Antennes VHF pour réception satellites
Publié : 18 févr. 2021, 14:50
But: réaliser une antenne pour les satellites météo sur 137 MHz; éventuellement une antenne pour l'écoute des échos de météores sur 143 MHz;
de telles antennes peuvent aussi être utilisées pour l'écoute du Soleil.
L'antenne Yagi c'est l'antenne "râteau" qui a connu son heure de gloire avec la télévision "hertzienne" d'abord avec la TV en bande III (VHF) et même ensuite avec la TV en bandes IV et V (UHF). Elle est est encore très utilisée par les radioamateurs et pour de nombreuses télécommunications.
Elle comporte un dipôle quart d'onde entouré d'un réflecteur et d'un ou plusieurs directeurs.
C'est une antenne directive, dont le gain et la directivité augmentent avec le nombre d'éléments.
Elle est sélective avec une bande passante de quelques MHz sous réserve d'utiliser un diamètre suffisant pour les éléments.
Inconvénients: les résultats s'obtiennent moyennant un ajustement des longueurs et des espacements des divers éléments; l'impédance de l' antenne au niveau du dipôle (qui est de 75 ohms pour un dipôle isolé) diminue lorsqu'on ajoute des éléments et dépend de leurs longueurs et de leurs espacements ! pour couronner le tout le rapport du diamètre des éléments à la longueur d'onde reçue nécessite une correction de la longueur des éléments !!
Heureusement il existe de nombreux logiciels permettant de calculer tout çà; mais on constate rapidement que les valeurs indiquées divergent beaucoup selon les auteurs.
si l'antenne a été optimisée pour donner un plus grand gain, les valeurs longueurs et espacements sont plus critiques.
Après diverses comparaisons je me suis finalement basé sur des valeurs moins critiques données dans un ouvrage ancien sur les antennes de télévision:
Antennes de télévision de F. Juster
Dans le même genre on pourra consulter également La pratique des antennes de C.Guilbert
Le problème de l'impédance
Une clé SDR a une impédance d'entrée de 50 ohms et reçoit du câble coaxial de même impédance.
Une antenne Yagi avec 3 ou 4 éléments va avoir une impédance de l'ordre de 20 ohms.
Pour la télévision qui utilise le standard 75 ohms l'astuce consiste à multiplier par 4 l'impédance en utilisant un dipôle replié (trombone); mais la fabrication d'un tel dipôle est plus compliquée.
En utilisant un dipôle non coupé en son milieu, il existe des systèmes d'adaptation d'impédance (gamma-match par exemple) mais leur réglage est délicat.
Si l'on reste sur l'idée du dipôle simple coupé en son milieu la meilleure solution est celle d'une ligne quart d'onde qui a la propriété de transformer les impédances selon la relation Z²= Z1*Z2 où Z est l'impédance de la ligne, Z1 et Z2 les impédances à raccorder.
Exemple: Z1=20 Z2=50 il faut Z=32
Mais comment faire facilement une ligne d'impédance 32 ohms ? Prenons deux morceaux de coaxial 75 ohms connectées en parallèle: çà fait 37,5 ohms
Si on met du coaxial 50 ohms à un bout on pourra connecter une antenne de 37,5*37,5/50= 28 ohms
même si on connecte une antenne de 19 ohms la désadaptation ne sera pas catastrophique.
Soit finalement pour 137 MHz: longueur d'onde dans le vide= 300/137=2,19m; longueur d'onde dans le coaxial (hé oui ce n'est pas la même!!) 0,66x2,19=1,445m
Le quart d'onde adaptateur doit avoir une longueur de 36cm
Une antenne à 3 éléments
Les valeurs trouvées dans le livre cité plus haut sont
réflecteur: 150/F (une demi-onde) dipôle 143/F directeur 135/F
espacement réflecteur-dipôle 0,18*longueur d'onde dipôle-directeur 0,09*longueur d'onde
pour 137 MHz: réflecteur=1,095m dipôle =1,038m directeur= 0,985 m avec des espacements de 0,394 m et 0,197m
Le gain espéré pour une telle antenne est environ 5dB et son impédance est de l'ordre de 22 ohms
Je donne l'exemple suivant, issu d'un autre calculateur, pour illustrer sa directivité; (on notera les valeurs assez différentes des longueurs et espacements)
On peut éventuellement envisager de rajouter un 2e directeur sans modifier les 3 premiers éléments; il serait placé à 0,394m du 1er et sa longueur serait 0,969 m
On aurait alors quelques dB de gain supplémentaires, une plus grande directivité et l'impédance serait de 20 ohms
De toutes façons il sera bon de prévoir un ajustement final, soit en déplaçant le dipôle , soit en déplaçant le ou les directeurs, soit en ajustant leur longueur.
de telles antennes peuvent aussi être utilisées pour l'écoute du Soleil.
L'antenne Yagi c'est l'antenne "râteau" qui a connu son heure de gloire avec la télévision "hertzienne" d'abord avec la TV en bande III (VHF) et même ensuite avec la TV en bandes IV et V (UHF). Elle est est encore très utilisée par les radioamateurs et pour de nombreuses télécommunications.Elle comporte un dipôle quart d'onde entouré d'un réflecteur et d'un ou plusieurs directeurs.
C'est une antenne directive, dont le gain et la directivité augmentent avec le nombre d'éléments.
Elle est sélective avec une bande passante de quelques MHz sous réserve d'utiliser un diamètre suffisant pour les éléments.
Inconvénients: les résultats s'obtiennent moyennant un ajustement des longueurs et des espacements des divers éléments; l'impédance de l' antenne au niveau du dipôle (qui est de 75 ohms pour un dipôle isolé) diminue lorsqu'on ajoute des éléments et dépend de leurs longueurs et de leurs espacements ! pour couronner le tout le rapport du diamètre des éléments à la longueur d'onde reçue nécessite une correction de la longueur des éléments !!
Heureusement il existe de nombreux logiciels permettant de calculer tout çà; mais on constate rapidement que les valeurs indiquées divergent beaucoup selon les auteurs.
si l'antenne a été optimisée pour donner un plus grand gain, les valeurs longueurs et espacements sont plus critiques.
Après diverses comparaisons je me suis finalement basé sur des valeurs moins critiques données dans un ouvrage ancien sur les antennes de télévision:
Antennes de télévision de F. Juster
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Le problème de l'impédanceUne clé SDR a une impédance d'entrée de 50 ohms et reçoit du câble coaxial de même impédance.
Une antenne Yagi avec 3 ou 4 éléments va avoir une impédance de l'ordre de 20 ohms.
Pour la télévision qui utilise le standard 75 ohms l'astuce consiste à multiplier par 4 l'impédance en utilisant un dipôle replié (trombone); mais la fabrication d'un tel dipôle est plus compliquée.
En utilisant un dipôle non coupé en son milieu, il existe des systèmes d'adaptation d'impédance (gamma-match par exemple) mais leur réglage est délicat.
Si l'on reste sur l'idée du dipôle simple coupé en son milieu la meilleure solution est celle d'une ligne quart d'onde qui a la propriété de transformer les impédances selon la relation Z²= Z1*Z2 où Z est l'impédance de la ligne, Z1 et Z2 les impédances à raccorder.
Exemple: Z1=20 Z2=50 il faut Z=32
Mais comment faire facilement une ligne d'impédance 32 ohms ? Prenons deux morceaux de coaxial 75 ohms connectées en parallèle: çà fait 37,5 ohms
Si on met du coaxial 50 ohms à un bout on pourra connecter une antenne de 37,5*37,5/50= 28 ohms
même si on connecte une antenne de 19 ohms la désadaptation ne sera pas catastrophique.
Soit finalement pour 137 MHz: longueur d'onde dans le vide= 300/137=2,19m; longueur d'onde dans le coaxial (hé oui ce n'est pas la même!!) 0,66x2,19=1,445m
Le quart d'onde adaptateur doit avoir une longueur de 36cm
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Une antenne à 3 élémentsLes valeurs trouvées dans le livre cité plus haut sont
réflecteur: 150/F (une demi-onde) dipôle 143/F directeur 135/F
espacement réflecteur-dipôle 0,18*longueur d'onde dipôle-directeur 0,09*longueur d'onde
pour 137 MHz: réflecteur=1,095m dipôle =1,038m directeur= 0,985 m avec des espacements de 0,394 m et 0,197m
Le gain espéré pour une telle antenne est environ 5dB et son impédance est de l'ordre de 22 ohms
Je donne l'exemple suivant, issu d'un autre calculateur, pour illustrer sa directivité; (on notera les valeurs assez différentes des longueurs et espacements)
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On aurait alors quelques dB de gain supplémentaires, une plus grande directivité et l'impédance serait de 20 ohms
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De toutes façons il sera bon de prévoir un ajustement final, soit en déplaçant le dipôle , soit en déplaçant le ou les directeurs, soit en ajustant leur longueur.
(J'utilise beaucoup de tiges d'alu rondes ou plates)
l'antenne Moxon et sa version "turnstile" pour les satellites