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Guide d’installation d’une antenne VHF marine. Réflexion sur les choix matériel

Guide d’installation d’une antenne VHF marine. Réflexion sur les choix matériels, les matériaux et techniques de montage d’une ligne d’antenne VHF. Guide d’installation d’une antenne VHF marine. Guide d’installation d’une antenne VHF marine. Réflexion sur les choix matériels, les matériaux et techniques de montage d’une ligne d’antenne VHF. Par Olivier TESTU – F4CLS / SNS 075 Décembre 2016 – version 5. 1 - Exposé de la problématique. 1 - Exposé de la problématique. Les émetteurs récepteurs du service mobile maritime en VHF sont les éléments importants de sécurité pour la navigation de plaisance et l’organisation des secours en mer. A cet égard, la mise en place d’une installation à bord, nécessite le plus grand soin, afin d’optimiser la liaison radio électriques entre les correspondants. « Tant vaut l’antenne, tant vaut la station » - adage radioamateur. Lorsqu’un plaisancier désire monter une VHF à son bord, les informations sont surabondantes, quelquefois hérétiques, et elles peuvent empêcher le novice en radiocommunication de satisfaire ses besoins. A travers cet article, nous allons essayer d’exposer une réflexion claire et précise, afin de facilité le choix et le montage d’une antenne VHF, d’une ligne coaxiale et d’un connecteur au poste VHF. 2 Bannissons dès maintenant les antennes « prêtes à consommer », au bénéfice d’éléments que sont l’antenne, le câble, et la connectique, chacun d’excellente qualité, et conçus indépendamment les uns des autres. 2 - Préambule. 2 - Préambule. Passionné par la voile et les radiocommunications depuis ma plus tendre enfance, c’est avec un grand plaisir que je me suis amusé à concevoir cet article. Ce dernier est une somme de documents déjà existants sur le sujet, que je me suis autorisé à traduire, à corriger avec humilité, ou à compléter, lorsque cela me paraissait indispensable. Depuis de nombreuses années, à l’occasion de recherches sur des thèmes précis, liés à l’installation des antennes d’émission-réception du service amateur ou maritime, j’ai archivé des documents très intéressants, très utiles et très précis. Ceux-ci proviennent de sites internet multiples, d’ouvrages et d’études, dont les informations et les techniques décrites sont indispensables à l’installation d’une ligne d’antenne dans les règles de l’art comme le conçoivent les radioamateurs. A cet égard, et afin de mettre en avant les documents initiaux, l’origine de l’information sera bien entendue citée au chapitre 19 - Bibliographie. Ce travail, n’est pas exhaustif et chacun pourra y ajouter ses études, ses recherches, ses idées. Enfin, je tiens à remercier Christian Couderc, F1FPS, auteur de l’excellent site VOILELEC, qui a été l’un des inspirateurs de ma réflexion. 3 Voici l’intérieur d’une antenne marine 5/8 d’onde un peu vieillissante, telle que celles vendues dans le commerce pour le grand public. Déception… 3 - Sommaire 3 - Sommaire : : 1 - Exposé de la problématique………………………………………………………………...….… (page 01) 2 – Préambule……………………………………………………………………………………………….…….. (page 02) 3 – Sommaire……………………………………………………………………………………………….……… (page 03) 4 – Vulgarisation sur la propagation en VHF et la portée théorique….…... (page 04) 5 - Modélisation d’une antenne omnidirectionnelle simple. Polarisation.… (page 05) 6 – La fréquence et la longueur d’onde………………………………………………………….. (page 08) 7 – La longueur de l’antenne………………………………………………………………….………… (page 08) 8 – La notion de gain……………………………………………………………………………….………… (page 09) 9 - La ligne coaxiale………………………………………………………………………….………………. (page 12) 10 - Choisir un connecteur coaxial convenable…………………………………………... (page 15) 11 - Les connecteurs UHF PL-259……………………………………………………………….… (page 17) 12 - Le montage d’une fiche PL-259………………………………………………………….….. (page 24) 13 - Les connecteurs type N……………………………………………………………………….…. (page 27) 14 - Le montage d’une fiche N………………………………………………………………….……. (page 28) 15 – Conseils d’installation d’une ligne d’antenne…………………………………….…. (page 30) 16 – Notion d’Ondes Stationnaires (R.O.S./T.O.S.)…………………………….…….. (page 32) 17 – Quelle antenne pour quel bateau…………………………………………………………... (page 38) 18 – Conclusion………………………………………………………………………………………………..…. (page 45) 19 – Bibliographie………………………………………………………………………………………………. (page 46) 4 4 – Vulgarisation sur la propagation des ondes VHF et la portée théorique. 4 – Vulgarisation sur la propagation des ondes VHF et la portée théorique. On considère que les ondes électromagnétiques se propagent en ligne droite comme les rayons lumineux, on parle alors de portée optique. Ce type de propagation est par conséquent limité par les obstructions : bâtiments, digues, caps, falaises, îles, etc. Le signal radio est masqué par l’horizon (il existe toutefois des conditions particulières, pouvant permettre des propagations ponctuellement supérieures à l’horizon). C’est pour cette raison que l’on dégage au maximum en hauteur l’antenne VHF (VHF pourVery High Fréquency : Très Haute Fréquence, spectre radio entre 30 Mhz et 300 Mhz), et que l’on l’éloigne au maximum de toutes structures pouvant avoir un effet de masque. Le calcul de la portée théorique simplifiée en négligeant l’influence sur la propagation de la météo, de la puissance et des différences de propagation sur l’eau et la terre et en l’absence d’obstruction découle de la formule suivante : D= d1+d2=Racine(17*H1)/1,852+ Racine(17*H2)/1,852 Cette formule n’étant pas pratique à mettre en œuvre, on lui préfère la formule suivante qui donne une valeur approchée. D = 2,2 (Racine(H1)+Racine(H2)) Et plus simple encore D= 2,2 √ (H1+H2) avec H1 et H2 en mètres et D en milles Nautiques Ainsi ont obtient habituellement entre 2 à 10 milles nautiques pour une VHF portable, et entre 25 et 30 milles nautiques, avec une VHF fixe ayant une antenne dégagé. Bien sûr, de la qualité du récepteur et de l’émetteur dépendent l’immunité aux perturbations et la sensibilité dont découle directement la qualité de la communication. Cependant, plus que l’appareil VHF, c’est de la ligne d’antenne que dépendra les performances de la station. Afin de parfaire notre installation radio et guider nos choix lors d’un achat, nous allons donc étudier les bases de la théorie de l’antenne, puis chacun des éléments nécessaires, soient : l’antenne, le câble et la connectique. 5 5 - Modélisation d’une antenne omnidirectionnelle simple. 5 - Modélisation d’une antenne omnidirectionnelle simple. La forme la plus simple d’une antenne, est un dipôle résonant de taille totale/2. (étant la représentation graphique de lambda : la longueur d’onde), autrement appelée dipôle demi-onde, ou doublet demi-onde. On considère que le doublet ½ onde est l’antenne de référence. Le dipôle est une antenne filaire composé de deux brins conducteurs écartés en directions opposés. L’alimentation est le plus souvent présentée au centre de la structure ce qui donne un système symétrique. Modélisation du lobe de rayonnement d’un doublet demi-onde. Dans le cas des antennes mobiles, l’antenne dipôle de référence est adaptée et remplacée par un monopole 6 La Polarisation : La polarisation est définie comme étant l’orientation du champ électrique d'une onde électromagnétique. La polarisation est en général décrite par une ellipse. La polarisation linéaire et la polarisation circulaire sont deux cas spéciaux de polarisation elliptique. La polarisation initiale d'une onde radio est déterminée par l'antenne. Avec la polarisation linéaire, le vecteur de champ électrique reste tout le temps dans le même plan. Le champ électrique peut laisser l'antenne dans une orientation verticale, une orientation horizontale ou dans un angle entre les deux. Le rayonnement verticalement polarisé est légèrement moins affecté par des réflexions dans le chemin de transmission. Les antennes omnidirectionnelles ont toujours une polarisation verticale. Avec la polarisation horizontale, de telles réflexions causent des variations dans la force du signal reçu. Les antennes horizontales sont moins sensibles aux interférences causées par les humains car celles-ci sont généralement polarisées verticalement. L'onde sinusoïdale électrique se déplace en direction perpendiculaire par rapport à l'onde magnétique dans la direction de la propagation. Dans la polarisation circulaire, le vecteur de champ électrique semble tourner avec le mouvement circulaire autour de la direction de la propagation, faisant un plein tour pour chaque cycle RF. Cette rotation peut être réalisée à droite ou à gauche. Le choix de la polarisation est l'un des choix de conception disponibles pour le concepteur du système RF. 7 Le déséquilibre de polarisation Afin de transférer la puissance maximum entre une antenne de transmission et une antenne de réception, les deux antennes doivent avoir la même orientation spatiale, le même sens de polarisation et le même rapport axial. Lorsque les antennes ne sont pas alignées ou n'ont pas la même polarisation, Il y a une réduction du transfert de puissance entre elles. Cette réduction de transfert de puissance réduit l'efficacité globale du système. Lorsque les antennes de transmission et de réception sont toutes deux linéairement polarisées, une déviation de l'alignement physique de l'antenne entraîne une perte par déséquilibre de polarisation, ce qui peut être calculé en utilisant la formule suivante: Perte (dB) = 20 log (cos θ) En géométrie, la lettre Grec θ (Thêta) est souvent utilisée pour représenter un angle plan. ...d’où la différence dans l’angle d’alignement entre les deux antennes. Pour 15° la perte est approximativement de 0,3dB, pour 30° nous perdons 1,25dB, pour 45° nous perdons 3dB et pour 90° nous avons une perte infinie. En résumé, plus le déséquilibre dans la polarisation entre une antenne de transmission et de réception est grand, plus la perte apparente est grande. En pratique, un déséquilibre de 90° dans la polarisation est un déséquilibre important mais non infini. Dans la pratique, ce paragraphe vous incitera à toujours prendre la précaution d’installer votre antenne à la verticale, afin d’éviter une dépolarisation et donc une uploads/s3/ installation-d-x27-une-antenne-vhf-marine-version-5-decembre-2016.pdf