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Coupleur d'antenne universel F3ZZ:

Article publié dans Radio REF : 06/1971 et 07/1997 et aussi dans le QUA86 novembre 1995, avec l'autorisation de Michel, F3ZZ.

LES HARMONIQUES:

Dans beaucoup d'émetteurs comportant des chaînes de multiplication de fréquence, la suppression des harmoniques laisse à désirer. Ceci est particulièrement grave quand on utilise un dipôle à trappes alimenté directement par un feeder coaxial. Les harmoniques imparfaitement éliminés dans l'étage de sortie de l'émetteur pourront atteindre l'antenne et être rayonnés. Il est donc souhaitable d'intercaler entre émetteur et antenne un système sélectif comportant un circuit accordé. C'est ce que les américains appellent un "transmatch".

L'IMPÉDANCE DE CHARGE DE 50 OHMS:

La plupart des constructeurs prévoient l'utilisation des circuits de sortie des émetteurs avec une charge de 50 ou de 75 ohms. Si l'on essaie de charger l'émetteur avec une valeur différente des difficultés apparaissent. Il faut bien se souvenir qu'il ne suffit pas d'utiliser un câble coaxial de 50 ohms pour obtenir une charge de cette valeur, mais encore faut-il que ce coaxial soit bouclé sur une impédance résistive de 50 ohms.

Si cette condition n'est pas respectée, tout se passe vis-à-vis de l'émetteur comme si la charge prenait une valeur variable en fonction de la longueur du câble et généralement différente de 50 ohms.

Il est pratiquement impossible de réaliser une antenne simple qui présente une impédance de 50 ohms sur toutes les bandes. Il faudra donc adjoindre à l'antenne multibande, un dispositif qui adapte la charge inconnue fournie par l'antenne, à la valeur requise pour un fonctionnement normal de l'émetteur. Il devra à la fois servir d'adaptateur d'impédance et de système d'accord pour l'ensemble du feeder et de l'antenne, de telle sorte que la charge de l'émetteur ne présente aucune composante réactive.

C'est ce qui est réalisé par l'utilisation du "transmatch". Un "transmatch" n'est autre qu'un transformateur HF à accord variable.

LA TRANSMODULATION EN RECEPTION

Un "transmatch", du fait de la sélectivité supplémentaire qu'il apporte, permet de réduire d'une manière importante la surcharge du circuit d'entrée d'un récepteur de trafic et d'éviter ainsi l'apparftion de signaux parasites dans la plage de réception, par modulation du signal normal par  un émetteur voisin en fréquence et très puissant (station de radiodiffusion par exemple). Ce phénomène est particulièremenl gênant sur les bandes 80 et 40 mètres.

LA REALISATION DU "TRANSMATCH":

 

Le schéma utilisé est analogue à celui décrit dans un article du QST mais il comporte une inductance variable à roulette qui remplace l'inductance à prises et le commutateur.

Schéma de principe:

 

CV1: Condensateur variable à deux cages de 250pF chacune isolement 1000V

CV2: Condensateur variable de 200pF isolement 1000v

J1-J2 Embases châssis type PL229

J3-J4-J5: Bornes isolées pour fiches bananes ou serrage par vis

L1: Inductance variable à roulette de 18 μ H. Elle sera choisie en fonction de la puissance utilisée. Par exemple le modèle utilisé sur l'ARC5 jusqu'à 100WHF. D'autres modèles peuvent supporter 1 kW HF !

L'emploi d'une inductance variable d'une manière continue, constituée par une bobine enroulée sur un mandrin en matière isolante susceptible de tourner autour de son axe et une roulette métallique qui permet le court-circuit des spires inutilisées, permet d'obtenir l'adaptation des impédances dans une gamme très étendue d'impédances et de fréquences (de 3,5 à 28 MHz).

Si l'on ajoute un transformateur symétrique dissymétrique de rapport 1/4 il devient alors possible d'utiliser le coupleur avec une ligne symétrique (ligne 300 ohms par exemple).

En examinant la figure 1 , on constate que le circuit est très simple. L'entrée HF venant de l'émetteur s'effectue sur le rotor de CV1 qui est un condensateur à double stator de 2x250pF; ce condensateur devra donc être isolé de la masse; pour cela on utilisera des colonnettes et un flector isolants. II en est de même pour CV2. Il serait possible d'adjoindre à l'ensemble un ROS-mètre ou un wattmètre sur la ligne de liaison à l'émetteur pour contrôler le réglage du "transmatch". Le coffret peut être réalisé à partir de plaques d'aluminium 15/10. On peut également utiliser des boîtes de jonctions pour installations électriques en acier (boîtes "Sarel" par exemple).


Variante avec un CV 2x100pF

 

A 100 W HF on peut utiliser des condensateurs dont l'écartement des lames est de l'ordre de 7/10 de mm. A 1000 W HF il faudrait un écartement de l'ordre de 2mm.

LES REGLAGES

La principale utilisation de ce coupleur consiste, comme nous l'avons dit au début de cet article, à adapter une source de HF: l'émetteur, à une charge: l'antenne; les deux éléments étant reliés de part et d'autre du coupleur, par une ligne coaxiale. Dans cette hypothèse, si l'on ne veut pas avoir de pertes prohibitives dans le câble. le rapport des impédances, et par suite le ROS, ne devra pas dépasser 5 à 1. Rappelons au passage qu'un ROS de 10 à 1, entraîne des pertes de l'ordre de 1 dB sur 3,5 MHz et 3,5 dB sur 28 MHz, pour 30 mètres de RG8/U. Ce système sera idéal avec les multidipôles et les antennes à trappes (W3DZZ, TA33, 14AVQ.etc ... ); il permettra une bonne transmission de l'énergie HF de l'émetteur vers l'anntenne mais il n'améliorera pas le rendement de l'ennsemble coaxial-antenne situé au-delà.

1 • Liaison coaxial-coaxial

On règle CV1 et CV2 au maximum de leur capacité (plaques rentrées). On règle la puissance de l'émettteur de manière à obtenir juste ce qu'il faut pour que le ROS-mètre donne sa pleine déviation en direct; il faut toujours utiliser une faible puissance lorsque l'on effectue un premier réglage sur le "transmatch" car l'émetteur risque d'être mal chargé ce qui pourrait nuire à la vie des tubes de l'étage final.

On règle l'inductance variable de manière à obtenir un minimum de ROS. Ce réglage est pointu. Pour effectuer les mesures, utilisez de préférence un ROSmètre permettant de lire la valeur de l'énergie incidente et de l'énergie réfléchie. Ajuster alors CV1 et CV2 pour que ce minimum soit nul et retoucher ensuite l'inductance s'il ya lieu. On peut alors envoyer toute la puissance. Il est possible de trouver plusieurs combinaisons qui procurent une bonne adaptation. La meilleure est celle pour laquelle CV1 et CV2 ont la plus forte valeur une fois l'adaptation réalisée.

2 - Liaison coaxial-fil quelconque

Si on utilise comme antenne un fil conducteur quelconque, an le rel1era à l'extrémité libre de CV1; le processus des réglages sera le même que dans le cas précédent. Il est conseillé de relier le "transmatch" à la terre ou à défaut à une bonne masse.

Les meilleurs résultats seront obtenus avec des fils représentant une longueur légèrement supérieure (10 à 15 %) à un multiple impair de quart de longueur d'onde sur la fréquence de travail. Le supplément de langueur a pour but de compenser le raccourcissement électrique apporté par CV2 et de dégager le nœud de courant HF qui est la région essentiellement rayonnante. De cette manière l'antenne présentera une faible impédance ce qui réduira les chances de voir apparaître des tensions HF élevées sur le "transmatch" et sur les autres appareils.

 

Balun1/4 réalisé sur un tore de ferrite HF de 4 à 5 cm de diamètre recouvert de trois couches de scotch électrique. L'enroulement est bifilaire et constitué de 10 spires de fil émaillé de 15/10 de mm de diamètre.

3 - Liaison coaxial-feeder symétrique

On opérera comme pour un feeder dissymétrique après avoir intercalé le transformateur "balun", comme indiqué sur le schéma. Il est aussi possible d'utiliser le coupleur sans "balun" en réunissant un des côtés du feeder à la masse, l'autre côté étant relié à l'entrée coaxiale. Cette solution n'est peut être pas très technique et fera bondir les puristes, mais l'expérience montre que ça fonctionne, et même très bien !

Ce coupleur, très simple de construction et très souple d'emploi, permet de faire circuler la HF d'un émetteur prévu pour être relié à une charge de 50 ou de 75Ω par "intermédiaire d'un feeder coaxial, vers un système rayonnant quelconque et ce avec le maximum de rendement et le minimum de risques pour les tubes de l'étage final.

 

réalisation F6AHB

Il sera donc particulièrement intéressant de l'avoir sous la main à l'occasion du trafic en portable, lorsque les antennes sont souvent quelconques!

Michel F3ZZ