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Le site de Dominique, un amateur passionné

 

1-5-2-1 : L'antenne FM

Mise à jour : 23 décembre 2023, Antimode 11.

 

Pour fonctionner, un tuner a besoin d'une antenne.
Celle livrée avec votre tuner, une antenne filaire 300 Ohms, ne vaut rien, ou pas grand-chose.
Il existe sur le marché des antennes filaire 300 Ohms équipés d'une prise 75 Ohms qu'il ne faut surtout pas acheter, c'est une honte de voir ce produit sur le marché.
Il existe des antennes amplifiées, qui ne sont intéressantes que si votre réception est parfaite :
Amplifier les parasites d'une réception imparfaite n'est pas une bonne chose, et avec une réception parfaite vous n'avez pas besoin d'amplifier.

La taille d'une antenne est fonction des longueurs d'onde à recevoir.
Pour la FM, l'antenne fait environ 154 cm de long, une antenne beaucoup plus courte captera moins bien ou pas du tout.
Pour bien fonctionner, une antenne doit être placée sur le toit, et voir l'émetteur.
Il y a des antennes vendues dans le commerce, et à placer sur le toit, qui sont de la daube.
Une antenne est un produit très technique qui cache bien son jeu.

Je vous propose de réaliser vous-même votre antenne, pour un prix modique.
Vous saurez ainsi de façon certaine si cela vaut le coup d'investir plus, ou si cette réalisation vous suffit largement.
Lorsque j'avais un tuner, l'antenne simple brin 75 Ohms me suffisait largement.

Certains émetteurs FM ont une polarisation horizontale, et demandent une antenne placée horizontalement.
D'autres émetteurs FM ont une polarisation verticale, et demandent une antenne placée verticalement.
L'écoute des deux catégories d'émetteurs demande donc deux antennes, et un coupleur d'antenne FM.
Un coupleur d'antenne n'est pas un simple T, mais un produit très technique et sans doute pas évident à trouver pour nous les particuliers, essayez un simple T, et si ça marche restez-en là...

 

Cette antenne est réalisée régulièrement par certains d'entre vous.
Je n'ai pas de mauvais retours dans les emails.
J'ai régulièrement des emails d'internautes satisfaits de leur réalisation, cette antenne fait son travail.

Un lien à ne surtout pas perdre : Calculateur d'antennes dipolaires.

 

Antenne FM dipôle 75 Ohms :

Voir en bas du chapitre le scan de 6 pages sur les antennes.

C'est une antenne "simple brin" par opposition aux antennes "multibrins" avec directeur, radiateur et réflecteur.
Utilisation exclusivement en antenne simple brin, avec un câble coaxial 75 Ohms et sur l'entrée antenne 75 Ohms du tuner.

Il y a de très grandes similitudes entre une longueur d'onde acoustique et une longueur d'onde d'une émission de radio.
L'une utilise la célérité du son dans l'air, 343.707 m/s à 50 m d'altitude, 20°C et 40% d'humidité relative, l'autre la vitesse de la lumière dans l'air, 299 798 458 m/s.
Toute les deux utilisent la fréquence, généralement de 20 à 20 000 Hz en audio, de 87 à 108 MHz en FM et la même formule, lambda = C / F.

L'antenne doit être adaptée à la fréquence moyenne de la gamme d'ondes à recevoir.
La bande FM est aujourd'hui de 87 à 108 MHz, soit une fréquence moyenne arithmétique de ( 87 + 108 ) / 2 = 97.5 MHz.
Si vous considérez une variation des fréquences à l'octave (20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 5120, 10240), la fréquence moyenne est de racine(87 * 108) = 96.9 MHz, pas loin des 97.5 MHz de la moyenne arithmétique.
Wikipédia indique la moyenne logarithmique = (108 - 87)/( LN(108) - LN(87) ) = 97.1 Hz, à mi-chemin entre les deux autres.

Trois fréquences de calculs possibles, il faut en éliminer deux.
Le livre parle de la moyenne arithmétique, et je préfère la moyenne à l'octave.
Si vous prenez les fréquences de 20 Hz et 20000 Hz, la moyenne arithmétique est de 10010 Hz, la moyenne à l'octave est de 632.5 Hz, la moyenne logarithmique est de 2892 Hz.
Ce que je ne sais pas, c'est si l'octave est pertinente pour la réception hertzienne.

À cette fréquence de 97.5 MHz, la longueur d'onde est de 299 798 458 / 97.5E6 = 3.075 m. (3.094 m avec 96.9 MHz, 3.088 m avec 97.1 MHz).
Notez que si j'avais utilisé la valeur approchée de 300 000 km/s pour la vitesse de la lumière, je n'aurai fait que 1 mm d'erreur sur la longueur d'onde, soit moins que la précision de la réalisation.

Le cas le plus simple est l'antenne à 1 élément, appelé dipôle, en impédance de 75 Ohms pour simplifier la réalisation.
Impédance de 75 Ohms veut dire que le câble qui relie l'antenne au tuner à une impédance de 75 Ohms, ce qui n'est pas le cas de tous les câbles d'antenne et que ce câble est branché sur une entrée antenne 75 Ohms sur le tuner.
Le meilleur moyen d'avoir une mauvaise réception et une désadaptation d'impédance entre l'antenne, le câble et le tuner.

Votre antenne fera une impédance de 75 Ohms, si sa longueur est égale à la demi-longueur d'onde, c'est-à-dire dans notre cas 3.075 / 2 = 1.538 m.
Elle est réalisée dans un tube conducteur de 20 à 50 mm de diamètre.
C'est plus important que le simple fil livré avec votre tuner, ou que le petit tube d'une antenne du commerce.
C'est aussi l'avantage du DIY, il faut de la surface pour capter les ondes...
Tube conducteur veux dire que l'acier, l'aluminium ou le cuivre conviennent

La longueur de 1.538 m est réalisée avec deux demi-tubes, espacés de 1 à 4 cm au milieu de l'antenne.
C'est au milieu aussi que se branche le câble, l'âme sur un tube, le blindage sur l'autre, proche des extrémités.
Si on prend un espacement moyen de ( 4 + 1 ) / 2 = 2.5 cm, les demi-tubes font ( 153.8 - 2.5 ) / 2 = 75.7 cm.

À ce niveau, un réglage pour les puristes est possible : Rendre réglable entre 1 et 4 cm l'espacement entre les demi-tubes :

  • Avec 1.0 cm ( 2 * 75.7 ) + 1.0 = 152.4 cm, fréquence 98.4 MHz.
  • Avec 2.0 cm ( 2 * 75.7 ) + 2.0 = 153.8 cm, fréquence 97.5 MHz.
  • Avec 3.0 cm ( 2 * 75.7 ) + 3.0 = 154.4 cm, fréquence 97.1 MHz.
  • Avec 3.3 cm ( 2 * 75.7 ) + 3.3 = 154.7 cm, fréquence 96.9 MHz.
  • Avec 4.0 cm ( 2 * 75.7 ) + 4.0 = 155.4 cm, fréquence 96.5 MHz.

Je ne suis pas sûr qu'avec un aussi petit écart vous entendiez la moindre différence.
Rien ne vous empêche d'accorder votre antenne à la réalisation sur votre émetteur préféré.
Par contre, je vous déconseille de faire des tubes coulissants concentriques pour changer la longueur de l'antenne sans changer l'espacement au centre.
La bande de fréquence est suffisamment étroite ( 108 - 87 ) = 21 MHz pour avoir une bonne réception sur toute la bande de fréquence FM.

image52.gif

 

La seule difficulté de réalisation est de tenir les tubes parfaitement alignés et de brancher le câble.
Le branchement se fait en soudant des cosses au câble et en vissant ces cosses sur le tube.
Pour l'alignement des tubes, j'ai utilisé un manche à balai qui était pile au diamètre intérieur du tube cuivre de 25 mm de diamètre.
Aujourd'hui j'utiliserai un tube PVC de 30 ou 40 mm de diamètre et je chercherai le tube cuivre qui coulisse juste dessus.
Un ajustement parfait du diamètre intérieur du tube métallique avec le diamètre extérieur du tube plastique n'est absolument pas indispensable.
2, 5, 10 mm de jeu ne gêne pas...

Autre astuce, le tube PVC ou le manche à balai est coupé à 160 cm de long, ainsi les extrémités servent pour la fixation.
Les vis qui plaquent les cosses sur le tube traversent le tube de part en part.
Elles assurent aussi la tenue de l'écartement de 1 à 4 cm.
Enfin, un bon coup de peinture blanche permet de cacher l'antenne derrière un rideau, pour un émetteur à polarisation horizontal, avec le total accord de madame. WAF = 100%...

Cette antenne à son gain maximum perpendiculairement à l'axe du tube (dans le cadre d'une émission avec une polarisation horizontale).
Pour être plus clair, si vous regardez à travers le tube pour voir l'émetteur, vous avez le gain minimum, voire nul.
En pratique, avec un fil d'antenne un peu long, vous chercherez quel est le meilleur emplacement dans votre habitation.
Essayons d'être plus clairs, si vous visez l'émetteur en regardant à travers le tube de l'antenne, vous avez la plus mauvaise position possible.
Pour avoir la meilleure position, il faut tourner l'antenne de 90°, en la gardant parallèle au plafond, donc horizontale.
Imaginez un axe de rotation entre le sol et le plafond et tournez autour de cet axe de 90°.

La bande FM était polarisée horizontalement, c'est-à-dire que votre antenne devait être horizontale pour avoir les meilleurs résultats.
Aujourd'hui, les radios privées ont une polarisation verticale, et TDF commence à faire de même lors du renouvellement de ses émetteurs.
Il n'est pas certain que vous entendiez la différence entre un placement horizontal et un placement vertical.
Faites l'essai, c'est tellement simple !
La solution idéale demande deux antennes, une horizontale, une verticale, et un coupleur d'antenne FM qui n'est pas un simple T.
Essayez quand même le T qui n'est pas cher, et si ça marche restez en là.

 

La réalisation de Michel :

Finalement la chose est enfin réalisée, et fixée dans les combles de la maison, en position verticale avec 25 m de câble 75 Ohms pour rejoindre le sous-sol afin d'alimenter le tuner Kenwood KT1100 récemment acheté.
L'aiguille du signal est passée, après cette installation, d'un timide 2,5 à un 4,6 sur une échelle de 1 à 5.
Ayant eu du mal à trouver les matériaux (cuivre et tube PVC) dans les sections préconisées, je me suis rabattu sur une barre en bois (rayon tringles et rideaux) de 28 mm de diamètre sur laquelle pouvait se glisser un tube en cuivre de 30 mm.
Pour illustrer cette réalisation, voici quelques photos.

L'antenne est placée verticalement, les images ont été tournées de 90° pour la mise en page.
C'est en voyant les photos que je me rencontre d'un point qui n'était pas signalé, essayer de brancher le câble plus proche du bord du tube.
Je suis incapable de vous dire l'influence que cela aura sur le signal.

michel3.jpg

michel1.jpg

michel2.jpg

 

La réalisation de Ivan :

La fixation de l'antenne est au centre, avec une patte métallique fixée sur la boîte électrique en plastique.
Le tube est un tube aluminium de 20 mm, tube glissé sur un manche à balai en bois.
Ce montage permet un placement en extérieur, avec une bonne étanchéité.
Les images sont assez parlantes, pour ne pas demander plus d'explications.
Des pieds de chaise en plastique sont enfoncés en force à chaque extrémité pour finir l'étanchéité

Après installation, je suis plus que satisfait du résultat, je capte enfin correctement les stations que j'aime écouter.
J'habite dans un pavillon en banlieue parisienne et la réception FM a toujours été problématique.
J'ai fixé l'antenne sur un mur extérieur à environ 4 m de haut, car je n'ai pas de cheminée.

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La réalisation d'Arnaud :

C'est un mélange des deux versions, tube cuivre 20/22 mm.
J'ai utilisé une boîte de raccordement plus grosse pour faciliter la fixation sur le support mural.

Bénéfice :
Fip est passé de 9-11 dB à 34dB, France Inter de 13 dB a plus de 45 dB.
La comparaison est entre une antenne filaire bas de gamme fixée en intérieur à 1,5 m (orientation correcte a 10° prêt, car impossible de bouger les murs de mon salon) et l'antenne qui vient d'être réalisée.
Je suis gros consommateur de radio.
J'ai mesuré avec mon tuner Marantz moderne le gain, mais la réception sur mon Sansui TU-7700 est extraordinaire.

La nouvelle antenne est à 4 m du sol avec orientation précise à 90° vers l'émetteur.
La réception a été faite depuis Bordeaux, côté ouest, sur l'émetteur de Boulliac situé à 10 km à vol d'oiseau.

coquelle2.jpg

coquelle3.jpg

 

Gain de l'antenne FM simple brin 75 Ohms :

Pour mesurer le gain des antennes multibrins, la norme dit qu'il est évalué par rapport à une antenne monobrin qui sert de référence.
L'antenne monobrin de référence est celle décrite ci-dessus, dans une réalisation avec du tube moins gros.
Son gain est donc de 0 dB puisque c'est la référence !!!
Pas de gain, mais une belle efficacité en pratique, pour un prix ridicule si vous êtes un peu bricoleur.

 

Plus fin et plus simple ?

Je suis un peu puriste dans mes conseils de réalisation, avec du tube de 2 à 5 cm de diamètre.
Cette réalisation peut faire peur aux moins bons bricoleurs !!!
Une barre en bois de 8 mm de diamètre, du tube de 9 ou 10 mm, deux colliers de serrage à vis pour plaquer le fil sur le tube, et vous aurez une solution qui marche...
Pas de cosse, pas de soudure dans cette façon de faire.
Serrez bien les colliers pour avoir un bon contact...

 

Évolution des branchements :

Depuis 2016 les normes ont évolué.
Si le câble de sortie d'antenne reste en 75 Ohms, et si l'entrée d'antenne sur votre télé est elle aussi en 75 Ohms, le câble qui traverse la maison est un câble RJ45 comme pour la liaison entre votre Box et votre PC.
Il existe des câbles "balun", avec une prise TV de 75 Ohms d'un côté, une prise RJ45 de l'autre, et un petit transformateur adaptateur d'impédance.
Je n'ai jamais essayé cette solution, je n'en connais pas la performance.

Un lien qui me semble intéressant : cordons baluns RJ45.
En suivant un peu plus les liens, il existe des répartiteurs pour brancher plusieurs appareils : amplificateur TV, ce qui voudrait aussi dire que le signal reste analogique dans le câble RJ45.

 

Antenne simple brin de 300 Ohms :

Utilisation :

  • Soit en antenne simple brin, avec un câble plat 300 Ohms et sur l'entrée antenne 300 Ohms du tuner.
  • Soit en antenne multibrin à 3 éléments, avec un câble coaxial 75 Ohms et sur l'entrée antenne 75 Ohms sur le tuner.
image205.jpg

 

Tube de diamètre 20 à 50 mm non critique.
Longueur = 153 cm = 136 + 17.
La cote de 17 peut faire de 5 à 20 cm, non critiques, la longueur 136 est recalculée en conséquence.
Espace entre les deux extrémités de 1 à 4 cm, non critique. (3 cm dans le schéma).
Vous avez certainement un plombier dans vos relations ou un outillage pour cintrer les tubes ?

 

Antenne FM multibrins :

Dans les cas de réception difficiles l'antenne simple brin n'a pas un gain suffisant.
J'irai même plus loin, elle n'a pas de gain du tout, puisque c'est l'antenne simple qui sert de référence pour exprimer le gain des autres antennes.
Sans jouer sur les mots, une antenne multibrin est plus performante, mais aussi plus directive, qu'une antenne simple brin.
Cette antenne se place sur un toit.

image204.jpg

 

L'antenne représentée est une antenne à 6 éléments, un réflecteur, un radiateur et quatre directeurs.
L'émetteur se trouve du côté des directeurs.
Mais les réalisations pratiques et suffisantes sont à trois ou quatre éléments.
L'antenne à trois éléments est cotée en rouge.
Pour quatre éléments, il suffit de rajouter un tube de 142 cm à 58 cm du précédent directeur.

Il y a un gros piège, l'impédance du radiateur est modifiée par le réflecteur et les directeurs.
Le radiateur de l'antenne simple brin à une impédance de 75 Ohms ou 300 Ohms suivant le modèle.
Pour une antenne à trois brins, il faut un radiateur de 300 Ohms d'impédance.
Pour une antenne à quatre brins, il faut un radiateur de 750 Ohms d'impédance.

La réalisation d'un radiateur de 300 Ohms pour une antenne 3 éléments est encore assez simples.
La réalisation d'un radiateur de 750 Ohms est beaucoup moins simple.
Sauf demande expresse, je ne prévois pas de le détailler.

L'antenne simple brin 75 Ohms est une réalisation vraiment DIY à la portée de tout bricoleur.
L'antenne simple brin 300 Ohms demande un minimum d'outillage.
Si vous l'avez, avec un tube cuivre, c'est presque évident à réaliser.

L'antenne multibrin demande de tenir les tubes à la bonne distance et isolés les uns des autres.
Une solution est d'utiliser 3 plaques de contreplaqué ou de bakélite de 20x20 cm et de fixer chaque tube d'un côté avec des colliers métalliques pour tube.
Un autre tube perpendiculaire relie les 3 plaques de contreplaqué, en assurant la bonne distance entre les éléments.
C'est par ce tube que sera fixée l'antenne sur le mât d'antenne.

J'ai réalisé une antenne à trois éléments avec du contreplaqué solidement verni.
15 ans après, elle est encore sur le toit.
Seul le parallélisme des tubes n'a pas résisté à l'outrage du temps.
Mais avec une révision tous les 5 ans, c'est parfaitement viable.

 

Autre réalisation :

Antenne YAGI : http://radio.meteor.free.fr/yagi_fm.html
J'aime bien l'idée de la boîte de jonction en plastique, pour le branchement du fil coaxial et l'étanchéité aux intempéries.
Le tasseau en pin ne tiendra pas indéfiniment en extérieur.
Vous arriverez bien à panacher nos solutions...



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