Une antenne FM à plan de sol

par Daniel Maignan/F6HMT

Cette antenne quart d’onde aussi appelée "ground plane" représentée sur la figure 1, utilise un plan de sol artificiel  constitué de quatre brins qui partent de sa base.
Cette technique permet de l’installer avec un bon dégagement, au-dessus des obstacles métalliques, tout en bénéficiant d’un sol artificiel bon conducteur. Avec le brin vertical et son image électrique dans le plan de sol, elle travaille comme un doublet demi-onde.  
Elle est omnidirectionnelle et, en raison de sa simplicité, fréquemment employée dans un domaine de fréquences qui s’étend de la partie supérieure des ondes courtes (15 MHz), jusque dans les ultra hautes fréquences (500 MHz).

     Figure 1

Construction :

Elle est réalisée avec des tiges d’acier de 4 mm, des chutes de circuit imprimé époxy de 1,6 mm cuivré sur une seule face, des colonnettes de laiton,  de la visserie de 2,5 mm avec écrous et rondelles. On a choisi une fréquence centrale de 100 MHz, mais le calcul qui suit reste valable pour d’autres fréquences (radioamateurs, bande aviation, CB etc.).

Figure  2 – Le facteur K

Il faut tenir compte du facteur de réduction K indiqué sur le graphe de la figure 2 pour une antenne demi-onde. En effet la distribution de l’onde le long de l’antenne occupe une longueur qui est plus courte que dans l’espace, cette réduction étant proportionnelle au rapport longueur sur diamètre des brins de l’antenne: pour une longueur d’onde donnée,  plus le rapport est faible et plus l’antenne accordée est courte. 

- La formule est la longueur d’onde dans l’air : λ= v/F = 300/100 = 3 mètres. 

- soit λ/2 = 1,5 m. Rapport Longueur/largeur : L/D = 1,5/0,004 = 375

- Le facteur K, d’après le graphe est égal à environ  0,97

- La longueur mécanique de l’antenne est donc : L1 = (1,5/2) x 0,97 = 0,73 m.

- On rajoute 5% pour les brins du plan de sol : L2 = 0,73 + (0,73 x 5)/100= 0,77 m. 

     Figure 3 – Plan de l’embase

La plaquette de l’embase, réalisée selon le plan de la figure 3, donne une rigidité suffisante à l’ensemble. On enlève le cuivre au centre en chauffant au fer à souder et en le pelant à chaud avec un scalpel. Les brins sont coupés aux longueurs calculées pour la fréquence de travail. Le brin vertical est coupé à la longueur L1. A son extrémité, on soude à l’étain une colonnette creuse munie d’un pas de vis pour la fixation (la longueur L1 inclut la colonnette) et les quatre brins du plan de sol, taillés à la longueur L2,  sont un peu aplatis au marteau sur une longueur de 3 cm, de façon à faciliter le perçage, puis percés et pliés selon le plan de la figure 4.

L’angle de pliage est de 45° pour une impédance de 50 Ω et 70° pour 75 Ω.

 Figure 4 – Plan des brins

                               
Figure 5 – Détails de l’embase

On prévoit une cosse pour la masse du câble coaxial et une cosse pour l’âme centrale qui sera reliée au brin vertical. Une équerre fixée sur un côté de l’embase reçoit le crochet fileté pour la fixation sur le mât, comme on peut le voir sur la figure 6. 

 Figure 6 – L’antenne installée