En radio, les performances d’une station d’émission/réception – ou même seulement de réception – sont en grande partie déterminées par l’antenne utilisée. Il fallait donc remplacer l’antenne d’origine du dongle par une antenne adaptée à la fréquence unique de 1090 MHz.
Pour compenser la sensibilité assez moyenne de ces dongles, l’ajout d’un préamplificateur d’antenne peut être un vrai « plus ».

Plusieurs réalisations d’antennes dédiées à cette bande de fréquences sont disponibles sur internet :

• F5ANN en présente plusieurs sur son site, par ailleurs très intéressant : http://f5ann.pagesperso-orange.fr/index.html;
• Une autre source de réalisations d’antennes, sur le forum radarspotters.eu : http://www.radarspotters.eu/forum/index.php?topic=4024.0;
• Une antenne colinéaire réalisée avec du fil électrique de section 2,5mm², par G7RQG : http://www.modesbeast.com/g7rgq.html.

C’est cette dernière version que j’ai choisi de réaliser, en l’adaptant pour obtenir une meilleure solidité mécanique et une meilleure résistance aux conditions climatiques. Je me suis efforcé d’utiliser des matériaux courants et disponibles en grande surface spécialisée, mais ça n’a pas toujours été possible.

Réflexions et matériaux

Une antenne verticale (d’un point de vue mécanique) est globalement constituée d’un fouet, d’une embase, et d’un connecteur, afin de pouvoir y raccorder un câble coaxial (qui va la relier au dongle USB, dans notre cas).

Le fouet, réalisé en fil électrique de section 2,5 mm², est assez fragile. Une bonne bourrasque de vent pourrait le plier, et là, adieu à la réception. Le protéger par un tube rigide présente l’avantage de la préserver de ce genre de déconvenues, mais également de la mettre à l’abri de l’humidité.
Dans un premier temps, j’ai utilisé du tube IRL de couleur blanche (comme sur les photos de cet article). J’ai mesuré l’antenne au miniVNA, et là, je me suis rendu compte que l’insertion du tube IRL abaissait la fréquence de résonance de l’antenne d’environ 25 MHz. Mauvaise pioche donc… Je vais donc le remplacer par un tube de fibre de verre, qui sera peint en blanc.

L’embase est également une partie importante de l’antenne, car elle va supporter plusieurs éléments importants de l’antenne : les radians constituant le plan de sol artificiel de l’antenne (elle en fait même partie), le tube de protection du fouet, et enfin le raccord N femelle/femelle.
Je n’avais pas en tête de solution évidente, alors je suis allé dans une grande surface spécialisée en bricolage, et j’ai cherché, cherché, le raccord N en main… Et au rayon plomberie, j’ai fini par trouver. Les pas de vis étant normalisés, le raccord se visse parfaitement dans un manchon en laiton 15×21/20×27 réduit côté 15×21. En y ajoutant un manchon « fer/cuivre » avec filetage 20×27 mâle d’un côté, et de diamètre extérieur 25mm de l’autre côté (diamètre intérieur 22mm), et en les vissant l’un dans l’autre, on a une base de départ intéressante. Il sera ainsi possible d’utiliser la partie « lisse » du deuxième manchon pour l’enficher dans un tube que l’on pourra fixer à un mât.
Les radians seront constitués de tige d’acier de 4 mm de diamètre.

Matériaux nécessaires

• Un raccord N F/F ;
• Un manchon « réduit » F/F 15×21/20×27 en laiton ;
• Un manchon « fer/cuivre » Mâle 20×27 en laiton ;
• Du fil électrique rigide de section 2,5 mm² ;
• 4 longueurs de 210 mm de tige d’acier de 4 mm de diamètre (inoxydable, si possible) ;
• 4 écrous M4 inoxydables ;
• 1 tube métallique de diamètre intérieur de 25 à 26 mm ;
• 1 vis courte M4 (récupérée dans un jeu de vis pour informatique) ;
• Un tube de fibre de verre de diamètre intérieur de 20 mm (le diamètre extérieur est d’environ 23 mm) ;

Outillage nécessaire

• Une perceuse sur colonne pourvue d’un étau ;
• Un foret de 3 mm ;
• Une lime à métal (moyenne) ;
• Un jeu de filière et de taraud (M4x0,7) + un tourne à gauche ;
• De l’huile de coupe ;
• Un fer à souder + étain pour électronique ;
• De la colle « époxy » ;

La construction
Pas de difficulté particulière, si ce n’est qu’un minimum d’outillage est nécessaire. Il va falloir percer et tarauder les raccords de plomberie, et fileter de la tige d’acier de 4 mm de diamètre. Un étau et une perceuse sur colonne sont indispensables pour faire un travail correct. Les perçages doivent être effectués verticalement et à 90° par rapport aux méplats du manchon 15×21/20×27. Sinon, l’ensemble des 4 radians ne sera pas plan.
Il faut également disposer d’un jeu de tarauds et de filières M4x0.7, toujours pour les radians.

Préparation et perçage des manchons

Dans un premier temps, il faut limer deux sommets opposés de la partie hexagonale du manchon 15×21/20×27 afin de disposer de 4 surfaces planes à 90° l’une de l’autre, comme indiqué sur le schéma ci-contre. Vu de dessus, on obtient alors un polygone irrégulier à 8 côtés, dont 2 opposés nettement plus petits que les 6 autres.
Puis, assemblez les 2 manchons, en les vissant l’un dans l’autre, à fond.
Sur 4 des côtés du manchon 15×21/20×27, dont sur les 2 nouvellement créés, percez en leurs centres un trou de 3 mm de diamètre, bien perpendiculairement à la surface du côté. Une perceuse à colonne avec étau est indispensable pour bien réaliser cette phase.

Une fois les manchons percés de 4 trous à 90° les uns des autres, il va falloir tarauder les trous réalisés, avec un taraud M4x0.7. Ces trous pourvus d’un pas de vis recevront les radians. Les manchons solidement maintenus dans un étau, l’utilisation du « tourne à gauche » est relativement facile, les trous étant de faible diamètre. On obtient alors le résultat de la photo ci-contre. Le trou situé en bas du manchon 20×27/lisse sera réalisé plus tard.

Vissage du raccord N et du fouet

Vérifiez que vous pouvez visser le raccord N dans la partie 15×21 du manchon supérieur, comme sur cette photo. Ici, la partie basse du fouet a déjà été soudée sur la partie centrale du raccord,  mais cela peut être fait à tout moment.

Filetage des radians

Ensuite, il faut fileter les tiges d’acier de 210 mm qui serviront de plan de sol artificiel (les radians). Les tiges doivent être solidement maintenues verticalement dans un étau, sous peine de rater le filetage. Un chanfrein peut être fait (à la lime) à l’extrémité qui va être filetée afin de faciliter l’accrochage de la filière au démarrage. Une goutte ou deux d’huile de coupe doivent être appliquées sur le filet au début et pendant l’opération. Le filetage doit être fait sur 10 mm.

Une fois cette phase terminée, vous devriez être capable de visser les radians dans les trous des manchons, en maintenant l’ensemble avec les contre-écrous M4, comme sur la photo ci-contre.

Réalisation du fouet

Je ne vais pas détailler cette partie. Je me suis contenté de modifier légèrement les dimensions initiales de G7RQG, afin de trouver une impédance proche de 50 ohms au point d’alimentation du fouet et la résonance de l’antenne « nue » (i.e. sans tube de protection) à 1090 MHz précisément. Je n’ai cependant pas réussi à « trouver » les 52 ohms, mais seulement 48 ohms. Néanmoins, les résultats ont été au rendez-vous (il s’agit uniquement de réception), comme indiqué plus bas dans cet article.
Du fil électrique dénudé de section 2,5 mm² a été utilisé. Les 2 bobines et les 3 segments de l’antenne ont été réalisés indépendamment les uns des autres, et le tout finalement soudé. Les bobines sont faites de 1,5 tours du même fil sur un diamètre de 10 mm. Elles ont chacune une hauteur de 10 mm. La longueur de fil employée est équivalente à 1/4 d’onde à 1090 MHz, soit environ 66 mm.
Le segment du bas doit être taillé un peu plus long que 141mm, car la partie centrale du connecteur N sur laquelle il doit être soudé n’affleure pas l’extrémité haute du connecteur. J’ai rajouté 20 mm, puis j’ai ajusté en recoupant.

Cette partie mérite d’être approfondie, car je pense que les dimensions de l’antenne ainsi réalisée ne sont pas optimales, même si cette dernière a été vérifiée au miniVNA, et résonne bien là où elle est censée le faire avec une impédance proche des 50 ohms.

Voici une photo de l’antenne « nue ». Il est évident que sans protection, sa durée de vie au sommet d’un mât ne pourrait être que courte, le fil de cuivre étant très malléable. Ceci est d’autant plus vrai si vous habitez dans une région où les rafales de vent peuvent atteindre 100 km/h, ce qui est parfois le cas ici…

Le tube de protection

Pour protéger l’antenne de l’oxydation, et surtout, afin de la renforcer au niveau mécanique, j’ai envisagé de la protéger avec du tube IRL d’électricité blanc, en partant du principe qu’il serait « électriquement » neutre. Ce fut une erreur, car ce n’est pas le cas. L’antenne « nue » résonne bien sur 1090 MHz, mais une fois le tube en place, la résonance s’effectue sur 1075 MHz. Il va donc falloir que j’emploie de la fibre de verre,  qui ne viendra pas perturber le fonctionnement de l’antenne.
Je vous décris néanmoins la préparation et la mise en place du tube de protection, car l’opération aurait été la même avec un tube de fibre de verre. J’ai choisi du tube évasé à l’une de ses extrémités, pour permettre l’emmanchement. C’est cette partie qui sera collée « côté embase » (à la colle époxy). La longueur totale du tube est de 600 mm.

L’autre extrémité a été obstruée avec de la colle époxy (retenue à l’extrémité du tube par un petit morceau de mousse rentré en force à l’intérieur d’environ 5 mm par rapport au bout du tube). Ça étanchéifie le haut de l’antenne.

Fixation de l’antenne à un mât

Essais et conclusion

L’antenne se trouve sur cette photo à 3,50 m au-dessus du toit du qra, fixée à un mât emboitable (en fait une canne à pêche en carbone). Les essais ont été réalisés avec la chaine de réception suivante : Dongle TV E4000/RTL2832 + gnuradio +  gr-air-modes (sous Ubuntu 12.04 LTS dans virtualBox) + planeplotter sous Windows 7 x64.

L’avion reçu le plus lointain était à 165 NM, avec un maximum de 155 trames/s, avec un dongle E4000/RTL2832.
La station de réception est dans une vallée, ce qui complique sensiblement les choses à 1090 MHz.
Depuis, avec un dongle à base de R820T, je reçois en permanence des avions se trouvant en Belgique, soit à plus de 200 km, avec l’antenne posée sur le toit du qra, et vraiment peu dégagée. (avec adsb#, le maximum est désormais à 350 trames/s). Il faudrait que je fasse des tests sur un plateau, dégagé à 360°, pour pouvoir juger des performances réelles de l’antenne, mais elles semblent déjà très correctes.

Sur cette capture d’écran, la zone de couverture donnée par SBSPlotter donne une idée de l’orientation de la vallée, avec une réception impossible vers l’ouest et le nord-ouest.

J’avais envie d’essayer les antennes à trappes. Avec une contrainte que rencontrent de nombreux OMs : peu d’espace. Il m’est ainsi impossible de déployer un dipôle 1/2 onde sur 80 mètres. Par contre, sur 40 mètres, ça « rentre ».
En partant de la modélisation de la W3DZZ, et en tentant de la raccourcir, je suis arrivé sur ce qui me semble être un bon compromis en termes d’encombrement (2*13,65m) et de performances (au moins sur le papier…), pour 4 bandes : 80m/40m/30m/20m. cet aérien pourrait être un bon complément de l’antenne verticale en cours de réalisation et présentée ici.
J’ai confectionné et installé sans succès l’antenne décrite par Robert, F5NB dans cet article (page 8) : http://blog.f6krk.org/wp-content/uploads/2011/12/Lantenne-G5RV.pdf. Au miniVNA, je n’observe pas du tout la courbe de ROS que je suis censé mesurer. La théorie ne prenant pas en compte l’environnement réel de l’aérien, je n’en suis pas particulièrement étonné. L’antenne est montée en V inversé au-dessus du QRA, et hormis la maison du voisin, 3 arbres se trouvent à proximité. Le printemps arrivant bientôt, une bonne séance de réglage et de mise au point s’impose. Mais il n’est pas sûr que le résultat soit au rendez-vous. Nous verrons bien.

Modélisation
Lancement de 4NEC2, et modélisation de la bête, en V inversé, avec un angle dans ce dernier cas de 120 °. Le point d’alimentation est situé à 10m du sol, et les extrémités des deux brins du dipôle à 2,8 m du sol. Comme prévu, les diagrammes de rayonnement sont plutôt favorables au NVIS qu’au DX sur 40m et 80m, car la hauteur d’installation de l’antenne au regard de la longueur d’onde est trop faible. Sur 30m, le diagramme s’ »écrase », et devient beaucoup plus directif dans l’axe 0°-180°. Sur 20m, la directivité est encore plus accentuée. Le sol « utilisé » par le moteur NEC est moyen et assimilable à un jardin. Selon 4NEC2, dans une configuration en V inversé, l’impédance au point d’alimentation serait de 36 ohms à 3,725 MHz, 95 ohms à 7,075 MHz, 30 ohms à 10,13 MHz et 35 ohms à 14,18 MHz. Un balun de rapport 1:1 prévu pour fonctionner à 50 ohms semble être le meilleur compromis.

Ci-dessus, l’antenne modélisée en 3D. Le fichier NEC correspondant est téléchargeable au bas de cette page.

Diagrammes
Les calculs ont été faits avec une impédance caractéristique de 50 ohms pour la ligne d’alimentation.

La courbe de R.O.S. :

Pour le 20 mètres :

Pour le 30 mètres :

Pour le 40 mètres :

Pour le 80 mètres :

Téléchargements :
Le fichier NEC de modélisation de l’antenne seul pour le premier, avec les graphiques ci-dessus inclus pour le deuxième. Ces fichiers ont été générés avec le logiciel 4NEC2.

Modèle NEC Dipole HF 4 bandes

Modèle NEC d'un dipôle HF 4 bandes issu de 4NEC2.

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Modèle NEC Dipole HF 4 bandes + graphs

Modèle NEC d'un dipôle HF 4 bandes issu de 4NEC2 (avec graphiques et diagrammes).

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Prochaines étapes…
Pas de de difficulté particulière concernant la réalisation de cette antenne, au moins au niveau des matériaux. C’est partie pour la recherche de condensateurs.

Ce balun peut-être employé pour interfacer une antenne de type Conrad-Windom (FDn) à du câble coaxial de 50 ohms, par exemple. Il joue à la fois le rôle d’un abaisseur d’impédance et celui d’un symétriseur. Il est possible qu’un rapport de transformation de 6:1 soit nécessaire, tout dépend de la hauteur à laquelle est située l’antenne par rapport au sol, de son environnement, de sa configuration (flat-top ou V inversé), etc.

Matériaux

La liste est courte :
- un tore de ferrite référence FT-240-K ;
- du fil de cuivre AWG 14 HAPT (1.63 mm);
- du tube de téflon de diamètre intérieur AWG 12  (2.05 mm) ;
- de l’adhésif ne contenant aucun métal, bref : neutre.

Ces éléments ont tous été achetés chez Amidon Corp., sauf l’adhésif. Il est également possible de s’y procurer des kits contenant tout les éléments nécessaires à la fabrication d’un balun similaire à celui-ci.

Le tube de téflon a en fait deux utilités : d’une part il isole le fil de cuivre du tore et de son environnement, et d’autre part, il aide à maintenir un écart constant entre les deux fils de cuivre constituant la ligne bifilaire. Ceci afin de conserver une impédance constante d’un bout à l’autre de la ligne bifilaire (environ 100 ohms).

Réalisation

La réalisation est facile, il suffit juste d’être soigneux.

Il faut en tout premier lieu préparer le fil de cuivre qui sera bobiné autour du tore. Coupez 4 longueurs de 0.8m (voire 0.9m si vous souhaitez avoir 0.2m de marge) de fil de cuivre. Glissez chaque fil de cuivre dans une longueur de 0.75 m ( 0.85 m) de tube de téflon. Puis associez les 4 longueurs ainsi constituées deux à deux, pour vous retrouver avec 2×2 fils gainés de téflon.

Pour conserver un espace constant entre les deux fils (important, afin de maintenir une impédance caractéristique de 100 ohms sur toute la longueur de la ligne bifilaire), et maintenir entre eux les fils préalablement gainés, solidarisez-les tous les 3 ou 4 cm avec de l’adhésif prédécoupé en petites bandes de 4 à 5 mm de large.
Une fois les lignes bifilaires préparées, il ne reste plus qu’à bobiner ces dernières sur le tore.

Il faut donc bobiner deux fils en main. 8 tours dans un sens sur l’une des moitiés du tore avec le premier ensemble « 2×2 fils gainés », puis 8 tours toujours dans le même sens sur la deuxième moitié du tore en utilisant le deuxième ensemble « 2×2 fils gainés » (oui, ça revient à faire 16 tours au total, avec une prise intermédiaire à 8 tours). Bobinez en plaquant bien les fils contre le tore. Pensez à marquer les fils à leur extrémité pour faciliter leur repérage…

Ensuite, coupez les fils au plus court possible. Soudez-les, en prenant bien garde de laisser un espace entre les soudures et le tore (il est possible de recouvrir le tore d’adhésif afin d’assurer une totale isolation de ce dernier).

D’un côté du balun, soudez une prise SO-239 sur les fils comme illustré sur le zoom ci-dessous, en associant les fils 2 à 2 en vis-à-vis, tels qu’il se présentent l’un en face de l’autre.

Puis, à l’autre extrémité, en décalant une paire de fils d’un cran sur le côté. Soudez entre eux les deux fils alors en vis-à-vis au milieu, et soudez des cosses aux deux autre fils laissés libres, ou soudez directement une résistance non-inductive de 200 ohms (au carbone, par exemple), si vous souhaitez effectuer des mesures sur l’ »engin ».

Résultat et mesures

La construction terminée, l’heure de vérité a sonné… Passage du balun au miniVNA, avec deux résistances de 100 ohms en série pour simuler une charge de 200 ohms.
Et les résultats sont concluants, très proches de ceux annoncés par W2FMI. Le balun procure théoriquement un rapport de transformation constant de 1 à 50 MHz.
Pour cet exemplaire, le rapport varie un peu entre 1 et 50 MHz, mais cela reste très satisfaisant entre 1.8 et 30 MHz, avec un ROS de 1,10:1 à 1,05:1 respectivement). Le ROS varie en fait de 1,12:1 (1 MHz) à 1,17:1 (50 MHz).

Conclusion

Maintenant, l’épreuve du feu : le montage et le test en émission !

La modélisation étant terminée, place à la recherche des matériaux. Si trouver des tubes d’aluminium de faible diamètre ne pose pas particulièrement de problème, dès que l’on dépasse les 14 ou 16 mm, ça devient un peu plus dur. Il va également falloir du tube de téflon (cher !), ainsi que des tiges et des tubes de fibre de verre avec une paroi un peu épaisse.

Les trappes
Le point délicat me semble être la réalisation des trappes. En effet, sur la R5, elles sont constitués d’une self fixe bobinée sur un mandrin en fibre de verre, puis d’un condensateur coaxial ajustable permettant ainsi l’accord. Ce condensateur coaxial est semble-t-il constitué d’aluminium (tige et tube) et de polyéthylène (2.1 < ε_r< 2.3).
J’ai commencé des essais avec du tube d’aluminium (Ø ext. = 12 mm ; Ø int. = 10 mm), et de la tige d’aluminium (Ø = 4 mm). Le diélectrique étant l’air, la capacité obtenue est très faible. Par contre, avec du PTFE, elle serait multipliée par 2,1.
Le diamètre de la tige pourrait s’avérer insuffisant, car pour une longueur de 10 cm, la capacité résultante serait d’environ 13 pF. Ce qui donnerait, pour certaines trappes, un condensateur coaxial d’une longueur de presque 40 cm. Il va peut-être falloir de la tige de 5 mm de diamètre pour obtenir des capacités suffisantes en conservant des dimensions acceptables pour la réalisation des trappes.
Le PTFE (téflon) semble approprié, en termes de résistance aux hautes températures (+260°C) et en termes électriques (ε_r = 2.1). (Voir l’outil de calcul de condensateur coaxial de ce blog)

Cependant, il faut aussi pouvoir ajuster avec une relative précision la capacité du condensateur. L’amplitude de réglage doit être suffisante pour permettre de régler la trappe avec précision.

Un fournisseur a été trouvé pour le tube de PTFE. Par contre, le coût est élevé : 12 euros HT/m pour du tube semi-rigide de dimensions 10mm x 3mm (soit un diamètre interne de 4 mm). Aucun problème pour trouver des tubes et des tiges d’aluminium à ces dimensions à prix raisonnables.

Les selfs seront réalisées en fil de cuivre émaillé ou vernis de 2mm de diamètre. Leur raccordement électrique aux tubes d’aluminium se fera par cosses à sertir, puis par visserie ou rivetage.

Le brin rayonnant
Il est constitué d’une part de tube d’aluminium coulissant les uns dans les autres et bloqués par des colliers de serrage classiques, et d’autre part des selfs constituant les trappes, elles-mêmes bobinées sur des tiges de fibre de verre.
Là, la difficulté concerne uniquement la fibre de verre. Trouver un fournisseur pour des tubes d’aluminium de qualité standard en 45×2, 50×2 ou pour des diamètres inférieurs a été relativement simple. Trouver des tubes ou des tiges de fibre de verre a également été facile pour des diamètres de l’ordre de 20 à 25mm. Par contre, trouver un tube en fibre de verre en 50×2 ou en 50×3 est plus dur.

La boîte d’accord
Les baluns sur tores de ferrite (1) sont en fait un « choke-balun », destiné à éviter les courants de gaine, et un balun en courant de rapport 4:1, afin d’adapter l’impédance de l’antenne à celle d’un câble coaxial standard de 50 ohms. Un balun de ce dernier type est décrit sur cette page.

(1) Certains OM les ont semble-t-il remplacés par des tores en poudre de fer (matériau 2) avec succès, dans le cadre de réparations.

Le contexte
J’avais envie d’installer une antenne verticale HF dans le jardin du QRA, avec un minimum d’emprise au sol, et des performances acceptables. Le toit du qra n’est pas très grand, et des aériens pour la VHF et l’UHF y campent déjà, ainsi qu’une filaire un peu « baroque ». La station est située dans un vallon, avec une élévation atteignant parfois les 12°, mais plus généralement situé aux alentours de 6°.
Au sol, difficile pour moi de « tirer » des radians de 5m en plein milieu du terrain, les enfants devant pouvoir évoluer sans risque, pour eux comme pour les aériens. Même si des arbres sont présents sur le terrain, difficile de tirer d’autres antennes filaires sans dangereusement s’approcher de lignes d’alimentation électrique ou de lignes téléphoniques. Bref, mon choix s’orientait vers une antenne verticale HF multibandes. Avec ou sans balun à la base, peu importe, je possédais déjà tores, fil de cuivre, tube de téflon, etc.
Je suis tombé par hasard sur la page de Carol, KP4MD, qui avait modélisé sous 4NEC2 3 antennes HF du commerce, afin d’en simuler le comportement et de confronter leurs performances avec leurs modèles NEC respectifs. M’est alors venue l’idée de faire de même : modéliser un clone de l’antenne verticale HF 5 bandes R5 de Cushcraft © (du 10m au 40m) et tenter de le fabriquer.

Modélisation d’une antenne verticale HF multibandes avec 4NEC2
Ayant déjà utilisé deux logiciels de modélisation, NEC4WIN95 et 4NEC2, mon choix s’est porté sur le deuxième, qui offre bien plus de possibilités. Ma dernière modélisation était une filaire Conrad-Windom et cela avait été assez simple.
Pour cette verticale, comme KP4MD, j’ai utilisé de l’aluminium, et  une impédance caractéristique de 200 ohms pour la ligne de transmission, un balun de rapport 4:1 venant s’intercaler entre celle-ci et l’antenne. L’antenne est modélisée à 3 m de hauteur du sol, qui est un ancien potager. Par contre, l’environnement immédiat est de type « semi-urbain », plutôt pavillonnaire. Dans 4NEC2, le sol a été défini comme « moyen ». La modélisation ne pose pas particulièrement de difficulté, le principe des antennes verticales multibandes à trappes étant simple (la construction et la mise au point, nettement moins…). On modélise une verticale sur la bande la plus haute en fréquence, puis on empile les tronçons « trappe+brin rayonnant » additionnels des bandes sur lesquelles on veut trafiquer, de la plus haute en fréquence à la plus basse en fréquence. Il est parfois nécessaire de retoucher légèrement les dimensions à chaque ajout ou presque.

Ci-dessus, l’antenne modélisée en 3D. Le fichier NEC correspondant est téléchargeable au bas de cette page.

Résultats de la simulation
Pour les besoins de la simulation, l’antenne est installée à 3m du sol, telle qu’elle le serait dans la réalité.

SWR (Impédance de référence = 200 ohms)

Diagramme de rayonnement vertical (F=14.2 MHz)

Diagramme de rayonnement vertical (F=18.1 MHz)

Diagramme de rayonnement vertical (F=21.2 MHz)

Diagramme de rayonnement vertical (F=24.95 MHz)

Diagramme de rayonnement vertical (F=28.5 MHz)

Prochaines étapes…
Il suffit maintenant de réunir les matériaux nécessaires pour réaliser l’antenne, la réalisation des trappes étant le point délicat. La réalisation de la boîte d’accord (en fait un « choke balun » et un balun en courant de rapport4:1) ne devrait quant à elle pas poser de souci.

Téléchargements :
Le fichier NEC de modélisation de l’antenne seul pour le premier, avec les graphiques ci-dessus inclus pour le deuxième. Ces fichiers ont été générés avec le logiciel 4NEC2.

Modèle NEC Cushcraft R5

Fichier descriptif NEC de la Cushcraft R5, issu de 4NEC2.

Ajouté le 20/01/2012 | Modifié le 20/01/2012 | Taille : 0.50 ko | Téléchargé 154 fois

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Modèle NEC Cushcraft R5 + Graphs

Fichier descriptif NEC de la Cushcraft R5, issu de 4NEC2 (avec graphiques et diagrammes).

Ajouté le 20/01/2012 | Modifié le 20/01/2012 | Taille : 661.70 ko | Téléchargé 147 fois

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 Références et liens :
- L’article « Modeling Commercial Amateur Radio Antennas » : http://www.qsl.net/kp4md/modeling.htm par KP4MD ;
- Le logiciel gratuit de modélisation d’antennes 4NEC2 : http://home.ict.nl/~arivoors par Arie Voors ;
- Le manuel de montage de l’antenne verticale HF multibandes R5 de Cushcraft : http://www.cushcraftamateur.com/pdffiles/r5.pdf ;

Initié il y a 4 ans (rapide, l’OM ;o), ce projet avait initialement pour objectif la réalisation d’un récepteur 137 MHz pour les satellites météorologiques. Il y un an, j’ai trouvé par hasard cette page sur Internet : http://hem.passagen.se/communication/supertuner.html. J’ai alors décidé de changer de type de récepteur et aujourd’hui, deux options sont possibles : un récepteur/scanner VHF (140 à 150 MHz) synthétisé avec affichage LCD et mémoires ou un récepteur large bande (45 MHz à 825 MHz) synthétisé, également avec affichage LCD et mémoires. C’est la deuxième option qui a eu ma préférence, les possibilités étant plus nombreuses en termes d’évolution, et surtout, le projet n’étant pas très avancé, l’adaptation était uniquement logicielle (µC) ou presque.

État actuel du projet

Pour commencer, l’ensemble des documents de la première phase du projet ont été perdus : dessin du circuit imprimé, etc. Seul la première version du programme du micro-contrôleur (PIC16F84A) a été retrouvée. Elle a été adaptée au PIC16F648A, en fonction de la nouvelle orientation du projet.
La saisie d’un nouveau schéma est en cours, en y ajoutant le Tuner TV et les dernières fonctionnalités nécessaires. La partie alimentation devra délivrer 3 tensions différentes : + 5 volts, + 12 volts et + 33 volts.
Le premier prototype réalisé comporte les éléments et fonctionnalités suivantes :

Circuits principaux :

- Récepteur intégré NFM mc3362p
- Synthétiseur mc145170
- µC PIC16F648A

Fonctionnalités existantes :

- VFO de 140 à 150 MHz (l’oscillateur interne du mc3362p est utilisé) ;
- Synthèse de fréquence assurée par un mc145170 ;
- Programmation du mc145170 assurée par µC ;
- Gestion de l’affichage par µC ;
- Gestion des boutons (3) et du vernier d’accord par µC ;
- Pas d’accord de 5, 8.33, 10, 12.5 kHz (25, 50 et 100 kHz par multiples) ;
- Mode « Mémoires » ou « VFO » ;
- Scan en mode VFO (partie balayage uniquement) ;
- Définition des limites hautes et basses des limites de SCAN.

Fonctionnalités à développer :

- Interfaçage du tuner TV (modèle à déterminer, plusieurs choix possibles : Philips UV916, Philips UV1316, par ex.). Bus I2C pour le pilotage ;
- Nouveau calcul du filtre de boucle de la PLL pour la fréquence de sortie FI du Tuner TV +ou- 50 kHz (F0=38,9 MHz) ;
- Choix d’un filtre à ondes de surface (SAW) pour l’interfaçage du Tuner TV à l’entrée HF du mc3362 ;
- Alimentation du tuner TV (il faut entre autres une tension de 33 volts) ;
- Partie HF du récepteur côté mc3362 (filtrages FI et démodulation) ;
- Détection de porteuse en mode SCAN ;
- Mode SCAN des mémoires ;
- Commutation de la démodulation (AM ou NFM), avec commutation par bus I2C.

Le prototype

Le programme du PIC (en assembleur Microchip) est disponible sur simple demande à admin@multimode.fr

Photos de l’engin moult fois modifié, soudé et dessoudé (!) :

Vue de face
On y distingue l’afficheur LCD de 2×16 lignes, le vernier d’accord, l’interrupteur principal et les 3 boutons : configuration, sélection, et mode.

Vue de dessus
Ici, rien n’a été optimisé, il y a énormément de place entre les composants, et le câblage a été fait à la volée.
Circuit de gauche : le mc3362, dont seule la partie VFO est pour le moment utilisée.
Circuit central : le mc145170, avec, légèrement au-dessus, la diode témoin (verte) de verrouillage de la boucle de phase. En dessous du mc145170, le quartz de référence et les capacités de réglage fin de cette fréquence de référence.
Circuit de droite : le PIC16F648, avec son quartz de référence.
La diode orange est une diode témoin de mise sous tension.

Informations et références :
http://hem.passagen.se/communication/supertuner.html