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Antenne directive portable proche du sol : comparaison entre Jungle-Job et Moxon

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Les calculs et conclusions de cet article sont en fait faux. Il y a un biais dans la simulation sur la Jungle-Job. Le modèle pour cette antenne avait un décalage de 10m de son axe vertical (Z) que je n’avais pas vu. Les calculs étaient donc pour 13m et non 3m. Avec le modèle corrigé, la différence n’est plus que de 1dB en faveur de la Jungle-Job, qui reste intéressante pour la facilité de construction.

Moxon 14MHz à 3m du sol (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2014/08/Moxon14MHz_3m_sol_2 NULL.png)Jungle Job G4ZU 14MHz 3m sol (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2014/08/JungleJob14MHz_3m_sol_bon NULL.png)

Ci-dessous l’article original mais dont les conclusions sont fausses.

Je suis très content de ma Moxon-hybride sur 15 mètres (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/2014/01/15/ma-moxon-hybride-15-12-10-6-metres-de-nouveau-operationnelle/) et cela se voit sur les statistiques puisque c’est aujourd’hui la bande sur laquelle je fais le plus de QSOs et contacte le plus de pays DXCC. Toutefois, j’aimerai aussi parfois profiter du gain qu’apporte une telle antenne directive sur les bandes comme le 20 mètres ou le 17 mètres. La première, bien qu’imposant des contraintes supérieures en terme de dimension, est certainement la plus intéressante car elle est très active durant les concours, surtout avec le creux du cycle solaire qui s’annonce.

Installer une telle antenne sur mon toit à demeure est exclu. Cela me demanderait de faire des travaux important pour garantir une fixation qui résiste au vent. Le gros avantage de la Moxon pour 15 mètres (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/2014/01/15/ma-moxon-hybride-15-12-10-6-metres-de-nouveau-operationnelle/) est qu’elle est petite, légère, et ne souffre pas trop durant les tempêtes, mais c’est déjà à la limite des possibilités actuelles.

Diagramme de gain antenne Moxon pour 20m à 3m au dessus du sol (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2014/08/Moxon14MHz_3m_sol NULL.png)La solution serait donc de faire une antenne “portable” que j’installerai pour les concours et qui pourrait être montée et démontée en moins d’une heure. Le support idéal serait un escabeau de 3,50m que j’ai et qui est relativement stable. Peut-être avec deux haubans accrochés aux arbres pour le stabiliser latéralement. Soyons francs, le “besoin” réel n’est pas vraiment là, mais j’ai tout simplement envie de faire une nouvelle antenne! La bôme serait en bois, et le support du radiateur fait avec deux cannes à pêche en fibre de verre que je peux trouver facilement et que j’utilise pour mes verticales 20 mètres.

J’en suis donc à l’étape des études, et ma première question était sur quel design je devais partir. En particulier quand on est si proche du sol, les antennes directives tendent à perdre beaucoup de gain et le lobe principal à se redresser vers le ciel. J’ai donc modéliser dans MMANA (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/2012/02/20/nouvelle-version-de-mmana-gal/) les deux antennes pour 20 mètres que j’envisage de réaliser et fait les calculs pour un sol à différentes hauteurs et en particulier à 3m du sol. Ce sont ces deux derniers résultats que vous pouvez voir ci-contre.

Diagramme de gain antenne Jungle-Job G4ZU pour 20m à 13m au dessus du sol (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2014/08/JungleJob14MHz_3m_sol NULL.png)La conclusion est sans ambiguïté, c’est la Jungle-Job (ou G4ZU) (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/2009/12/11/jungle-job-ou-g4zu/) qui gagne haut la main! Le gain maximum est de 3dB supérieur avec cette dernière, alors que celui de la Moxon, comparable quand l’antenne est à 1λ au dessus du sol, s’est écroulé à 7,84dBi. De plus, si on regarde la forme du lobe principal, pour un “angle de tir” bas comme 10°, le gain est encore de 7,4dBi avec la Jungle-Job, alors qu’il est négatif à -2,3dBi avec la Moxon. Le maximum de gain étant à une élévation de 60° avec la Moxon, contre 22° avec la Jungle-Job, ce qui est beaucoup plus utile pour le DX!

C’est vrai que la Jungle-Job sera un peu plus grande, mais aussi plus facile à réaliser et à monter/démonter. C’est vers celle-ci que je vais donc m’orienter, mais n’espérez pas voir de réalisation avant plusieurs mois, car j’ai pas mal de travaux à faire à priorité, dont la remise en état de mes transceivers (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/2014/08/03/la-poisse-mes-deux-transceivers-en-panne/)

Antenne multibande à résonateur couplé

En parlant de mes tentatives de réception ARISSat-1 je vous ai parlé de mon adaptation de la jungle-job 6m pour la bande 2 mètres en utilisant la technique de l’open-sleeve. Bien que le terme open-sleeve soit le plus connu, dans mon cas je devrais plutôt parlé de résonateur couplé (Coupled Resonator ou C-R) qui est le cas général. Je ne m’étais pas plus étalé sur le sujet mais je vais y revenir un peu.

J’ai découvert cette technique en lisant l’excellent Antenna book de l’ARRL (http://www NULL.amazon NULL.com/gp/product/0872599876/ref=as_li_qf_sp_asin_tl?ie=UTF8&tag=leschroniquhe-20&linkCode=as2&camp=217145&creative=399369&creativeASIN=0872599876). Je recommande la lecture de cet ouvrage car il est bien équilibré entre théorie et pratique. Son principal défaut étant aussi une de ses qualités : il couvre un domaine très large allant des MF aux UHF, lignes, traffic satellites, relais…

Antenne dipole à résonateur couplé (http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2011/08/résonateur-couplé NULL.png)La technique est relativement simple puisqu’elle consiste à ajouter à proximité d’un radiateur existant pour une fréquence F1 un radiateur demi-onde “passif” (non connecté électriquement) pour une fréquence F2. Elle a été pour la première fois mise en évidence par K9AY puis ont suivi des travaux de N6LF et AL7KK qui servent de références aujourd’hui.

Cette solution s’adapte parfaitement aux Yagi alimentée par doublet et elle est utilisée sur plusieurs modèles de Yagi HF multibandes commerciales (Force-12, Hy-Gain Explorer…). DK5ZB en fait aussi une belle démonstration sur une Moxon hybride 10m-6m (http://www NULL.mydarc NULL.de/dk7zb/Moxon/Dualband-Moxon_10+6m NULL.htm) (merci André F5AD pour le lien). Pour ma part j’avais le projet de l’utiliser pour une Moxon bibande 15m-12m mais ce projet reste dans les limbes faute de temps…

Le résonateur couplé offre l’avantage théorique d’une mise au point plus facile chaque élément pouvant être taillé indépendamment, d’une efficacité optimale (peu de pertes de couplage) et de la possibilité d’accommoder ainsi de nombreuses bandes.

Si à première vue la réalisation paraît simple, en réalité avoir un accord et une impédance bonne n’est pas si facile. Tout d’abord, l’effet capacitif entre les éléments ajoute un peu de longueur et vient dérégler la première antenne. Celle-ci étant spécifique (G4ZU), son comportement est moins prévisible. Ensuite, les fréquences de 50 MHz et 145 MHz étant proches d’une relation harmonique, l’antenne 6 mètres a une impédance relativement faible sur 145 MHz, la valeur d’espacement s’éloigne de celle théorique. La bande passante devient elle aussi un peu plus pointue à chaque fois qu’on ajoute un élément. Pour finir, j’utilisais du fil gainé (donc à raccourcir par rapport à la valeur théorique) et celui que j’ai ajouté était de diamètre différent du premier, compliquant l’adaptation.

Toutefois pour un essai en réception comme c’était le cas pour moi ça a marché plutôt bien du premier coup. N’étant pas équipé en appareils de mesure au delà de 30 MHz je n’ai pas fait plus d’essais et de mesures. Un avantage aussi de cette technique c’est qu’elle se modélise facilement sur ordinateur avec NEC4 ou MiniNEC. Je m’amuserai une fois encore avec cette approche mais peut-être pour un simple jeu de dipôles 2 mètres et 70 cm, avant d’attaquer la Moxon hybride 15m / 12m de mes rêves…

Réception ARISSAT-1

Le petit Paul est un expert en “passe visible” d’ISS. Si le ciel est dégagé et si bien entendu ISS est visible à une heure “décente”, vous pouvez être sûr que mon gamin va la trouver dans le ciel. Il a du la voir une vingtaine de fois, et du coup s’intéresse fortement à tout ce qui touche les satellites. Je ne lui ai pas encore parlé de Kepler, mais il en connaît un bout pour ses quatre ans.

Vue en coupe ARISSAT-1Quand le lancement effectif d’ARISSAT-1 (http://www NULL.arissat1 NULL.org/) a été annoncé, j’ai tout de suite su que ça aller lui faire plaisir. Dès le deuxième jour vers 7h du matin j’ai donc emmené ma femme et les gamins dans le jardin pour entendre très clairement les voix sur 145,950 MHz qui passaient à 300 km au dessus de nos têtes. J’ai beau avoir une petite expérience en trafic satellite d’il y a 10 ans (QSO avec MIR à l’époque), je reste toujours ébahi de pouvoir recevoir sur un portable avec une antenne fouet un oiseau qui envoie quelques milliwatts à plusieurs centaines de kilomètres dans l’espace.

La prochaine étape c’était de recevoir la télémétrie (http://www NULL.arissattlm NULL.org/) et les images SSTV (http://www NULL.amsat NULL.org/amsat/ariss/SSTV/) du sat. Le problème c’est que les passes au dessus de mon QTH se faisait à des horaires impraticables ou quand le sat était en éclipse et basculait en mode basse puissance. Peu à peu les horaires sont redevenus intéressants mais les batteries du satellite ont lâché et il passe donc de moins en moins de temps en basse haute-puissance.

Après avoir remis mon FT-100 en service et modifié l’antenne 6 mètres (une jungle-job ou G4ZU) pour la rendre utilisable sur le 2 mètres (ajout d’un brin en open-sleeve), j’ai enfin réussi à recevoir 2 trames consécutives de télémétrie BPSK-1000 dont vous avez une copie plus bas. Le truc c’est de se caler sur la balise CW pour qu’elle soit dans les 500Hz, et en corrigeant régulièrement l’effet Doppler (dans les 10KHz d’excursion totale lors d’une passe à élévation élevée) le logiciel décode sans difficultés des signaux dont la BF est claire mais qui ne font pas bouger le S-mètre.

Par contre je n’ai pas réussi à avoir d’image SSTV exploitable. Le QSB est fort et sur les quelques secondes que dure une image en mode ROBOT-36, il est facile de louper le code VIS de départ ou d’avoir des parts importantes de l’image oblitérées par le bruit.

Je ne m’avoue pas vaincu, dès lundi je vais essayer d’améliorer un peu l’antenne (ajout d’un réflecteur pour le 2 mètres) mais avec seulement une à deux passes utiles de moins de 10 minutes par jour, ce n’est pas évident de valider les modifications.
Malheureusement les batteries et panneaux solaires se dégradent vites sur le satellite et il va passer de moins en moins de temps en mode haute-puissance, j’espère avoir un peu de chance lors de mes prochains essais.

mission_time = 2534
mission_mode = HIGH PWR  

ihu_temps
rf temp = 0x69 (56 c)
control_panel temp = 0x8c (46 c)
experiment temp = 0x8e (45 c)
bottom_cam temp = 0xd9 (31 c)
top_cam temp = 0x78 (51 c)
ihu_enclosure temp = 0xb6 (37 c)
battery temp = 0xc9 (33 c)
psu_pcb temp = 0x76 (52 c)
ihu_pcb temp = 0x7d (50 c)  

Power
Voltage = 0x038c (36.056V)
Current = 0x01f6 (-0.012A)
Battery is Discharging
batt_status ref2p5_raw =1f9
PSU Vdd =5.064
net raw = -276608 

batt_history
chrage raw = 41051
dischrg raw = 317831  

Camera
Coulombs = 3217181
Current = 0x0060 (0.095A)
status1 = OFF
status2 = OFF
status3 = OFF
status4 = OFF  

experiment power_info
Coulombs = 18A954B (0)
Current = 0x028f (0.195A)
status = 3  

ihu power_info
Coulombs = 108B6BA (0)
Current = 0x0062 (0.097A)
status = ACTIVE  

sdx power_info
Coulombs = 1D9A072 (0)
Current = 0x00f9 (0.247A)
status = ACTIVE  

ps5v power_info
Coulombs = 3882D94 (0)
Current = 0x0251 (0.587A) 

ps8v power_info
Coulombs = 28035A5 (0)
Current = 0x01cd (0.456A)
status = ACTIVE 

rf power_status
status = ACTIVE  

spare power_status
status = ACTIVE
psu_status
osc_status = 12
xtal_failed_cnt = 0
pin_disturbs = 0
ihu_frc_resets = 0
sdx_auto_turn_ons = 0
ihu_recoveries = 0x0 (0)
low_batt_camera_shutdowns = 0x0 (0)
i2c_wcol_errors = 0
i2c_overflow_errors = 0
i2c_bad_msg_cnt = 0
i2c_bus_idle_resets = 0
i2c_bus_hang_resets = 0
dbl_cmd_first_second_mismatch = 0
ppt_poll_busy = 0
ihu_recoveries = 0x0 (0)  

ppt_status

+X PPT 1
Energy = 918077
Solar temp = 0xcf (32 c)
Diode temp= 0xa5 (40 c)
Ind_temp = 0x9c (42 c)
Fet temp = 0x3fb (-93 c)
sp_current_adc_raw = 0x0079 (0.118A)
sp_voltage_raw = 0x008b (35.795V)
osc_ccp_current_setpt = 0x0010 (0.032V)
Age = Old
corrupt = 2  

-X PPT 2
Energy = AAA90C
Solar temp = 0xae (38 c)
Diode temp= 0xa7 (40 c)
Ind_temp = 0x9f (42 c)
Fet temp = 0x3d1 (-61 c)
sp_current_adc_raw = 0x000e (0.014A)
sp_voltage_raw = 0x00a3 (41.975V)
osc_ccp_current_setpt = 0x0010 (0.032V)
Age = Current
corrupt = 1  

+Z PPT 3
Energy = 5A6AA4
Solar temp = 0x1dd (1 c)
Diode temp= 0xa6 (40 c)
Ind_temp = 0x9f (42 c)
Fet temp = 0x3fd (-100 c)
sp_current_adc_raw = 0x0004 (0.004A)
sp_voltage_raw = 0x00b2 (45.838V)
osc_ccp_current_setpt = 0x0011 (0.034V)
Age = Current
corrupt = 0  

-Y PPT 4
Energy = A1748D
Solar temp = 0xae (38 c)
Diode temp= 0x92 (44 c)
Ind_temp = 0x8c (46 c)
Fet temp = 0x398 (-46 c)
sp_current_adc_raw = 0x0001 (0.001A)
sp_voltage_raw = 0x009f (40.945V)
osc_ccp_current_setpt = 0x0010 (0.032V)
Age = Current
corrupt = 0  

+Y PPT 5
Energy = 9B6F2F
Solar temp = 0xc6 (34 c)
Diode temp= 0x91 (45 c)
Ind_temp = 0x87 (47 c)
Fet temp = 0x3fa (-91 c)
sp_current_adc_raw = 0x0006 (0.006A)
sp_voltage_raw = 0x00af (45.065V)
osc_ccp_current_setpt = 0x0010 (0.032V)
Age = Current
corrupt = 2  

-Z PPT 6
Energy = 31FF74D
Solar temp = 0x50 (65 c)
Diode temp= 0x8d (46 c)
Ind_temp = 0x70 (54 c)
Fet temp = 0x3fd (-100 c)
sp_current_adc_raw = 0x007a (0.119A)
sp_voltage_raw = 0x0093 (37.855V)
osc_ccp_current_setpt = 0x006e (0.217V)
Age = Current
corrupt = 0  

Calculated telemetry values
batt_volts = 0xe0d (35.97V )
batt_curr = 0xffffff7c (-0.02A)
RF (8V) current = 0x103e (4158.00A)
ihu_encl_temp_cb = 0x24 36
control_panel_temp_c = 0x2e (46)