It's raining elephants – VA2GKA

Encore un week-end à bidouiller des antennes pour améliorer le Schmilblick. Mais on ne gagne pas à tout les coup. La dernière antenne n’a pas vraiment brillé. En revanche, elle m’a permit de faire des constatations intéressantes. Je ne dirais pas qu’elle m’a apprit beaucoup car ce sont juste des constatations d’une évidence même, mais il a fallu que j’ai le nez dessus pour m’en rendre compte :)

La dernière antenne cadre multispires, ici accordée pour la bande des 80m.

Concernant la constatation, j’ai noté que le niveau de bruit de l’antenne cadre était proportionnel à la longueur de fil. Les simples boucles ont donc un niveau de bruit très faible car la longueur est faible. Ma filaire avec ses 30 mètres ou mon antenne multispires ont un niveau de bruit bien plus important. Dit comme cela, ça parait évident :) Plus de longueur – niveau de réception plus élevé – y compris du bruit de fond.

Une petite illustration ci-dessous montrant cette nouvelle antenne cadre câblée pour la bande des 40m, avec respectivement 5 spires et 4 spires. Note : pour accorder l’antenne, je joue sur l’écartement des spires, ce qui modifie la capacité parasite de l’antenne et donc la fréquence d’accord.

Antenne cadre 5 spires puis la même antenne avec 4 spires pour la bande des 40m

On remarque ici un niveau de bruit légèrement supérieur avec un peu plus de fil (note : les deux réalisations sont bien accordées sur la même fréquence).

Cette nouvelle multispire n’est pas la meilleure de mes antennes cadre, loin de là même ! Elle arrive loin derrière ma boucle magnétique blindée réalisée avec du coax. Comparée à ma simple boucle en cuivre (tube de cuivre pour le sanitaire) elle ne donne pas de meilleur résultat. Pour obtenir un résultat optimum, il faudrait donc jouer et trouver le meilleur compromis entre le diamètre, le nombre de spires/ la longueur total de câble, la section du câble, le blindage/non blindage, l’ajout de capacité d’ajustement…

J’ai pas mal farfouillé dans la littérature présente sur Internet, et par rapport à mon expérience, je constate que les meilleures réalisations sont souvent les plus simples.

Le sonogramme suivant présente ma boucle de cuivre, suivie de la boucle double spires coax et en dernier, la nouvelle boucle, en version 4 spires pour la bande des 40 mètres. Il me faudrait 3 récepteurs pour comparer correctement les antenne (cf. synchro), la fluctuation de la propagation compliquant le truc.

Antenne simple loop en cuivre, puis loop 2 spires en coax et finalement la nouvelle antenne cadre 4 spires (bande des 40m)

Pour les 3 antennes, on reconnaît bien la bande des 40m, mais l’antenne loop en coax (au centre) à clairement une meilleure réception ! Pour ceux qui ne seraient pas convaincu, ici une autre capture d’écran avec Rocky (rocky réalise un ajustement rapport signal/bruit).

Bref, sur le coup là, pas d’antenne magique, mais quelques petits indices. Comme, mon antenne blindée en coax donne de très bon résultats et que c’est pour le moment la meilleure antenne compacte que j’ai réalisé, je vais la mettre dans la section –Antennes–. Il y a certainement mieux à faire, et je ne prétends pas réinventer le truc, mais j’aime bien trouver sur Internet des descriptifs de réalisations, et c’est toujours bon de partager des expérimentations et du savoir faire.

Pour finir, un petit rappel. Pour mes tests, mes antennes sont enfermées entre 4 murs, de bien 40 cm d’épaisseur. Alors avec une situation géographique avantageuse et à quelques mètres du sol, j’imagine bien qu’elles pourraient mieux s’exprimer.

A force de bricoler, je commence à accumuler une petite collection d’antennes :) L’espace me faisant cruellement défaut, je me tourne en toute logique vers des antennes compactes (de réception – je n’ai pas de licence) comme les antennes cadres.

Les antennes cadres (aussi appelées boucle magnétique / MagLoop ) que j’ai fabriqué

Rien de spectaculaire (*), mais à chaque nouvelle mouture, des petites observations qui me permettent de mieux appréhender cette alchimie des ondes (**). Il y a pas mal de paramètres sur lesquels jouer, et ce ne sont pas les réalisations sur lesquelles j’avais le plus misé qui se sont révélées les plus efficaces.

Le prochain post portera sur le nombre de spires et l’influence de la longueur du fil pour un diamètre de boucle déterminé.

* Note : Si ces quelques expérimentations font marrer quelques –gros DXeurs– , c’est très bien ! C’est ma tournée !

** Note : Bien sur, je connais un bon paquet de logiciels de modélisation, mais avec certaines formes de réalisions enfermées entre 4 murs, très loin des modèles idéals et théoriques, ces logiciels perdent bizarrement leur crédibilité.

Sans vouloir chercher à comparer ce qui n’est pas vraiment comparable, je me suis amusé à faire un petit montage avec une capture d’écran de WebSDR et une autre de Spectrum Lab avec mon SoftRock RX v9 sur une antenne cadre.

Sur le montage suivant, en première partie haute, on peut voir WebSDR. A notre que la vue à été inversée (flip horizontal) pour être dans le même sens de défilement que Spectrum Lab. En dessous, la capture du SoftRock RX v9. Pour comparer les deux sonogrammes, il faut les reprendre tous les deux à partir de la petite bande bleu clair (Note : L’ajustement à été fait approximativement, mais on s’y retrouve).

Capture d’écran partielle de WebSDR (en haut) et de Spectrum Lab avec le SoftRock RX v9 (en bas)

Il est intéressant de noter les différences de réception à quelques 350 Km de distance. L’essentiel est là, mais il y a certaines émissions présentes sur l’une et pas sur l’autre.

La granularité me semble meilleure avec le SoftRock, ceci est peut-être du au fait que j’utilise une carte 24 bits et que WebSDR travaille avec un ADC 16 bits. Une autre explication possible pourrait être que PA3FWM utilise un traitement numérique en vue de gagner en bande passante pour le serveur. Ce petit bijou online gère tout de même plus de 100 utilisateurs simultanément ! Les tailles de FFT peuvent aussi jouer sur le rendu graphique. Beaucoup d’interrogations, il faudrait que je consulte Pieter-Tjerk.

Pour achever ma comparaison bancale, rappelons que les antennes sont différentes, avec une géolocalisation différente et des orientations différentes… Mais bon, les écrans étant tout de même relativement similaires, on peut dire qu’il y a une certaine cohérence des ces projets SDR. Les deux approches sont excellentes.

Ce week-end dernier, c’était bricolage d’antennes. La première réalisation est une antenne Zepplin avec un adaptateur d’inpédence sur tore, vu que je n’ai pas la place pour mettre 1/4 d’onde de bifilaire. Du coup, je ne sais pas si ça s’appelle toujours une Zepp ou si c’est –long– fil accordé :) Bref, j’ai 1/2 onde sur un fil de cuivre de 2.5mm carré avec une attaque à une extrémité de l’antenne. Comme je suis en impédance élevée au bout du fil, j’utilise un transformateur d’impédance selfique sur tore pour ramener tout cela sur 50 ohms.

Il est toujours difficile de faire des comparaisons précises d’antennes en raison de la difficulté de réunir pour les deux tests les mêmes conditions expérimentales (localisation spatiale, temporelle…). Je peux donc seulement dire que j’ai l’impression que la réception est un poil meilleure qu’avec mon long fil, pour la bande des 40m (bande pour laquelle je l’ai accordé).

L’autre antenne réalisée est une antenne cadre, aussi appelée boucle magnétique. J’en ai déjà réalisé un petit paquet, et cette dernière fait suite à mon échec avec ma boucle en nid d’abeille. Pour mon nouveau cadre, il y a 9 spires enroulés sur un carré de 1m de diagonale. Contrairement à l’antenne en nid d’abeille, il n’y a pas de croisement entre les fils des différentes spires.

Note : Une photo serait la bienvenue, mais je n’avais pas mon appareil… J’update donc ce post à l’occaz !

Cette nouvelle antenne cadre ne dispose pas de condensateur variable pour l’ajustement de la fréquence de résonance. L’ajustement de cette fréquence se fait en jouant sur les capacités parasites de l’antenne. Pour cela, il suffit d’augmenter ou de diminuer l’espacement des spires entre-elles. Dit comme cela, ça ne fait pas très sérieux et pas très pratique d’utilisation, mais je cherchais avant tout à limiter l’effet capacitif pour disposer de la plus grande longueur possible de fil. L’idée était de déterminer si je gagne un peu en réception par rapport à un fil plus court. Reformulé autrement : Est-ce que seul le diamètre de la boucle joue sur l’intensité de réception ? (je zappe volontairement les autres aspects comme l’orientation ou la localisation)

Les deux nouvelles antennes n’étant pas accordées sur la même bande, je n’ai pas pu réaliser de comparaison directe mais j’adapterais bientôt la 80m sur 40m afin de compléter mes tests et faire un petit –battle– :)

Cependant, je retrouve déjà certaines constatations que j’avais déjà faite lors de précédents posts. Globalement, le niveau de bruit sur l’antenne boucle est plus bas que sur l’antenne filaire. Jusqu’à maintenant, je constatais que le rapport signal/bruit était en faveur des antennes boucle. Maintenant que j’ai une antenne filaire accordée, les choses sont moins tranchées. La filaire s’en sort pas mal et il est difficile de faire une distinction visuelle avec Rocky (Rocky réalise déjà le rapport signal/bruit pour son affichage).

Voici une petite capture d’écran réalisée avec Spectrum Lab :

Waterfall antenne cadre -vs- antenne filaire

Sur le coté gauche, on peut apercevoir la légende des couleurs en dB. En première partie, à gauche, l’antenne cadre. En seconde partie droite, on peu voir l’antenne filaire accordée (la toute petite bande centrale, c’est la permutation des deux fiches BNC :) On note clairement un niveau de bruit plus fort sur l’antenne filaire. Le niveau des signaux reçus en également plus fort sur la filaire.

Il est intéressant aussi de comparer les niveaux des enregistrements pour les deux antennes. Sur le graphique suivant issus du logiciel Audacity, on peut voir en première partie l’enregistrement de l’antenne filaire. Le niveau est assez important. En seconde partie, l’enregistrement de l’antenne cadre, qui lui est en revanche très faible (l’ordre est inversé par rapport au graphique précédent).

Enregistrement antenne filaire -vs- antenne cadre (channels I et Q)

Au niveau de la conception, je pense qu’il ne faudrait pas augmenter l’amplification de l’étage final pour une antenne filaire (une marge étant toujours souhaitable car les conditions peuvent varier), par contre, pour une antenne cadre, on dispose d’une bonne marge et on pourrait augmenter l’amplification. Cela n’apportera bien sur pas grand chose si l’on utilise un ADC 24bits qui lui pourra descendre très bas en sensibilité.

Bref, encore pas mal d’expérimentations et de modifications à faire pour mieux comprendre cette chimie ! :)

J’ai récemment construis une antenne cadre en m’inspirant de la technique des bobines en nids d’abeilles. Le but visé était d’obtenir une antenne avec une capacité parasite réduite pour une fréquence de résonance à 1.83 MHz. Une fois la construction terminée, j’ai procédé à quelques mesures avec mon analyseur vectoriel miniVNA.

Mais sur ce coup là, pas de bol, mes calculs étaient faux. La chance n’a pas grand chose à voir là dedans, disons simplement que je me suis gaufré et que mes formules n’étaient pas adaptées à ce type de construction. Je me suis donc retrouvé avec une boucle ayant une résonance à environ 1 MHz.  Certes c’est une jolie réalisation, mais pas d’une grande utilité pour la réception des bandes amateur… Pour l’écoute des stations de radiodiffusion en onde courte ça pourrait être bien, mais je ne suis pas auditeur de ces programmes.

Zoom sur la structure de l’antenne cadre en nid d’abeilles

Deux autres photos ici et ici.

Déjà dans plusieurs posts, j’ai souligné les bonnes performances des antennes cadre. J’ai observé des réceptions bien meilleures avec une antenne intérieure cadre qu’avec un long fil. Comment cela est-il possible ?! Je me suis posé la question alors même que j’avais lu la réponse dans mes livres sur les antennes.

En fait, j’utilise principalement l’excellent logiciel Rocky, qui contient un bonne quantité d’algorithmes de traitement du signal. L’analyseur de spectre ajuste le contraste automatiquement en fonction du rapport signal/bruit pour obtenir une meilleure lecture visuelle. C’est appréciable, mais du coup, je ne me suis pas aperçu de certains phénomènes.

Voici un petit comparatif entre une antenne long fil et une antenne cadre sur la bande de 40m fait à l’aide de Rocky :

A gauche, l’antenne long fil. A droite l’antenne cadre. Bande des 40m

Pour la capture ci-dessus, il n’y a pas photo, l’antenne cadre (partie à droite) laisse apparaître plus de signaux (également plus forts).

Voyons à présent une capture d’écran réalisée avec Spectrum Lab :

Les dispositions sont inversées, à gauche l’antenne cadre (non accordée précisément), à droite l’antenne long fil. Partie centrale de la bande des 80m

Ce qui intéressant ici, c’est que l’on peut voir que l’antenne long fil à un niveau de bruit bien supérieur à celui de l’antenne cadre. Les signaux des émissions amateur sont reçus un peu plus fort, mais c’est sans proportions par rapport à l’augmentation du niveau de bruit.

Le rapport signal/bruit est donc à l’avantage de l’antenne cadre. Rocky ajustant le contraste du spectrogramme automatiquement, c’était donc bien normal d’avoir l’impression de recevoir des signaux plus fort une antenne cadre. En réalité, c’est bien le rapport signal/bruit qui était meilleur. Cela va dans le sens de ce que j’avais lu dans des livres sur les antennes. L’antenne cadre recevrait essentiellement la composante magnétique, les parasites étant principalement véhiculés par la composante électrique, l’antenne serait plus ou moins immunisée contre les parasites.

Note : Je ne suis pas sur que l’on puisse séparer la composante magnétique de la composante électrique aussi facilement que cela, mais je suis bien forcé de constater une belle différence.

Voila encore une petite expérience que je trouve intéressante. La compréhension* passe pour cette fois par l’expérimentation :)

* : Compréhension certes partielle, il reste encore pas mal à faire  ^^

En photo, ce n’est pas le tout d’avoir un bon appareil, il faut aussi une bonne optique, c’est tout aussi important. De même, en radio, un excellent récepteur ne fait pas tout, il faut aussi une bonne antenne, et une situation géographique avantageuse.

L’hiver approchant, je ne suis pas franchement motivé pour faire des excursions sur les collines avoisinnantes, aussi je cherche une solution plus technique afin d’améliorer mes antennes :)

J’ai fais pas mal de tests, et j’avoue que je suis bleuffé par la qualité de réception des antennes cadre. Je préfère les appeler antennes cadre que boucles magnétiques, car je ne suis plus sur que l’on puisse séparer la composante magnétique de la composante électrique dans ce cadre d’application.

Pour mes comparatifs, je disposais d’une –pseudo– antenne long fil de 20 mètres à 5 mètres du sol, d’une autre long fil de 30 mètres, un mètre plus haut mais d’une section plus petite, et finalement de mon antenne cadre d’un diamètre de 65cm (disposé à la même hauteur.)

Résultat en réception : l’antenne cadre n’a rien à envier aux antennes long fils. Elle donne même un peu mieux. Il faut tout de même garder à l’esprit que contrairement au long fil, elle ne marche bien qu’avec une fréquence donnée.

Long fil de 20 mètres / Long fil de 30 mètre plus fin / Antenne cadre (autre screenshot “longfil -vs- cadre” ici)

Concernant les antennes cadre, j’ai l’impression que tout à déjà été découvert et/ou inventé, mais moi, je n’ai pas encore tout testé :) Aussi, je retourne à mes petites expérimentations pour tenter d’améliorer le schmilblick !

SWR pour l’antenne cadre sur la bande des 40m