Calculateur d’antenne verticale quart d’onde

Comment ça marche

1. 01

   Partir du quart d’onde

   Calculez la longueur d’onde en espace libre, λ = c / f, puis divisez-la par quatre. À 146 MHz, λ vaut 2,053 m, donc le quart d’onde fait 51,3 cm. C’est la cible électrique du brin rayonnant comme des radians, avant toute correction.

2. 02

   Raccourcir le brin pour l’effet d’extrémité

   L’extrémité supérieure ouverte emmagasine de la charge face à son environnement, et cette capacité fait résonner l’élément comme s’il était plus long qu’il ne mesure. La multiplication par k ≈ 0,95 compense ce décalage. C’est de là que vient le conseil de couper 5 % plus court. Un fil fin dégagé monte un peu plus haut, vers 0,96 à 0,97. Un tube épais ou un brin de fort diamètre porte davantage de capacité d’extrémité et demande un k plus faible.

3. 03

   Couper les radians un peu plus longs

   Les radians sont la seconde moitié de l’antenne, pas un accessoire. L’usage est de les laisser au quart d’onde électrique complet, ce qui, avec k = 0,95 sur le brin, les rend environ 5 % plus longs que lui. Des radians plus longs abaissent la résonance et remontent la résistance d’alimentation. Ils servent donc de second réglage. Certains montages vont jusqu’à 12 % au-delà du brin rayonnant.

4. 04

   Choisir le nombre de radians

   Trois ou quatre suffisent pour un plan de sol surélevé, où chaque radian est un élément résonant à l’air libre. Une verticale posée au sol pose un autre problème. Les radians y protègent le champ d’un sol dissipatif, et chaque fil supplémentaire apporte encore un gain. 16 radians constituent un minimum raisonnable en radioamateur, et la FCC considère 120 radians enterrés comme un excellent système de terre pour les pylônes de radiodiffusion AM.

5. 05

   Incliner les radians, puis ajuster à la résonance

   Un monopôle λ/4 au-dessus d’un plan de sol parfait présente environ 36,5 Ω au point d’alimentation. En inclinant les radians d’environ 45° vers le bas, cette valeur monte près de 50 Ω, ce qui s’adapte directement au coaxial, et le rayonnement bascule un peu plus vers l’horizon. Coupez ensuite tout 2 à 3 % trop long, suivez le minimum de ROS et raccourcissez le brin. Environ 1 % de longueur déplace la résonance d’environ 1 % en fréquence.

Formules

Exemple de calcul

FAQ

Pourquoi une verticale quart d’onde a-t-elle besoin de radians ?

Parce qu’ils constituent la seconde moitié de l’antenne. Un monopôle n’est qu’un brin de dipôle, et le plan de sol fournit l’image du second brin ainsi que le retour du courant de la ligne d’alimentation. Sans lui, ce courant redescend par l’extérieur de la tresse du coaxial, qui se met alors à rayonner, désaccorde l’antenne et ramène de la RF là où personne n’en veut.

Combien de radians faut-il à une verticale quart d’onde ?

Trois ou quatre pour un plan de sol surélevé, où chaque radian est un élément résonant à l’air libre. Au sol, la situation change. Les radians y protègent le champ proche d’un sol dissipatif, et davantage de fils continuent d’aider. 16 radians constituent un minimum raisonnable en radioamateur, et la FCC qualifie 120 radians enterrés d’excellent système de terre pour les pylônes AM.

Pourquoi des radians inclinés donnent-ils 50 ohms ?

Un monopôle λ/4 fin au-dessus d’un plan de sol parfait présente environ 36,5 Ω, la moitié des 73 Ω d’un dipôle, car il ne rayonne que dans un demi-espace. Incliner les radians vers le bas rapproche l’antenne d’un dipôle vertical et relève la résistance au point d’alimentation. Vers 42 à 45°, elle passe par 50 Ω. C’est pour cela que la ground plane classique incline ses radians.

Le diamètre du brin rayonnant compte-t-il ?

Oui, de deux façons. Un élément plus épais porte davantage de capacité d’extrémité. Il résonne donc à une longueur physique un peu plus courte et demande un k plus faible. Il est aussi plus large en bande passante, et c’est pourquoi les ground planes VHF commerciales sont en tube plutôt qu’en fil. Sur le gain et le diagramme, le diamètre ne change presque rien.

Comment accorder une verticale quart d’onde ?

Couper large, puis ajuster. Ajoutez 2 à 3 % au brin rayonnant, installez l’antenne à l’endroit où elle vivra, puis raccourcissez de quelques millimètres à la fois en suivant le minimum de ROS. En règle générale, retirer 1 % de longueur remonte la résonance d’environ 1 % en fréquence. Ajustez d’abord le brin, car les radians fixent surtout l’impédance.

Guides associés

• Diagrammes d’antenne & le panneau capteur — une verticale quart d’onde est omnidirectionnelle en azimut, le diagramme omni intégré lui convient
• Hauteurs : AGL vs AMSL — un plan de sol surélevé se renseigne dans le simulateur comme une hauteur au-dessus du sol, pas au-dessus du niveau de la mer

Sources & lectures complémentaires

• 47 CFR § 73.189 — Minimum antenna heights or field strength requirements ↗ — la norme FCC de système de terre pour les verticales au sol : radians enterrés d’au moins un quart d’onde, jamais moins de 90, 120 étant jugés excellents
• The ARRL Antenna Book for Radio Communications, 25th ed. (ARRL) ↗ — l’ouvrage de référence en pratique pour les ground planes, les systèmes de radians et la règle de coupe 234 / f, dans les chapitres sur les dipôles et les monopôles et sur l’influence du sol
• 1/4 Wave Ground Plane Antenna Calculator — M0UKD ↗ — pratique de construction radioamateur : facteur de vélocité 0,95, radians plus longs que le brin et inclinaison à 45° pour une alimentation 50 Ω
• Monopole antenna — Wikipedia ↗ — longueur de résonance 0,95 · λ/4 = 71,25 / f (MHz), 36,5 Ω de résistance de rayonnement et 5,19 dBi de gain sur plan de sol parfait

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