Antenne Turnstyle VHF

Bonjour à tous,

Aujourd’hui je vais vous parler antenne avec une fabrication de turnstyle de A à Z. Ces antennes sont très utilisées en 137 MHz pour le décodage de satellites NOAA (météo), on peut facilement adapter les mesures pour la bande VHF amateur (144 -146 MHz) ou même UHF (430-440 MHz).


MATÉRIEL NÉCESSAIRE :

DSC05455
Coffret tarauds et filières
  • Une filière adapté à votre diamètre de tube (j’ai opté pour un coffret, 20€ environ)
  • Des ronds aluminium pleins, diamètre de 4, 6 voir 8 mm (3-4 € unité)
  • Un manchon de tube PVC (2-3 € unité)
  • Des écrous adaptés au diamètre des ronds (en vrac 2-3€)
  • De l’huile, le dégrippant fait l’affaire (WD40 par exemple, 4 €)
  • Une scie à métaux
  • Une perceuse (si possible à colonne)

Avant toute chose, l’utilisation d’une tige filetée pour fabriquer une antenne est une très mauvaise idée. Le filetage sur toute la longueur créé des micros capacités, mais l’effet de peau est également affecté et ça rouille ! C’est bien pour ça que l’on est obligé de créer un filetage sur une petite partie de l’antenne.

Il n’est pas possible de fileter des tubes creux en aluminium de si petit diamètres car leur épaisseur ne le permet pas,.

 

Ces matériaux se trouvent très facilement, ce qui vous coûtera le plus cher seront les tarauds et filières, généralement vendu en coffret. Ce dernier n’est pas forcément un investissement vain car cet ensemble peut vous rendre de bons services pour les autres projets radio ou purement mécaniques.


SCHEMA ET CALCULS

Turnstile
Schéma des d’implantation des doublets

Pour calculer la longueur d’onde (notée λ) à partir de la fréquence (notée f ) la formule est la suivante :

2017-10-01 21_13_18-Document1 - Microsoft Word

Je souhaite utiliser cette antenne sur la bande VHF amateur, je vais donc utiliser 145 MHz.

2017-10-01 21_13_40-Document1 - Microsoft Word

La longueur d’onde (notée λ) sera donc de 2.068 mètres.

2017-10-01 21_13_58-Document1 - Microsoft Word

Avant de calculer la longueur de chaque brin on applique le coefficient de vélocité, en théorie il devrait être de 1. En pratique on utilise 0.95 et c’est encore trop long mais il est plus pratique de raccourcir que de rallonger !

2017-11-23 02_25_49-Formules impédances - Microsoft Word

A présent pour déterminer la longueur de chaque brin il ne reste qu’a diviser par 4 la valeur précédemment trouvée.

2017-11-23 02_30_31-Formules impédances - Microsoft Word

 

Pour le réflecteur, la longueur nécessaire est la suivante :

Capture du 2018-02-01 18-56-40

 

Enfin la distance entre le dipôle et le réflecteur peut être de Lambda/8 à Lambda/2.

 

Capture du 2018-02-01 19-09-01
Vue de profil de l’antenne

La ligne de déphasage sera un coaxial de 75Ω, il faut en calculer la longueur exacte avec son coefficient de vélocité, il est de 0,66 pour le RG59 par exemple ;

Formule véloce

 

 

 

 

 


LA FABRICATION

 

Je commence par la partie mécanique, les ronds sont distribués bien souvent par mètre, vu que je veux faire une version VHF je vais commencer directement par fileter les deux extrémités.

Pour fileter les ronds il faut les bloquer à l’aide de cales en bois dans un étau, ça évite de marquer l’aluminium tout en le maintenant bien en place. Veillez également à faire dépasser votre rond de quelques centimètres, auquel cas il sera plus compliqué de faire le filetage sans le casser.

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Rond d’aluminium 4 mm de diamètre en place dans l’étau

 

Prenez ensuite la filière adaptée à votre rond, le marquage est souvent noté M4 ou M6 ou encore M8, ce qui correspond au diamètre de votre rond. La filière doit pouvoir rentrer très légèrement comme sur la photo ci-dessous.

 

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Filière adaptée au diamètre du tube (M4 pour 4 mm de diamètre)

Une fois la filière dans son support, appuyez de bon coeur dans le sens de la flèche tout en vissant, voir photo ci-dessous. Ajoutez également un peu d’huile entre la filière et le rond.

 

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Filière dans son support, début du filetage

Continuer jusqu’à atteindre environ 15 mm de filetage pour du 4 mm et 20 mm de filetage pour un rond de 6 mm. Le manchon PVC que j’utiliserai sera de diamètre interne 40 mm, ce qui me laisse dans l’absolu environ 1 cm de marge entre chaque élément (cf fin de la fabrication).

Veillez à tourner votre filière des deux manches en même temps pour ne pas stresser de trop votre rond d’aluminium, il peut finir par casser.

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Lubrification, filetage en cours

Démonter la filière et vissez la dans le sens inverse et vissez la sans l’outil, ne pas hésiter à répéter cette opérations jusqu’à sentir un minimum de résistance. Par cette technique le pas de vis sera impeccable et il sera possible de visser à la main les écrous.

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Filière sans son support pour finir le filetage

Pour finir, retirer la filière ainsi que les copeaux de métal avec de l’air comprimé ou une bombe de nettoyant frein, et votre filetage est enfin prêt, reste plus qu’a renouveler l’opération pour chaque élément ! La longueur exacte du filetage à garder sera déterminée par l’épaisseur de vos écrous, isolants etc. 

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Nettoyage du filetage

 


 

Après avoir fileté chaque extrémité, je vais maintenant pouvoir couper mes ronds à la bonne longueur, soit 48 cm pour mon cas. Si vous avez un doute il est préférable de tailler un peu plus long pour raccourcir ensuite.

Je n’ai pas utilisé de cales en bois car la force appliquée est minime par rapport au filetage.

DSC05462
Marquage avant la coupe

 


PRÉPARATION DU MANCHON PVC

Le manchon PVC est assez pratique, comme il est court il permet d’accéder facilement aux éléments à fixer mais il permet également de rester modulaire, pouvoir ajouter un réflecteur par exemple. Pour commencer pointez le le plus précisément possible, les rainures de moulages sont pratiques dans ce cas pour tomber juste.

DSC05463
Pointage du manchon en PVC

J’ai choisi de le pointer au 3/4 de sa longueur pour ne pas tomber sur la rainure interne qui permet dans son usage original de rester centré entre les deux tubes à relier.

Il est plus pratique d’utiliser une perceuse à colonne pour effectuer le perçage, vous pouvez utiliser une perceuse classique mais il est plus compliqué d’avoir quelque chose de droit.

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Perçage du manchon

A présent votre tube est percé, il ne reste plus qu’a fixer provisoirement deux éléments face à face.  Je met d’abord un écrou avant de l’insérer dans le manchon, ce qui permettra de bloquer l’élément dans sa position finale.

 

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Mise en place de deux éléments

 


CABLAGE COAXIAL ET LIGNE DE DEPHASAGE

 

Le morceau de coaxial intercalé entre les deux dipôles a deux fonctions, la première est de déphaser le signal de 90° afin de créer la polarisation circulaire, la seconde est d’adapter l’impédance afin que l’addition des deux se trouve le plus proche des 50 ohms requis. Ce système n’est pas utilisé uniquement dans l’antenne turnstile, mais dans la majorité des antennes à polarisation circulaire, les yagis, eggbeatters par exemple.

 

Commencer par couper un bout de coaxial de 75 ohms avec 10 centimètres de plus que prévu voir un peu plus. Vous dénuderez la longueur pour ne garder que la longueur de coaxial requise. Pour détresser proprement et pouvoir l’utiliser sans tout emmêler, utiliser une brosse métallique et surtout commencer par l’extrémité. Faite cette opération centimètre par centimètre, c’est à dire qu’il faut détresser tout autour et ensuite continuer un centimètre en amont et ainsi de suite.

DSC05474

 

Il faut renouveler l’opération 3 fois, pour chaque coté de la ligne de déphasage ainsi que le coaxial de 50Ω. Assurez-vous que la longueur entre l’âme et la tresse soient égales. Pour ma part j’ai gardé 4 centimètres de marge pour permettre les connections.

Pour gagner du temps sur les soudures, j’ai choisi de tout préparer en avance, et de tout souder d’une traite. Cependant attention, ne souder que le nécessaire à l’aide d’un fer de 50-60 W minimum sans mettre trop d’étain. En effet vous risquez de rigidifier les fils et leur mise en place deviendrait vite un casse-tête.

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Toute les connexions et cosses sont prêtes à souder

Après avoir tout soudé, isoler les connexions du premier dipôle avec du chatterton, fixer également le coaxial 50Ω ainsi que la ligne de déphasage ensemble de sorte a ce qu’ils ne puissent pas se séparer.

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Enfin il ne reste plus qu’a brancher, c’est l’étape la plus complexe car il ne faut pas faire de court circuit. Je conseille fortement de mettre qu’un seul brin à la fois, c’est à dire de mettre en place une cosse près d’un trou puis de passer le brin à l’intérieur et de visser l’écrou.

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Mise en place presque terminée

Une fois la mise en place terminée, vous pouvez tester le ROS, l’absence du réflecteur n’est pas gênante, le but est de savoir s’il y a un problème de court-circuit avant le montage d’un réflecteur.

Ainsi l’antenne est terminée, il manque le réflecteur ici mais je voulais essayer des longueurs variables pour voir l’influence en conditions réels.


TESTS ET CONCLUSION

Après un passage sur un analyseur d’antenne connu, je me suis rendu compte que l’antenne était trop longue (certainement les fils dénudés pour le déphasage et alim. du dipôle). Au lieu d’obtenir le ROS minimum sur 145 MHz, le creux était à 142 MHz. Il a fallu raccourcir tout les brins de 2 centimètres environ pour obtenir un creux vers 145 MHz. Il est possible de descendre à 137 MHz également pour la réception de satellites NOAA, il y a certes, certainement un peu de perte, mais ça reste dans le domaine de l’acceptable.

Coté bande passante, avec du rond de 4 mm de diamètre, j’obtiens 8 MHz sans aucun problème à 1,5 de ROS maximum.

Concernant le réflecteur, celui-ci peut être placé entre 1/2 et 1/8 de la longueur d’onde sans problèmes. Avec ou sans, sur plusieurs passages de satellite je n’ai pas encore constaté de différence flagrante du signal reçu. Je ne pourrais pas vous conseiller pour le moment sur l’espacement idéal.

 

73s et bonne bidouille

F4HOK

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