Cette page était sur le site de F1EBK; mais le lien
ayant disparu, j'ai reproduit ici l'article que j'avais
conservé. (F5AD)
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REALISATION ET REGLAGES D'UNE ANTENNE 4x10 ELEMENTS
Tout a commencé en décembre 2002 par la découverte des nouveaux modes de modulation et du logiciel de K1JT : WSJT. A ce moment là , je ne disposait que d'une 2x9 éléments croisée sans rotor!
Le logiciel de K1JT possède deux modes différents : le FSK441 et le JT44 (devenu depuis le JT65). Pour débuter, j'utilise le FSK441 en méteor scatter avec l'équipement suivant :
Les résultats sont impressionnants : au cours du mois de décembre 2002, je réalise 18 QSO en MS avec les pays de l'Europe de l'est (Pologne,République Tchèque, Slovaquie, Hongrie, Serbie, Slovénie) mais aussi l'Italie,l'Autriche et l'Allemagne.
Début Janvier 2003, après le passage des Quandrantides qui marque la fin de la période faste pour le MS, je commence a explorer le JT44. Les résultats sont surprenant, je réalise des QSO à 500 ou 600 km sans propagation particulière. L'étude du JT44 sur internet est très explicite : Le JT44 peut être utilisé en tropo , mais sa vocation principale est l'EME.
Le mot magique est lancé : l'EME , la Rolls du radio-amateur, l'élite de l'élite. Je n'ai jamais envisagé cette activité pour plusieurs raisons, mais la principale est que j'habite dans la banlieue parisienne : le niveau de bruit causé par l'activité humaine est très important et l'EME nécessite une puissance telle que les téléviseurs dans un rayon de 500m vont être perturbés.
Néanmoins,je commence à faire des calculs (vous savez comment ça fait quand on attrape un virus !). Le constat est simple : si le JT44 permet de gagner 10dB par rapport à la CW, une liaison EME devrait être possible avec mes 150W,mais il me faut une plus grande antenne .
A ce stade, mes calculs étant très approximatifs, je me base sur un gain de 20dBi ce qui correspond a une PAR de 15KW. Avec cette PAR, je ne fais pas partie des BIG GUN , mais je devrais être capable de faire des QSO via la Lune.
Antenne commerciale ou antenne de fabrication personnelle ? Personnellement je crois que le rôle du radio-amateur est de construire et d'expérimenter : ce sera donc de la fabrication OM
Le cahier des charges est assez simple : un gain de 20dBi, des lobes secondaires les plus réduits possibles pour limiter au maximum le bruit de la région parisienne. Ah, j'oubliais : pas trop grande l'antenne !
Et me voilà parti sur internet à la recherche de la perle rare (ou du moins du meilleur compromis). Première constatation le diagramme G/T de VE7BQH ne laisse planer aucun doute : pour avoir du gain, je vais être obligé de sortir du métal.
Après avoir écarté plusieurs design d'antennes :
Je me retrouve avec 2 solutions offrant a peu près les mêmes avantages :
Je connaissais le design DJ9BV pour avoir lu ses articles dans la revue DUBUS, il est très réputé chez les chasseurs de DX. Les lobes secondaires sont limités au maximum tout en conservant le plus grand gain possible (contrairement au design SM2CEW qui privilégie le gain).
Construction : les éléments font 5mm de diamètre, ils passent au travers du boom, mais ils sont isolés de celui-ci par des rivets.
Solution possible : 4 antennes BVO-2-3 longueur 6,26m espacement 3,90m (E) et 3,70m (H) gain 13,4dBd soit 15,55dBi par antenne soit 21,55dBi l'ensemble.
A l'époque, je n'avais jamais entendu parler de ce design, mais les graphiques indiquaient que les lobes secondaires étaient réduits. Comme pour le design DJ9BV, l'espacement entre les éléments est très grand, mais les éléments sont plus gros (il est possible d'utiliser des éléments de 6,8 ou même 10mm de diamètre). La principale différence réside dans le dipôle qui fait en général 28ohms, et qui doit être adapté sur 50 ohms a l'aide d'un quart d'onde / symétriseur.
Construction : les éléments sont placés au dessus du boom et isolé de celui-ci en H.F. par un isolant.
Solution possible : 4 antennes DK7ZB-10 longueur 6m espacement 3,52m (E) et 3,70m (H) gain 13dBd soit 15,15dBi par antenne soit 21,15dBi l'ensemble.
Les deux design ayant des performances voisines (DJ9BV a un gain supérieur, mais les antennes sont plus longues), j'ai du faire mon choix sur d'autres critères.
En tête de ces critères vient la facilité de réalisation : le design DJ9BV offre 0,4 dB de gain supplémentaire, mais le boom fait plus de 6m de long (il faudra donc réaliser celui-ci en deux parties) alors que dans le design DK7ZB, le boom fait un peu moins de 6m (5980mm) et peut donc être réalisé dans une barre de 6m de long.
Dans le design DK7ZB, les éléments sont placés au dessus du boom, ils sont isolés de celui-ci de manière à ce que le boom ne perturbe pas celui-ci. Bien que chaque élément soit relié au boom par sa vis de fixation, je pense que l'écartement entre les deux doit être tel que l'élément fonctionne (a peu près) comme si le boom n'existait pas. Au contraire du design DJ9BV, et du fait que les éléments passent au travers du boom et sont 'court-circuités' sur une partie de leur longueur. Il est également possible d'utiliser le calculateur d'antenne de K7MEM pour calculer sa propre antenne. Cette solution peut être très intéressante pour ceux qui veulent réaliser des antennes avec des éléments soudés au boom.
Pour ma part, j'ai opté pour le design DK7ZB.
4.La réalisation des antennes.
La réalisation des antennes m'a posé quelques petits problèmes, mais rien de bien méchant. Je passerai sur le fait que les pièces isolantes sont a réaliser en 36 exemplaires (9 par antenne car le dipôle n'a pas de pièce isolante), je pense aujourd'hui, que la réalisation de ces pièces est une erreur, et qu'il est préférable d'acheter les pièces isolantes en Allemagne.
Les éléments sont réalisés dans du tube d'AGS(6060) de 8mm x 1mm, l'AU4G (2017A) conviendrait mécaniquement, mais il est beaucoup trop cher. Enfin, il faut proscrire les AG3 ou AG5 (5056A et autres 5083) beaucoup trop souple,ils se déforment trop. Suivant le modèle d'antenne, on peut réaliser les éléments en tube de 6,8 ou 10mm (le dipôle étant toujours réalisé en 12mm)
Le boom est réalisé dans du carré d'AGS (6060) de 20mm de côté sur 6m de long. Une telle longueur nécessite l'utilisation de jambes de forces, personnellement, j'ai utilisé des jambes de forces de 17 éléments F9FT, mais attention au prix de celles-ci si vous devez les acheter séparément !
La première chose à faire consiste a couper les éléments à la bonne longueur, un coupe-tube et de la patience suffiront. Il faut respecter les longueurs des éléments au millimètre près (3 ou 4 dizièmes pour les perfectionnistes !), puis percer un trou de 3,2mm au centre de chaque élément.
En ce qui concerne le boom, il faut tracer les points de perçage pour la fixation des éléments. Pour cette opération, vous avez besoin d'un mètre ruban au moins aussi long que l'antenne, d'une pointe a tracer, d'une équerre et d'un pointeau. Prenez comme référence l'arrière de l'antenne, tracez la position du réflecteur a 10 ou 15mm de l'extrémité du tube, avec l'équerre marquez le centre du boom, c'est a cette position que vous marquerez la position du perçage par un coup de pointeau. Percez (de préférence avec une perceuse a colonne) a 3,2mm , ébavurez, c'est fini !
En ce qui concerne les isolateurs, le plus simple est de les acheter. Deux sociétés vous les proposent à 0,40€/pièce, et dont voici les coordonnées :
Michelriether Strasse 16
97839 Esselbach
- NUXCOM
Tulpenweg 3
96269 GroàŸheirath
J'ai commandé mes isolateurs chez NUXCOM, en fait, je suis tombé suis un OM (DL1NUX) très sympa, très professionnel. Il propose plein de pièces utiles pour la réalisation des antennes DK7ZB (voir sur son site) , mais attention : si les pièces ne sont pas chères, il faut compter 30-40 euros de port, ça peut doubler le montant de votre commande ! Pour contourner le problème, il est possible de faire une commande groupée, pour cela, me contacter par e-mail.
Fin du quart
d'heure de publicité (gratuite, car je n'ai aucune relation avec
ces sociétés !). Si vous voulez réaliser des isolateurs, c'est
toujours possible, j'ai réalisé les miens en Teflon (PTFE)
c'est assez difficile a travailler car il ne faut pas que le
Teflon s'échauffe pendant l'usinage ( il dégage des vapeurs
nocives ). Le résultat est un isolant de très bonne qualité,
mais la fixation de l'élément sur le boom est moins rigide
qu'avec les isolateurs du commerce.
Personnellement, j'ai réalisé mes quart d'onde dans du câble de 11mm de diamètre MCCT167 de chez PRO-POWER. A l'époque, j'ai certainement voulu minimiser les pertes ! La perte annoncée est de 3,8dB au 100m avec un coefficient de vélocité de 0.85 soit 0.016dB pour un quart d'onde, mais il est trop rigide pour effectuer une boucle. Je recommande l'utilisation d'un câble coaxial type RG59B/U qui a une perte de 25dB pour 100m (à 400Mhz) avec ce type de câble, les pertes vont approcher les 0,2dB (Ce qui est très supportable a mon avis), mais le diamètre du câble va passer à 6mm ce qui va être beaucoup plus facile à manipuler.
Dernier point, la fixation des antennes sur le mât support : J'ai utilisé des brides classiques qui nécessitent le perçage du boom. De manière à ne pas affaiblir l'antenne, j'ai placé un deuxième boom sur une longueur d'un mètre au niveau du point de fixation (entre le troisième et le quatrième directeur) a coté du boom principal. C'est ce 'contre-boom' qui a été percé par la bride de fixation.
5.Les réglages.
J'ai effectué les réglages de chaque antenne de manière indépendante avec 2 Wattmètres BIRD 43 (1 en direct et 1 en réfléchi) au plus près des antennes (environ 3 mètres). Les mesures de puissance directe et réfléchi sont faites tous les 200KHz (on pourrait se contenter de 250 KHZ) et les résultats sont placés dans une feuille Excel pour calcul et affichage du ROS. Le seul réglage se fait en modifiant la longueur du quart d'onde. Depuis que les antennes sont prévues avec des dipôles de 12mm de diamètre, la longueur de celui-ci n'est pas critique, et modifie peu les courbes.
I est possible d'atteindre un ROS <1,1. Vous noterez certainement que la bande passante est très étroite : les cotes diffusées lors de la réalisation de mes antennes, faisaient que la fréquence de coupure des antennes était très proche des fréquences utiles. Les antennes 10 éléments ont été re-dessinées depuis.
En ce qui concerne une 8 éléments. La bande passante est beaucoup plus large, le quart d'onde pourrait être raccourci pour permettre l'utilisation de la sous-bande spatiale. Notez que le ROS monte très vite !
D'origine, les cotes fournies doivent donner un ROS <1,2. Il est possible de diminuer le ROS en tordant légèrement le premier directeur. On doit arriver à des valeur inférieures a 1,1. Ca ne sert a rien d'autre qu'a se faire plaisir !
Avoir 4 antennes 10 éléments réglées ne sert pas a grand chose, il faut les coupler. Pour faire de l'EME, la meilleure solution consiste à disposer les 4 antennes en carré, chaque antenne étant placée a l'extrémité des barres verticales d'un H, le centre de la barre horizontale du H passe au travers du rotor d'élévation. Les distances entre les antennes font partie des caractéristiques de celles-ci, pour la 10 éléments, le verdict tombe : vertical = 3,78m, horizontal = 3,52m. C'est là que l'on prends la mesure de la bête : 6m de long x 3,78m de haut x 3,52m de large (ajoutez 1 mètre pour les éléments), vous ne passerez pas inaperçu avec ce genre d'outil !
La réalisation du H en lui-même n'est pas très compliqué, le plus difficile est de choisir et de trouver les matériaux. La longueur des éléments du H étant déterminée ci-dessus, il ne reste plus qu'a déterminer le diamètre. En ce qui concerne les parties verticales, j'ai choisi du 50mm qui est le diamètre de sortie de la tête de pylône. La barre horizontale du H est plus problématique 6car elle passe au travers du rotor d'élévation qui n'accepte pas les diamètres supérieurs à 43mm ce qui est insuffisant pour une longueur de 3,78m avec toute la charge des antennes et des parties verticales du H. J'ai opté pour la solution suivante : le rotor est traversé par un tube de 40mm, mais celui-ci est inséré dans un tube de 45mm sur toute la longueur. Si la partie extérieure au rotor est parfaitement rigide, la région du rotor est manifestement sous dimensionnée (voir plus loin les erreurs a ne pas commettre !).
Dernier point nécessaire, le couplage des antennes qui consiste à mettre en phase les antennes, et à adapter l'impédance de l'ensemble à 50 ohms. En ce qui concerne les lignes de couplage, j'opte pour les solutions suivantes :
- Les antennes antennes étant toutes identiques, les lignes de couplages doivent être de longueur identique de manière à ce que les antennes soient en phase.
- Les lignes de couplages feront un multiple impair de quarts d'onde, ce qui pénalise le TOS (les désadaptations des antennes sont mises en valeur), mais les courants de gaine sont bloqués.
Je voudrais développer un peu ce dernier point : dans l'absolu, la longueur des lignes de couplage peut être quelconque pour peu qu'elle soit identique pour toutes les antennes. Si la longueur de celles-ci est multiple impair d'un quart d'onde, la ligne de couplage va agir comme un balun qui va bloquer les courants de gaine. Les antennes DK7ZB sont déjà équipées d'un symétriseur (au niveau du système d'adaptation), mais je préfère prendre deux précautions différentes, comme DK7ZB qui enroule les quarts d'onde de ses adaptations sur les bandes basses pour faire une self supplémentaire. Le revers de la médaille est que les lignes de couplage vont agir comme un transformateur d'impédance de 50 ohm. Si l'antenne est bien adaptée, ça n'est pas gênant, mais la moindre désadaptation d'impédance de l'antenne est reportée à l'autre extrémité des lignes de couplage c'est à dire au niveau du coupleur.
Bien qu'il existe des coupleurs 2 ou 4 voies dans le commerce, je me suis orienté vers une réalisation OM, dont la description fait l'objet d'une page spéciale .