Ce montage était sur le site F6ITV, mais le lien a disparu; j'ai mis ci-dessous les éléments que j'avais conservés. (F5AD)
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Création : Août 2001
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.