Une antenne filaire simple, efficace et toujours d’actualité
Parmi les antennes filaires utilisées par les radioamateurs, le dipôle, la verticale ou encore la Windom sont probablement les plus connues. Pourtant, une autre antenne mérite largement sa place dans la station : l’antenne Zeppelin, souvent appelée Zepp.
Son principe est ancien, mais particulièrement intéressant : au lieu d’alimenter un dipôle en son centre, on alimente un fil d’environ une demi-longueur d’onde par son extrémité, au moyen d’une ligne bifilaire. Une configuration qui peut s’avérer très pratique lorsqu’il est difficile de faire descendre un coaxial depuis le centre d’une antenne.
Un peu d’histoire
Le nom de l’antenne Zeppelin ne doit évidemment rien au hasard. Elle fut utilisée dès les débuts de la radio sur les célèbres dirigeables Zeppelin allemands.
À bord d’un dirigeable, installer un dipôle horizontal classique n’était guère envisageable. Une solution consistait donc à déployer un long fil depuis l’aéronef et à l’alimenter à son extrémité.
Le principe a ensuite été repris et perfectionné par les radioamateurs.
Aujourd’hui, la Zeppelin n’est naturellement plus suspendue sous un dirigeable, mais elle reste une excellente antenne filaire pour les bandes HF.
Le principe de la Zeppelin
Dans sa version classique, la Zeppelin est constituée de deux parties :
- un élément rayonnant d’environ λ/2 ;
- une ligne bifilaire d’environ λ/4 servant à son alimentation.
La particularité essentielle est que le fil rayonnant est alimenté à son extrémité.
C’est une différence fondamentale avec le dipôle classique.
Pour un dipôle demi-onde alimenté au centre, l’impédance est relativement faible, typiquement autour de 50 à 75 Ω selon son installation.
À l’extrémité de ce même dipôle, la situation est complètement différente : le courant devient très faible tandis que la tension devient très élevée. L’impédance peut alors atteindre plusieurs milliers d’ohms.
Impossible donc de raccorder directement un coaxial de 50 Ω à cet endroit en espérant obtenir une adaptation correcte.
C’est précisément là qu’intervient la ligne bifilaire.
Une ligne quart d’onde particulière
La Zeppelin traditionnelle utilise une ligne parallèle d’environ un quart d’onde électrique.
Mais sa configuration est assez particulière : un seul des deux conducteurs est raccordé à l’extrémité du fil rayonnant, tandis que l’autre reste ouvert.
La ligne joue ainsi un rôle essentiel dans la transformation d’impédance et permet de présenter, à son autre extrémité, une impédance beaucoup plus facilement exploitable.
Sa longueur doit évidemment tenir compte du coefficient de vélocité de la ligne utilisée.
Pour une fréquence donnée :
![\[\lambda = \frac{300}{f}\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-cbdc13c05bb568726b1607912b61085c_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
avec λ en mètres et f en MHz.
Sur 14,2 MHz, par exemple :
![\[\lambda \approx \frac{300}{14,2} \approx 21,1\ m\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a0ed8e99174a8a3f83130033c3cf4620_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Le fil rayonnant demi-onde sera donc théoriquement voisin de :
![\[\frac{\lambda}{2} \approx 10,55\ m\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-83536c64794f399eeda81be70c3502fa_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
et la ligne quart d’onde :
![\[\frac{\lambda}{4} \approx 5,28\ m\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-61a5e3930b962b6ef69f716bf7d10fe9_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Ces valeurs constituent naturellement des points de départ. L’environnement de l’antenne, sa hauteur, la proximité du sol et le coefficient de vélocité de la ligne imposeront généralement quelques ajustements.
Zeppelin et J-Pole : un air de famille
Le principe de la Zeppelin vous rappelle peut-être une autre antenne très connue : la J-Pole.
Ce n’est pas une coïncidence.
On peut considérer la J-Pole comme une descendante directe du principe Zeppelin. Elle utilise elle aussi un élément rayonnant demi-onde alimenté en extrémité et une section quart d’onde assurant l’adaptation.
La grande différence réside surtout dans la disposition mécanique et dans la manière dont le point d’alimentation est prélevé sur la section d’adaptation.
La Zeppelin est donc loin d’être une curiosité historique : son principe se retrouve encore aujourd’hui dans plusieurs antennes modernes.
Quels sont ses avantages ?
Le premier avantage est évident : le point d’alimentation se trouve à l’extrémité de l’antenne.
Cela peut considérablement simplifier une installation.
Imaginez un fil tendu entre la maison et un arbre situé au fond du jardin. Avec un dipôle classique, le câble coaxial doit rejoindre le milieu du fil. Avec une Zeppelin, l’alimentation peut être placée directement près de la maison.
Autre avantage : la ligne bifilaire présente généralement des pertes beaucoup plus faibles qu’un câble coaxial, particulièrement lorsque le ROS sur la ligne est important.
La Zeppelin permet également d’expérimenter avec une technique d’alimentation devenue beaucoup moins courante depuis la généralisation du coaxial. C’est une excellente antenne pédagogique pour comprendre les notions de courant, tension, impédance et transformation par une ligne de transmission.
Et en multibande ?
C’est ici qu’il faut distinguer la Zeppelin classique d’une évolution extrêmement populaire : la Double Zepp, et notamment la Double Extended Zepp.
Une Zeppelin calculée pour une bande particulière peut fonctionner sur d’autres bandes, mais l’impédance présentée à l’émetteur peut devenir très différente.
Avec une boîte d’accord symétrique et une ligne bifilaire à faibles pertes, il devient cependant possible d’exploiter certaines configurations sur plusieurs bandes.
Il ne faut donc pas raisonner comme avec une antenne coaxiale présentant impérativement 50 Ω à son entrée.
Avec une ligne parallèle, un ROS élevé sur cette ligne n’est pas nécessairement catastrophique : ses pertes restent généralement faibles. Le rôle de la boîte d’accord est alors de présenter à l’émetteur une impédance acceptable.
Attention aux tensions élevées
Une précaution importante concerne l’extrémité du fil rayonnant.
Sur une demi-onde, le courant est maximal vers le centre et minimal aux extrémités. Pour la tension, c’est exactement l’inverse.
La Zeppelin étant alimentée à une extrémité du demi-onde, son point d’alimentation se situe donc dans une zone de forte tension RF.
Avec 100 W, et plus encore avec un amplificateur, les tensions peuvent devenir importantes.
Il faut par conséquent utiliser des isolateurs adaptés, conserver suffisamment d’espace autour des conducteurs et éviter que l’extrémité haute impédance soit facilement accessible.
Comment l’installer ?
Le fil rayonnant peut être installé horizontalement, légèrement incliné ou suivant la configuration disponible sur le terrain.
Comme pour toutes les antennes HF, sa hauteur influence son diagramme de rayonnement.
Une Zeppelin 20 mètres installée très près du sol aura tendance à favoriser les angles de départ élevés. Installée suffisamment haut, son rayonnement devient beaucoup plus intéressant pour le DX.
Il faut également éviter autant que possible que la ligne bifilaire longe des éléments métalliques, des gouttières ou des câbles électriques.
Contrairement au coaxial, une ligne parallèle doit conserver une certaine distance avec son environnement afin de préserver son fonctionnement équilibré.
Zeppelin, End-Fed et Windom : ne pas les confondre
Ces trois antennes peuvent sembler proches puisqu’elles utilisent toutes un fil demi-onde ou voisin, mais leur alimentation est très différente.
La Windom est alimentée en un point décentré, généralement au moyen d’un balun.
L’EFHW, ou End Fed Half Wave, est alimentée à l’extrémité et utilise généralement un transformateur d’impédance à rapport élevé, souvent 49:1.
La Zeppelin classique, elle, alimente également une extrémité du demi-onde, mais utilise une ligne parallèle quart d’onde pour réaliser l’adaptation.
Trois antennes qui peuvent donc présenter une longueur rayonnante assez semblable, mais dont le fonctionnement et surtout le système d’alimentation sont très différents.
Pour aller plus loin sur F5KEE
L’antenne Zeppelin met en jeu plusieurs notions que nous avons déjà abordées sur F5KEE. Si vous souhaitez approfondir son fonctionnement, voici quelques lectures complémentaires particulièrement utiles.
Le dipôle demi-onde
La Zeppelin partage avec le dipôle classique un élément rayonnant voisin de λ/2. La grande différence se situe au niveau de l’alimentation : au centre pour le dipôle, à l’extrémité pour la Zeppelin.
👉 À lire : notre article consacré au dipôle demi-onde
L’antenne Windom
La Windom constitue une autre manière d’alimenter un fil demi-onde. Son point d’alimentation est décentré, contrairement au dipôle alimenté au centre et à la Zeppelin alimentée à son extrémité. Comparer ces trois antennes permet de bien comprendre l’influence du point d’alimentation sur l’impédance.
👉 À lire : notre article consacré à l’antenne Windom
Comprendre le ROS et le SWR
Dès que l’on parle d’adaptation d’impédance et de lignes de transmission, le ROS entre naturellement en jeu. Mais que mesure-t-il réellement et pourquoi un ROS élevé sur une ligne bifilaire n’a-t-il pas forcément les mêmes conséquences que sur un câble coaxial ?
👉 À lire : notre article Le ROS/SWR : comprendre enfin ce qu’il mesure et comment le calculer
Le coefficient de vélocité
Pour réaliser la ligne quart d’onde d’une Zeppelin, il ne suffit pas toujours de diviser la longueur d’onde par quatre. La vitesse de propagation dépend de la ligne utilisée : c’est là qu’intervient le coefficient de vélocité.
👉 À lire : notre article Le coefficient de vélocité : pourquoi un mètre de câble ne fait pas toujours un mètre électriquement
Balun, Unun et choke
La Zeppelin permet également de mieux comprendre pourquoi toutes les antennes alimentées en extrémité ne fonctionnent pas de la même manière. Une EFHW, par exemple, utilise généralement un transformateur d’impédance 49:1, alors que la Zeppelin traditionnelle fait appel à une ligne parallèle.
👉 À lire : notre article Balun, Unun et choke : comprendre enfin à quoi ils servent
Ces différentes lectures montrent finalement qu’un dipôle, une Windom, une EFHW ou une Zeppelin peuvent partir d’un fil d’une longueur assez proche, tout en présentant des comportements très différents. La position du point d’alimentation et la manière dont on adapte son impédance changent presque tout.
Ce qu’il faut retenir
La Zeppelin est une antenne centenaire qui reste parfaitement pertinente pour le radioamateur moderne.
Son principe peut se résumer simplement :
un fil rayonnant d’environ λ/2, alimenté à son extrémité par une ligne parallèle d’environ λ/4.
Elle offre une solution intéressante lorsque l’on souhaite placer le point d’alimentation à une extrémité plutôt qu’au centre du fil. Elle permet également de redécouvrir les avantages des lignes bifilaires et constitue une excellente introduction aux transformations d’impédance réalisées par les lignes de transmission.
Et surtout, elle rappelle qu’en radio, une bonne idée ne devient pas forcément obsolète simplement parce qu’elle a plus d’un siècle.
La Zeppelin en est probablement l’un des meilleurs exemples.
