L’antenne directive W8JK

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L’antenne directive W8JK

 

Histoire

John Daniel Kraus (28/06/1910-18/07/2004), W8JK, a été directeur du radio observatoire de l’université de l’état de l’Ohio, aux USA. Il a travaillé à l’amélioration de plusieurs type d’antennes comme l’antenne hélice axiale dont il est l’inventeur, l’antenne dièdre… sans oublier le radiotélescope « Big Ear », mais celle à laquelle il a laissé son nom est une directive à deux éléments fonctionnant sur une large gamme de fréquence. Il a mis cette antenne au moins dans les premiers mois de 1937 et publia sa description dans le magazine « RADIO » en 1937 et dans QST en janvier 1938. Facile à réaliser, elle a eu son heure de gloire avant que les beams de type Yagi ne se démocratisent.

 

Principe

 

La W8JK est constituée de deux dipôles parallèles espacés d’une distance de lambda/8 et reliés entre eux par une ligne de déphasage « tordue ». La ligne d’alimentation à haute impédance est connectée au milieu de cette ligne. Les deux dipôles sont alimentés avec un déphasage de 180 degrés, ce qui fait que les champs électromagnétiques qu’ils génèrent s’annulent dans la direction perpendiculaire au plan dans lequel ils se trouvent, l’énergie rayonnée est par conséquent concentrée dans les directions indiquées par les flèches vertes sur la figure ci-dessus. La ligne d’alimentation (ligne bifilaire) reliée à la station est connectée en aa’, au centre de la ligne de déphasage ou selon la variante représentée dans le coin de la figure ci-dessus. Les points a et a’ étant distants d’une dizaine de cm, comme pour les fils de la ligne de déphasage.

L’antenne est pratiquement symétrique mais la moindre différence entre les deux éléments se traduit par une modification du diagramme de rayonnement, en général sans inconvénient. Chacun des deux dipôles a une longueur égale à la demi-onde de la fréquence la plus basse utilisée tandis que l’espacement entre les dipôles pour cette même fréquence est égale à lambda/8.

 

Gain et directivité

Le gain théorique de l’antenne isolée dans l’espace est de l’ordre de 4 dB par rapport à un dipôle avec un maximum pour un espacement proche de 0,125 l. A proximité d’un sol bon conducteur, des lobes de rayonnement concentrent l’énergie et le gain peut s’accroître fortement dans les directions privilégiées, tout comme pour l’antenne dipôle demi-onde (influence de la hauteur d’une antenne). En pratique ce gain ne dépasse guère 3 dBd dans l’espace à cause des pertes par effet Joule provoquées par les forts courants dans les conducteurs aux ventres d’intensité.

A une hauteur de lambda/8 l’angle de départ est de l’ordre de 45 degrés, il est théoriquement de 25 degrés pour une hauteur de lambda/2. L’antenne est très directive et les signaux dans la direction des pointes sont fortement atténués. Mais cette directivité est double car les signaux sont théoriquement aussi forts par l’avant que par l’arrière de l’antenne, contrairement à une antenne Yagi à deux éléments.

Bande de fréquence d’utilisation

 

Utilisée avec une boîte de couplage pour réaliser l’adaptation d’impédance, la W8JK peut fonctionner sur une plage de fréquence dont la limite supérieure est environ 3 fois la limite inférieure. L’antenne est dimensionnée pour la fréquence la plus basse. Si cette fréquence est de 7 MHz, la fréquence supérieure sera de l’ordre de 21 ou 22 MHz. L’antenne pourra fonctionner sur n’importe quelle bande amateur (et en fait sur n’importe quelle fréquence) entre ces deux extrêmes : bandes 40, 30, 20, 17 et 15 m. Bien sûr le ROS sera parfois très élevé sur la ligne bifilaire. Rien n’empêche d’utiliser l’antenne sur une fréquence inférieure à celle pourra laquelle les éléments ont une longueur d’une demi-onde mais la résistance de rayonnement devient très faible et le rendement de l’antenne diminue fortement.

 

L’adaptation d’impédance est effectuée à l’aide d’une boîte de couplage du genre de celle utilisée sur la center-fed : entrée parallèle à haute impédance et sortie sur câble coaxial à basse impédance vers le transceiver. En pratique, certaines fréquences sont difficilement utilisables à cause des impédances fortement réactives que la boîte de couplage ne peut pas compenser. Pour une utilisation sur une seule bande, l’adaptation d’impédance peut être grandement simplifiée à l’aide d’un stub côté antenne. Les pertes dans la ligne sont alors réduites en même temps que l’amplitude des ondes stationnaires. Si la sortie de l’émetteur permet le raccordement d’une ligne bifilaire, la boîte de couplage n’est plus indispensable. Mais dans ce cas l’antenne HB9CV est plus intéressante.

Réalisation

Pour les bandes basses, les dimensions de l’antenne sont trop grandes pour pouvoir réaliser facilement une beam rotative. La W8JK filaire ressemble à deux Lévy-centerfed parallèles. Une W8JK taillée pour la bande 80m peut être utilisée sur les bandes 40m et 30m. De 14 à 30 MHz on peut envisager une seule W8JK rotative adaptée, comme le serait une Lévy, à l’aide d’une boîte de couplage. La rotation de l’antenne se limite à 180 degrés pour couvrir toutes les directions. La W8JK peut être installée verticalement pour rayonner en polarisation verticale. Elle conserve une certaine directivité, moins marquée que lorsqu’elle est installée horizontalement et présente sur la plupart des fréquences un angle de départ assez faible.

Dimensions

Comme la beam W8JK n’est pas une antenne résonnante, du moins comme le sont le doublet demi-onde et l’antenne Yagi, ses dimensions ne sont pas critiques. On la taille pour la fréquence d’utilisation la plus basse, la boîte d’accord fait le reste.

 

 Bandes amateur
 bande de fréquences
 longueur d’un élément
 espacement
 160, 80
 1,7 à 5 MHz
 86 m
 21 m
 80, 40, 30
 3,4 à 10,5 MHz
 43 m
 11 m
 40, 30, 20, 17, 15
 7 à 22 MHz
 21 m
 5,3 m
 30, 20, 17, 15, 12, 10
 10 à 31 MHz
 14,7 m
 3,7 m

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