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Une antenne QFH

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Par Wolfgang DK6WX
(traduction-adaptation de F5ZV)

Voir aussi : Le récepteur -

Pendant des semaines, non des mois, j'ai essayé toutes sortes d'antennes omnidirectives pour la réception des radiosondes. Depuis le simple dipôle, la gourndplane, Turnstile, Lindenblad, Moxon... rien à faire, il y avait toujours des trous dans le diagramme de rayonnement pour les angles d'élévation les plus élevés. Frustration et mauvaise humeur. C'est alors que je reçu l'illumination : il me fallait une ANTENNE QFH !

Le terme QFH n'a pas été tiré du code Q malgré les apparences mais signifie en trois lettres "QuadriFilar Helicoidal", quatre fils en hélice. Pour en savoir un peu plus et surtout pour effectuer des calculs dimensionnels, le mieux est d'aller sur le site de John, ON6JC ; le petit outil de calcul se trouve dans le menu, à gauche.
La recette est simple. Pour 403MHz on prendra :
- Nombre de tours (Number of turns) : 0.5
- Rayon de cintrage (Bending radius) : 1,1 mm
- Diamètre du conducteur (Conductor diameter) : 2.2 mm
- Rapport largeur/hauteur (Width/height ratio) : 0.44

Bien lire ce qui suit, plutôt trois fois qu'une, avant de se précipiter sur le fer à souder...

Matériel nécessaire (voir photo ci-contre) :
- environ 2m de fil électrique rigide de 4mm²
- environ 50cm de tube PVC sanitaire de diamètre 32mm
- environ 150 millimètres de tube de laiton 3x0.5 millimètre (modélisme)
- 1 chute de circuit imprimé une seule face (pas du Pertinax ! )
- 1 foret 2.3 millimètres
- 2 Bouchons diamètre 26 millimètres (magasins de bricolage, quincaillerie)

Préparation

Première étape

A environ 15 ou 20mm de l'extrémité du tube de PVC tracer une ligne qui servira de référence pour toutes les autres mesures. Placer un point zéro quelque part sur cette ligne.
Les éléments horizontaux de l'antenne sont décalés chacun de 90 degrés, on va donc tracer 4 marques sur le pourtour en se servant d'une bande de papier qu'on va d'abord enrouler autour du tube pour en mesurer la circonférence. Ensuite il suffira de plier en 2 puis de nouveau en 2 la longueur mesurée pour avoir quatre quarts de tours et il sera facile de reporter la position des trous de passage à partir du zéro de la ligne de base.
A environ 2,5mm au dessus de la ligne de base, entre les trous de passage a et i, marquer la sortie du câble (K)

Photo 2 i = entrée, a= sortie		Photo 3 Grundlinie = ligne de base, Kabel = câble, Oben = haut.

Deuxième étape

En partant de la ligne de base, marquer la hauteur des trous du passage inférieur des boucles (photo 4) :
- H1 (sortie : a ) 245.2mm
- H2 (entrée : i ) 233 mm

Tracer deux lignes en enroulant la bande de papier au niveau de H1 et H2 puis reporter sur ces deux lignes la position des quatre passages supérieurs à l'aide d'une règle (profilé en U que l'on trouve dans les magasins de bricolage) sur les deux lignes H1 (passage i ) et H2 (passages a photo 5), enrouler la bande de papier au niveau de chacune des deux lignes pour vérifier la position précise des trous (à une épaisseur de trait de crayon près !). Une règle plate ne peut pas être utilisée car elle risque de glisser.

Marquer tous les points avec un pointeau et les percer bien perpendiculairement avec un foret de diamètre 2,3mm. Fraiser légèrement les trous des niveaux H1 et H2 pour faciliter le collage ultérieur. Percer le trou de passage du câble coaxial en fonction du diamètre de celui-ci (RG58 : 5.5mm).

Et maintenant on peut respirer.

Photo 4 : unten = bas		Photo 5 : schiene = profilé, rail

Troisième étape

Dans un morceau de circuit imprimé simple face, découper un disque de diamètre égal au diamètre intérieur du tube. Pour faciliter le montage ultérieur, percer un trou de diamètre 2,5mm au centre du disque. Diviser la partie cuivrée en deux en ôtant une bande de cuivre (photo 6)

Dans le tube de laiton, découper 8 petits morceaux d'environ 15mm de longueur. Ils serviront à raccorder les parties horizontales et les parties verticales. A 1,5mm de l'extrémité de chaque tube, marquer puis percer un avant-trou de diamètre 1,5mm qui sera agrandi ensuite à 2,3mm (photo 7)

Photo 6 : trennen = couper (le cuivre) Montage Bohrung = trou de montage		Photo 7 : Abrunden = arrondir

Quatrième étape

Dénuder entièrement le fil de 4mm². Accrocher un bout du fil dans un étau (ou à une poignée de porte) et tirer vigoureusement sur l'autre extrémité avec une pince pour le redresser.

Avec le fil redressé, préparer les longueurs suivantes :
- 2x 296mm (boucle externe)
- 2x 281,2 mm (boucle interne)
- 1x 105,6 mm (morceau horizontal H1 inférieur)
- 1x 100 mm (morceau horizontal H2 inférieur)
- 4x environ 70mm (morceaux horizontaux supérieurs), longueur non critique.

Notez que, lors de la coupe, de nombreuses pinces coupantes écrasent plus qu'elles ne coupent. Ajuster la longueur du fil si c'est nécessaire.
Arrondir les extrémités des boucles de façon à ce qu'elle affleurent dans les tubes de raccordement en laiton (Fig. 7) que nous utiliserons plus tard

Maintenant passons au cintrage des éléments d'hélice (photo 8)
Sur un (autre] tube de PVC de diamètre 110mm tracer les traits de référence 0, H1 et H2.
Les deux morceaux de fils sont cintrés ensembles en se basant sur les traits, sachant qu'on pourra quand même retoucher la forme par la suite.

Photo 8 (voir aussi la photo 7) Vor dem Biegen Enden abrunden = arrondir les extrémités avant le cintrage

Assemblage

Mettre en place le disque de circuit imprimé en le maintenant dans le tube à l'aide d'un morceau de bois enfilé dans le tuhe, un tuyau en platique...
Introduire les 4 morceaux de fils de 70mm et orienter le disque (Photos 9, 10)

Souder les 4 morceaux de fil sur le circuit imprimé en essayant de faire vite pour ne pas faire fondre le plastique.

Partie dépassant du tube = Longueur totaledu fil / 2 moins Diamètre du tube/2
fil sortant a : 36.8mm
fil entrant i : 34mm
à partir de la surface du tube.
La longueur totale et la symétrie sont importantes, à contrôler soigneusement. Vérifier que les fils d'entrée et de sortie du tube en PVC sont bien perpendiculaires à ce dernier.

Ajuster la position des fils horizontaux inférieurs individuellement en les faisant coulisser dans le tube de façon à obtenir une bonne symétrie puis les immobiliser sur le tube avec une goutte de colle instantanée de chaque côté. Vérifier que les fils supérieurs et inférieurs sont dans le même plan, sinon rectifier en les pliant légèrement.

Photo 9		Photo 10

Étape suivante

Fermeture des demi-boucles (photos 7 et 11)

Enfiler un petit tube en laiton sur les fils de sortie supérieurs et inférieurs.
Présenter la demi-boucle préformée et l'ajuster en contrôlant que la distance entre le conducteur et le tube en PVC est la même partout. Vérifier que les deux demi-hélices se croisent exactement au milieu du tube (photo 11). Et ne plus rien changer !

Souder avec un fer chaud un des tubes en laiton sur un fil horizontal et ensuite avec la demi-boucle en hélice (comme suggéré sur la photo 7), contrôler que tout est correct puis souder l'autre extrémité de la demi-boucle sur le fil supérieur.
Procéder de la même façon avec les trois autres demi-boucles, contrôler et rectifier la géométrie de l'ensemble si nécessaire.

Photo 11 Auf mittige Kreuzung achten = veiller à ce que le croisement soit bien centré

Triste fin

Préparer le câble coaxial et l'introduire dans le trou prévu (photo 10)
Souder la tresse du câble sur une des moitiés du disque de circuit imprimé et l'âme sur l'autre moitié.
Ne pas trop chauffer !

Faire trois tours de câble bien serré autour du tube de PVC et le maintenir à l'aide de colliers en Rilsan. C'est sûrement un peu surdimensionné, mais qui peut le plus, peut le moins (photo 12).

Rendre étanche le passage du câble à l'aide d'un mastic résistant aux UV. J'ai utilisé de la bande d'étanchéité Teroson pour réparation de carrosserie qui reste élastique pendant des décennies et peut être ôtée si nécessaire.

Protéger le disque de circuit imprimé avec un vernis isolant et le cuivre restera brillant pendant plusieurs années.

Si nécessaire raccourcir au couteau le bouchon supérieur de façon à ce qu'il ne touche pas au câble coaxial et percer un trou de ventilation dans le bouchon inférieur. Ce trou ne doit pas être plus grand que 1,5mm pour éviter que des insectes ne s'introduisent dans le tube. Dans mes réalisations "de luxe" je perce un trou de 6mm et je colle un filtre en tissu de fibre de verre à l'intérieur du bouchon (c'est quand on s'est fait avoir qu'on devient rusé...). Graisser légèrement les bouchons avant de les enfoncer.

Il reste à protéger l'ensemble avec deux couches de laque polyuréthane resistante aux intempéries.

Photo 12 3 WDG = 3 tours, Kappe oben = bouchon du haut, Kappe unten = bouchon du bas

Postface

La réalisation est plus difficile à expliquer qu'à mener, le temps nécessaire pour réaliser une telle antenne peut ne pas dépasser une heure et demie (soit trois fois moins de temps que pour traduire l'article de Wolfgang NdT...)

Résultat : des radiosondes qui se trouvent à l'horizon radio (parfois à plus de 450km) sont décodées proprement. Quant à la réception de celles qui passent à la verticale, plus de problème...