Opération Sottens 2011 Concept pour l`utilisation des

Opération Sottens 2011
Concept pour l’utilisation des antennes ondes moyennes
1. Introduction
Suite à la mise hors service de l’émetteur ondes moyennes de Sottens par Swisscom
Broadcast, l’utilisation du site par les Radioamateurs Vaudois a été autorisée sur demande de
ceux-ci. Il est intéressant d’utiliser ces installations à des fins expérimentatrices en VLF et en
HF en raison des importantes dimensions physiques des antennes par ailleurs inhabituelles
pour des radioamateurs et en raison de la configuration topographique du terrain qui est
excellente. L’utilisation de ce matériel devrait permettre de réaliser des liaisons radio
difficilement réalisable avec du matériel radioamateur traditionnel. C’est pour cette raison
que le présent document est axé vers une exploitation supposée donner les meilleurs
résultats pour les liaisons difficiles à établir (liaisons dites « DX », c.-à-d. de longue
distance). De plus, les priorités sont clairement la bande des 160m et les deux bandes VLF.
Le trafic local a nettement moins d’intérêt parce qu’il ne représente pas un réel défi sur les
bandes de fréquences qui seront exploitées. Cela dit, les radioamateurs Vaudois prévoient de
participer à des concours radio où le trafic local représente une proportion importante des
liaisons.
2. Objectifs
Ce document a pour but de créer un bon aperçu des lieux, de la disposition des antennes
d’émission, des antennes de réception et de la localisation des « shacks ». La performance
des antennes d’émission sera analysée et discutée. Ces simulations permettront d’attribuer
chaque bande de fréquence potentiellement exploitable à l’une ou l’autre des antennes
d’émission sur la base d’arguments analytiques. La question du trafic local est traitée dans le
paragraphe dédié aux antennes à faible portée. La question de la liste du matériel nécessaire
à la mise en place du concept ainsi que son financement ne sera pas abordé dans le présent
document mais devra néanmoins être posée après la décision définitive.
3. Description des lieux
Globalement, les lieux peuvent êtres catégorisés en deux sites distincts afin de faciliter la
planification ; nous avons d’une part une parcelle où se situe l’antenne ondes moyennes
principale – Lieu-dit « La Crêta » – et d’autre part le site où se trouve l’émetteur à
proprement parler avec les bâtiments d’exploitation, ainsi que l’antenne de réserve.
Nous définissons comme site #1 l’emplacement de l’antenne principale et site #2
l’emplacement des constructions et l’antenne de réserve.
L’idée est d’avoir l’avantage et la flexibilité de pouvoir se servir des deux antennes ; nous
allons donc livrer un schéma pour chacun des sites. L’intérêt de ces schémas est de planifier
l’installation des antennes de réception dont l’utilisation est indispensable et évidente. Les
1
arguments motivant l’utilisation d’antennes RX ne seront abordés que très sommairement au
§5. La disposition des antennes de réception est fonction de la configuration du terrain dont
Swisscom Broadcast est propriétaire (où nous sommes autorisés à installer des antennes
sans autres) et de la proximité aux antennes d’émission afin d’éviter de trop longues lignes
de transmission.
Ci-après, les schémas des deux sites :
Fig1. Site #1 - lieu-dit « La Crêta »
Site #1 : il est prévu d’installer un certain nombre d’antennes de réception, dont deux
Beverage, une K9AY, au besoin d’autres Beverages. Un V-inversé pour le 160m peut y être
installé si nécessaire. Les propriétaires des parcelles sont les suivants :
 Parcelle 143 Swisscom : autorisation accordée (BW JA)
 Parcelle 141 Vuagniaux Nicolas : DEMANDER AUTORISATION
Ces choix découlent de trois éléments :
i.
Configuration des parcelles, dimensions et propriétaires de celles-ci
ii.
Longueur des lignes de transmission
iii.
Bandes de fréquences exploitées sur le site
Il serait judicieux d’installer si possible un shack sur le site #1 :
2



Cela permettrait d’éviter de devoir utiliser la ligne coaxiale de Swisscom Broadcast
(exercice qui risque d’être techniquement difficile) pour l’émission
Sans shack sur le site #1, il faudrait câbler toutes les commandes ET les antennes de
réception entre le site #1 et le site #2, n’ayant effectivement qu’une ligne à
disposition
Cela permettrait d’exploiter deux stations simultanément, en plus de garantir la
tranquillité des opérateurs tentant de réaliser des liaisons difficiles sur le site #1
Fig 2. Site #2 – « Sottens »
Site #2 : sera le quartier général de l’opération et accueillera la station VLF. Il est prévu
d’installer une antenne de type Sloper comme antenne de réception pour les VLF, selon les
indications de HB9ASB. Nous avons prévu l’installation éventuelle d’un dipôle 80m pour la
réception cross-band si nécessaire. À voir avec HB9ASB.
4. Présentation des performances simulées des antennes d’émission
Une analyse détaillée des antennes d’émission a été effectuée à l’aide du moteur NEC-2. Les
résultats de cette analyse permettent de déterminer si une antenne particulière est utilisable
sur une bande particulière et surtout si elle est appropriée au trafic DX.
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Les modèles utilisés pour les simulations ont été réalisés avec le plus grand soin. Le modèle
pour l'antenne principale et composé de 6 dipôles en parallèle, conformément aux
dimensions fournies dans la documentation de Swisscom Broadcast. Ce modèle est une très
bonne représentation de la réalité hormis le fait qu'il s'agisse de l'impédance centrale et que
le feedline va transformer celle-ci. En théorie, la bande passante du feedline (sans prendre
en compte le maillage) devrait être suffisante : 131[MHz]. Cela devrait nous laisser de la
marge pour l’utiliser même à 4*MHz+! Le diamètre moyen du dipôle faisant plus de 15*m+, la
bande passante est très large et l’impédance reste dans des valeurs fort acceptables pour
l’adaptation. Voir figure 3.
Fig 3. Modèle antenne principale
4
Le modèle utilisé pour l'antenne secondaire est plus rustique mais donne une approximation
satisfaisante. Celui-ci est composé de 4 fils se terminant connectés ensemble à 125m du sol.
L’alimentation du système se fait à 30% de hauteur du pylône par 4 autres fils partant du sol. Voir
figure 4.
Fig. 4. Modèle antenne de réserve.
ATTENTION : les impédances figurant dans les tableaux ci-après sont celles qu’on trouve au
centre de l’antenne et la ligne coaxiale va transformer cette dernière ! Ces impédances
devraient être adaptables avec une boîte de couplage classique, à l’exception du 137 kHz.
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Ci-après les tableaux comparatifs et quelques commentaires.
Z
F[MHz]
SWR(50)
Max Gain
@ El [°]
Type de trafic
Remarques
R
J
[dBi]
0.137
1.497
-1266
999.0
0.22
12
DX
0.490
32.5
-200
26.8
3.36
12
DX
0.520
36.47
-169
17.7
3.04
12
DX
1.820
93.14
-252
16.0
2.25
7
DX
Angle de départ excellent
1.850
87.3
-232
14.6
2.14
7
DX
Angle de départ excellent
3.500
83.8
-134
6.4
4.66
27
DX/EU
3.800
119.9
-41.4
2.7
4.12
56
EU
7.100
82.13
16.62
1.7
5.94
42
EU
10.000
87.11
30.58
2.0
8.66
52
EU
Gain meilleur sur site 2 et Z im très grand
Fig. 5. Site #1, lieu-dit « La Crêta »
La figure 5 nous donne les informations nécessaires aux choix à faire concernant l’antenne
principale. Le facteur essentiel pour le trafic DX est la qualité de la couverture des faibles
angles. C’est pourquoi les fréquences sur lesquelles ces angles sont bien couverts par les
lobes sont passées en vert dans le tableau. Le diagramme de rayonnement sur 137[kHz]
semble adéquat, cependant la composante imaginaire de l’impédance est prohibitive,
raisons pour laquelle nous conseillons l’exploitation de cette bande sur le site #2. Sur
500[kHz], le gain maximal est à 12° d’élévation, ce qui est excellent. Reste à savoir si cela est
vraiment utile et s’il est possible de faire du DX sur cette bande ; il semblerait que c’est le
cas. Pour la bande des 160[m], inutile de discuter ; l’antenne principale sera l’aérien de choix.
Gain maximal à 7° d’élévation, très difficile de faire mieux. Les impédances sont dans une
fourchette tout à fait acceptable. La bande des 80[m] ne sera pas à mettre en priorité sur le
site #1 si nous décidons de l’exploiter, ceci est d’autant plus vrai pour la bande des 40[m] et
des 30[m]. Pour ces 3 bandes précitées, il faut bien se rendre compte qu’une antenne
radioamateur (p.ex. une verticale) donnera vraisemblablement de meilleurs résultats.
Soulignons encore une fois le fait que nous cherchons à optimiser les performances DX.
Alimentation conseillée de l’antenne principale : bas du feedline, voir Fig. 6 ci-dessous.
Clarifier avec Swisscom Broadcast si cela est possible.
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Fig. 6. Alimentation conseillée pour l’antenne principale
F[MHz]
Z
R
SWR(50)
Max Gain
J
@ El [°]
Type de trafic
Remarques
[dBi]
0.137
1.2
-439.3
999.0
3.96
17
DX
0.490
11.43
-32.97
6.3
3.58
19
DX
0.520
13.6
-18.48
4.2
3.54
19
DX
1.820
18.49
345.1
131.9
6.28
44
EU
1.850
20.57
378.9
142.4
6.08
43
EU
3.500
149.7
6.732
3.0
4.56
45
EU
Acceptable pour voie de retour 137KHz
3.800
96.98
-6.176
2.0
4.2
40
EU
Acceptable pour voie de retour 137KHz
7.100
100.3
83.51
3.6
5.83
59
EU
10.000
130.6
-85.88
3.9
5.34
73
EU
Fig. 7. Site #2, « Sottens »
Pour l’antenne de réserve, les résultats sont bien différents (Fig. 7). Il apparaît nettement
qu’il s’agira de l’antenne VLF. Nous déconseillons vivement l’exploitation de la bande des
160[m] avec cette antenne, en raison de la mauvaise couverture des faibles angles. La bande
des 80[m], avec un gain maximal à 40-45° d’élévation est utilisable pour le trafic continental.
Les bandes des 40m et des 30m ne sont inintéressantes à exploiter ici aussi.
7
Alimentation conseillée de l’antenne de réserve : dans le local sous l’antenne, dont l’accès
est facile (aucune photo à disposition).
5. Antennes de réception
Les antennes de réception sont indispensables sur la bande des 160m (bruit de bande élevé
et signaux DX très faibles). Celle-ci mérite un statut prioritaire par rapport à la bande des
80[m], parce que 160[m] est une longueur d’onde importante rendant difficile l’installation
d’antennes performantes pour le radioamateur moyen et le trafic DX y est beaucoup plus
délicat à réaliser. Il s’agit par conséquent de saisir cette occasion unique pour faire de notre
mieux sur 160[m], qui est une bande permettant de pratiquer des liaisons DX avec succès –
en cas d’utilisation d’antennes de réception. De plus, les radioamateurs Vaudois prévoient de
participer en tous cas à deux concours sur cette bande. La bande du 160m sera donc en
quelque sorte favorisée du point de vue des antennes de réception (les VLF, autre priorité de
l’opération, disposent également d’antennes de réception adaptées). Ces antennes ont une
double utilité : une capacité à recevoir des signaux à très faible angle au-dessus de l’horizon
(ce qui est typiquement le cas des signaux DX) grâce à un lobe de rayonnement couvrant ces
angles avec suffisamment de gain, et une capacité à supprimer dans une certaine mesure le
bruit (QRM, QRN) grâce à un lobe de rayonnement présentant un « null » dans la direction
opposée à la direction d’écoute. Les choix proposés pour ces antennes sont discutées ciaprès.
L’antenne de réception la plus performante que nous pouvons installer relativement
facilement est la « Beverage », qui est directionnelle dans son axe. Son inconvénient est
qu’elle est unidirectionnelle (une même Beverage peut être utilisée dans une direction ou
dans la direction opposée au moyen d’un dispositif de commutation, mais en vertu de la
géographie planétaire, ceci a peu d’intérêt depuis l’Europe centrale). Il faut donc une
Beverage par direction d’écoute. La hauteur optimale des Beverage est très discutée encore
aujourd’hui, malgré le fait que ce type d’antenne existe depuis 1922 ! Bref, une telle antenne
est longue et il faut des piquets pour la supporter. Nous avons donc déterminé une hauteur
raisonnablement acceptable par simulation : 0.8-1.2[m] semble très bon, c.-à-d. un gain
absolu de -9[dBi] et un Front to Back Ratio de -15[dB] avec une résistance de charge de
400[Ω] - à optimiser sur site (dépend du sol).
Une antenne de réception plus compacte permettant de diriger l’axe d’écoute dans 4
directions orthogonales est l’antenne de type « Boucles K9AY ». Nous mettons à disposition
une antenne K9AY qui a déjà fait l’objet de tests ces dernières semaines et montre des
résultats encourageants.
Un troisième type d’antenne proposé est l’antenne de type « Cadre ». Celle-ci est facilement
transportable et pourra être installée au choix sur l’un ou l’autre des sites d’émission.
Antennes de réception sur le site #1
Rem : emplacement de la station 160m. Ce site sera donc agrémenté d’un certain
nombre d’antennes de réception brièvement discutées ci-dessus et dessinées sur la
8
figure 1. La direction d’écoute de ces antennes doit être adaptée aux continents
susceptibles de générer le plus de liaisons ; ces continents sont indiscutablement
l’Amérique du Nord et l’Asie surreprésentée par le Japon. Les dimensions physiques
des antennes Beverage limitent considérablement le choix des directions d’écoute en
vertu de la configuration des parcelles dont Swisscom Broadcast est propriétaire.
C’est ainsi que nous proposons d’installer deux antennes de type Beverage sur le site
#1. Par chance, la configuration de la parcelle convient pour les zones continentales
privilégiées. L’antenne de type K9AY sera installée sur le site #1 également.
 BW NA : antenne Beverage en direction de l’Amérique du Nord
 BW JA : antenne Beverage en direction du Japon
 K9AY : boucle K9AY permettant de diriger le lobe de rayonnement dans 4
directions (Nord-Est, Sud-Est, Nord-Ouest, Sud-Ouest).
 Antenne cadre si souhaitée (HB9CGL)
Antennes de réception sur le site #2
Rem : emplacement de la station 137 kHz et de la station 80m.
 Selon instructions de HB9ASB, antennes antenne Sloper de 13.5[m] avec
transformateur d’impédance UNUN 1:9
 Dipôle 80[m] si souhaité
6. Antennes d’émission à faible portée
Le §1 esquisse la nécessité d’avoir à disposition des antennes à faible portée. Nous ne
voulons pas parler d’antennes caractérisées par de mauvaises performances mais d’antennes
destinées à couvrir une faible portée (ordre de grandeur 3000 km) avec de meilleurs résultats
que les antennes d’émission destinées au trafic DX. L’idée est d’avoir une antenne ad hoc
pour contacter l’Europe au cours des concours radio. L’antenne idéale pour cette application
présente un gain maximal à des angles beaucoup plus importants qu’une antenne DX. Ces
angles sont facilement atteints avec des antennes de type dipôle, qui sont par ailleurs
bidirectionnelles. Nous proposons d’installer un dipôle en configuration « V-inversé » afin de
le rendre à peu près omnidirectionnel pour les concours. L’emplacement de ce dernier sera
bien évidemment le site #1, comme proposé sur la figure 1.
7. Discussion
Ce concept a été réalisé pour tirer un maximum des deux antennes que nous avons à notre
disposition. Il est clair que la mise en service de tous les éléments proposés demandera un
travail considérable et il n’est pas absolument nécessaire de tout mettre en œuvre, comme
en témoignent les éléments proposés « si souhaités ». L’exploitation de deux shacks
demandera bien évidemment le dédoublement d’un certain nombre d’éléments, comme le
PC servant à la saisie du log, transceiver HF, chauffage, éclairage, table, chaises etc. Pour les
antennes de réception, la K9AY existe et est prête à être installée. Pour les Beverage, il faut
encore acquérir le matériel ! La figure 1 permet d’ores et déjà de dire que la longueur totale
de câble coaxial nécessaire pour les antennes de réception sera importante. Une fois le
projet accepté, cette longueur sera déterminée précisément. Il faudra également du câble
pour le V-inversé 160[m] et pour le Sloper.
9
De plus, il est difficile de donner un avis définitif sur les manipulations à effectuer sur place
pour mettre les antennes en service en se basant sur des simulations, puisque celles-ci ne
tiennent pas entièrement compte des réactances en jeu dans le système. Cette question est
à résoudre sur place, par une inspection du matériel avec un technicien de Swisscom
Broadcast et un ROS-mètre. Avant cela, il est difficile de prédire exactement ce qu’il va falloir
demander à Swisscom de débrancher.
8. Conclusion
Nous recommandons la configuration suivante :
 137 kHz : site #2 avec antennes RX cross-band à disposition
 500 kHz : site #2 avec antennes RX cross-band à disposition
 1800 kHz : site #1 avec antennes RX à faible angle à disposition
 3500 kHz : site #2, voie de retour pour trafic en cross-band
 7000 kHz : exploitation déconseillée
 10100 kHz : exploitation déconseillée
 Un shack sur chacun des sites
HB9TJR & HB9TMW, 14.01.2011
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