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Les antennes, pannes et foudre

Exemple, antenne bibande Comet GP5

 

Maj : 10/11/09

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Précautions d'usage et contre-indications

Pour ceux qui sont tombés sur cette page par accident et n'ont pas la moindre idée de ce dont il s'agit, une antenne c'est une sorte de gros piquet attaché à un câble pour ne pas la perdre, et bibande n'a aucun rapport avec le Viagra. Pour les autres, cela narrera une triste aventure de la vie pitoyable du radioamateur. Attention, la HF a des effets nocifs sur le cerveau.

L'antenne est un élément majeur de toute installation radioélectrique. Sur le bateau se sera au moins un fouet VHF, ensuite un fil pour la BLU , un fouet réception…
Pour le radioamateur, il en faudra une collection pour couvrir les bandes et types de liaisons. C'est toujours l'élément le plus négligé car le montage est pénible pour bien dégager l'aérien, le passage des coaxiaux contraignant, et une fois la corvée du montage terminée, on préfère l'oublier, et en cas de liaison dégradée, s'intéresser davantage au tranceiver que de mettre en doute l'aérien.
C'est pourtant une cause majeure de problèmes que nous allons évoquer, en commençant par les plus simples, et en considérant le couple antenne + liaison coaxiale jusqu'au tranceiver.
Un Tosmètre Wattmètre est indispensable pour détecter facilement un problème qui se traduira par de la puissance réfléchie. Une installation peut être médiocre sans TOS, mais c'est une autre histoire. Pour mémoire, une charge fictive n'a pas de TOS mais ne rayonne absolument pas, certaines antennes en sont proches…

Le meilleur moyen de meilleur vraiment l’état de son antenne, sans analyseur de réseau, est évidemment de la wobuler, ou de l’attaquer par un générateur de bruit et de visualiser sa courbe de réponse au travers d’un coupleur directif sur un analyseur de spectre.
Vous trouverez une de ces mesures en page analyseur de spectre

 

Dégradation lente par corrosion

Elle est inévitable avec les saisons. Antenne et coaxiaux se dégradent aux intempéries, les isolants deviennent poreux, les câbles s'usent par frottement et les conducteurs s'oxydent. Il faut tout remplacer sans état d'âme (non pas celle du coaxial), une fois le matériel dégradé, rien n'est récupérable.
La prévention consiste évidemment lors de l'installation à étancheifier les prises à l'autovulcanisable, à éviter tout raguage du câble, mais le temps est impitoyable.
Si votre installation à plus de dix ans, démâtez pour réviser le gréement et changez fouet et câble sans regret, en essayant de faire un montage meilleur qu'a l'origine. Non, ce n'est pas la peine de conserver ce rouleau si beau de vingt mètres de vieux coaxial pourtant presque neuf et qui pourrait faire plaisir à un copain pauvre. Sa place est dans la benne du centre de recyclage… S'il y avait une prise en pied de mât, supprimez-là et tirez directement au poste et s'appliquant pour le montage des deux prises d'extrémités.
La baisse de rendement est lente mais devient considérable, il faut se décider à changer.

 

Dégradation perfide

Les chapitres suivants en montrent un exemple par infiltration. L'antenne peut se fendre, les condensateurs claquer (sans foudre, simplement par accumulation statique). Une mesure annuelle du réfléchi est indispensable au moins une fois par an. N'imaginez jamais que votre antenne est éternelle… Certaines sont hors-service au bout d'une saison.

 

La foudre

Le dernier paragraphe en montre quelques effets. J'en parle dans le chapitre boulons de quille, mais vous n'y pouvez pas grand chose, sauf croire en votre chance.
Une antenne aura toujours un effet paratonnerre indésirable qu'il est impossible d'éliminer. Les antennes professionnelles placées sur les points hauts sont foudroyées fréquemment et sont entièrement métalliques, en montage tout à la masse. Ces réalisations sont hors de portée du plaisancier et souvent du radioamateur, cela dépend des bandes, la protection anti-foudre est un métier et les solutions efficaces très lourdes.

 

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Présentation

L'antenne Comet GP5 est une bibande amateur 144-146 et 430-440 MHz. Elle est constituée d'une embase facilement démontable par une simple vis, comprenant une self attaquée par deux minuscules condensateurs de 1.5 picoFarads.

Cliquez pour agrandir les photos qui sont beaucoup plus larges que la page

    Zoom  sur  GP5

Vue d'ensemble de la Comet GP5

    Zoom  sur  détail GP5

Détail du grand trombone

Le brin rayonnant est vissé au sommet de cette embase. Il est constitué de baguettes de laiton reliées par un grand et un petit trombone. Ces trombones d'une longue spire et demi sont réalisés en fil plus fin, maintenus par écarteurs plastiques. Il n'y a pas d'isolation capacitive sur le brin de la GP5.

    Zoom  sur  base GP5

Self de base avec un des deux condensateurs minables

La structure est donc simple et les performances sont très bonnes en UHF et VHF , hors panne. L'ensemble se glisse dans un fourreau réalisé en fibre de verre (canne à pêche), le brin étant centré par des tampons de mousse polyester.

Si vous constatez une augmentation du TOS, vérifiez d'abord vos prises et le coaxial en remplaçant l'antenne par la charge fictive. Si la ligne est bonne, l'antenne est en panne. Il faut la démonter pour examen.

 

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La panne classique

La cause la plus fréquente de panne est l'explosion d'un condensateur par décharge orageuse. Remplacer ce condensateur par un autre de 1.5 pF, tout aussi médiocre. Il est délicat de mettre un modèle meilleur car il y a très peu de place.
Cette panne est un grand classique et n'appelle aucun commentaire particulier, en cas de décharge orageuse, rien ne peut résister.

Astuce d'un spécialiste des mesures pointues, Jean-François F1LVO !
Tous les petits câbles coaxiaux classiques, isolés téflon, ont une capacité de 100 pF par mètre. En utilisant un morceau dont la gaine a été coupée à 1.5 cm, on obtient un excellent condensateur de la bonne valeur. C'est fou, non ?

    Principe  GP5

Montage de l'embase

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L'énigme : Les W-C étaient fermés de l'intérieur…

Autrement dit, les mystères de l'antenne "à l'eau ". La deuxième panne me semble par contre énigmatique. Sur une de mes antennes GP5, le TOS ayant énormément augmenté après deux ans de bon fonctionnement, je l'ai descendue pour examen. Fait extraordinaire, au démontage, elle était totalement remplie d'eau… Je dis bien remplie, pas humide !
J'ai désoxydé, vérifié et nettoyé. J'ai pensé que le fourreau fuyait, j'ai donc adapté à la base un tube d'air comprimé, "étanchéifié " à l'adhésif et au serflex, puis gonflé l'ensemble avec un petit compresseur. Tout a été badigeonné au tensio actif dilué (liquide à vaisselle) et n'a présenté aucune fuite hormis au raccord du tuyau par serflex.

Suite à cette page, d’autres correspondants m’ont confirmé avoir eu aussi ce problème. Il semble après discutions et réflexions que le problème soit lié aux intempéries, vent fort et pluie simultanées.
L’antenne plie, les fibres de détendent côté concave et s’ouvrent, l’eau superficielle migre à l’intérieur par capillarité et se piège quand les fibres se resserrent, cela s’appelle une pompe.

 

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Les faits

Cette antenne était montée classiquement sur un tube, non je n'ai jamais fait de plongée avec et elle n'a jamais été montée sur le bateau.
Le fourreau de l'antenne est parfaitement étanche, monté à la graisse silicone.
Le gelcoat est parfait et ne semble présenter aucun défaut ni porosité.
La base de l'antenne était bien montée dans le tube aluminium d'origine, de 30 cm, ouvert à la base, un joint en pâte silicone empêchant toute remontée par capillarité.
Les petits sillons à la base du manchon, entre les vis, et prévus pour la mise à l'air semblaient bouchés.
La Place Rouge était vide, elle marchait devant moi Nathalie, mais cela n'a pas de rapport direct.

 

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La conclusion de l'énigme aquatique

Je n'ai aucune explication intelligente sur la présence de tant d'eau dans l'antenne, si vous avez une quelconque idée ou constaté aussi ce phénomène, merci de me le signaler. Je pense écrire un prochain scénario pour la série X-Files, avec ce thème porteur….
La prochaine fois, je vous raconterai comment j'ai été enlevé par des extraterrestres (petits et verts).

Un de mes correspondant chargé de la R&D chez chez un constructeur de cannes en fibres de verre m'a complété ce chapitre :
Les antennes que nous utilisons sont fabriquées comme des cannes à pêche. Du tissu de verre est enroulé sur un mandrin et placé dans un tube femelle, on aspire de la résine entre les deux, on chauffe un peu pour polymériser et on démoule. Il y a certainement des variantes, mais le produit a pour caractéristique d'être très mince, assez solide pour l'usage demandé, transparent aux ondes hertziennes et bon marché.
Malheureusement, à l'examen d'une antenne qui avait rendu l'âme, il me semble que la fibre de verre n'est pas protégée par un gel-coat, même pas une peinture. Après deux ans elle montre une surface assez poreuse.
On peut donc s'attendre à ce que l'osmose attaque rapidement le matériau. Une année ou deux peuvent suffire, dès que le processus est engagé l'eau est captée dans l'atmosphère, même en été à Marseille et s'accumule dans la base de l'antenne en se chargeant d'acide. La pompe est en route et ne s'arrête même pas quand le tube est plein, il finira par se fissurer. D'une antenne à l'autre il peut y avoir de larges variations de tenue à l'osmose.

 

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Les effets amusants de la foudre

La foudre peut avoir des effets redoutables. Voici quelques conséquences d'un impact direct sur mon pylône en 2000 qui a provoqué entre autres la destruction de mes quatre tranceivers, des deux récepteurs (JRC NDR 535 et Icom IC-R7000) alors que ces matériels étaient éteints, le retour s'est fait par le secteur. Pour compléter le tableau, explosion d'une douzaine de blocs secteurs, destruction de mes six antennes, téléphones DECT, répondeur, magnétoscopes, modem câble, explosion des deux têtes de réception TV numérique et des décodeurs, etc.

Voici un exemple sur une tribande Comet, le tube fibre supérieur s'est fendu sur toute la longueur et le brin intérieur a été éjecté… (Image de taille 2268 * 489)

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Sur les antennes croisées 144 et 432, les quatre coaxiaux ont brûlé à la base et ont été éjectés des embouts carbonisés. Les coaxiaux ont fondu sur un mètre et sont devenus rigides et cassants comme du verre.

 

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La base de la Comet CX-902 carbonisée, le cuivre de la self a tellement chauffé qu'il a fondu avec déformation des spires. (Image de taille 2097 * 402)
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Pour compléter le tableau, voici quelques effets sur d'autres matériels. A titre de curiosité, j'ai autopsié quelques blocs secteurs, surpris que tous soient détruits. Ils ont le même problème, la spire centrale du bobinage secteur a amorcé au travers de l'isolant vers le noyau fer du transformateur. L'extrémité intérieure du fil est fondue ce qui les rend irrécupérables. Les matériels avaient en majorité un fusible secteur, il a été vaporisé, mais n'a rien protégé.

Voici l'effet de l'impact dans la tête de réception télévision numérique au foyer de la parabole, c'est le départ du coaxial.
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Une vingtaine de cartes a été détruite par la foudre, chaque fois la partie reliée au secteur a été carbonisée comme ici avec de nombreux composants claqués. Très peu de matériel était réparable.
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En conclusion, si la foudre doit tomber, faites une prière pour que ce soit plutôt chez le voisin.

 

Liens

Courbe de réponse d'une Comet en page analyseur de spectre

Les protections anti-foudre

Ces dispositifs sont très efficaces pour écouler les charges statiques et absorber de très faibles décharges.
Il ne faut évidemment pas s'attendre à absorber les MegaJoules d'un impact direct !

Protections coaxiales : lien mort

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