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PMR – Fabrication d’une antenne Ground Plane 1/4 d’onde 446 MHz

Introduction :

J’ai été sollicité par mon ami Jean-Pierre (14 FRS 1907) pour tester une antenne GP ¼ d’onde pour le 446 MHz (PMR) qui lui avait été aimablement prêtée par Nicolas 14 FRS 1909. Jean-Pierre étant intéressé par cette antenne discrète, m’a demandé de lui en refaire une pour qu’il puisse l’installer à demeure pour son trafic journalier.

1er constat sur l’antenne de Nicolas :

Sa conception comporte quelques petites erreurs, surtout au niveau du plan de masse, ce qui a pour incidence que l’antenne n’a pas un comportement normal pour un ¼ d’onde. L’adaptation n’est pas bonne et la longueur du brin rayonnant est un peu court (14,8cm), ce qui fait que l’antenne raisonne un peu haut en fréquence avec une instabilité. En ramenant les radians à 270°, on arrive péniblement à 12dB de RL (ROS = 1,7) ce qui n’est toujours pas normal.

Les petits portatifs utilisés en PMR sont, heureusement pour leurs propriétaires, très tolérant sur les désadaptations d’impédances des antennes. Celles fournies avec ces postes, laissent souvent à désirer, même si cela n’empêche pas d’être entendu… mais avec l’efficacité en moins.

Je ne peux qu’encourager cette curiosité qui a poussé Nicolas à chercher à comprendre en expérimentant, car ce domaine est vaste et peut vite devenir très complexe mais énormément passionnant… et peut-être qu’un jour, un nouvel OM viendra rejoindre le monde radioamateur afin d’assouvir encore plus sa curiosité.

Quelle joie de voir fonctionner correctement une antenne que l’on vient de construire !

Antenne de Nicolas telle qu’elle avait été installée d’origine chez Jean-Pierre :

Antenne d’origine, radians à 170° : RL de -7,6 dB = ROS de 2,4

On voit bien que cette adaptation n’est pas suffisante et que même si l’antenne semble pourtant fonctionner, il n’est pas sage de l’utiliser en l’état trop longtemps ceci afin de protéger le PA du poste utilisé.

Voici une des raisons pour laquelle l’antenne ne réagi pas correctement :

La soudure mettant à la masse les 4 radians, a collé sur le revêtement de la fiche SO239 femelle, créant ainsi un faux contact et une rupture de la continuité électrique de la masse entre le coaxial, le socle de la SO239 et les radians de l’antenne. C’est comme si, au final, l’antenne n’avait pas de vrai plan de masse, ce qui est très gênant pour une ¼ d’onde.

Antenne de Nicolas mais avec les radians anormalement rapprochés :

Antenne d’origine, radians à 240° :

RL de -11,7 dB = ROS de 1,7

On voie que le RL est un peu mieux, l’antenne serait presque utilisable, mais la courbe de ROS reste trop instable. Il faut améliorer tout ça !! ;o)

Un petit aparté intéressant concerne une mesure de ROS qui peut être faussée à cause d’une longueur de coaxial non négligeable et à plus forte raison si celui-ci est limite d’utilisation sur la bande de fréquence utilisée.

En effet, si vous réglez votre antenne en ayant le ROS-mètre à la station, puis 10m de coaxial type RG223 (ou pire du RG58) et enfin votre antenne, vous avez toutes les chances pour que cette grande longueur de coaxial vienne masquer le ROS réel de votre antenne. Vous allez ainsi croire que votre antenne présente un ROS acceptable alors qu’il n’en est rien, ce qui pourrait expliquer certaines choses ;o)

Dans notre cas, la perte du coaxial (fiches PL259 comprises) sur 10m à 446 MHz est de 2,4 dB.

Un exemple avec l’antenne de Nicolas :

Le ROS de départ était de 2,4 (RL de 7,6 dB) au cul de l’antenne et une fois les 10m de coaxial RG223 inséré, le ROS est maintenant de 1,9 (RL de 10 dB).

NB : l’ondulation dans la bande est peut-être due aux résonances multiples du coax.

La construction de l’antenne by F1JKY :

Rien de plus simple :

  • du fil électrique de 2,5mm²
  • une embase PL femelle (SO239) ou N, voir aussi BNC… why not ?
  • un peu de visserie / boulonnerie de 2,5mm de diamètre
  • un système de support d’antenne comme un tube PVC de 20mm de diamètre
  • un ROS-mètre
  • de l’huile de coude ;o))

Le calcul des brins des radians et du brin rayonnant est simple et la valeur souvent appliquée est la même pour tous :

  • 300 / 446,131 MHz = 0,672m = longueur d’onde entière
  • ¼ d’onde à 446,131 MHz = 0,672 / 4 = 0,168m = 16,8cm

Donc dans la théorie, la longueur de chaque brin devrait être de 16,8cm. Mais cela reste de la théorie qui serait valable dans un monde parfait, mais voilà, plusieurs facteurs extérieurs vont faire que cette valeur à toutes les chances de varier. Ceci constitue tout de même une base de départ pour la construction de l’antenne.

Par habitude, je coupe toujours mes brins un peu plus longs car lors du réglage de l’antenne, il est plus facile de les couper que de les rallonger !!

Ainsi, le brin rayonnant est passé à 15,2cm et j’ai laissé les brins des radians à 17,4cm car cela influe peu sur le réglage de l’antenne même si les puristes auraient rapprochés leurs longueurs à celle du brin rayonnant.

L’angle de 120° entre le brin rayonnant et les radians est important car il vous permettra de vous rapprocher des 50 Ohms, donc d’améliorer l’adaptation d’impédance de votre antenne.

Le fait de couper le brin rayonnant vous permettra de centrer la résonance de votre antenne sur la fréquence qui vous intéresse, ici 446,131 MHz.

Rappelez-vous, je suis parti volontairement d’une longueur trop longue électriquement ce qui a fait raisonner mon antenne trop bas en fréquence. Donc en la coupant petit à petit, je raccourcis l’antenne et je la fait donc glisser doucement plus haut en fréquence jusqu’à celle qui m’intéresse.

Une autre astuce, pour rigidifier votre fil électrique de 2,5mm² : coincer une extrémité dans un étau et l’autre extrémité, coincez-la dans le mandrin de votre perceuse. Tenez bien tendu et faites tourner lentement quelques tours. Le fil se torsade légèrement sur lui-même et se rigidifie.

Cette technique est très efficace pour de petites longueurs de fil. Il n’y a plus qu’à couper la longueur des brins que vous avez besoin.

Socle SO239 – vue de dessous Socle SO239 – vue de dessus
Socle SO239 – Vue de profil fini

La suite de cet article de Christophe PIALOT F1JKY – Président de l’ARRAD 38, est à lire sur le site de l’ADRI 38 : Fabrication d’une antenne Ground Plane 1/4 d’onde 446 MHz

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