Antennes hélicoïdales 2.4 GHz




Pour les transmissions numériques comme le packet haut débit (AX25 H.S., WiFi™...), il est préférable de travailler en polarisation circulaire afin de réduire les pertes de données, surtout en ville et régions montagneuses.

Un autre avantage (ou inconvénient) est que cette antenne est compatible avec les polarisations linéaires (horizontale, verticale, diagonale) avec une perte de 3 dB "seulement".

Beaucoup d'OMs disent du mal sur ce type d'aérien car ils n'ont pas réussi à le régler (il paraît que si l'on trouve un système mauvais, c'est surtout qu'on l'est soi-même, dixit "Victor Zéro"). Avec un minimum de soin, c'est une trés bonne antenne.
Vous verrez que j'ai utilisé un système d'adaptation inhabituel mais efficace et robuste !

Constitution :


  • Un réflecteur (D) métallique rond, carré, triangulaire... d'un diamètre minimum de 100 mm.
    Préférez l'aluminium à cause du poids. Il peut être percé d'orifices de dépassant pas 17 mm dans notre cas.
  • Un support (d) isolant d'un diamètre de 40 mm, où est enroulé un certain nombre de spires espacées de 28 mm en fil de cuivre nu ou émaillé diamètre 2 mm.
  • Un connecteur (N) fixé sur le réflecteur à l'endroit où démarre la première spire.
    L'âme du connecteur sera soudée au départ de l'hélice qui se trouve à 10 mm du réflecteur.
  • Un STUB pour l'ajustage de la résonnance et de l'adaptation en impédance.
    Nous verrons plus loin comment réaliser ce stub...

    Nombre de spires :

    Le nombre de spires dépend du gain et de l'angle d'ouverture souhaités !
    Ce nombre est tout de même limité :
    - minimum trois spires pour assurer la polarisation circulaire.
    - maximum 13 à 15 spires car le gain cesse d'augmenter (travail et encombrement inutiles).
    Grosso modo on optient 1 dBi par spire (certains calculs ou logiciels sont généreux)...
    - Avec 3 spires on optient dans les 3 dBi (1 dBd) avec un angle d'ouverture de 80 degrés à -3 dB, ce qui est excellent pour illuminer une parabole de type "prime focus" (symétrique).
    - Avec 6 spires : 6 dBi (4 dBd) sur 45 degrés à -3 dB, idéal pour illuminer parabole "offset".
    - Avec 8 spires : 8 dBi (6 dBd) sur 40 degrés à -3 dB.
    - Avec 13 spires : 13 dBi (11 dBd) sur 32 degrés à -3 dB.

    Sens d'enroulement des spires :

    Par convention, on utilise la polarisation circulaire droite. Vous pouvez utiliser la gauche, mais vos correspondants seront dans l'autre sens...
    ATTENTION : Si vous illuminez une parabole "prime focus" ou "offset", il faut bobiner à l'envers, car la parabole, par effet miroir, inverse le sens de rotation. Si et seulement si vous utilisez une type "Cassegrain" avec un subréflecteur, il faut bobiner à l'endroit car le faisceau est inversé deux fois !

    Conseils de construction :

    Chacun trouvera un système d'assemblage différent, voici le mien :


    Prendre un tube en isolant de bonne qualité (le PVC pas terrible mais ça fonctionne encore) d'une longueur de (n spires + 1) x 28 mm, et d'un diamètre extérieur de 40 mm dans notre cas.
    Faire une encoche trapézoïdale de 10mm sur 5 mm de haut à un bout.
    Percer un trou de 2.5 mm à 5 mm en dessus de l'encoche.
    A partir de ce trou, qui doit donc se trouver à 10 mm de la base du tube, tracer un petit trait tous les 28 mm tout le long du cylindre.
    Pivoter le tube de 180 degrés, tracer un petit trait à 24 mm de la base, puis tous les 28 mm.
    Enrouler du ruban isolant afin de tracer l'hélice depuis le petit trou en suivant les traits de chaque côté, dans le sens horaire pour polararisation circulaire droite, ou selon si parabole ou pas....
    Percer un autre petit trou à l'arrivée de la dernière spire.
    A l'aide d'une scie à métaux, creuser d'une profondeur de 1 mm tout le long du bord du ruban isolant qui démarre au niveau du premier trou. Cette fente hélicoïdale servira à maintenir le fil en place tout le long du cylindre.
    Hôter le ruban isolant, s'assurer d'avoir un pas d'hélice de 28 mm, dans le bon sens.
    Préparer une longueur de fil dia. 2 mm supérieure à : Diamètre tube x Pi (3.14) x nombre de spires.
    Introduire 5 mm du fil dans le premier trou et le replier à l'intérieur du tube, afin de le bloquer.
    Visser le fil tout le long de la rainure en le maintenant tendu.
    Arrivé au bout de l'hélice, intoduire le bout de fil dans le deuxième trou et tendre à fond.
    couper l'excédent de fil à 5 mm dans le tube et le replier avec une pince.
    Etamer le départ de l'hélice avec un gros fer trés rapidement, afin de ne pas fondre le tube.
    Mettre l'hélice de côté pour l'instant (elle doit se reposer la pauvre !).
    Découper le réflecteur suivant la forme désirée, son diamètre minimal à l'endroit le moins large (s'il n'est pas rond), doit être de 100 mm.
    Positionner le tube au centre et tracer le pourtour sur le réflecteur.
    Remettre l'hélice de côté.
    Pointer à un endroit sur le cercle et percer au diamètre du connecteur.
    Positionner le connecteur sur ce qui sera l'arrière de l'antenne, percer à 3 mm pour un connecteur "N" aux deux endroits de fixation opposées de ce dernier, de façon à ce que aucune vis ne se trouve à l'endoit où le tube se positionnera. Ne pas le fixer pour l'instant.
    Préparer trois petites équerres à angle droit de 10 mm percées à 3 mm à chaque centre des demi-équerres.
    Présenter le tube sur le réflecteur en positionnant l'encoche du premier au centre du trou du connecteur du second.
    Positionner les trois équerres espacées de 120 degrés, elles ne doivent pas se trouver prés du fil de l'hélice pour ne pas la perturber.
    Tracer les trous de 3 mm côté tube et réflecteur et percer.
    Pour le système de fixation, vous pouvez mettre une sorte de "U" derrière le réflecteur, ou une fixation d'antenne TV qui traverse le centre de celui-ci fixé dans le tube sur une longueur faible.
    Sur mon modèle expérimental 13 spires, j'ai attaché avec tube PVC + collier nylon :



    Assembler le tout en commençant par le connecteur.
    Souder un tout petit bout de fil entre le centre du connecteur et le départ de l'hélice.

    Réglage :

    Il est temps de fabriquer le stub d'adaptation :
    Il y a beaucoup de systèmes pour adapter cette antenne : Transfos coaxiaux, capacités, lignes quart d'onde, demi onde..., mais difficiles à mettre en oeuvre ! On peut mettre une capacité parallèle à la base en approchant un bout de ferraille relié au réflecteur, alors pourquoi pas une adaptation selfique parallèle ?
    C'est ce que j'utilise avec entière satisfaction, avec l'avantage d'être en court-circuit au point de vue charges statiques. Il faudra bien évidemment prendre garde à ne pas envoyer de tension continue dans l'antenne.
    Préparer une équerre en métal soudable étamé, d'épaisseur 0.5 à 1 mm, comme ceci :


    Connecter l'antenne à un analyseur de ROS, analyseur de réseau ou ROS-mètre de qualité excellente !
    Présenter le sub aux allentours de la première demi-spire et le faire toucher entre le fil de l'hélice et la masse (réflecteur), à l'aide d'une pince isolante.
    Déplacer le stub de droite à gauche afin de neutraliser le ROS :


    Une fois le préréglage effectué, couper l'excédent supérieur de stub et reprendre le réglage trés lentement.
    Ensuite marquer et percer le trou de fixation du stub sur le réflecteur.
    Fixer le stub avec un boulon + rondelle éventail sur le réflecteur.
    Réajuter si besoin est, en déformant légèrement le stub et soudez rapidement le haut de celui-ci sur le fil de l'hélice.
    Voici ma courbe d'adaptation de mon modèle 3 spires :


    Dans mon cas j'ai un ROS de 1.2 soit 0.8 % de perte sur 50 MHz de largeur de bande, et ROS 1.3 sur 170 MHz de large!

    Mettre du vernis sur la soudure pour la protéger :


    Sur ce modèle, j'ai mis de la pâte d'étanchéité entre le réflecteur et le tube.
    Percer des trous de 2.5 mm dans la partie inférieure du tube entre chaque spire pour évacuation de la condensation. Boucher le bout du tube avec colle ou bouchon...
    Protéger la partie connecteur avec une coquille isolante collée.
    Surtout pas de colle directement dessus ! L'antenne serait complètement déréglée ! (je sais de quoi je parle).
    Sur mon modèle à trois spires pour parabole prime-focus (le pas est inversé), j'ai enfermé toute la partie active dans un récipient isolant (ancien pot de plâtre de quincaillerie... Assez gros pour ne pas modifier le ROS), vissé et collé :
    Des petits trous de 2.5 mm sont percés sur la patie inférieure du pot (radôme), afin d'évacuer la condensation.

        

    Photos diverses :

    Liaison WiFi™ printemps 2005 avec F5ISQ :
    Trés bons résultats.


    Source 5 spires pour parabole offset :
    Résultat excellent aussi lors des mêmes essais WiFi™.
    On voit bien le pas inversé (circulaire gauche).
        

    Hélice 1200 MHz de F1EQF :
    Fixation sur boom avec barrettes isolantes.


    Son système d'accord capacitif de quelques centimes en "monnaie de singe", HI :


    Hélice 1200 MHz de F1UCG/p :


    Hélice de F6DMW (75 Ohms) RX ATV :
    (Fabrication F8APF, étanchéité F1UCG).


    Nouvelle Hélice 18 spires 2,4 GHz F8APF :

    (essais WiFi™ 07/06/2007 7,3 Km avec parabole 90 et point d'accès 15 dBm à l'autre bout : Au taquet).

    Le radôme couvre les deux premières spires et les soudures

    Bonne bidouille !


        F8APF Patrick 2005