Coupleur d'antennes UHF 4 voies

Par F5OAU, Jean - Pierre Morizet

De nombreuses descriptions de coupleurs d’antennes ont déjà été publiées. Celle – ci diffère par l’utilisation de fiches coaxiales 7-16 très courantes dans le domaine des relais GSM. L’intérêt de ce type de fiche est de diminuer les pertes de couplage en utilisant notamment du câble coaxial demi –pouce faible pertes.

Principe du coupleur

Le coupleur utilise la propriété de transformation d’impédance des lignes quart d’onde.

Za x Zb = Zc²

Choix du type de coupleur

Pour un minimum de pertes il est préférable d’utiliser  des lignes quart d’onde à air, plutôt que des câbles coaxiaux.

Pour des facilités de montage des fiches 7-16 la ligne est réalisée avec du tube d’aluminium à section carrée, avec une âme en tube de cuivre de plomberie .

Ce coupleur étant destiné un groupement de 4 antennes yagi superposées, pour éviter d’avoir à contorsionner les câbles coaxiaux, le coupleur est du type 2 quarts d’onde. Avec ce  type de coupleur en position horizontale, l’axe de toutes les fiches coaxiales est vertical, comme les bretelles de câble coaxial qui arrivent des antennes en suivant le mât.

Impédance caractéristique de la ligne

L’impédance de la ligne doit être de 50 Ohms ; En effet les antennes 1 et 2 d’impédance 50 Ohms sont mises en parallèle ce qui donne 25 Ohms à l’extrémité gauche de la ligne. Idem pour les antennes 3 et 4. Entre chaque extrémité de la ligne et le milieu de la ligne ( sortie) la longueur est de ¼ d’onde et les 25 Ohms d’impédance à l’extrémité de la ligne sont transformés en 100 Ohms ( 25 x 100 = 502 cf formule plus haut) et finalement 100 Ohms en parallèle avec 100 Ohms donnent 50 Ohms au milieu sur la fiche de sortie.

Calcul de la ligne coaxiale

La formule simplifiée Zc = 138 x log (1.06 x A /d) donne l’impédance caractéristique de la ligne coaxiale âme circulaire dans tube carré avec une précision suffisante.

Le tableau suivant donne les différentes combinaisons pour obtenir des impédances intéressantes avec les sections de tubes carrés d’aluminium et de tubes de cuivre de plomberie facilement disponibles. ( dans ce tableau le calcul de l’impédance a été réalisé à partir d’une formule plus complexe mais donne des résultats très voisins de la formule simplifiée)

Vu la taille des prises il convient donc d’utiliser du tube carré de 31 mm intérieur (35 mm extérieur et donc du tube de cuivre  14 mm extérieur ( 12 mm intérieur) pour avoir une impédance proche de 50 Ohms.

Réalisation pratique

Un outillage simple suffit : scie à métaux, limes, perceuse, taraud M3

Rassembler tout le matériel :

• 5 fiches 7/16 femelles à monter sur châssis ( récupération facile sur antennes de relais GSM)

• 36 cm de tube de cuivre 12/14 mm

• 40 cm de tube carré aluminium 31/35 mm

• 29 vis BTR ( 6 pans creux) M3 x 8 mm)

• quelques cm2 de polycarbonate transparent (plexiglas)  de 6 mm d’épaisseur

Couper le tube carré à environ 40 cm de longueur, marquer la position des 5 fiches 7/16 et percer à 16 mm.
L’espace entre les fiches d’extrémité et celle du milieu est de ¼ d’onde soit : 300/432,2/4 = 0,174m.

Positionner les fiches à leur place pour servir de gabarit et pointer les trous de fixation des fiches. Percer à 2,5 mm, puis tarauder à M3. Pour tarauder vite vous pouvez avec un taraud machine utiliser une petite perceuse pour tourner le taraud ; avant chaque taraudage tremper le taraud dans du pétrole et enlever les copeaux d’aluminium.

Réaliser aussi les trous de 3 mm aux extrémités du tube carré qui serviront à fixer les carrés de plexiglas de 31 x 31 mm qui serviront de bouchon aux extrémités de la ligne. L’intérêt de ces bouchons transparents est de voir s’il y a un problème d’étanchéité . De plus ce matériaux isolant n’apporte pas de capacité en bout de ligne.

 Percer  avec précision 4 trous dans le tube de cuivre pour le passage de l’âme des fiches 7/16 d’extrémité. Au final l’âme des fiches sera soudée sur le tube de cuivre avec un gros fer à souder de 150 W. Préchauffer le tube de cuivre avec un décapeur thermique, ça sera plus facile pour souder.

Montage de la fiche du milieu ( sortie)

La fiche du milieu est très difficile à souder sur le tube de cuivre ; il est préférable de la visser.

Pour cela choisir une fiche 7/16 dont l’extrémité de l’âme  va tangenter le tube de cuivre ; si nécessaire raccourcir l’âme.

Percer l’âme dans son axe à 2,5 mm puis tarauder à M3.

Percer le tube de cuivre à 3 mm côté fiche et à 5 mm côté opposé pour le passage d’une vis BTR inox M3 x 10 mm.

Percer aussi le tube carré d’aluminium à 3,2 pour taraudage à M4 dans l’axe de la fiche de sortie sur la face opposée afin de passer la clef BTR. Une vis M4 très courte permettra de reboucher le trou

Assemblage du coupleur

• commencer par monter la fiche du milieu sur le tube carré

• glisser la vis BTR dans le tube de cuivre, positionner le tube de cuivre dans le tube carré et visser la vis BTR sur l’âme de la fiche 7/16

• monter les 4 autres fiches  et les souder sur le tube de cuivre

• vérifier la robustesse mécanique du montage et surtout des soudures en tapant violemment le coupleur à plat sur l’établi.

• terminer par la mise en place des bouchons aux extrémités du tube carré et les fixer avec les 4 vis en ayant au préalable taraudé le plexiglas.

• Vérifier le fonctionnement du coupleur : avec une charge de 50 Ohms sur les prises antennes, vous mesurez un ROS inférieur à 1,1 sur la fiche du milieu

• Si tout est OK parfaire l’étanchéité avec du mastic silicone.

Nota : à défaut de vis BTR, vous pouvez utiliser des vis parker inox

Petit détail qui a son importance : fixer le coupleur sur une fixation d’antenne, ça sera bien plus facile de l’installer sur le mât. Vous pouvez aussi, comme certains le préconisent, isoler électriquement le coupleur de la fixation avec une plaque de plexiglas.

Bonne réalisation

Un fichier Excel calculant l'impédance d'une ligne comme celles-ci est téléchargeable ici

• A dimension intérieure du tube carré

• d diamètre du tube rond intérieur

Les résultats sont donnés pour quatre méthodes de calcul possibles.

Pour tout renseignement complémentaire : f5oau@wanadoo.fr

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