L'installation d'une antenne radio filaire HF multibande sur un voilier est un sujet vaste et technique, mais essentiel pour les communications en mer. Que ce soit pour la sécurité, la réception de données météorologiques (GRIB), ou simplement pour le plaisir de communiquer, la radiofréquence (RF) en haute mer offre des possibilités inestimables. Cet article vise à fournir un guide pratique, explorant les différentes facettes de cette installation, des principes fondamentaux aux considérations techniques avancées, en passant par les aspects réglementaires et les choix d'équipements.
L'Importance Cruciale de la Communication HF en Mer
La radio HF offre sécurité et communication en haute mer, se présentant comme un atout indispensable pour les navigateurs. Une station HF marine est utilisée pour la communication avec les stations radio côtières et d'autres navires, offrant une portée bien supérieure à la VHF sur de longues distances. La fréquence de détresse 2182 kHz, par exemple, offre une portée de 100 à 300 km. Pour certains, cette technologie représente également un moyen d'obtenir le courrier électronique et les GRIB en mer, des informations vitales pour la navigation et le bien-être à bord. Il a été constaté que les bénéfices étaient bien supérieurs à l’économie de l’abonnement, comparée aux prix de plus en plus attractifs du téléphone satellite. Selon certains calculs, les Mini-M, Standard C et autres Iridium coûteraient autour de 1000 euros par an, tandis que l'installation nécessaire pour avoir le courrier électronique et les GRIB par BLU peut avoir un coût initial plus élevé, mais se révèle rentable sur le long terme.
La technologie, même avec un poste non marinisé, est fiable. Non seulement il est souvent possible de se connecter lorsque l'on est en mer, mais l'expérience démontre que cette capacité de communication est un gage de tranquillité d'esprit et de sécurité. Cet intérêt pour les antennes BLU (Bande Latérale Unique), autre appellation de la HF, provient d'une approche à la fois amateur et de navigateur, où la compréhension de l'outil utilisé est primordiale.
Réglementation et Certifications pour la Radio Marine et Amateur
Il est impératif de distinguer clairement l'usage des stations HF marines des stations radioamateurs. L'équipement d'une station HF marine doit être approuvé et répondre aux exigences en vigueur. Les stations HF ne doivent pas être utilisées pour la radio amateur, et les stations de radio amateur ne doivent pas être utilisées pour contacter les stations radio côtières ou les navires. Pour émettre via une station HF/SSB marine, un certificat de radiotéléphonie est requis, obtenu après une formation et un examen à Stockholm Radio, ou son équivalent national. Ce certificat n'est pas valable pour la radio amateur.
Le monde du radioamateurisme est régi par ses propres règles. À l’heure où beaucoup d’entre nous s’inquiètent de l’appropriation des communications par quelques grandes entreprises, la technologie de radio continue à appartenir à tout le monde. Et si les fréquences sont rigoureusement régies par les États, nombre de fréquences sont réservées aux amateurs. L’intérêt de devenir radio amateur, au-delà de la passion, c’est aussi de comprendre l’outil que l’on utilise et de profiter des avantages qu'offre la communauté radio amateur. Pour ceux qui choisissent la BLU, il serait dommage de ne pas profiter de cette communauté internationale solidaire. Il existe trois examens pour la licence radioamateur : le premier sur la réglementation, le second sur la technique, et le troisième sur la télégraphie (la CW dans le langage des OM, pour "Old Man", l'équivalent féminin étant "YL" pour "Young Lady"). Des clubs de radioamateurs dispensent des cours, et le programme ainsi qu'un logiciel d'entraînement pour les QCM de l'examen sont facilement trouvables en ligne. L'étude de la technique, en particulier, peut apporter des choses utiles pour les bateaux, qui sont de plus en plus dotés d'électronique et d'antennes.
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Les Fondamentaux de l'Antenne Filaire HF à Bord d'un Voilier
Une antenne filaire est souvent la meilleure solution, ou du moins le meilleur ensemble de compromis, pour une situation spécifique sur un voilier. Sa popularité tient du fait que son coût est abordable et qu'elle est relativement facile à construire et à installer. Pour les fréquences HF, c'est-à-dire l'intervalle de 3 à 30 MHz, les dimensions des antennes sont importantes. Pour parvenir à "émuler" des antennes fonctionnant à de si basses fréquences, on utilise des selfs et autres artifices. Par exemple, à 30 Mhz, l'antenne mesure environ 10 mètres, et à 3 Mhz, elle atteindrait 100 mètres. Les mesures d'antennes sont très délicates à réaliser, surtout pour les diagrammes de rayonnement en champ lointain (à plus de 100 longueurs d'ondes), ce qui n'est généralement pas réalisable en amateur.
La mise à la terre est cruciale pour un bon fonctionnement de l'antenne. Sans une mise à la terre adéquate, une antenne courte et une mauvaise mise à la terre peuvent provoquer des interférences.
Types et Options d'Antennes Multibandes pour Voiliers
Le choix de l'antenne est un élément central de l'installation HF. Plusieurs options s'offrent au navigateur, chacune avec ses avantages et ses inconvénients.
Le Pataras Isolé comme Antenne
Le hauban dénudé est le plus courant comme élément d'antenne, d'une longueur typique de 10 à 18 m de long. Le pataras, s'il est isolé, peut servir d'antenne. Cependant, il est important de noter qu'un pataras non isolé est à la masse du bateau. Une question fréquente concerne l'installation de l'isolateur d'en bas du pataras : pourquoi le placer si haut ? Le fil qui y va, à partir de la sortie de la boîte de couplage, rayonne déjà. Plus il longe une partie basse de pataras pas encore isolée, plus il y a perte HF et baisse de rendement. Il est suggéré que certains pensent que le brin du pataras isolé devrait faire une longueur "mythique" de 7m, ou un truc dans ce genre. L'isolation du pataras permet de gagner en esthétique, mais sa fonction électrique pour la structure aérienne est alors modifiée. Le mat lui-même, s'il est en métal, peut "pomper" dans les vagues, ce qui est une considération pour la stabilité de l'antenne.
Alternatives au Pataras : Canne à Pêche et Autres Solutions
L'alternative au pataras, plus économique, est bien sûr la canne à pêche en polyester. Certains radioamateurs fabriquent leurs antennes HF avec des cannes à pêche en fibre de verre pour un coût très raisonnable. Une antenne de secours peut être une canne à pêche télescopique avec un câble. Pour les antennes filaires verticales ou horizontales, des cannes ou des mâts télescopiques en fibre de verre jusqu'à 6m peuvent permettre leur mise en place. Une fois repliés, ces mâts ou ces cannes tiendront dans un sac à dos de taille classique. Des mâts télescopiques en aluminium ou en acier, qui une fois repliés, atteignent une longueur d'un peu plus d'un mètre, permettent une charge utile plus importante, notamment lorsqu'ils sont haubanés.
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D'autres types d'antennes filaires existent :
- Les Longs-Fils : Simples et peu coûteuses.
- Les Antennes Isotron : D'une telle compacité qu'elles tiennent dans tous les coffres, une isotron mesure un peu plus de 50 cm. Elles sont relativement "passe-partout", et il est possible d'en avoir une par fréquence sans difficulté, même avec un ICOM 706 qui gère la HF et la VHF.
- Antennes End Fed ou dipôles légers à trappes : Si l’on dispose de plus d’espace et de points d’ancrage appropriés, ces antennes conviennent bien. Pliées et enroulées, elles sont facilement transportables dans un bagage à main.
- Antennes Portables : De nombreuses antennes verticales légères et rapides à installer sont disponibles, de préférence pour les bandes HF comprises entre 10m et 40m. Ces antennes peuvent être installées sur des mâts en fibre de verre enfichés sur un tube vertical court, directement au-dessus du sol. Un ensemble de radians courts pourront être posés directement au sol, ou être utilisés comme haubans disposés à faible hauteur. Il est également possible d'installer cette nappe de haubans à un niveau plus élevé, par exemple sur la balustrade d'un balcon. L'antenne "Buddipole", par exemple, est une verticale quart-onde raccourcie pour les bandes radioamateurs de 40 à 10m, dont le fonctionnement est directement dépendant de la qualité du plan de sol et qui nécessite un montage légèrement surélevé d'une certaine hauteur par rapport au sol.
- Antennes Directionnelles Filaires : Monobandes (ou multibandes) légères, telles que les Moxon, HexBeam, ou Spiderbeam, sont plus adaptées à un usage lors de vacances de plus longue durée ou de longs voyages.
Il est recommandé d'utiliser des matériaux non conducteurs, comme le PVC ou l’ABS, pour servir d'isolateurs. Cependant, à haute puissance RF, il est préférable d’utiliser des isolateurs de céramique pour une meilleure performance et sécurité.
Le Rôle Crucial de la Boîte d'Accord (Tuner d'Antenne)
La boîte d'accord, ou coupleur d'antenne, est un élément fondamental de toute installation HF filaire multibande. Sa fonction principale est d'adapter les impédances entre l'émetteur et l'antenne, afin que l'antenne émette bien toute la puissance. Même les plus belles boîtes d'accord ne peuvent donner que ce qu'elles peuvent, leur fonction étant d'adapter les impédances.
Le dispositif d'accord doit être à portée de main, idéalement installé au plus près de l'antenne. Cela réduit les pertes sur le câble de liaison entre le tuner et l'antenne elle-même. Un coupleur d'antenne automatique, comme un Smartuner, peut être placé sous la quille. Le Président des radioamateurs français en dit grand bien.
Une boîte d’accord, qu'elle soit manuelle ou automatique, n'est pas bien compliquée : c'est une self sur laquelle on se connecte plus ou moins haut. La partie électronique permet de mesurer l'efficacité de l'émission. Une boîte d’accord automatique étanche doit être alimentée et mise à la masse sérieusement. Pour une installation, elle est couplée côté antenne par un simple câble, par exemple de 2.5mm² de diamètre et 14 m de long, fixé au balcon arrière avec les précautions d'isolation nécessaires. Une trappe peut être intercalée au départ du balun, avec un câble enroulé sur un tube de PVC de 8 cm de diamètre. La liaison avec le récepteur-émetteur se fait par un simple câble coaxial. Pour les bandes de 10 à 30 Mhz, ce type de configuration est acceptable, offrant une émission à un coût très raisonnable.
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Les boîtes d'accord manuelles, bien qu'instructives, peuvent être fastidieuses à utiliser. Il faut savoir qu'un commutateur rotatif dans une boîte d'accord peut cramer. Avec des fortes puissances, un peu d'humidité suffit pour faire un arc. Des réparations de fortune, comme l'utilisation de pinces crocos pour faire les accords sur la self, peuvent s'avérer plus malines et permettre des accords plus fins.
La Mise à la Terre (Plan de Masse) : Un Élément Essentiel
La mise à la terre est un aspect crucial pour un bon fonctionnement d'une station HF à bord d'un voilier. Elle permet de fournir un plan de "sol" adéquat pour l'antenne.
Sur Bateaux Métalliques et Plastiques
Les "plans de masse" diffèrent significativement sur les bateaux métalliques et plastiques. Sur un bateau métallique, comme un DI alu MADEIRA 38, la coque elle-même peut servir de masse, mais il est tout de même nécessaire d'installer un condensateur classique pour la mise à la masse HF. Pour les bateaux non métalliques, la mise en place d'un plan de masse dédié est indispensable.
Plaques de Masse et Connexions
La mise à la terre implique de connecter la vis de terre du tuner d'antenne à la mer via des plaques de bronze fritté, idéalement placées sous la ligne de flottaison. Il est essentiel d'utiliser des conducteurs épais (6 à 20 mm²) ou des bandes de cuivre pour assurer une faible impédance. Une note sur les plaques de masse : elles sont un élément essentiel pour l'efficacité du système. Le diagramme de rayonnement ne sera pas le même si le plan de "sol" est plus proche, par exemple, en utilisant une bouée.
Choix et Installation du Câble d'Antenne et des Isolateurs
Le choix et l'installation des câbles et isolateurs sont des étapes fondamentales pour garantir la performance et la durabilité de l'antenne.
Le Câble Coaxial et les Chokes RF
La connexion du tuner d'antenne se fait avec un câble coaxial, tel que le RG-58 (jusqu'à 30 m) ou le RG-213 pour une plus grande résistance. Pour réduire les interférences HF, il est recommandé de créer un choke RF en enroulant le coaxial 10 à 15 tours (diamètre 100 à 150 mm) aux deux extrémités. Des noyaux de ferrite peuvent également être utilisés si nécessaire. Une PL 259 est un connecteur courant, et un outillage simple que l'on a tous à bord est suffisant.
Matériaux et Robustesse des Fils d'Antenne
Le fil d'antenne doit être robuste. Partant du principe que certains textiles sont aussi résistants que l'inox, il est possible d'utiliser des matériaux comme le Spectra, le Kevlar ou autre, en le recouvrant d'une gaine. Il est important de sortir le conducteur de la tresse avant les épissures.
La longueur des sections entre les points d'ancrage d'une antenne filaire a une incidence sur le type de fil requis pour assurer sa longévité. Une antenne de type dipôle pour le 160 mètres nécessitera un fil très robuste, au minimum un fil tressé #14. Si l'antenne est soutenue par un arbre qui oscille au vent, il faudra tenir compte des tractions imposées et utiliser un fil tressé de gros calibre (ex. Variflex #13 à 19 brins). Un fil gainé de polyéthylène ou de PVC est recommandé pour éviter l'effet corrosif de l'air salin. Les soudures doivent être bien protégées avec une gomme conçue à cet effet. L'air pollué par certaines activités industrielles peut aussi rendre l'air acide, ce qui accélère la corrosion.
Pour une antenne relativement invisible, un fil du plus petit calibre possible est souhaitable, en tenant compte des recommandations de robustesse. Pour les antennes directionnelles comme les quad, Flex-Weave, fabriqué par RF Davis, est un fil très flexible et robuste, disponible gainé (PVC ou polyéthylène) ou nu.
Isolateurs et Points d'Ancrage
Il est important que le câble d'antenne pende librement et ne touche pas d'objets mis à la terre. Pour les antennes filaires ne nécessitant pas de balun, un isolateur de verre recouvert d'ABS, avec une lèvre inférieure protégeant le SO-239 de la pluie, et un trou supérieur pour le point d'ancrage d'un doublet en "V" inversé, est une bonne option. Il est possible de trouver des cordes tout aussi résistantes et moins chères chez un quincailler pour les points d'ancrage.
L'Équipement Radio et l'Alimentation Électrique
L'équipement de base pour une station HF à bord inclut un poste HF (BLU), un Pactor et un ordinateur. Les stations HF nécessitent 12 V et environ 20 A en émission. Il est impératif de les connecter directement à la batterie avec des câbles épais. Il est important d'éviter d'utiliser la coque comme conducteur négatif et de maintenir le système électrique flottant. La corrosion doit être régulièrement vérifiée. Sur un exemple d'installation, une radio Yaesu FT857D très compacte capable d’émettre sur la HF (max 100 watts), la VHF et l’UHF, un Pactor III USB et une boîte d’accord manuelle MFJ 971 ont été utilisés, avec du câble coaxial, des isolateurs et un balun. L'investissement peut être de moins de 2500 euros et trois jours pour tout installer et faire les antennes. La radio, c'est un autre monde, une autre « philosophie », un monde « low tech » où l'économie est une qualité.
Considérations Techniques Approfondies pour les Antennes Filaires
Pour comprendre pleinement le fonctionnement et le choix d'un fil d'antenne, il est essentiel de se pencher sur des concepts techniques spécifiques.
L'Effet Épidermique et la Résistance à la Radiation
La résistance à la radiation RF, également appelée impédance au point d'alimentation de l'antenne, est une caractéristique complexe. Elle est fonction de nombreux facteurs, dont la dimension physique de l'antenne filaire à une fréquence donnée, la présence ou non d'éléments ou sections parasites (comme un élément directeur ou réflecteur d’une antenne directionnelle), la configuration (dipôle horizontale, "V" inversé, dipôle replié sur lui-même, dipôle à induction linéaire, etc.), la position du point d'alimentation (au centre pour un dipôle, hors centre, ou au bout d'une longueur quelconque de fil), la hauteur (en termes de longueur d'onde) de l'antenne au-dessus du sol, et la composition du sol sous l'antenne, qui influe sur sa conductivité RF. Par exemple, un sol marécageux a une conductivité plus grande qu'un sol sablonneux.
Il existe une différence marquée entre la résistance en courant continu (CC) d'un fil et sa résistance à la propagation de l'énergie RF. Pour le courant continu, un fil de cuivre monobrin de calibre #10 présente une résistance de 0.9987 ohm par 1000 pieds à 25 degrés Celsius. Un dipôle pour le 160 mètres, à 1,85 MHz, d'une dimension hors-tout de 253 pieds, aurait une résistance CC de 0.2527 ohm. Cependant, l'histoire est tout autre lorsque le fil doit véhiculer de l'énergie RF. En effet, l'énergie RF se déplace sur l'épiderme du fil, un phénomène appelé "effet épidermique" en ingénierie radio. La qualité de cet épiderme devient donc critique. L'énergie RF se propage en va-et-vient des millions de fois par seconde, par exemple 1,850,000 fois par seconde à 1,85 MHz. Si l'épiderme du fil n'est pas de haute qualité, la résistance à la propagation RF augmentera très rapidement, se traduisant par des pertes sous forme de chaleur, ce qui n'est pas utile pour les communications à longue distance (DX). Il faut imaginer un fil d'antenne qui doit réagir plus de 28 millions de fois à la seconde sur la bande de 10 mètres.
Choix du Fil et Environnement Marin
Le choix du fil pour une antenne filaire doit prendre en compte sa vocation. La longueur de la section la plus longue entre les supports dépendra de la fréquence fondamentale d'opération et dictera le type de fil capable de tenir le coup en toutes circonstances, selon le type d'antenne privilégié (dipôle, "V" inversé, inclinée ou "sloper"). La puissance d'énergie RF imposée au fil d'antenne influera aussi sur le type (composition, calibre) de fil à utiliser. L'acidité ou la salinité de l'air, les vents possibles, la possibilité de verglas et le besoin d'une opération furtive ou non (relative invisibilité du fil) sont également des critères importants. Les ouvrages de référence sur les fils à utiliser pour antennes filaires HF sont rares, ce qui rend le choix empirique mais guidé par ces principes. Un amateur se demandait quelle serait la résistance à la radiation d'énergie RF du fil entre un monobrin en aluminium, un monobrin en cuivre, des fils multibrins en cuivre et des fils multibrins en acier gainés de cuivre.
Les antennes fabriquées commercialement sont généralement conçues avec du fil et des isolateurs de bonne qualité, optimisées pour des fréquences RF spécifiées et conçues pour une puissance RF maximale donnée. Cependant, ces spécifications valent pour des installations sous conditions optimales. Or, l'environnement en mer ne sera parfois pas idéal, et l'antenne pourra alors ne pas donner le rendement escompté. Il est toujours possible de modifier une antenne commerciale pour la rendre plus compatible avec un environnement particulier.
Gestion des Interférences et Dépannage
Les interférences sont un problème courant en radiofréquence, particulièrement sur un bateau où de nombreux équipements électroniques sont à proximité. Une antenne courte et une mauvaise mise à la terre peuvent provoquer des interférences. Ce problème peut être résolu par des mises à la terre alternatives, l'utilisation de noyaux de ferrite ou une réduction de la puissance d'émission.
En cas de panne, comme la fumée sortant d'une boîte d'accord à cause d'un commutateur rotatif cramé, la connaissance des principes de base et l'ingéniosité sont précieuses. Une réparation de fortune avec une soudure au fer à gaz et des pinces crocos peut dépanner et même offrir des accords plus fins. L'univers de la radio adore les acronymes et les codes, par souci d’économie, mais aussi pour le plaisir de jargonner, ce qui peut faire passer cette activité pour plus complexe qu’elle n’est et ne devrait pas effrayer les utilisateurs de SMS.
La Radio VHF Marine : Un Complément Indispensable
Bien que le cœur de cet article soit l'HF, une radio VHF marine est un instrument de sécurité indispensable en mer, complémentaire à la HF. La radio VHF marine nécessite sa propre alimentation et son propre fusible. La plupart des radios peuvent être installées dans le panneau de commande, soit en montage en surface, soit encastré si l'espace derrière le panneau le permet. Il faut tenir compte de la nécessité d'une source GPS externe si la radio n'en intègre pas. La console de commande est alors accessible depuis la table à carte.
La portée de la VHF est directement liée à la hauteur de l'antenne. Plus l'antenne est montée en hauteur, plus la portée sera importante. C'est pourquoi il est recommandé de monter l'antenne VHF en tête de mât pour bénéficier de la meilleure portée possible, souvent avec une antenne 3 dB. Une antenne plus longue, de 6 dB ou 9 dB, peut être préférable si elle est inclinable pour passer sous les ponts.
Les radios VHF modernes peuvent recevoir des signaux radio FM et AIS, en plus des signaux VHF. Il est également possible d'installer une enceinte extérieure en 4 Ω reliée à la sortie audio. Le paramétrage du squelch est important pour éviter les interférences continues. Le traitement des signaux via la technologie DSP (Digital Signal Processing) permet de mieux filtrer les interférences et les sons en arrière-plan, comme les bruits de moteur, améliorant largement la communication radio. Les radios VHF ICOM, par exemple, utilisent le filtrage DSP pour réceptionner et émettre des messages VHF.
Enfin, il est crucial de programmer le numéro MMSI (Maritime Mobile Service Identity) dans la radio. Cette opération peut être effectuée par l'utilisateur ou confiée à un spécialiste, la programmation par le fabricant n'étant possible que pour certains modèles.