Pour mes activités portable en VHF, j'utilisais depuis pas loin de 30 ans une Yagi 9 el de F9FT. Celle-ci était légère, peu encombrante et relativement performante. Malheureusement elle a fini par rendre l'âme à la suite d'une chute lors d'un contest VHF.
Pour sa remplaçante, je décidais de construire quelque chose. Après quelques recherches, j'éliminais certains designs car ils ne répondaient pas à tous les critères que je m'étais fixés. Mon choix s'est finalement porté sur une antenne selon DK7ZB, une Yagi 7 éléments en technologie 28 Ohms. Les avantages des antennes étudiées par DK7ZB sont :
- optimisation par ordinateur
- reproductibilité assurée
- facilement démontable et transportable pour les activités portable et contest
- excellentes caractéristiques électriques, gain, diagramme de rayonnement et adaptation.
La version originale décrite sur le site de Martin DK7ZB avait un boom de 3.26 m, je lui ai demandé de la recalculer afin de la faire tenir sur un boom de 3m. Les tubes et profilés d'aluminium étant vendus en longueur de 6m, cette solution permet de construire 2 antennes sans perte de matière première, au prix il est vrai d'une légère perte de gain. (moins de 0,4 dB)
Une longueur de 6m de tube permet également de réaliser tous les éléments pour ces 2 antennes. Passer à 8 éléments aurait nécessité l'achat d'une deuxième longueur de 6m !
La nouvelle antenne a donc les caractéristiques suivantes :
- espacement maximum des éléments 2.98 m, soit un boom de 3m
- gain de 10,68 dBd
- rapport Av/Ar > 30 dB, lobe de rayonnement très propre
- excellente adaptation d'impédance
Caractéristiques électriques :
L'auteur DK7ZB a choisi de calculer et réaliser ses antennes pour une impédance plus faible que 50 Ohm pour diverses raisons :
- plus grande bande passante
- meilleur diagramme de rayonnement
- adaptation électrique simple ne nécessitant pas de gamma ou beta match
- mécanique simple par utilisation d'un dipôle droit permettant un ajustement aisé de la longueur (pas de trombone)
Les éléments sont isolés électriquement du boom, ceci permet de garantir une bonne reproductibilité par adaptation directe des longueurs calculées par ordinateur qui sont toujours données en espace libre. En effet, les antennes ayant des éléments traversant le boom, qu'ils soient isolés ou non nécessitent une correction de leurs longueurs électriques. La partie traversant le boom subit un "court-circuit" dont l'importance est variable suivant la fréquence, la réactance et le diamètre des éléments et du boom utilisés.
Cette correction n'est pas toujours bien maîtrisée, la formule développée par DL6WU permettant de calculer cette correction étant une interpolation en fonction de la seule fréquence.
D'après toutes mes lectures et en résumé, un élément non isolé placé au travers d'un boom métallique subit un raccourcissement double que s'il était isolé. Ce raccourcissement diminue au fur et à mesure que l'élément s'éloigne du centre du boom (jusqu'à être placé au-dessus. Cette influence devient négligeable lorsque la distance entre centres du boom et de l'élément est égale ou supérieure à la section (ou diamètre) du boom.
Dans tous les autres cas, il faudra utiliser la formule de DL6WU, mais diminuée d'un autre coefficient en fonction de la distance de l'élément.
Pour s'affranchir de tous ces problèmes, arrangez-vous pour éloigner suffisamment vos éléments du boom.
Dans la construction présente, la fixation mécanique des éléments par une vis traversant l'élément, l'isolateur et le boom n'a aucune influence électrique. Cette mise à la masse s'effectuant au milieu des éléments, là où il n'y a pas de courant.
L'antenne ayant été calculée pour une impédance de 28 Ohm, il y a lieu de réaliser une adaptation pour l'impédance d'utilisation de 50 Ohm.
Le moyen le plus simple et efficace est l'utilisation d'un quart d'onde d'impédance adéquate. Pour calculer cette impédance, la formule suivante est utilisée :
Ce qui, pour le cas qui nous concerne donne : Z=37,5 Ohm. Pour réaliser un quart d'onde coaxial de cette impédance, il suffit de relier 2 câbles coaxiaux de 75 Ohm en parallèle. Vous avez maintenant compris pourquoi les antennes de DK7ZB ont été étudiées pour une impédance précise de 28 Ohm !
La longueur électrique de ce quart d'onde est pour le cas qui nous concerne à 144,200 Mhz => 0,519 m
La longueur mécanique de cette ligne d'adaptation dépend du câble coaxial utilisé. En effet, les ondes parcourant un diélectrique autre que le vide subissent un ralentissement dont la grandeur est variable suivant la nature de ce diélectrique. Ce ralentissement est appelé coefficient de vélocité. Plus d'infos dans cet article : Les câbles coaxiaux.
Pour les câbles coaxiaux courants, voici les valeurs de ce coefficient de vélocité :
Teflon : 0,70
Polyéthylène : 0,66
Polyéthylène mousse : de 0,70 à 0,80 ! (gente télédistribution)
A noter que les câbles de télédistribution (CATV) récents ont un feuillard et une tresse en aluminium, donc non soudables ce qui les rend impropres à l'usage que nous leur destinons.
Pour le câble coaxial KX6 que j'ai utilisé, la longueur mécanique est donc de 0,519 m * 0,66 = 0,343 m soit environ 34 cm.
Cette longueur s'entend d'un bout à l'autre de la tresse. Il suffit ensuite de souder proprement les 2 tresses sur tout le pourtour.
Ci-dessous les diagrammes de rayonnement de l'antenne tels que calculés par l'excellent logiciel 4NEC2, qui est disponible gratuitement sur le site ici.
Si vous souhaitez grouper 2 de ces antennes sur le plan vertical, comme je le fais en contest, la distance optimum est de 2,90 m. Voici les diagrammes correspondants.
Le gain annoncé s'entend sans pertes dans les lignes coaxiales et le coupleur.
Construction mécanique :
L'antenne est construite avec des éléments d'un diamètre de 8 mm et un dipôle de diamètre 12 mm, le boom étant du profilé carré de 20x20mm. L'utilisation de diamètres importants permet une plus grande largueur de bande ainsi qu'une reproductibilité plus aisée par des tolérances mécaniques plus importantes.
Il est indispensable de respecter ces diamètres, toute utilisation de valeurs différentes nécessiterait un nouveau calcul et de nouvelles dimensions !
| Réf (8 mm) | Rad (12 mm) | Dir 1 (8 mm) | Dir 2 (8mm) | Dir 3 (8mm) | Dir 4 (8mm) |
Dir 5 (8 mm) |
|
| Espacement | 0 | 325 | 560 | 1035 | 1665 | 2405 | 2980 |
| Longueur | 1030 | 970 | 942 | 921 | 908 | 915 | 890 |
Les pièces isolantes en plastique qui permettent de fixer les éléments au boom peuvent être construites ou achetées. Pour ma part, j'ai pu faire usiner ces pièces par mon frère. (Merci frérot !)
La page d'accueil de DK7ZB propose le site de DM3MS pour trouver de quoi construire ses antennes.
Une autre solution économique est décrite ici par 9A4QV.
Pour tout ce qui est mécanique, les photos suivantes seront plus explicites qu'un long discours. La boîte de dérivation utilisée ci-dessous n'est cependant pas optimum, les trous de pénétration du dipôle auraient été mieux placés en étant au milieu de la boîte permettant ainsi une connexion plus aisée de la ligne d'adaptation au dipôle. La rigidité mécanique et l'étanchéité du dipôle sont réalisées par des presse-étoupe. Chacun pourra cependant adapter sa réalisation en fonction de ses possibilités.
La connecteur de type N DOIT être reliée à la masse de l'antenne, ce que j'ai réalisé à l'aide d'une plaque d'alu pliée qui sert à la fixation au boom par 2 trous taraudés au pas M4, ainsi qu'à celle de la prise N.
La rigidité mécanique au milieu du dipôle est réalisée par l'insertion à force d'un cylindre isolant de même diamètre que le diamètre intérieur de votre dipôle. Pour ma part, n'ayant pas trouvé autre chose, j'ai utilisé une tige de hêtre de 10 mm trouvée en grande surface de bricolage.
Le raccordement de la ligne d'adaptation est réalisée suivant la photo ci-dessous, la règle principale étant de réaliser les connexions les plus courtes possibles.
 |
 |
 |
|
Boîtier dipôle nu
|
Boîtier dipôle terminé
|
Arrière de l'antenne
|
La réalisation mécanique de l'antenne ne pose pas de problème particulier, le plus difficile ayant été pour moi le positionnement de la boîte du dipôle sur le boom afin de respecter l'écart et l'alignement parallèle du dipôle par rapport aux éléments.
Pour des raisons de commodité de transport, j'ai coupé le boom en 2 parties au niveau du centre de gravité de l'antenne (coaxial de raccordement compris). Avec mes matériaux, j'ai coupé à 1,24 m. Attention, coupez le boom AVANT de percer les trous pour les éléments, un trait de lame de scie représente tout de même au minimum 1 mm, ce qui réduirait d'autant l'espacement des éléments !
Si l'antenne n'est pas destinée à être transportée, vous avez tout intérêt à ne pas couper le boom pour améliorer la rigidité mécanique de l'ensemble.
Une attache récupérée sur une vieille antenne F9FT, permet de solidariser les 2 bouts et de fixer l'antenne au tube de rotor.
Réglages :
Avant de raccorder le dipôle, il est préférable de s'assurer que l'adaptation est efficace.
Pour ce faire, chargez le bout de la ligne par 2 résistances de 56 Ohm/2W en parallèle (ce qui représente les 28 Ohm de l'antenne) et fixez la boîte au boom. Mesurez le ROS en envoyant quelques Watt et en faisant varier la fréquence d'entrée, ce qui vous permettra de vérifier que tout fonctionne bien et de s'assurer que seule l'antenne sera en cause en cas de difficultés lors de vos essais.
Une fois l'antenne installée à quelques mètres de hauteur, vérifiez le ROS et si nécessaire ajustez la longueur du dipôle en limant ou sciant les extrémités afin d'obtenir le minimum de ROS à la fréquence de résonance.
Pour ma part, j'ai obtenu un ROS excellent difficilement mesurable avec des moyens OM !
 |
|
Fig : TOS et coefficient de reflexion calculés à la résonance et à Z=28 Ohm. Excellents !
|
 |
|
Fig : Gain (en dBi) et rapport AV/AR calculés
|
Pour vos simulations, voici le fichier NEC que j'ai utilisé avec l'excellent logiciel de simulation 4NEC2 qui est disponible ici. J'ai d'ailleurs démarré un Wiki sur ce logiciel afin de constituer une documentation en français. Choix 'Wiki 4nec2' dans le menu..
Bonne réalisation,
Merci à DK7ZB pour le calcul de l'antenne et ses conseils.
De nombreuses autres antennes sont décrites par DK7ZB sur son site. Notamment des Yagis plus courtes en technologie 12,5 Ohm ou plus longues avec plus de gain pour l'EME.