Sujet : ANTENNE SWISS QUAD édition 10
Alain Miqueu, F6ITV
Quelle antenne directive mono-bande peut fournir un bon gain, un bon F/B, être peu encombrante et mécaniquement à la portée de l'amateur? Comme l'on dit habituellement, c'est une démarche qui consiste à rechercher le meilleur compromis.
q Cela élimine les "Long-boom Yagi" qui sont très encombrantes et lourdes.
q Une 3-éléments Yagi pourrait convenir vis à vis des performances mais elle me semble trop encombrante.
q Une 2-éléments cubical quad pourrait convenir mais elle est à mon avis mécaniquement compliquée et assez fragile.
q Le très connu Mr Baumgartner, HB9CV, a mis au point une antenne 2-éléments tubulaires dont chaque élément est alimenté avec un déphasage tel qu'il lui donne des performances supérieures à
une 2-éléments Yagi. En Europe, l'antenne HB9CV est très utilisée en VHF et UHF (portable) mais aussi en HF. Elle s'apparente à la ZL spéciale, voir W4RNL
q HB9CV a aussi transposé son système à la 2-éléments quad, il lui a permis de mettre les deux cadres à la masse, une idée géniale pour un modèle unique qu'il a appelé SWISS QUAD. Elle m'a séduit
dès que je l'ai vue, bien que mécaniquement plus complexe qu'une 2-élémentsYagi, elle est à mon avis plus abordable et plus rigide qu'une quad classique grâce à sa caractéristique tout-à-la-masse.
J'ai réalisé deux Swiss Quad, une pour le 28MHz et une pour le 50MHz, et j'ai pensé à travers le web en faire profiter ceux qui seraient intéressés par cette antenne car elle est réellement séduisante et vous donnera d'excellentes performances en DX en plus de la satisfaction de l'avoir construite.
Notes
q Je me rappelle qu'en 1990 un OM JA m'avait signalé que des expérimentations avaient été menées sur 10m
pour ajouter à la Swiss Quad des éléments parasites tubulaires (Swiss Quagui ?) et ausi sur le couplage
les antennes ainsi obtenues.
q Je me souviens aussi de la société japonaise TET qui, il y a quelques années, commercialisait pour la bande
144MHz des antennes de ce type.
PERFORMANCES ANNONCEES
q Gain en puissance par rapport à un dipôle à courte distance 6 à 7.9 dB
q Gain en puissance par rapport à un dipôle à longue distance 12 à 14 dB
q F/B à 15 km 15 dB
q F/B à 1000 km 10 à 12 dB
q F/B à 3000 km 18 à 24 dB
DIMENSIONS
D'abord, mes plus vifs remerciements à F3XY, R.Piat, auteur bien connu d'un ouvrage qui
fait référence au sein de la communauté des OM francophones, "LES ANTENNES".
En effet F3XY m'a fait parvenir un article original que je recherchais depuis longtemps de Rudolf Baumgartner,
HB9CV, sur l'antenne Swiss Quad .
Malgré que ce document soit entièrement en langue allemande et que mes
connaissances de la langue de Goethe soient très limitées, les textes appliqués à des calculs restent fort
heureusement parfaitement compréhensibles et je suis donc enfin en mesure de proposer une information sur
la manière dont HB9CV a défini le périmètre des cadres de son antenne.
q On sait que par effet de boucle une antenne dont le périmètre est exactement égal a 1lambda résonnera
sur une fréquence légèrement inférieure. Afin qu'un cadre résonne sur la fréquence de travail désirée
HB9CV a appliqué au périmètre un facteur de correction de 1.12 lambda.
q HB9CV se donne une différence de périmètre de 5% entre le directeur et le réflecteur
q Le réflecteur est taillé pour résonner 2.5% au-dessous de la fréquence de travail et
le directeur 2.5% au-dessus.
Ce qui conduit très simplement aux résultats suivants :
q Périmètre du réflecteur : 1.12 * 1.025 = 1.148 lambda
q Périmètre du réflecteur : 1.12 * 0.975 = 1.092 lambda
Du fait de la géométrie particulière de l'antenne la dimension des cadres est plus complexe à calculer.
Mais en observant le schéma ci-contre on peut facilement en déduire les longueur nécessaires pour
assurer sa construction.
Le périmètre d'un cadre est P = 2*(L + H) avec
H = hauteur ; L = (2*l + d) = largeur ; d = distance entre les cadres
AIDE AU CALCUL
Afin d'éviter un fastidieux travail de calcul des longueurs d'éléments sur chacune des bandes choisies,
j'ai fait un outil de type tableau Excel.
Téléchargement du tableau (6 ko) : SQc.zip (lien coupé)
L'outil est très souple car il permet de faire varier la fréquence (centrage CW ou SSB), de modifier les
divers coefficients (fraction de lambda) applicable à l'écartement et au périmètre des cadres et de figer
comme constantes, après décision, la hauteur H et la distance entre les cadres d.
ATTENTION, la modification des coefficients est donnée uniquement pour voir comment
ils agissent sur les dimensions de l'antenne. Seule la modélisation peut dire comment
ils influencent les performances de l'antenne.
Il est évident que les résultats, très précis, qui sont calculés restent théoriques et qu'ils peuvent être arrondis sans problèmes.
CONSTRUCTION
Suite à quelques demandes pour expliciter texte et photos, la description qui suit concerne la SQ28MHz que j'ai réalisée. C'est une version légère qui a subit beaucoup d'intempéries et qui a été démontée après 5 ans (1988-1993) de bons et loyaux services . Bien évidemment d'autres valeurs de diamètre de tube et de fil peuvent être utilisées car lors de la mise en résonance de l'antenne les réglages prendront obligatoirement en compte les personnalisations.
Certaines informations de perçages et de diamètres ne sont pas fournies car elles dépendent de ce que vous utiliserez comme matériel et comme quincaillerie
Dimensions
Détermination de d
Il est conseillé de choisir un espacement de 0.1 lambda entre les cadres.
Détermination de H
La hauteur des cadres, H, est la même pour le réflecteur et le radiateur. H est théoriquement déterminée comme étant 1/4 du périmètre du cadre réflecteur qui est le plus grand. Je n'ai pas trouvé d'informations précises sur ce sujet, mais en pratique H est légèrement allongé et j'ai choisi sur 10 m un coefficient de h = 0.26 afin d'obtenir une valeur ronde de 3.15 m.
Détermination de L et l
H et d une fois arrondies, sont entrées dans les cellules concernées du tableau et vous obtiendrez les valeurs de L et l.
Assemblage de l'Antenne
Il est très important de respecter la symétrie générale des cadres mais aussi la différence de longueur entre les périmètres des cadres.
Eléments verticaux
J'ai utilisé du fil de cuivre souple (multibrins) sous gaine, de section 1mm2 (pour 100W) et de longueur H, cosses à souder comprises.
Eléments horizontaux
Une fois que H, L et l sont déterminées, il faut passer à la fabrication des éléments horizontaux. Pour chaque élément horizontal j'ai utilisé une section centrale de 50cm de tube aluminium de section carré 20x20x1.5mm. Deux sections de tube, 1m de long et 16mm de diamètre, peuvent coulisser à l'intérieur du tube carré afin d'ajuster la distance d. A l'autre extrémité, ces sections sont pliées à 45° sur une longueur de 25cm. Déterminer la position correcte de ces sections dans le tube carré et percer où il faut afin de les fixer solidement par vis, rondelles, écrous et cales si nécessaire. (photos)
La partie haute ou basse des cadres est faite en assemblant deux éléments horizontaux. Une pièce OM spéciale en aluminium, facile à faire, permet de les croiser à 90° de façon fiable ainsi que de guider le mât. (photos). Quelques conseils :
q Soigner la réalisation des angles de 90° et 45°.
q Contrôler l'assemblage des parties horizontales haute et basse en les posant au sol l'une sur l'autre afin de les comparer.
q Faire les rectifications qui s'imposent.
Afin de créer une tension des éléments filaires verticaux en extrémité des sections l, je recommande fortement de courber légèrement vers le haut ou vers le bas, en fonction de leur position, chaque section de 25cm coudés à 45°.
Afin d'ajuster le périmètre des cadres lors des essais, les éléments l sont en tube de 12mm-extérieur et donc ils peuvent coulisser dans les sections de 25cm de tube 16mm coudés à 45°. Le blocage des sections l est obtenu par un collier agissant en extrémité du tube de 16mm préalablement scié dans le sens de la longueur sur une distance de 3cm maximum. (photos)
Boîtier d'Alimentation
q Le boîtier est en matériau isolant (TEKO ou autre)
q Deux côtés opposés du boîtier sont percés et équipés d'un passe câble souple et isolant d'un diamètre identique aux tiges de gamma (photos)
q Une plaque d'aluminium est installée au fond du boîtier afin de pouvoir mettre à la masse la SO239 au moyen d'une cornière en U.
q La plaque et le boîtier sont fixés sur un tube carré au moyen de vis, rondelles et écrous. Le boîtier ne doit pas gêner le passage du mât.
Double Gamma
q La distance du double gamma au cadre est d'environ 30 à 35mm (extérieur-extérieur)
q Il constitué de deux tiges d'aluminium d'environ 1m de longueur et de diamètre 2mm (peu critique).
q Les deux tiges sont percées à une extrémité et glissées dans les passes câbles, elles sont ensuite reliées entre elles par un profilé en équerre de 10x10x1mm. (photos)
q Pour le 28MHz, deux capacités en parallèle - 60pF variable et 60pF fixe - sont connectées entre le centre du double gamma et la sortie SO239
q Les courts-circuits coulissants sont réalisés par formage d'un méplat d'aluminium 10x10x1.5mm avec serrage au centre par vis, rondelles et écrou papillon. (photos)
Mât
Il est constitué de deux sections emboîtables pour antennes TV, 2m de long et diamètre 40mm. Le perçage doit être précis car il doit correspondre parfaitement auxéléments haut et bas des cadres.
Visserie/Etanchéité
Il est fortement conseillé d'utiliser de la visserie inoxydable de très bonne qualité et aussi d'utiliser du mastic d'étanchéité où c'est nécessaire. L'effet de 5 ans de corrosion est bien visible sur les photos.
STRATEGIE DE REGLAGE DES CADRES
q Après avoir figé H et d, j'ai cherché quel écart de fréquence provoquait une variation de 1cm de L soit 2cm pour P et 1/2 cm pour l. Cette information sera utile pour déplacer/corriger la fréquence
de résonance lors des essais.
q La mise en résonance se fera en modifiant chaque élément l d'une valeur identique afin de garder très sensiblement constante la différence de périmètre des cadres.
RECHERCHE DE LA RESONANCE
L'antenne étant construite et en situation d'essai :
q Placer les courts-circuits du double gamma presque au maximum.
q Placer le CV de 60pF à sa valeur maximum.
q Chercher la fréquence pour laquelle le ROS est le plus bas.
q Ajuster le CV pour diminuer encore le ROS.
q Si nécessaire rapprocher du centre de façon identique (au pas de 5cm) les courts-circuits.
q Ajuster à nouveau le CV pour diminuer le ROS.
q On doit par approches successives arriver à trouver un domaine de fréquences où le ROS est très proche de 1:1.
q On en déduit que la fréquence centrale de ce domaine correspond à la fréquence de résonance de l'antenne.
Ce premier réglage est normalement facile à obtenir, mais je ne tiens pas compte des problèmes d'accessibilité aux réglages. Hi!
q En fonction de l'approche faite avec le tableau (voir ci-dessus), corriger les 8 éléments l de façon à centrer la résonance sur la fréquence voulue.
q Ces modifications agissent légèrement sur le réglage du double gamma. Agir sur le CV, si la première résonance était proche de celle recherchée, il est possible que cela soit suffisant.
q Il n'est pas impossible qu'il faille recommencer plusieurs fois le cycle de réglage. Soyez patient !
POINT FINAL
Pour des raisons d'humidité il faut remplacer le CV par un condensateur fixe peu sensible à la température et supportant la puissance d'émission. Cela implique, après avoir démonté le CV, que l'on puisse estimer précisément sa valeur ou mieux la mesurer. J'ai préféré utiliser un condensateur égal à environ les 3/4 de la valeur estimée et j'ai testé plusieurs valeurs en parallèles afin de retrouver la bande passante et le ROS précédents.
D'après mon expérience sur la version 50MHz qui permet un accès facile aux réglages grâce à sa taille réduite, un tâtonnement pointu au niveau du double gamma permet d'optimiser ROS et bande passante. En effet, la meilleure position des courts-circuits est obtenue avec une longueur de gamma allant vers le réflecteur supérieure à celle allant vers le directeur.
Il faut aussi savoir que la mise en situation définitive de l'antenne nécessitera certainement de revoir légèrement les réglages. Au demeurant ceci est valable pour n'importe quelle antenne.
