Panneau 6 éléments

2300

Par F6DBU

Ayant constaté que les publications sur les antennes panneaux de technologie colinéaire ne sont pratiquement pas décrites dans la bande des 13 cm; il m'a semblé intéressant de mettre en pratique la réalisation de cette formule d'antenne et d'en tirer les mesures et performances.
Il est vrai que je m'appuie sur une expérience personnelle où j'ai pu réaliser, à plusieurs reprises, ce type d'antenne sur la bande des 23 cm les résultats ayant étés plus que positifs.

Principe :

Mise en phase et association de 6 dipôles demi-onde face à un réflecteur commun.

Description:

Nous savons que lorsqu'on dispose d'un dipôle onde entière l'impédance en son centre se situe vers 540 ohms notamment si le diamètre du tube constituant ce dipôle présente un rapport diamètre/ longueur d'environ 25 à 27 ce qui veut dire que la longueur d'onde divisée par le diamètre du tube donne;
130 mm : 5 mm = 26
D'évidence, nous utiliserons pour confectionner cette antenne de rondins ou des tubes de cuivre de 5 mm de diamètre.
Compte tenu que nous allons positionner ces dipôles sur un support plan métallique il faut savoir que la distance entre ce support et les éléments de l'antenne n'est pas négligeable, elle affectera l'impédance des dipôles si elle n'est pas exacte et précise.
Pour que nous puissions conserver les 540 ohms théoriques il faut que cette distance soit comprise entre 0.19 et 0.24 Lambda
Seule, alors, la longueur physique de ce dipôle sera dépendante de son diamètre et de l'espacement entre les éléments.
Si nous prenons la valeur moyenne de 0.22 lambda nous aurons : 130 mm / 0.22 = 28.6 mm.
Déterminons, maintenant, la vraie longueur des éléments,
La propagation de l'onde électromagnétique dans un milieu conducteur voit sa vitesse varier et détermine ce que l'on nomme le facteur de raccourcissement, dans ce cas précis, avec un rapport de 26 il sera environ de 19 % ce qui nous donne 130 mm x 0.81 = 105.3 mm
Si nous déterminons, que l'espace entre les deux demi-onde sera de 5 mm ces demi-ondes feront 50 mm chacune.
Donc 50 mm + 5 mm + 50 mm = 105 mm longueur à la résonance de 2300 MHZ

Mise en parallèle des trois dipôles:

Si nous associons ces trois dipôles, ensemble, ce qui revient à les mettre en parallèle l'impédance résultante sera alors de :
Z p = z Dipôle / 3 = 180 Ohms
Que faire de cette impédance ; rien sans l'adapter aux 50 Ohms de nos câbles usuels.

Adaptation .
Nous allons recourir à la propriété du transformateur à ligne demi- onde. ( dit, aussi, Balun )
Un conducteur voit à une de une de ses extrémités, dès lors que sa longueur fait la moitié de l'onde qui le traverse, une impédance naturelle de rapport 1 / 4, ce qui veut dire que si à l'une de ses extrémités nous avons 200 ohms sur l'autre nous aurons 50 ohms.
Nous constatons, sur notre projet, que la résultante de nos dipôles est de 183 Ohms. Euréka !!! 183 / 4 = 45, 75 Ohms. Valeur très rapprochée de nos fameux 50 Ohms.
Nous venons de déterminer les principales dimensions nécessaire à la fabrication de notre antenne.

Construction du transformateur ''BALUN''

Plus la fréquence de travail est élevée et plus les dimensions sont courtes, la demi-onde, physique, d'un câble coaxial est déterminée pas son coefficient de vitesse, valeur donnée par le constructeur.
Il ne nous est pas possible d'utiliser des câbles conventionnels de diamètre important pour la simple et bonne raison que mécaniquement sa réalisation serait impossible.
Si nous prenions du KX 4; C de 0.66 la demi- onde serait de : 49 mm
Impossible de courber cette longueur sur un câble aussi rigide.
Il nous faut, donc, utiliser des câbles de faible diamètre et si possible à faibles pertes.
J'ai opté pour l'utilisation d'un petit coaxial semi-rigide très utilisé dans les applications hyper. Ce câble fait environ 3, 56 mm de diamètre; il est référencé sous l'appellation de RG 141. On en trouve assez facilement dans les surplus ou brocantes amateurs à bas prix.
Comme le coefficient de vitesse de ce câble fait 0, 695 il va s'en dire que la longueur demi-onde fera : 130 mm x 0.695 /2 = 45.175 mm.
Le Balun sera donc constitué par une longueur de 45. 2mm .
Prendre une longueur de 65 mm de câble, les deux extrémités seront amputées de 10 mm de blindage et l'âme sera dégagée de 5 mm de diélectrique. Le rayon de courbure maximal de ce câble est de 9 mm cela nous permet de faire une boucle sur un mandrin de 13 mm.
L'aspect final du Balun ressemble à un fer à cheval.

Dimensions du réflecteur support:

J'ai utilisé une plaque d'aluminium de 16/10 et de 170 X 210 mm de cotés la plaque ne devra pas être plus petite que 140 x 185 mm.
De façon à conserver un bon rapport avant/arrière.

Câblage des éléments:

Les trois dipôles seront reliés, en croisés, par du fil de 2 mm de section environ ( le fil de câblage électrique de 2,5 mm carré fera très bien l'affaire)
Bien respecter l'écart de 5 mm entre les éléments, souder le Balun à la verticale du plan réflecteur et la gaine du coaxial d'alimentation (téflon de 6 mm ) sera directement soudé sur les deux extrémité du Balun au plus court. Les supports, pilotis, des éléments seront fait dans une matière isolante de bonne qualité ( Pléxi, Téflon, Dacron, Nylon, fibre de verre etc. ) la distance de 28 mm se prend de l'axe des éléments au plan support. Les éléments seront distant de 65 mm ( L/2, entre-axe, ) dans le plan superposé et de 5 mm dans le plan axial.
Les dimensions devront être rigoureuses. ( Nous sommes, tout de même, à 2300 Mhz ne l'oublions pas !! )
Les lignes de liaison seront espacées de 4 mm ( plus ou moins rapprochées pour un Ros minimal)
La tresse du câble coaxial d'alimentation peut ne pas être en contact avec le réflecteur le rendement de l'aérien n'est pas affecté.
Le crédit photos se passe de commentaires et vous permettra de bien visualiser la réalisation.

Il est important de savoir que cette antenne doit être à l'abri du ruissellement et nécessite un coffret de protection en matière ou plastique neutre.

Performances:

Il est très difficile de mesurer avec précision le gain d'une antenne sans prendre des précautions environnementales strictes.
Par ce fait le seul moyen réalisable, assez précis, pour l'amateur et de comparer une antenne aux caractéristiques connues dans un endroit identique et sur une source stable. Dont acte !!
Je possède une antenne de fabrication industrielle dont le gain est de 14.5 dBd sur la même fréquence. J'ai donc fait une comparaison de gain sur la même source distante de 5 km ( optique) en prenant bien soin d'avoir un champ très dégagé autour des antennes et la hauteur par rapport au sol était de 16 Lambdas, soit plus de deux mètre, pour annuler, au mieux, l'effet de sol.
Après avoir calé le mesureur sur la raie issue de l'antenne de 14. 5 DB et avoir positionné le petit panneau exactement au même endroit, en utilisant le même câble coaxial, la différence marquée était de 3, 2 dB soit un gain de 11,3 dBd. Le pivotement de l'antenne donnait un lobe de rayonnement de + - 35 degrés à - 3 DB sur le bord du lobe.
A la résonance l'antenne donne un retour de - 24 DB et remonte aux extrémités, acceptables, à -18 dB vers 2370 MHz, ce qui est remarquable.
La puissance maximale, supportée, est de l'ordre de 120 W (suffisante pour vous brûler gravement les rétines à 4 m , QRG trés proche de la vibration moléculaire de l'eau ). La Puissance Apparente Rayonnée est alors de 1320 W !! , mais comme vous êtes sensés avoir pris connaissance des risques, encourus, vous prendrez toutes les précautions, d'usage, pour sécuriser l'approche de cette antenne sous les puissances autorisées..
Il n'est pas possible de couvrir la totalité de la bande amateur sans une diminution du gain et une forte augmentation du ROS vers 2450. Les dimensions devront être, à nouveau, calculées pour une utilisation éventuelle sur le haut de bande.
Le bon compromis est de la faire résonner sur 2350 pour une utilisation avec les relais ATV de la bande 13 cm .

Le ''à peu près'' en matière d'aérien hyper n'est pas de mise; dans la réalisation de ce type d'antenne il est vivement conseillé de suivre à la lettre les spécifications données et de respecter l'état de surface des composants mis en oeuvre, je recommande vivement l'argenture des éléments ou à défaut l'étamage chimique, à froid, des dipôles et fils de cuivre utilisés, les performances seront, alors, au rendez- vous .

Bonne réalisation .
73 QRO F6DBU

N/B, Remerciements à F1EAH pour l'aide qu'il m'a apportée à la confection des éléments et de leurs pilotis .

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