It's raining elephants – VA2GKA / F4GKA

Alors lui, il fait parti des imbattables, le genre que l’on arrête pas ! J’adore, mention Collector :)

Merci Bill pour le lien.

C’est officiel, l’association Foulab a reçu son indicatif d’appel VA2LTF, LTF pour : Les Télécommunication Foulab. C’est une bonne nouvelle pour les membres et pour moi, car c’est le départ d’une intéressante activité de groupe! J’avais demandé l’indicatif de radioclub la semaine passée et les services d’Industrie Canada ont été très réactifs. Ca démarre au quart de tour, alors profitons de cette lancée!

Dans le but de partager les activités et les petites réalisations maison qui vont s’y passer, j’ai eu oeuvré pour mettre en place un blog radiotechnique. Je vous laisse donc consulter ce nouveau site avec déjà quelques billets qui retracent les débuts.

http://va2ltf.foulab.org

Visitez le blog radiotechnique ici ou la page principale ici

Dernièrement, j’ai craqué pour l’achat d’une tripotée de tores Amidon. Je n’ai pas vraiment besoin de tout un stock pour mes bidouilles, mais les petits tores sont généralement vendu par paquet, alors allons-y… Me voilà paré pour un bout de temps, quoi que, le composant dont on a besoin pour finir un montage est généralement celui que l’on a pas…

Réception du petit colis de tores commandé chez Kits & Parts

Pour entamer le stock, je vais commencer par un petit TP oscillateur. J’adore les petits montages d’oscillateurs car c’est vraiment la base du trip ! Une poignée de composants, plein de topologies différentes et tellement d’expérimentations. C’est aussi l’occasion de confronter les calculs et la réalité (prendre une baffe au passage) et de rebondir sur de nouvelles idées.

Alors prochainement, je réaliserais au lab (Foulab) l’oscillateur 10 MHz que j’avais précédemment posté.

Les phénomènes d’oscillations entretenues, c’est les fondamentaux. Les vieux amateurs auraient certainement plutôt (plus tôt) écrit : La CW, c’est les fondamentaux :o)

Au final, on est bien d’accord !

Le shack de Foulab se monte petit à petit. Ce week-end, l’antenne a pris le grand air. C’est un dipôle pour la bande des 40m, disposé à une dizaine de mètres du sol. Rien d’exceptionnel, mais pour commencer, c’est une valeur sure.

Coté radio, un premier “Softrock RX Ensemble 2″ fraîchement assemblé a été mis en service (Ensemble 1 visible ici). Il servira pour le futur grabber QRSS, mais pour le moment, il sert plutôt à observer le paysage radiophonique accessible. Les choses ne traînent pas et un Softrock RXTX s’en vient. Il permettra de faire un peu de QRSS, quelques contacts en PSK31 et/ou d’autres modes numériques robustes. 1 Watt, ça limite forcément, alors je pense déjà à un petit ampli maison. Si je tape dans les Mosfets récent (alim à découpage boosté etc…) le montage peut être fait à un prix ridiculement petit et les composants les plus chers sont alors les tores :)

J’en profite pour noter une propag’ sympa en ce moment. J’ai pris quelques screenshots au passage mais concernant l’occupation des bandes, le contest CW de ce week-end n’y était pas pour rien :)

Folie furieux de CW sur la bande des 10m

Aussi pas mal de phonie, viiiite en profiter :)

1er Screenshot du grabber QRSS – Bande des 30m – Traffic WSPR en haut et QRSS en bas (5 émissions)

Foulab, c’est un regroupement de fou-furieux bidouillant dans un petit labo de Montréal. Le titre est bien choisi et traduit bien l’ambiance que l’on peu y trouver. J’ai récemment été y faire un tour pour voir si j’y avais ma place. Parmi les activités des différents membres, on trouve par exemple de l’électronique, de la programmation, de la robotique, de la sécurité informatique, du Web, de la création artistique vidéo ou audio et un peu de radio. Les gens sont de différents horizons et ce melting-pot est assez intéressant.

Concernant la radio, il n’y a pour le moment pas grand chose, mais le désir d’explorer et d’avancer dans cette voie est bien là. Pour moi, c’est une situation plus qu’intéressante car tout reste à construire. Aussi, j’ai rejoint le club et je vais essayer de faire avancer cette thématique avec l’aide de ses membres. Foulab compte déjà plusieurs radio-amateurs dans l’équipe et j’en profite au passage pour féliciter VA2MRF (Matthieu) pour son indicatif brillamment décroché.

Je ferais prochainement quelques posts en fonction des avancements et des possibilités qui se dégagent. Si vous voulez faire un petit tour sur le site de l’association, c’est ici.

La semaine dernière, j’ai passé l’examen radioamateur Canadien. Je passe donc de mon indicatif temporaire VE2/F4GKA à mon nouvel indicatif VA2GKA. Ce qui est cool au Canada, c’est que l’on peu choisir son indicatif parmi ceux disponibles. J’aurais préféré un VE, mais VE2GKA était déjà pris. J’ai donc opté pour le VA avec 3 lettres qui me sont déjà familières. Concernant l’examen, rien de très dur et j’ai pu boucler la compétence de base avec distinction ainsi que la compétence supérieure en à peu près une heure (150 questions).

Une chose différente par rapport à la France, ce n’est pas l’administration qui se charge de faire passer l’examen, mais des radioamateurs volontaires qui endossent la casquette d’examinateur. Pour m’a part, j’ai passé cet examen dans les locaux du radioclub VE2UMS, sous la supervision de Serge, VE2HLS.

Une ligne en plus dans le bottin et un nouveau logbook vide. Il ne me reste donc plus qu’à utiliser cet indicatif :)

Je viens de recevoir mon kit BeMicro (Arrow) axé sur un FPGA Altera, Cyclone 4. Cet platine d’évaluation comprend un port USB pour la programmation du FPGA, un port Ethernet 10/100, un capteur de température, des LEDs et un bus de connexion. Ce qui m’intéresse surtout à travers ce kit, c’est la possibilité de simuler du filtrage et d’envoyer les données via Ethernet.

Je continu donc sur ma lancée avec l’idée de fabriquer un récepteur multibandes à conversion directe. Pour le moment, j’utilise le qs1r comme framework et j’ai des résultats intéressants pour la partie filtrage/décimation avec 8 bandes simultanées. Le but de tout ceci est de mettre en place un grabber QRSS multibandes. Je ferais un post la dessus si j’avance comme prévu.

Platine d’évaluation BeMicro SDK (Arrow) avec un FPGA Altera

Me voila arrivé en Ontario, plus précisément à Toronto. Difficile cependant de parler de VE3/ car encore une fois, je n’ai avec moi qu’un téléphone portable en guise de transceiver… J’ai donc fait un peu de tourisme et je n’ai pas manqué de visiter la tour CN. C’est vraiment le truc à touriste et c’est cher payé de la visite, mais je n’ai pas pu m’empêcher de penser qu’avec un petit portable à 450m du sol, il y aurait déjà moyen d’aller bien loin :)

Truc intéressant, le boudin blanc à la base du pod est une paroi en téflon destinée à protéger les équipements de communication hyperfréquence (mais à mon avis, ça sert surtout à –cacher– la ribambelle d’antennes :) Les feuilles de téflon font 1 mm d’épaisseur et la forme de l’ensemble est obtenue grâce une surpression générée par des ventilateurs. Original.

Quelques photos sur mon album Picasa, en cliquant sur le lien ou sur la photo.

Levé de soleil sur Toronto, à 8h (sortie de l’aéroport avec le Ferry)

Lors de mes petites expérimentations de QRSS, j’ai pu constater des différences de stabilité entre plusieurs types d’oscillateurs. Le QRSS requiert en effet une bonne stabilité de l’oscillateur afin de permettre une réception très sensible. En vulgarisant le principe, on pourrait dire que l’ordinateur amasse des données sur un temps relativement long et la fréquence d’accord ne doit pas changer afin obtenir de bons résultats.

Aussi, quand mon Softrock RX v6.3 affichait une stabilité remarquable, l’oscillateur du transceiver Genesis G3020 se dandinait aléatoirement. Rien de bien méchant car l’excursion en fréquence n’excédait pas +/- 15Hz sur un minute. C’est imperceptible en phonie et anodin pour les modes numériques, mais ce n’est pas acceptable pour du QRSS (les graphiques générés sont déformés). Dans les deux cas, des quartz de qualité similaires étaient utilisés mais la topologie de l’oscillateur différait. Le Softrock utilisait un montage Colpitts et le G3020 un montage Pierce. Le choix des composants et des valeurs à certainement un rôle prépondérant mais je ne saurais identifier la cause exacte de cette instabilité.

Récemment, j’ai entrepris la conception (from scratch) d’un petit oscillateur 10MHz. Le but de cet oscillateur est de fournir une base de temps alternative à mon récepteur 1.3GHz. Le rapport entre ces deux fréquences étant important (130), une grande stabilité en fréquence et en phase est requise car toute imperfection est également multipliée par ce même coefficient. En source primaire d’exploitation, j’ai donc choisi d’utiliser un GPSDO (GPS disciplined oscillator) et j’ajouterais au montage un petit oscillateur qui sera utile pour certains tests sans avoir recourt à tout l’attirail.

Me voila donc lancé dans cet exercice de conception armé de mon bookin “Discrete Oscillator Design: Linear, Nonlinear, Transient, and Noise Domains, by Randall W. Rhea“. Cette lecture m’aura apportée beaucoup en terme de méthodologie. J’ai appliqué les techniques indiquées en terme d’analyse linéaire et l’oscillation à démarrée du 1er coup lorsque j’ai fais ma première analyse non-linéaire. Pour le coup, ça fait plaisir ! Avant ça, j’y allais plutôt par tâtonnement. Alors bien sur, je n’ai rien inventé car en matière d’oscillateurs, toute les différentes architectures ont déjà été cartographiées, mais cette approche de conception from scratch est intéressante.

Au niveau des perf’s théoriques, mon oscillateur devrait sortir un signal à 13 dBm, ce qui est une valeur courante et pratique. Son bruit de phase SSB théorique est de -154 dBm à 100 Hz, 1 kHz et 10 kHz. C’est un peu la limite théorique au niveau de mon quartz et je me doute bien que mon montage réel n’atteindra pas ces valeurs. L’oscillation se lance assez lentement et elle est visible au bout d’1 ms pour un oscillo calibré à 1V/div. C’est le point qui me fait un peu peur. Dans la pratique, démarrera ? démarrera pas ? Je verrais une fois le montage réalisé :)

Voici le schéma et une simulation transitionnelle :

Schéma de mon oscillateur 10 MHz

La phase de démarrage de l’oscillateur

Et la caractérisation de la forme d’onde à la sortie

On retrouve au cœur du montage un transformateur torique, pièce assez rare dans les oscillateurs que j’ai pu voir sur le net. Cette pièce doit être réalisé avec soin et les gens n’aiment en général pas bobiner sur tore. Dans mon montage, il fourni intrinsèquement un filtrage et contribue ainsi à la réjection de la seconde harmonique.

Coté calcul, c’est réglé, reste maintenant à le réaliser et à le tester.

En petit bonus pour terminer, voici un document intéressant sur les quartz, leurs fonctionnent et leurs construction : Quartz crystal – Resonators and oscillators

C’est magnifique Internet, on en apprend tout les jours, sur tout, et aussi sur n’importe quoi… Après la célébrissime antenne magique EH… (antenne qui équivaut à peu près à 10cm de fil dénudé au bout du coax… Documents intéressants ici et ici) j’ai pris connaissance d’un article pour une nouvelle antenne dont son auteur prétend révolutionner le petit monde des antennes avec toute la magnificence de son génie !

Alors bien sûr, ce ton un rien sarcastique n’est pas gratuit. D’ailleurs, avant de parler de cette antenne magique, commençons par écouter ce bon monsieur dont le génie n’a certainement d’égal que son égo. L’un des articles qui m’a fait grincer des dents se nomme “LFA and OWL antennas represent a major advance in the Yagi design art“, rien que cela ! L’auteur et le co-auteur commencent par rappeler que tout les résultats obtenus sont le fruit de milliards de calculs effectués par des processeurs multi-coeurs pendant des jours et des jours… et que les types d’antennes OWL et LFA représentent une avancée majeure dans la conception des antennes Yagi. Pour les modèles LFA (ex. ici), l’auteur, G0KSC, utilise un dipôle replié (trombone) utilisé dans le sens horizontal, et dont les dimensions recouvrent le premier directeur. Cependant, il refuse de parler de dipôle replié, même si la plupart de ses configurations ne recouvrent pas le premier directeurs (exemple ici : 7 éléments 144). D’ailleurs, il est tellement convaincu de sa trouvaille qu’il a même déposé un BREVET ! : “The LFA design has a patent pending and all G0KSC designs are copyright.” (lisible sur son site en haut de page ici). Oui, vous avez bien lu, ce monsieur a eu le culot de déposer un brevet sur le dipôle replié ! Je ne sais pas pour vous, mais moi ça m’en bouche un coin.

Passé ceci, on peut néanmoins se demander si ces antennes et ces dimensionnements ne seraient pas, au final,  excellentes. Et c’est là que le bât blesse, car les calculs sont beaux sur le papier mais peu utiles en réalité. Nul besoin de ressortir tout ce qui a été dit sur le sujet pendant ces 30 dernières années, il suffit de citer les articles de YU1AW, qui à très bien analysé la pertinence de ce type de travail d’optimisation, avec des études sérieuses publiées. Voici quelques références intéressantes à lire :

• Yagi Antenna Design Sensitivity in Practice
• Yagi Antenna Design Sensitivity
• Yagi Antenna Improvement Thirty-Year Old Dead End?
• Performances of Wet Yagi Antennas
• Coaxial Cable Influence on Yagi Antenna Array Noise Temperature
• ( Index )

Sans aborder dans le détail toutes ces publications, je retiendrais dans les grandes lignes qu’essayer d’optimiser une antenne afin d’obtenir une température de bruit très faible (low noise antenna) sur les bandes VHF n’a pas de sens dès lors que l’on prend en compte la température du ciel, qui est généralement très haute pour cette gamme de fréquences. Les calculs réalisés pour les antennes LFA et OWL ne prennent pas en compte cette réalité et font l’impasse en considérant une température du ciel homogène et négligeable. En pratique, les régions du ciel vont de 400 à 6000K pour les bandes VHF. De la même manière, pour des communications VHF terrestres avec des angles de départ faibles sur l’horizon, on ne peux résolument pas parler d’antenne à bas bruit, les résultats des optimisations étant ici encore négligeables devant le bruit/température du sol et du ciel. En fait, ce genre d’optimisation –pourrait– avoir un sens pour des fréquences supérieures à 1 GHz, mais G0KSC n’y met pas les pieds. Au delà du gigahertz, d’autres configurations que les yagi sont plus cependant plus intéressantes.  Quant-à l’EME sur 144, l’utilisation d’antennes dites à bas niveau de bruit dans un environnement rural calme n’apporte pas de grande différence de rapport signal/bruit pour les même raisons. Aussi, YU1AW conclu qu’il n’y a pas a proprement parler d’antenne à bas bruit (Low Noise Antennas) du fait de l’impossibilité d’avoir une réception peu bruyante, ceci à cause de la température importante du sol et du ciel à ces fréquences.

Par ailleurs, certaines configurations théoriques d’antennes très optimisées peuvent se révéler au final moins bonnes car dans des conditions réelles (structure de support, câbles d’alimentations), elles sont plus sensibles à des effets environnementaux. Les masses (métalliques ou non) dans le volume de l’antenne ainsi que les câbles d’alimentations influencent fortement la température du système. De même, la rosée ou la pluie affectent grandement certaines configurations d’antennes. YU1AW à très bien décrit ceci dans son article Yagi Antenna Design Sensitivity. À titre d’exemple, la fréquence de résonance d’une antenne YU7EF peut se déplacer jusqu’à plus d’1 MHz lorsqu’elle est humide et une DK7ZB perd de ses moyens en affichant un ROS supérieur à 2 sur une fréquence de résonance décalée en fréquence. Les optimisations de ces beaux diagrammes de rayonnement faits à coup de calculateurs se font ainsi au détriment de paramètres non pris en compte ou difficilement mesurables.

Un dernier point sur les articles de YU1AW : j’ai particulièrement apprécié la petite phase assassine qui conclut que ces trente dernières années de recherches sur l’optimisation d’antennes Yagi ont été une pure perte de temps (“It is clearly confirmed that improving of Yagi antenna performances is thirty-year old dead end effort!”, source du document ici ou ici). Ceci résume assez bien la situation et remet tout ces calculs théoriques à leur place.

Concernant ses antennes OWL (l’autre coup de baguette magique, réalisé après les LFA), elles n’ont pour moi rien d’exceptionnel. L’auteur ramène l’impédance à la valeur qu’il l’intéresse (12.5 ohms) en jouant sur l’espacement des éléments parasites. A noter que ses antennes on des lobes parasites arrières très faibles. Lors de mes simulations avec ma modélisation à base de logarithmes, j’ai aussi réussi à obtenir ce type de résultats mais je me retrouvais avec des petites protubérances sur le lobe avant, comme on peu le voir sur ses diagrammes… Ohhh, comme c’est bizarre :) Pas de miracles, les phénomènes sont les mêmes. Une bonne chose que je lui reconnais au moins, c’est qu’il aura apprit à se servir de NEC pour optimiser –quelques– paramètres. Ce que je comprends moins en revanche, c’est qu’il a été publié par la revue Dubus, magazine habituellement sérieux, qui pour le coup descend sérieusement dans mon estime.

Mais à travers tout ceci, il y a une chose qui me dérange encore plus. Si ce monsieur était réellement passionné d’antennes, il n’aurait pas pu passer à coté de certaines publications, et ne pourrait ignorer certains points abordés ici, par le néophyte que je suis. Y-aurait-il autre chose ? Mais bien sûr ! Suis-je bête, généralement lorsque l’on dépose un brevet, c’est dans le but de s’en mettre plein les poches. Aussi, si je retourne sur son site, je constate bien sûr qu’il vend toutes ces belles antennes magiques.

Fin mot de l’histoire: pour faire du fric, toutes les conneries sont bonnes à dire !

Note : Je ne doute pas que les possesseurs d’antennes LFA et OWL soient très contents de leurs antennes, tout comme je ne doute pas qu’ils auraient pu être tout aussi satisfaits avec une autre antenne.

En regardant les photos d’antennes Yagi sur le Web, on constate souvent de légères déformations des radiants par rapport à leurs configurations idéales. Aussi, même avec la meilleure volonté et le plus grand soin, les réalisations d’antennes s’écartent de leur modèle théorique. Et si la réalisation est propre, c’est le temps, les conditions météo ou les oiseaux qui se chargerons de changer ceci.

Je me suis demandé quelles étaient les influences de ces déformations de structures sur les performances, et plus particulièrement sur le diagramme de rayonnement et la fréquence d’accord. Mon premier test à été de simuler une torsion du boom (twist), en incrémentant de n degrés à chaque élément. Comme les altérations des performances n’étaient pas flagrantes, j’y suis allé franco : 5 degrés par élément pour arriver au final à 30° sur le dernier élément directeur.

Illustration de la torsion des éléments de l’antenne – Vue perspective et frontale.

Ci-dessous, une représentation 3D du diagramme de rayonnement de l’antenne torturée :

Diagramme de rayonnement 3D – Vue de dessus (Top) et vue arrière (Back)

Malgré la forte déformation de l’antenne (c’est tout de même assez extrême), l’antenne conserve un diagramme de rayonnement correct. Le gain avant n’est pas modifié et les lobes secondaires suivent la déformation, mais pour des seuils très raisonnables. A titre de comparaison, le diagramme de rayonnement de l’antenne de référence est consultable dans ce post : LogYagi : Ma Yagi 144.

Voici un diagramme 2D permettant de mieux apprécier les niveaux des lobes secondaires :

Diagramme de rayonnement de l’antenne torturée

Je suis assez surpris car je m’attendais un résultat catastrophique. Ce diagramme n’est finalement pas si éloigné de celui de l’antenne originale non modifiée. La fréquence de résonance est restée quasi-identique. Si l’on n’est pas maniaque du rapport avant/arrière survitaminé (quette tout aussi ridicule qu’inutile à mon sens), on peut en conclure que ce type de déformation, à une échelle modérée, est sans conséquence sur les performances de l’antenne.

J’ai continué mes tests avec un autre type de déformation, en prenant les cas ou l’on voit de grands boom plier sous leur propre poids (bend). Voici l’illustration de cette déformation :

 Déformation du boom sur le plan vertical

Ici encore j’ai un peu forcé le trait, l’antenne ne faisant que 8 éléments. L’offset de déplacement vertical suit une fonction cubique. Voici les résultats de cette déformation de structure :

Vue latérale et vue arrière

Ici, les déformations du diagramme de rayonnement sont plus marquées. Pour un gain avant de 12 dB, la protubérance au dessus arrive à -2.5 dB (normalisé = -14.5 dB). Certes ce n’est pas catastrophique pour la bande des 2m, mais c’est une dégradation notable tout de même. Dans cette configuration dégradée, le radiateur se trouvant légèrement au dessus des autres éléments, j’aurais pensé avoir une légère modification de l’impédance du système, mais ce n’est pas le cas (le déplacement autour du radiateur est en fait minime). La fréquence de résonance est également inchangée.

En dernier test, j’ai essayé de tourner les radiants sur le plan horizontal. Un petit graphique vaut mieux qu’une longue phrase :

Dernier test avec une rotation des éléments sur le plan horizontal

Pour ce dernier cas, les résultats sont du même type que pour le premier test, c’est à dire minimes. Voici les résultats en images :

Vue perspective, vue au dessus et vue arrière pour le dernier test

Le système d’antenne ne semble pas trop perturbé par ces déformations et l’influence sur les lobes parasites est négligeable. La fréquence de résonance est en revanche légèrement remontée, de 100kHz, ce qui est assez faible en regard des déplacements mis en jeu.

Ces trois essais étaient intéressants, mais ils n’ont pas vraiment de réalité. En fait, il faudrait faire un quatrième test avec une analyse de Monte-Carlo, qui appliquerait plusieurs types de déformation au hasard, et ceci quelques centaines de fois. La superpositions des diagrammes 2D permettrait de se faire une bonne idée de l’influence des déformations que l’on pourrait rencontrer plus concrètement. Je n’ai malheureusement pas cette possibilité via le logiciel que j’utilise, mais c’est une voie à creuser.

Autre remarque importante, tout ces tests ne sont valables que sur un type d’antenne bien précis, ma LogYagi :) En effet, les réponses à ces distordions sont différentes pour chaque modèle d’antenne. Il serait d’ailleurs intéressant d’évaluer les différences de réponses pour un petit lot d’antennes. Par rapport à la littérature et aux études déjà faites, je ne doutes pas que certains modèles donneraient des résultats très prononcés.

Au final, je retiendrais donc :

• de ne pas me tracasser si un radian est légèrement plié (une prise de risque en mois à se balancer en haut d’un pylône)
• de maintenir une structure alignée dans la mesure du possible et du raisonnable
• de bien ajuster la longueur des radiants, car c’est encore ce qui est le plus critique

Dans les prochains travaux de simulation que j’aimerais faire, il y a celui de reprendre l’étude de YU1AW concernant l’influence de l’humidité sur les antennes VHF. Les écarts énormes constatés sur différentes antennes m’ont bluffé et j’essaierais bien quelques simulations sur quelques soit disant nouvelles antennes miracles.

J’ai terminé mon travail de modélisation de mon antenne Yagi-Uda et je le présente ici. Mais tout d’abord, la question que l’on pourrait objecter est : Mais qu’est-ce qu’elle a de plus que les autres, cette n-ième antenne ?

Rien, c’est juste que c’est mon antenne, ma modélisation, ma version du –truc– :) J’aime bien entreprendre ce genre d’étude et de démarche, et j’ai beaucoup appris au cours de ce travail intéressant. En restant réaliste, je pense que c’est une configuration intéressante mais que cela reste une nouvelle configuration (dans le sens jeune) et il n’y a donc pas le recul que l’on pourrait avoir avec des antennes éprouvées comme la DJ9BV ou la DL6WU. En effet, on trouve dans la littérature beaucoup d’articles et d’études sur ces antennes et leurs fiabilités ont été démontré de part une large utilisation.

Par ailleurs, les optimisations sur mon antenne ont une portée réduite. Les bénéfices seraient réellement intéressants pour des fréquences supérieur au gigahertz dans le cadre de communications terre vers espace, YU1AW ayant démontré [ref] que la réduction des lobes parasites était négligeable devant le niveau de bruit reçu par l’antenne pour des communications VHF.

Avant d’aborder les performances de l’antenne, je dirais quelques mots sur la petite histoire liée à cette modélisation. Le début de mon intérêt pour le radio-amateurisme est passé par la réalisation d’une antenne Yagi Wifi (2.4 GHz). Je n’y connaissais absolument rien aux antennes ni aux lignes de transmission. J’ai alors entrepris quelques recherches sur Internet. Aussi, en bon scientifique, cela m’a un peu agacé de trouver des exemples d’antennes avec des dimensions pré-calculées, mais sans aucune formule pour expliquer ces dimensionnements… Bien sur, il n’y a pas de formule unique, et c’est peut-être pour cela qu’il y a autant d’antennes Yagi :) Mais moi, je me suis mis en tête de trouver cette fameuse formule, histoire que ma construction repose sur une réalité scientifique. En regardant les antennes Yagi-Uda, ou plutôt en regardant l’écart entre les éléments et la taille des éléments, on reconnaît facilement une forme logarithmique. J’ai donc commencé ma modélisation avec une formule du type y=a.ln(n) pour l’espacement entre les éléments, et y=a.ln(n)+b pour la taille des éléments. N’ayant pas trop envie d’aller chatouiller les équations de Maxwell, je me suis orienté vers l’optimisation par la simulation itérative. J’ai utilisé 4nec2 et j’ai obtenu un résultat intéressant. Mais ce résultat était en delà des performances affichées par ces antennes pré-calculées. J’ai donc opté pour une formule du type y=a.ln(n)+b pour les deux cas. Et là bingo, les résultats étaient excellents. Il ne restait plus qu’à ajouter un réflecteur à part, car lui n’a pas le même rôle fonctionnel. Voila pour la petite explication concernant cette modélisation et le modèle paramétrique 4nec2.

Le modèle a beau être élégant, cela ne change rien au fait qu’il n’existe pas d’antenne idéale. Tout dépend de ce que l’on cherche. C’est un peu comme un drap, lorsque l’on tire d’un coté, il en manque de l’autre. Pour ma part, j’ai cherché à disposer d’une antenne ayant des lobes parasites raisonnablement faibles au détriment d’un peu de gain (avant), une impédance d’alimentation de 50 ohms et aucune composante réactive. La dessus, je souhaitais une antenne avec un Q pas trop élevé, car les antennes à coefficient de qualité très élevé sont plus sensibles aux masses environnantes (structures, câbles). L’objectif a été atteint, du moins sur la papier :) Les simulateurs 4nec2 et Feko donnent exactement les mêmes résultats. Reste tout de même à construire l’antenne et à la tester.

Venons en à présent aux résultats calculés par les simulateurs. Voici le diagramme 3D du rayonnement de l’antenne :

Représentation 3D du diagramme de rayonnement de l’antenne

Et voici les diagrammes usuels qualitatifs et quantitatifs (Farfield horizontal, vertical, abaque de Smith, SWR) :

Diagramme de rayonnement pour les deux plans horizontaux et verticaux

VSWR de l’antenne centré sur 144.5 MHz

Abaque de Smith, pour les fréquence 144 (en bas du graph) jusqu’à 146 MHz

Pour ceux qui aiment analyser les graphiques, voici les résultats détaillés les simulations de 4nec2 :

• Vue 3D avant
• Vue 3D arrière
• Courants de surface (Zoom)
• Farfield horizontal
• Farfield vertical
• Gain et rapport avant/arrière/latéral
• Impédances (R et X)
• Abaque de Smith
• Swr et S11
• Vue filaire

Mon antenne utilise un trombone (dipôle replié) comme élément rayonnant. Initialement, je travaillais sur un modèle avec un dipôle comme élément rayonnant, et une fois les coefficients a et b (dans le ficher 4nec: Pa, Pb ainsi que Sa Sb) déterminés, j’ai utilisé un dipôle replié pour ramener plus facilement l’impédance à une valeur qui me convenait. Bien sur, il est tout à fait possible d’utiliser un balun pour adapter les 15 ohms d’une config classique à 50 ohms, mais cette solution de connexion directe me paraissait élégante. En revanche, elle complexifie un peu le système de support du radiateur, mais pas tant que cela si l’on est un peu malin :) Les détails dans un prochain post.

Mon antenne LogYagi à 8 éléments dispose d’un angle d’ouverture de 46° (à -3 dB) et d’un Q = 16 (à -3 dB). C’est un coefficient de qualité similaire à des antennes comme la DJ9BV ou la DL6WU. Voici les formules et les coefficients utilisés pour la LogYagi 144 :

SY F=144.5
SY V=299.793
SY L=V/F
SY Pa=1.385954578672776e-01
SY Pb=7.942389944522506e-02
SY Sa=-3.664870277592916e-02
SY Sb=4.674253482916438e-01
SY pD1=Pa*log(1)+Pb
SY pD2=Pa*log(2)+Pb+pD1
SY pD3=Pa*log(3)+Pb+pD2
SY pD4=Pa*log(4)+Pb+pD3
SY pD5=Pa*log(5)+Pb+pD4
SY pD6=Pa*log(6)+Pb+pD5
SY pDE=-5.730562999036868e-02
SY pRE=-1.961730176684457e-01
SY sD1=Sa*log(1)+Sb
SY sD2=Sa*log(2)+Sb
SY sD3=Sa*log(3)+Sb
SY sD4=Sa*log(4)+Sb
SY sD5=Sa*log(5)+Sb
SY sD6=Sa*log(6)+Sb
SY sDEh=3.921047307545338e-01
SY sDEv=2.858871838259792e-02*2
SY sRE=4.956823721509856e-01
SY sec=0.002 

Note: Une telle précision sur les coefficients n’est pas nécessaire, c’est juste que j’ai fais un copier/coller :)

Si plus de directeurs sont nécessaires, il suffit juste rajouter quelques lignes en changeant les index. Voici à présent les dimensions physiques pour une antenne ajustée sur 144.5 MHz :

Antenne LogYagi 144 MHz, 8 éléments (dimensions en CM. positions absolues)

Role    Position    Taille
--------------------------
Refl    0.000       102.838
Driver  28.811      199.966 (dipôle replié)
Dir1    57.178      96.976
Dir2    93.587      91.706
Dir3    141.655     88.624
Dir4    197.995     86.436
Dir5    260.751     84.740
Dir6    328.750     83.352

Détail pour l'élément rayonnant (dipôle replié) :
Diamètre coude   = 11.862
Longueur 1 coude = 18.633
Longueur droit   = 81.350
Longueur totale  = 199.966

Vous trouverez ici un fichier Excel détaillant l’extraction des données du .OUT de 4nec2.

Je donne également quelques analyses pour la version dipôle simple qui a servie à déterminer les coefficients. L’impédance au centre est d’environ 15 ohms, ce qui n’est pas très loin de 12.5 ohms pour une adaptation facile par un balun 4:1. Je n’ai pas cherché à faire tomber l’impédance sur 12.5 ohms car je comptais utiliser un trombone, mais cet exercice n’est pas impossible. Voici quelques graphiques qui sont très proches :

• Vue 3D
• Farfield horizontal
• Farfield vertical
• SWR

Pour finir, voici les fichiers sources 4nec2 pour le modèle paramétré de ma LogYagi : (Note : ces modèles ne tiennent pas compte de l’influence d’un boom métallique)

• LogYagi144-dipoleReplie-50ohms.nec
• LogYagi144-simpleDipole.nec

Pour conclure, cette étude était intéressante à réaliser mais très chronophage :) J’aurais cependant le plaisir de trafiquer avec ma propre antenne. Prochainement, je ferais quelques tests de sensibilité aux masses environnantes et des calculs sur l’influences du boom. Je ferais aussi un post sur un groupement de 4 antennes LogYagi 7 éléments. Ensuite, direction l’atelier ! :)