CABLE COAXIAL

Questions de longueurs.

Les antennes, leur fonctionnement, leur réalisation, leur mesure, leur utilisation restent le sujet favori des radioamateurs. En cette époque de surconsommation de produits finis, il est réconfortant de constater que l antenne est un des rares éléments que l OM s efforce de maîtriser. Souhaitons, dans l intérêt de la spécificité du radio amateurisme, que cela continue encore longtemps.

L essentiel des connaissances nécessaires et utiles pour des applications typiquement radioamateurs est disponible dans de nombreux ouvrages et articles réalisés au cours de ces cinquante dernières années par des auteurs dont le sérieux ne peut être mis en doute, pour autant qu ils aient été compris.

Toutefois, l écoute de certains QSO confirme l intérêt de rappeler sans longue démonstration quelques principes établis dont la connaissance ne pourra qu être profitable aux nouveaux radioamateurs non spécialises, mais néanmoins curieux.

Le radio amateurisme après la CB est devenu un march2. Essayons de conserver un minimum de jugement critique face aux informations de plus en plus abondantes qui se propagent de plus en plus vite mais qui sont de moins en moins vérifiées.

Les rumeurs sur les câbles coaxiaux font partie de ces nombreux mythes sur les antennes qui renaissent régulièrement de leurs cendres…

Les informations fournies ci-dessous sous forme de questions réponses sont condensées et se réfèrent à quelques notions déjà développées dans des articles ou ouvrages cités en annexe dans le bibliographe.

QU EST CE QU UNE LIGNE DE TRANSMISSION ?

C est le lien qui réunit l émetteur à l antenne, celle-ci étant de préférence située dans un endroit dégagé de tout obstacle. On lui demande essentiellement de transporter de la puissance HF avec un minimum de perte et sans rayonner. Il faut correctement dissocier l antenne rayonnante de son moyen d alimentation. Beaucoup d amateurs font l erreur de confondre la ligne de transmission avec l antenne.

QUELLE EST LA MEILLEURE LIGNE DE TRANSMISSION ?

C est celle qui convient le mieux à l installation envisagée et aux possibilités offertes. La ligne bifilaire isolée par air(échelle à grenouilles) est celle qui procure le moins de perte. De ce fait, elle permet d obtenir une meilleure transmission d énergie dans le cas dans le cas de système particulièrement désadapté avec présence d un fort ROS, comme par exemple les antennes multibandes de types dipôle non résonnant ( levy,G5RV, center-fed ou autre désignation du même principe). La ligne coaxiale est la plus pratique, mais elle présente quelques inconvénients ( pertes, comportement en présence de ROS). Insistons sur le fait que n'importe quel type de ligne de transmission peut être utilisé avec n'importe quelle antenne si les mesures nécessaires pour aboutir à un couplage des deux sont prises. La ligne peut être adaptée ou désadaptée. Ce dernier cas n est absolument pas un problème si les évènements concernés ( émetteur, ligne et antenne) peuvent supporter les modifications de tensions et d intensités qui en résultent.

QU EST CE QU UN CABLE COAXIAL ?

C est une ligne de transmissions composée de deux conducteurs concentriques isolés l un de l autre, l âme et la tresse. Le champ électromagnétique produit par le courant qui circule dans l âme centrale est compensé en chaque endroit par le champ égal opposé produit par le courant qui circule en sens opposé sur la surface intérieure de la tresse. À cause de l effet de peau, tendance des courants HF à circuler sur la surface d un conducteur d autant plus facilement que la fréquence est élevé, ce courant ne pénètre pas suffisamment loin dans la tresse pour apparaître sur la surface externe, celle-ci se comportant alors comme un blindage externe.

POURQUOI UN CABLE COAXIAL RAYONNE-T-IL PARFOIS ?

Normalement cela ne devrait pas se produire. Si le câble coaxial rayonne, c est qu il se comporte comme une antenne, c est à dire comme fil conducteur parcouru par un courant. Ce courant, généralement appelé courant de gaine résulte principalement d un défaut de symétrie dans l installation. Le câble coaxial est soumis au rayonnement de l antenne de manière non équilibrée et un courant électrique circule sur la partie externe de la tresse. La situation est alors équivalente à celle d un câble coaxial le long duquel serait disposé à l extérieur un troisième fil d antenne. Celui-ci est totalement indépendant du fonctionnement normal de la ligne de transmission, quel que soit le type de celle ci, qu elle soit adaptée ou non et qu elle soit le siège d ondes stationnaires de forte amplitude ou non.

QUELLES SONT LES CONSÉQUENCES DE LA PRÉSENCE D UN COURANT DE GAINE SUR UN CABLE COAXIAL ?

Il peut permettre la réalisation de QSO dans des directions imprévues.

Il détériore le lobe de rayonnement de l antenne en ajoutant un élément à celle-ci.

Il fausse toute mesure de ROS résultant de l antenne principale.

Il va à l encontre de l éloignement de l antenne des appareils susceptibles d être perturbés ou générateurs de perturbations (ce sont quelquefois les mêmes…)

Il laisse supposer la possibilité de réception de signaux par l antenne constituée par le câble coaxial et dont la une bonne partie sont indésirables ( bruit et parasites locaux )

LE COURANT DE GAINE CREE T IL DU TVI, BCI ET AUTRES PERTURBATIONS ?

Pas plus qu une antenne filaire qui remplacerait le câble coaxial et serait parcouru par un courant identique Le seul risque est lié au rayonnement de HF à proximité des appareils en question Si le champ radioélectrique ainsi reste faible et…si les appareils sont récents et conformes aux normes actuelles, la probabilité de perturbations reste faible. Toutefois, la cohabitation avec divers câbles dans des gaines techniques, ou le passage à proximité de préamplificateurs TV/FM large bande en boîtier plastique peut être source de problèmes.

COMMENT S OPPOSER AU COURANT DE GAINE ?

On peut le diminuer fortement dans le cas d antennes symétriques alimentées en leur centre et disposées en espace relativement libre sans influence notable de masses avoisinantes ou d un sol irrégulier, si le câble coaxial s éloigne perpendiculairement à l antenne sur une distance d au moins ½ onde. Plus généralement la méthode consiste à éviter de soumettre la ligne de transmission au champ de l antenne en la disposant dans les creux du lobe de rayonnement.

On peut s s’efforcer d éviter que le circuit constitué par le troisième fils et les divers fils de connexion à la terre ou au secteur ne soit résonnant à la fréquence de travail, ce qui peut être assez difficile pour une antenne multibandes. La méthode la plus pratique pour désaccorder une ligne consiste à choquer celle-ci ( effet produit par une self de choc ) pour s opposé au  passage du courant indésirable. Les solutions les plus répandues pour obtenir un fonctionnement relativement large bande en HF sont l enroulement sur quelques spires du câble coaxial au niveau de sa jonction avec l antenne (peu efficace en dessous de 14 MHz ) et l empilage sur le câble coaxial, au point d alimentation de l antenne d de tores à heure perméabilité ( balun en courant de Walter MAXWELL.W2DU )

QU EST CE QU UN BALUN FONCTIONNANT EN TENSION.

C est le balun utilisé pour alimenter les dipôles. Si les deux moitiés de l antenne sont parfaitement égales et équilibrées par rapport au sol, les courant circulant dans le balun sont égaux  et de sens opposés et aucun courant de gaine n apparaît sur le coaxial. Dans ces conditions le balun en tension ( de bonne qualité ) permet d obtenir le même résultat qu un balun fonctionnant au courant. Mais il est difficile de réaliser une installation parfaitement symetrique ainsi qu un balun en tension large bande performant, surtout sur les bandes basses HF

DOIT ON UTILISER UN BALUN DE RAPPORT 1/1 OU 1/4 ?

Cette désignation est souvent source de conclusion. Le balun n a pas la fonction première d être un adaptateur d impédances. Il est utilisé pour effectuer une conversion symétrique/asymétrique correcte en équilibrant les tensions et ceci peut éventuellement entraîner une transformation des impédances selon le principe retenu. La plupart des antennes résonnantes et à alimentation symétrique présent  une impédance basse, ne dépassant pas généralement pas 300 +/- Jo ohms et certains sont voisines de 50/75 ohms. Les baluns en questions conviennent parfaitement pour cet usage. Mais il s agit bien d alimenter des antennes résonnantes, c est à dire qui ne possèdent pas de réactif dans l impédance présente a leur point d alimentation. Un balun balun classique basse impédance fonctionnant en tension ne doit normalement pas être utilisé pour transformer une impédance de valeur inconnue ( très basse ou très élevée) et qui contient presque certainement un terme réactif non négligeable. Cette mauvaise utilisation, pourtant très répandue, est source de problèmes souvent insoupçonnés ( pertes excessives, saturation des ferrites et émission de produits indésirables ). Notons aussi que le rapport de transformation du balun en tension est rarement constant sur une large plage de fréquences.

POURQUOI TROUVE T ON PARFOIS DES CONSIGNES DE LONGUEURS DE CABLE A RESPECTER ?

Par le passé certains radioamateurs conseillaient d éviter d utiliser une longueur de coaxial multiple de ½ lamda mais au contraire de se rapprocher d un multiple impair de 1/4 lamda afin de faire fonctionner correctement l antenne.  C était éventuellement méconnaître une partie du fonctionnement des lignes de transmissions et des antennes ou tout du moins le décrire de manière inadéquate avec le risque que l information soit mal réutilisés. Une ligne de transmission ne fait pas fonctionner une antenne. Cette dernière à des caractéristiques propres indépendantes de la ligne qui l alimente, m ême parfaitement. Deux explications peuvent motiver cette recommendation. La première laisse supposer que l impédance présente au point d alimentation de l antenne n est pas égal à 50+/-Jo ohms et dans ce cas le câble coaxial 50 ohms est désadapté avec présence de ROS. Une intervention sur la longueur de la ligne peut entraîner une variation (souhaitée dans le sens de la diminution….) du ROS mesuré. Malheureusement il s agit du ROS mesuré et non du ROS réel, à cause des faiblesses du TOS-mètre directivité).

La deuxième résulte d une volonté de désaccorder la ligne à titre préventif pour éviter l apparition d un courant de gaine en présentant à celui-ci une haute impédance obtenue par des longueurs multiples impairs de1/4 lamda. C est malheureusement sans compter avec les modifications de résonances induites par des éléments extérieurs et des chemins insoupçonnés vers la terre ( châssis de l émetteur, câble d alimentation, connexions divers…) et cela n est pratiquement applicable qu à des antennes mono bandes.

Remarquons aussi qu une erreur est courante chez les adeptes de longueurs spécifiques ; Celle de tenir compte du coefficient de vélocité du câble coaxial dans le calcul de la longueur à utiliser. En effet, il s agit de désaccorder la ligne en tant qu antenne et ce rôle est joué par l extérieur de la tresse, c est à dire ce troisième fil indépendant de la ligne de transmission réelle. Le seul coefficient de vélocité à éventuellement prendre en compte est celui d un fil unique isolé( environ 0.95 ) mais sûrement pas le classique 0.66 des câbles coaxiaux.

QU ELLE EST LA BONNE LONGUEUR DE CABLE COAXIAL A UTILISER ?

C est celle qui correspond à la plus petite distance possible pour aller correctement de l émetteur à l antenne ! Cela permet de réduire d autant l atténuation apportée à la ligne. Il n y a aucun avantage à utiliser une longueur de coaxial plus importante que celle qui est physiquement nécessaire pour réaliser une installation correcte. Ceci dans le cas d une ligne adaptée ou presque. Par contre, dans le cas d une ligne désadaptée ce qui est complètement réserver aux lignes  ouvertes à très faibles pertes plutôt qu au x câbles coaxiaux agir sur la longueur de la  ligne permet de modifier l impédance présente à l extrémité non chargée de celle-ci et de pallier les déficiences d un système d accord en fournissant à celui-ci une impédance qu il est capable de traiter. La variation de longueur n a pas à dépasser une longueur électrique de1/4 lamda ( longueur tenant compte cette fois du coefficient de vélocité ) . Le pire consiste a cherché une amélioration du ROS en augmentant la longueur du coaxial. Pour les adeptes de cette méthode , il existe une solution moins encombrante qui consiste à remplacer la longueur excédentaire par un atténuateur d au moins 10 dB ( le plus est le mieux ) . Le ROS mesuré à la sortie de l émetteur baissera, ce dernier sera satisfait ( le ros-phobe aussi…) et délivrera sa puissance maximum. Un peu de HF parvenant à l antenne permettra sûrement de faire quelques liaisons… en QRP. Certaines antennes multibandes à faible TOS garanti fonctionnent selon ce principe !

POURQUOI FAIT ON VARIER LE ROS EN MODIFIANT LA LONGUEUR DU COAXIAL ?

C est une croyance répandue,  mais en partie fausse. Dans une installation correcte, la ligne ne rayonne pas. Seule une légère diminution du ROS mesuré avec un TOS-mètre de très bonne qualité se produit lorsqu on s éloigne de la charge pour se rapprocher de l émetteur et elle résulte  simplement de l atténuation apporte par la ligne.

Par contre, si le câble coaxial est le siège de courant de gaine, l antenne filaire complémentaire ainsi crée, connectée entre le point d alimentation de l antenne principale et la masse  ( par l émetteur ) intervient dans l impédance présente au point d alimentation. Toute modification de la longueur de coaxial modifie la valeur de la charge connectée à la ligne et entraîne une variation de ROS.

La mesure du ROS dans une ligne et l intepretation des résultats obtenus nécessitent un certain nombre de précautions et de prudence. Beaucoup d erreurs et de courbes fantaisistes résultent de la confusion effectuée entre la valeur du ROS indiquée par un ROS indiquée par un TOS-mètre et la valeur réelle dans la ligne sous certaines conditions. Attribuer ces valeurs au comportement de l antenne sans discernement ne peut que déboucher sur des conclusions erronées.

CONCLUSIONS ?

Une bonne antenne de radioamateur se juge par la facilité avec l laquelle les liaisons s enchaîne, en utilisant une puissance raisonnable. Un bon système d antenne se réalise en faisant la chasse aux pertes(bis…) Un bon câble coaxial est un câble si cher qu il est sans doute à faibles pertes et que son utilisation est soumise à des restrictions draconiennes !

FRANCIS FERON F6AWN

Texte publié sur Mégahertz n°190 de janvier 1999.