Analyse théorique et réalisation pratique.
Les antennes FRITZEL sont fabriquées en Allemagne par la société HOFI[1]. Parmi les nombreux modèles proposés, figure un dipôle rotatif (FB13). La relation est toute trouvée avec la verticale GPA30. Ces deux antennes offrent la possibilité d’émettre sur les bandes 20, 15 et 10 mètres. Ayant à portée de main une FB13, l’objectif était de réaliser une antenne verticale facile à monter et à régler, tout en étant capable de rendre de bons et loyaux services sur les bandes.
L’antenne GPA30 :
La GPA30, se présente sous la forme d’un assemblage de 4 éléments tubulaires en aluminium, dont la trappe, pour une longueur totale de ± 3,68 mètres. Chaque élément est connecté entre eux par une bague de serrage. Un ensemble de trois radians, un pour chaque bande, est fournis avec l’antenne. La mise en résonnance s’effectue en agissant sur l’élément supérieur ainsi que sur la longueur et l’orientation des radians (± 80°). Le tableau de ci-dessous donne les principales valeurs :
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GPA30 |
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A |
± 2,392 m |
Radian 10 m |
2,60 m |
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B |
± 0,802 m |
Radian 15 m |
3,60 m |
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T |
± 0,48 m |
Radian 20 m |
5,30 m |
Elle s’adresse aux amateurs souhaitant avoir une antenne pour performer en DX. Et tout spécialement à ceux qui sont dans l’impossibilité de se munir d’une imposante directive, faute de place ou de moyen. Son fabricant annonce une puissance admissible de 700 watts (1,4 KW PEP), une impédance de 50 Ω (SO239) pour un poids d’environ 2,1 Kg. Quant aux ROS, il est de 1,56 sur 20 (14,150 MHz), 1,35 sur 15 m (21,220 MHz) et de 1,15 sur 10 m (28,610 MHz). D’une manière générale, il est de 2 :1 aux extrémités… Curieusement, le gain n’est pas annoncé sur les documentations Fritzel… Il aurait été souhaitable d’en avoir pour valider mon annalyse.
Simulation sur MMANA :
Pour établir un premier bilan, j’ai du définir les caractéristiques de la GPA30 (Version 1/2 FB13). Pour cela, je me suis inspiré des préscriptions documentaires du manuel technique. Pour atteindre cet objectif, j’ai positionné l’antenne en fonction de ma configuration dans le jardin. Pour fiabiliser le rendement, j’ai modélisé l’antenne à une hauteur de 3,40 mètres : correspondant à la configuration réelle dans le jardin. Dans un premier temps, les radians furent déployés horizontalement sur 90°. Souhaitant l’exploiter en CW, j’ai fort logiquement configuré le simulateur MMANA sur les fréquences correspondantes. Sachant qu’il sera toujours possible de revoir la configuration logiciel en fonction de la portion de bande mise en œuvre (CW ou SSB).
Une fois ceci fait, je n’avais plus qu’a lancer une première simulation sur une terre réel, parfaite et en espace libre. Dès lors, MMANA m’annonce plusieurs solutions :
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Simulation GPA30-1/2 FB13 |
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Fréquence |
Impédance ZΩ |
Gain DBi |
ROS |
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| Terre réelle |
14,050 MHz |
37,417 Ω |
5,75 DBi |
1,7 |
|
21,050 MHz |
35,428 Ω |
3,04 DBi |
1,42 |
|
|
28,050 MHz |
46,086 Ω |
2,89 DBi |
1,4 |
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| Terre parfaite |
14,050 MHz |
37,417 Ω |
5,75 DBi |
1,66 |
|
21,050 MHz |
35,428 Ω |
5,22 DBi |
1,42 |
|
|
28,050 MHz |
46,086 Ω |
4,59 DBi |
1,37 |
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| Espace libre |
14,050 MHz |
37,545 Ω |
1,38 DBI |
2,13 |
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21,050 MHz |
37,642 Ω |
1,51 DBi |
1,38 |
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|
28,050 MHz |
42,627 Ω |
1,63 DBi |
1,52 |
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Bien que satisfaisante, avec un ROS moyen de 1,41 pour une impédance moyenne de 39,520 Ω, proche du quart-d’onde, et un gain moyen autour de 3,52 DBi, ses valeurs ne sont pas exploitable dans un premier temps… Je decide donc de revoir ma copie afin d’optimiser l’efficacité.
Pour ce faire, je positionne les radians différements, tout en suivant la forme d’un triangle imaginaire (Angle virtuel de ± 120°). Compte tenu des informations fournit dans la documentation officielle, stipulant que :" l’angle d’inclinaison des radians par rapport au tube de mât (± 80°) et leur disposition horizontale n’est pas critique (± 120°)", j’ai ajusté les radians horizontalement tout en négligeant l’inclinaison (dans le simulateur). Sachant qu’il sera toujours possible de rectifier le tir par la suite. Afin d’améliorer les réglages théoriques de l’antenne, les mesures ont été dégrossies en ajustant la longueur de chaque radian. Dès lors, il n’a pas été dificile d’extraire un creux prononcé du ROS sur l’ensemble des trois bandes actives. Cette seconde simulation fournit des valeurs différentes, et nettement plus en rapport avec mes exigences.
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Simulation GPA30-1/2 FB13 |
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Fréquence |
Impédance ZΩ |
Gain DBi |
ROS |
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| Terre réelle |
14,050 MHz |
44,891 Ω |
4,71 DBi |
1,17 |
|
21,050 MHz |
49,514 Ω |
3,67 DBi |
1,12 |
|
|
28,050 MHz |
36,005 Ω |
2,86 DBi |
1,39 |
|
| Terre parfaite |
14,050 MHz |
44,891 Ω |
6,23DBi |
1,17 |
|
21,050 MHz |
49,514 Ω |
5,34 DBi |
1,12 |
|
|
28,050 MHz |
36,005 Ω |
5,78 DBi |
1,39 |
|
| Espace libre |
14,050 MHz |
46,152 Ω |
1,46 DBI |
1,33 |
|
21,050 MHz |
44,745 Ω |
1,51 DBi |
1,27 |
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28,050 MHz |
36,164 Ω |
1,71 DBi |
1,40 |
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Les mesure font ressortir un fonctionnement plus que correct, avec une impédance moyenne de ± 43,097 Ω pour un ROS moyen de ± 1,28… Tandis que le gain moyen ce situe autour de 3,68 DBi. Cette simulation à permis d’ajuster (avec un peu de patience) les différentes longueurs des radians :
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Bandes |
Fréquences |
Longueurs des radians |
R.O.S. |
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20 m |
14.050 MHz |
5.45 m (5.33 m) |
1.17 |
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15 m |
21.050 MHz |
2.85 m (2.70 m) |
1.12 |
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10 m |
28.050 MHz |
3.58 m (3.58 m) |
1.39 |
(…) = longueur officielle Fritzel (documentation).
Diagramme de rayonnement de la ½ FB-GPA3@3,50 m [Terre parfaite ou espace libre].
GPA30 14 MHz à 3,50 m du sol.
GPA30 21 MHz à 3,50 m du sol.
GPA30 28 MHz à 3,50 m du sol.
ROS et Gain en fonction de la hauteur par rapport au sol :
A partir de ces informations, une simulation à été réalisé pour des hauteurs différentes. Cette simulation fait ressortir une variation du ROS suivant les fréquences mises en jeux. Le tableau suivant, permet de visualiser le comportement de l’antenne en fonction de la hauteur d’installation.
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Simulation GPA30-1/2 FB13 |
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Hauteur |
Fréquence |
Impédance ZΩ |
Gain DBi |
ROS |
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3 m |
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14,050 MHz |
42,219 Ω |
2,88 DBi |
1,30 |
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|
21,050 MHz |
46,995 Ω |
3,52 DBi |
1,15 |
|
|
28,050 MHz |
34,880 Ω |
2,86 DBi |
1,44 |
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3 m 50 |
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|
14,050 MHz |
46,011 Ω |
4,73 DBi |
1,1 |
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21,050 MHz |
46,011 Ω |
6,29 DBi |
1,2 |
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28,050 MHz |
46,152 Ω |
1,1 DBi |
1,3 |
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4 m |
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14,050 MHz |
49,427 Ω |
4,20 DBi |
1,34 |
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21,050 MHz |
50,006 Ω |
4,30 DBi |
1,22 |
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|
28,050 MHz |
37,467 Ω |
3,48 DBi |
1,15 |
|
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5 m |
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|
14,050 MHz |
57,046 Ω |
4,31 DBi |
1,2 |
|
|
21,050 MHz |
57,046 Ω |
6,27 DBi |
1,2 |
|
|
28,050 MHz |
46,152 Ω |
1,1 DBi |
1,3 |
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Plus concrétement, les mesures donnent un premier regard sur le fonctionnement de l’antenne. Bizarrement, certaines mesures sont similaires (3,50 m et 5 m). Quant aux rayonnements, celui-ci est de type omnidirectionnel (sur les 3 bandes). Bien qu’annonçant des chiffres intérréssant, rien ne dit qu’ils seront exploitable dans la pratique.
Mise en oeuvre pratique :
Après avoir réuni les éléments, l’installation n’était plus qu’une formalité. Le support tubulaire de l’antenne, dressé pour cette occassion, a permis de fixer la GPA30 à une hauteur de ± 3,50 m ![2] A la suite de cette installation, j’ai placé les radians suivant les données informatiques, d'une part, tout en m’inspirant de la notice de montage "Fritzel". Enfin, pour terminer, j’ai connecté le câble coaxial afin d’effectuer les premiers essais pratiques (c’est préférable !). Étant relié au MFJ 259, celui-ci fournit le ROS et les valeurs des impédances sur les trois fréquences mises en jeu. Le tableau de ci-dessus, montre le résultat de ces mesures :
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Fréquences |
R.O.S. |
Impédances "ZΩ" |
Commentaires |
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14,025 MHz |
1,5 |
± 30 Ω |
ROS qui augmente a partir de 14,050 MHz |
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21,030 MHz |
1,6 |
± 36 Ω |
ROS qui augmente a partir de 21,050 MHz |
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28,025 MHz |
1,5 |
± 45 Ω |
ROS qui est uniforme jusqu’à 28,500 puis augmente lègèrement à 1,5 sur 29,000 MHz ! |
La moyenne présenté lors d’une mesure pratique sur le transceiver, montre des valeurs lègèrement plus faible[3] que celle indiqué sur le MFJ259, comme le montre le tableau suivant :
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Fréquences |
R.O.S. |
Impédances "ZΩ" |
Commentaires |
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14,025 MHz |
1,3 |
Non mesurable sur le TRx |
ROS qui augmente a partir de 14,050 MHz à 1,7 |
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21,030 MHz |
1,4 |
ROS qui augmente a partir de 21,050 MHz à 1.5 |
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|
28,025 MHz |
1 |
ROS qui est uniforme jusquà 28,500 puis augmente lègèrement à 1,5 sur 29,000 MHz ! |
Avec un ROS moyen autour de 1,53 pour une impédance moyenne de 37 Ω sur le MFJ, l’antenne présente à l’usage un équilibre pratique avec un ROS moyen de 1,23 (TRx).
Les éssais sur l’air ont permis de tirer des informations compléméntaires. Lors de ces essais, j’avais pour référence mon antenne Lévy de 2x27 m à 7 m de hauteur. Les résultats sont au dela de mes espérences ! En effet, je me suis apperçu que la GPA30 (Version ½ FB13), bien que perché à une hauteur de ± 3,50 m, fournissait des repports bien supérieurs à la Lévy. Soit, cela n’est pas surprenant, dans le sens que ma Lévy est installé en V inversé… Avec un rayonnement ± horizontal. Tandis que la GPA30 à un rayonnement omnidirectionel. La différence ce situe au niveau du gain de la GPA30 (1/2 FB13), faisant varier les signaux entre + 3 à 5 points S mètre par rapport à la Lévy. Tant a longue distance, que sur des signaux proches. Cependant, l’antenne Lévy semble prendre l’avantage en présence d’une antenne similaire : Lévy, G5RV, dipôle …
Conclusion :
L’objectif de cette analyse, était de démontrer les possibilités d’adaptation de l’antenne FB13 en GPA30. Pour concevoir cet examen, j’ai dû réécrire les algorithmes définissant les principales caractéristiques de la GPA30, afin de présenter au simulateur l’antenne en situation réelle. L’étude effectuée, à la suite de cette réorganisation, se termine par des résultats intéressants. Quant aux essais pratiques, mise en œuvre à la suite de cette recherche, celle-ci s’avèrent être plus que concluante ! Le ROS est très satisfaisant sur 14, 21 et 28 MHz, avec une amélioration sensible des performances de trafic par rapport à ma Lévy. Quant au rendement, cette antenne rayonne parfaitement bien dans toutes les directions, sans occasionner d’échauffement excessif sur le PA du transceiver. Depuis ces premiers essais, j’ai eu l’opportunité de la tester quotidiennement ou lors des différents concours. Les reports en réception ou en émission semble également étre en cohérence avec la simulation.
Cette antenne se distingue aussi des modèles présentés en visuel sur ma page station fixe (GP et antenne canne à pêche "GP HF1") de réalisation personnelle. La principale différence entre ces antennes, est qu'elles utilisent une bobine d’adaptation des impédances à la base, ou une boite d'accord, pour approximativement 7 mètres de long. Alors que la GPA30 exploite les vertus d’une trappe sur une longueur d’environ 3,70 mètres. Je n’ai pas effectué d’étude comparative entre ces deux antennes[4]…
Ci dessous les vidéos de présentation de ma GPA30
73 d’Hervé de F6UGW
…/…
