un piquet de terre classique seul (dixit K3KY). Néanmoins on pourra installer un piquet de terre et y raccorder le grillage, ainsi il conduira également les surcharges en cas d’orage vers la terre.
 
ON4UN dans Low Band DXing recommande néanmoins:
 "… Ne vous laissez pas induire en erreur en croyant que l'antenne Bobtail ne nécessite pas un système de terre de qualité parce que c'est une antenne alimentée en tension. Comme pour toutes les antennes à polarisation verticale, c'est la qualité électrique reflétée par la terre qui déterminera l'efficacité du faible angle de radiation de l'antenne."

Mars 2014 : J'ai installé un plan de terre constitué de 16 radiales 1/4 d'onde disposées  à même le sol avec une  amélioration des performances qui se passe de tout commentaire !!!

 

bobtail curtainJ'ai utilisé les formules proposées dans le ARRL Antenna Book pour dimensionner l’antenne reprises à la figure 6.
Les flèches représentent la distribution des courants dans l’antenne.
Pour la réalisation du circuit résonnant LC parallèle, l’ARRL recommande pour le calcul la valeur de la self un rapport L/C relativement faible, avec comme point de départ une valeur maximale de condensateur allant de 75 à 100 pF.
 
 
 
 
Dans le tableau 2, K3KY recommande une capacité de 1 pF par mètre de longueur d’onde afin d’assurer une bande passante du ROS satisfaisante. Note: Dans l'utilisation courante, le TOS et le ROS sont erronément confondus car ils n'ont pas la même définition bien que celles-ci soient liées mathématiquement, le TOS est exprimé en %.(Extrait de Wikipédia)
 

Fréquence MHz

C pF

L µH

1,85

160

46,3

3,50

80

25,8

3,50

86,9

23,8

3,65

8

23,8

3,80

73,7

23,8

3,80

80

23,8

7,00

40

21,9

10,1

30

8,28

14,0

20

6,46

Tableau 2: Valeurs recommandées par K3KY

Je n’utilise  pas des puissances importantes en émission, j’ai donc utilisé du câble RG-58 pour construire mon condensateur. Du RG-213 sera plus indiqué pour des puissances plus importantes. Les efforts mis en œuvre pour optimaliser le facteur Q de la self et du condensateur seront récompensés par de faibles pertes dans le circuit. La tresse du câble coaxial d’alimentation sera soudée à l'extrémité de la self reliée à la terre électrique, le conducteur central sera raccordé à une prise intermédiaire le long de la self à l'endroit qui donnera le ROS le plus bas, il existe une meilleure solution qui consiste en un couplage inductif. 

Réalisation pratique:

Tableau 3 : Dimensions pratiques de l'antenne

Fréquence centrale de l’antenne 

10,125 MHz

Valeurs initiales du circuit LC 

8,28 µH / 30 pF

Dimension  des éléments verticaux 

L = 234/F = 234/10,125 = 23,1 pied = 7,04 mètres

Dimension des éléments horizontaux 

L=492/F=492/10,125 =48,59 pied = 14,81 mètres

Fil utilisé pour l’antenne

Fil monobrin VOB 2,5² (installation électrique)

Hauteur de l’antenne 

Base des éléments verticaux à +/- 0.5m

Réalisation du circuit LC

La self est réalisée en fil Cu émaillé de 2mm de diamètre, j’ai utilisé un tuyau PVC de diamètre 50mm comme mandrin. N’étant pas matheux, j’ai utilisé un calculateur d’inductance sur Internet à l’adresse suivante: http://hamwaves.com/antennas/inductance.html.

J’ai utilisé les valeurs suivantes:

Diamètre self 

52mm

Pas

5 mm

Nbre de spires 

20

Longueur de la self 

100 mm

Diamètre du fil

2 mm

Fréquence

10,125 Mhz 

on8im antenna bobtail curtain 30mCe qui donne une valeur théorique de 8,607 µH.

La mesure la valeur de la self ainsi réalisée avec mon analyseur MFJ-259, m’a réservé des surprises ! J’avais bien une inductance de +/- 8 µH mais à une fréquence de 3 MHz ! Lorsque que j’effectuais ma mesure aux environs de 10,200 MHz l’inductance était au-delà de 14 µH. J’ai donc recherché un point sur la self où mon analyseur me donnerait une valeur proche des 8 µH à 10,200 Mhz. Ne tenant pas à trop me compliquer la vie, j’ai trouvé un point situé à 14 spires - ce qui correspondait à une valeur de 7,15 µH. Dans les illustrations, le circuit résonne à 10,135 Mhz avec une valeur du condensateur de 53 pF.

 on8im antenna bobtail curtain 30mDans le montage final en extérieur, le condensateur variable utilisé pour les mesures a été remplacé par un condensateur en câble coaxial RG-58 et l’accord du circuit LC a été retouché à 10,125 MHz. Mon analyseur d'antenne MFJ-259 s'est avéré un instrument extrêmement utile tout au long de ce projet.

  

 

Mise au point et réglages.

on8im antenna bobtail curtain 30mCommencer par mesurer la résonnance de l’antenne (ne pas insérer le circuit LC) - j’ai utilisé un grid-dip car  il me permettait un couplage plus ‘serré’ que mon MFJ - ajuster la longueur des éléments verticaux pour une résonance à 10,125 MHz (ne pas oublier de réajuster les parties horizontales en proportion) ; c’est la ‘partie de plaisir’ acrobatique et physique… monter… placer le dip-mètre (sans se casser la figure) et mesurer, descendre, retoucher, remonter, remesurer, etc. J’ai raccourci progressivement les éléments verticaux d’une petite vingtaine de cm.

J’ai utilisé un tuyau galvanisé de 1,5 m comme piquet de terre que j’ai enfoncé jusqu’à une profondeur de 1,2 m ; j’y ai raccordé électriquement une pièce de clôture de 1,8 m X  3 m disposée à même le sol en tant que ‘contrepoids‘ à la suite de quoi  j’ai revérifié une dernière fois l’accord de l’antenne (pas de différence). 

 

 J’ai utilisé du tube PVC Ø50 mm lesté à une des extrémités en tant qu'isolateur d'une part et de l’autre comme système de maintien des éléments verticaux (figure 10). J'ai utilisé des on8im antenna bobtail curtain 30m plaquettes en plexi de 6mm pour isoler les extrémités des éléments horizontaux (voir figure1).

J’ai ensuite raccordé le circuit LC entre l’antenne et sa terre. L’emplacement de la prise du coaxial d’alimentation se fait en recherchant l’emplacement qui donnera le ROS le plus bas. Il faut de la patience car il est rare qu’on trouve le bon endroit du premier coup ! Mes efforts ont été récompensés à 2,5 spires à partir de la base de la self par un ROS de 1,1 à 10,125 MHz.

J’ai ensuite protégé la self, la capacité coaxiale et les raccords en plaçant le tout  dans un récipient en plastique. J’ai également inséré un système de protection contre les surcharges induites par la foudre en série dans le câble coaxial et je l’ai raccordé électriquement au piquet de terre.

 

 Relevés du ROS:

on8im antenna bobtail curtain 30m SWR

Les valeurs de ROS ont été mesurées au pied de l’antenne et sont reprises dans la courbe du tableau 4. Les valeurs mesurées à l‘entrée de l’émetteur sont identiques.

Les résultats en pratique:

Afin de pouvoir établir une comparaison, j'ai installé une ground-plane sur le toit du QRA dimensionnée pour la bande des 30m.  Entre le début de la rédaction de cet article et aujourd'hui, j'ai effectué avec l'antenne Bobtail-Curtain plus de 300 QSO en divers modes digitaux (PSK, RTTY, JIT65,Hellschreiber, etc.)
Bien que l'antenne ne soit pas  accordée pour cette bande, sur 40M je constate la même diminution de QRM ainsi qu'une amélioration qualitative identique du signal reçu lorsque je compare avec ma Delta Loop verticale 40M (qui est également orientée Est-Ouest).
Zones DX contactées en divers modes digitaux (avec une dizaine de Watts): Lac Baïkal (RK0SWB),  Côtes Est et Ouest des Etats-Unis, Côte Est Canada, Amérique centrale (Porto Rico – Cuba), Amérique du Sud (Brésil, Pointe Sud de l'Argentine).  
En réception,  certains jours je reçois la balise DU3NWX située aux Philippines avec un signal  allant de S7 à S9 (à peine audible avec la ground-plane).
Quelques sites intéressants à propos de la Bobtail-Curtain et ses modes d’alimentation:
 
D'autres antennes sont basées sur la Bobtail-Curtain; pour n'en citer que quelque unes :
The Inverted Bobtail - Thorne Array (K4NFU) - (Practical Antenna Handbook – Fourth Edition- Joseph J.Carr –p.267-269); The N4GG1 Array (QST July 2002 – p.35), The Half Square Array (ARRL Antenna Book p.8-43), etc.