Une antenne hélicoïdale pour GPS fixe...




Pourquoi une antenne GPS sur un point immobile dont on connaît les coordonnées ? Stupide !

Pas si stupide que ça : Si on n'a pas de PC et que l'on veut se signaler en APRS avec un générateur de trames type "Tiny Trak" (à moins de le charger avec le fimware "Tiny no GPS" en cours d'expérimentation, ou d'utiliser un GPS "virtuel"...), "COTT", "GPS Tracker"... ou par tph.
De mon côté, je l'utilise pour la mise au point ou la réparation des modules que j'ai cité.
A ce moment là il faut bien connecter une antenne au GPS, le problème est que le récepteur GPS ne capte pas les satellites à travers les murs !
C'est pour celà qu'il faut brancher une antenne extérieure type voiture ou bateau. On en trouve à des prix hélas élevés si on veut une bonne performance, surtout si on doit utiliser une grande longueur de câble.

Me trouvant dans ce cas, et ayant peu d'espace visible vers le ciel, je n'avais pas besoin d'une antenne à large ouverture type patch ou dipôles croisés (n'oublions pas qu'il faut utiliser la polarisation circulaire droite !).
J'ai préféré le gain au détriment forcé de l'ouverture, donc pas trente six solutions, j'ai opté pour l'antenne hélicoïdale que je maîtrise bien.
Vu l'angle de visibilité, un modèle à cinq spires me convient parfaitement.

Je me suis lancé une fois de plus dans la construction de ce type d'antenne, mais cette fois-ci le "cahier des charges" est un peu différent :
  • Fréquence 1575 MHz (inhabituelle pour les Radioamateurs).
  • Doit viser vers le haut (mode de protection contre les intempéries à repenser).
  • Ne doit pas être galvaniquement en court-circuit pour ne pas endommager le récepteur GPS, car celui-ci envoi du +5 V ! (téléalimentation pour antenne amplifiée)

    Calculs de l'antenne :
    Pour ne pas faire les calculs à la main, j'utilise sans honte l'excellent programme éprouvé :


    Résultats :

    Le gain de l'antenne me semble cependant trés généreux, il serait plutôt de l'ordre de 5 dBi. L'angle d'ouverture me paraît correct.

    On y trouve aussi les résultats pour le transfo. quart-d'onde d'adaptation, j'utilise un système plus simple tout aussi efficace, nous l'examinerons plus loin...

    Réalisation :
    Il faut trouver le support isolant pour l'hélice d'un diamètre de 5,9 cm (on arrondit à 6 cm) et long de plus de 23 cm. Je n'ai pas trouvé de tube de PVC de ce diamètre*, alors j'ai trouvé un bout de plaque en fibre de verre, que j'ai découpé plus large de 1 cm.
    * Si vous avez un tube de ce diamètre, voir méthode de construction page "Antennes hélicoïdales 2400 MHz" en adaptant les dimensions et surtout le sytème d'accord (voir plus loin).
    J'ai tracé et percé des trous dia. 3 mm en quinquonce espacés de 6 cm dans le sens de la largeur et de 4,2 cm dans le sens de la longueur.
    J'ai coupé et dénudé 1 m de fil électrique rigide de 4 mm² (on peut prendre du fil émaillé, c'est mieux contre l'oxydation), que j'ai préformé dans le sens "circulaire droite" autour d'un diamètre plus petit, car il a tendance à se détendre.
    Couper un disque en aluminium de préférence, d'un diamètre de 15 cm minimum, ou bien un carré... Ce sera le réflecteur.
    Percer celui-ci au niveau du rayon de l'hélice pour accueillir le connecteur (N ou SMA, personnellement j'ai mis un TNC ; éviter la BNC qui crachouille à ces fréquences). Faire des petits trous de 2,5 mm dans la surface correspondante à l'hélice, pour évacuer la condensation.
    Un profilé en équerre long de la largeur de la plaque isolante maintiendra l'ensemble par des boulons M4.
    Un radôme (coiffe de protection) sera fait avec un tube en fibre de verre bouché, ou faute, comme moi, avec une bouteille en plastique... Le modèle 150 cl convient pile.
    Assembler l'antenne et "visser" l'hélice en se référant au croquis et aux photos (sans le radôme ni la "plaquette de résonance" pour le moment), des boules de soudure à la terminaison haute de l'hélice et une goutte de cyanoacrylate à chaque traversée empêcheront celle-ci de bouger :


          
    J'ai percé des "gros" trous au centre de la plaque isolante pour l'alléger


    Il est temps de penser à la fixation de l'antenne :
    On peut la fixer en haut d'un mât avec des petites équerres, n'ayant pas de place à cet endroit du mât, je l'ai fixée sur un bras de déport (vieux boom d'antenne TV) avec deux boulons au bord du réflecteur pour pouvoir la démonter éventuellement (voir image en haut de la page).

    Réglage sur la fréquence :
    Préparer une petite lamelle en tôle fine soudable de largeur 5 mm, qui ira entre la première demi-spire et le profilé en équerre qu'elle "survolera", maintenue sur la plaque isolante par un boulon M3 de façon à la rigidifier :


    En mesurant avec un ROSmètre et générateur, ou bien un analyseur, faire glisser lègèrement la partie de la lamelle sur le fil de l'hélice pour amener la fréquence de résonance à 1575 MHz, puis régler la distance entre la languette et le profilé en équerre pour avoir le minimum de ROS.
    Les deux réglages sont un peu inter-dépendants, il faut procéder avec soin et patience ! (Je me sert personnellement d'une pince à linge en bois pour manipuler les parties HF)
    Ensuite souder la lamelle au fil hélicoïdal, retoucher si nécessaire.
    On vient donc de réaliser un circuit d'accord (stub) LC : La lamelle est une self à cette fréquence, et l'approche avec le profilé constitue un condensateur.
    On ne peut pas utiliser le système lamelle à la masse comme mes hélices 2400 MHz, car il y a un problème important :
    Rappelons nous que le récepteur GPS envoie une tension de +5 V ! On court-circuiterai cette tension en risquant d'endommager l'appareil. Ca m'est arrivé accidentellement en faisant toucher dans ma voiture une antenne-patch non capotée avec la masse, heureusement ça m'a "juste" vidé les mémoires, et les configurations se sont mises en mode "usine" !
    On pourait utiliser un "stop courant" mais il induit des pertes.

    Une fois l'antenne réglée, coiffer l'antenne avec le couvercle (radôme), une vis avec écrou prisonnier du côté plaque isolante le maintiendra en place.


    Mettre de la pâte à joint (silicone, sika...) en haut de la vis et tout le pourtour du contact entre le radôme et le réflecteur.

    Câblage de l'antenne au récepteur :
    Si on est riche, on peut utiliser du coax 50 Ohms gros, double blindage argenté, isolant Téflon™... J'ai l'habitude d'utiliser sur ces fréquences du coax TV qualité satellite (17PaTc, 17VaTc... L'un est blanc et l'autre est noir. Le noir est indestructible pour l'extérieur mais dégage des gaz toxiques s'il se consume, l'autre non mais est moins résistant aux UV).
    Respecter son rayon de courbure et ne pas l'écraser !
    Ce type de câble est plus performant que du KX4 ! Par contre il fait 75 Ohms et nous aurons une rupture d'impédance de chaque côté du coax où l'on travaille en 50 Ohms. Je compense la perte de deux fois quatre pour cent par un préampli BIS (satellite), étanchéifié et placé sur le bras de déport avec un collier inox pour une bonne masse, que j'alimente avec un injecteur de tension en 12 V, car les 5 V fournis par le récepteur sont un peu justes :


    J'avais tout de même des bons résultats sans le préampli, avec 20 m de câble !
    Par contre, essais avec du coax RG58 fin : RIEN !

    Essais :
    Voici une acquisition lors d'un "mauvais" moment :


    L'antenne en place sur mon mât :


    Bien capotée, on pourait l'installer sur un bateau, caravane...

    J'espère que cette page vous donnera des idées et satisfaction !

    F8APF Patrick 09/2007.