Abaque de Smith, un outil mystérieux ? 6ème partie Avertissement et mesures conservatoires Dans les exposés qui vous sont proposés, un certain nombre de figures ont été reprises de plusieurs auteurs. Ces figures sont issues du domaine public (sauf rares exceptions) en provenance de différents sites Internet. Par respect pour les auteurs de ces figures, nous consacrons à chaque exposé une bibliographie en dernière page pour citer toutes les sources d’où proviennent les figures qui illustrent les exposés.

Le « contest » des OM’s : celui qui aura le ROS le plus petit… ?!? Oui, un TX ou un linéaire tolère peu un ROS élevé, mais pourquoi ? Il s’agit du couplage à la sortie du PA : l’énergie HF doit bien pourvoir « sortir » du PA, sinon la puissance dissipée dans son élément actif (transistor ou tube) risque d’excéder ses caractéristiques maximales. Le couplage d’un TX s’effectue, entre autres, avec un circuit Jones ou Collins pour les PA à Tube (Tuning, Loading) ou un Antenna Tuner pour les TX modernes à transistors. Et le tout fonctionne (bien ou moins bien) avec un ROS élevé dans le feeder d’antenne entre la sortie de l’Antenna-Tuner et l’antenne. Démystifions tout cela !!! Cet exposé est un bonus et une petite surprise.

5ème mythe cassé : les ondes réfléchies par une antenne dans le feeder ne sont ni absorbées ni dissipées totalement dans le PA du TX ! Les ondes réfléchies par une antenne mal adaptée à la ligne de transmission sont réfléchies à nouveau à la sortie du TX et renvoyées vers l’antenne. Pour un feeder à pertes négligeables, le ROS à l’entrée de l’antenne est le même à la sortie du TX. Ceci explique que les ondes sont re-réfléchies car la même désadaptation d’impédance de l’antenne subsiste à la sortie du TX : cercle à SWR constant sur l’abaque de Smith.

6ème mythe cassé : même avec un ROS de 2:1, il y a moyen de rayonner à l’antenne pratiquement 100 % de l’énergie HF du TX Croyez-le ou non : avec une ligne de transmission à pertes négligeables et avec des conditions de ROS relativement élevé, pratiquement toute l’énergie du TX parvient à être rayonnée par l’antenne. L’énergie HF « rebondit » d’aller en retour le long de la ligne de transmission jusqu’à ce qu’elle soit rayonnée par l’antenne. Le plus important est d’installer une ligne de transmission avec le moins de perte possible et dont l’impédance caractéristique se rapproche de celle de l’antenne. Deux graphiques vont nous aider à comprendre.

Pertes additionnelles dans un feeder dues au ROS

ROS réel à l’antenne en fonction du ROS mesuré à la sortie du TX c’est-à-dire à l’entrée d’un feeder avec pertes

Pertes additionnelles dans un feeder dues à un ROS de 2:1 0,35 Les pertes par un ROS de 2:1 sont peu représentatives vis-à-vis des pertes du feeder. Avec un ROS de 3:1 et le même feeder de 3 dB de pertes, celles par ROS seraient de 0,9 dB et on obtiendrait à l’antenne : P = 0,41 W. Il n’y a pas de quoi fouetter un chat.

Un ROS de 2:1 peut en cacher un de 20:1 ! 4,5 dB 20:1 7 dB Les ondes réfléchies sont atténuées de 4,5 dB ; les ondes re-réfléchies sont atténuées une 2ème fois de 4,5 dB, cela fait 9 dB. Ces ondes finissent par mourir dans le feeder et ne sont donc pratiquement pas rayonnées par l’antenne !!! 4,5 dB

7ème mythe cassé : câble coax et ligne échelle à grenouille Pourquoi les lignes échelle à grenouille tolèrent des ROS élevés ? Parce qu’elles ont des pertes négligeables en HF : 0,5 dB par 100 m à 30 MHz ! Les ondes réfléchies sont re-réfléchies et finalement rayonnées par l’antenne. Un ROS de 10:1 est parfaitement tolérable pour ces lignes. Même le meilleur coax ne peut rivaliser avec des pertes aussi faibles : 2 dB par 100 m à 30 MHz pour un câble performant et très coûteux. Les ondes réfléchies sont atténuées de deux fois les pertes du coax et finissent par s’évanouir en chaleur dissipée dans le feeder. Un ROS de 2:1 ou de 3:1 peut devenir préoccupant pour les coax, en particulier aux puissances élevées (flash par surtension due au ROS élevé).

Installation d’antenne du radioamateur « A » : bon exemple Pertes du très long feeder = 0,5 dB Pertes additionnelles par ROS de 10:1 = 0,9 dB Bilan des pertes = 1,4 dB : c’est pas si mal que cela ! L’antenna Tuner réalise l’adaptation d’impédance pour un bon couplage du TX qui sera content avec un ROS de 1:1. Prêt pour le DX !

Installation d’antenne du radioamateur « B » : mauvais exemple Pertes du très court feeder = 0,25 dB Pertes additionnelles par ROS de 90:1 = 12 dB Bilan des pertes = 12,25 dB : c’est diviser la puissance par 16 ! L’antenna Tuner parviendra à réaliser l’adaptation d’impédance pour le couplage du TX avec un ROS de 1:1. Mais pas prêt pour le moindre DX !

Installation d’antenne du radioamateur « C » : un bon compromis Placer l’Antenna Tuner (étanche) à l’extérieur du shack. Relier le TX à l’Antenna Tuner avec un bon coax pas trop long. Le ROS dans le coax sera de 1:1, ce qui minimisera les pertes. Relier l’Antenna Tuner à l’antenne par une ligne échelle à grenouille. Même avec un ROS de 10:1 ou de 7,5:1 dans la ligne échelle à grenouille, le maximum d’énergie HF sera rayonnée par l’antenne. Les ondes réfléchies par l’antenne seront re-réfléchies à la sortie de l’Antenna Tuner et redirigées vers l’antenne.

Rendez-vous la fois prochaine sur le site Internet ON5VL Les circuits adaptateurs d’impédance Plusieurs types de circuits existent pour adapter des impédances. Rendez-vous la fois prochaine sur le site Internet ON5VL pour la 7ème partie http://on5vl.e-monsite.com/

Bibliographie et mentions des sources des figures reprises Graphiques (1) Pertes additionnelles dues au ROS ; (2) SWR réel à l’antenne en fonction du SWR mesuré à la sortie du TX à l’entrée d’un feeder avec pertes ; avec exemples numériques : QST novembre 2006 ARRL, Understanding SWR by examples, Take the mystery and mystique out of standing wave ratio ; Darrin Walraven K5DVW, RF Design Engineer, Texas A&M University ; les graphiques proviennent à l’origine de l’ARRL Handbook au chapitre Transmission Lines.