Système de 4 antennes verticales en phase

DESCRIPTION SOMMAIRE
Voici la description sommaire du système d'alimentation et de commutation qui alimente nos quatre antennes verticales 40m et 80m lors de nos contests. Le système de déphasage est basé sur le principe du déphaseur hybride COLLINS.

Montage pour le 40m	Montage pour le 80m
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SCHEMA DU SYSTEME DE DEPHASAGE et de la BOITE DE COMMANDE

* est la position par défaut sans aucune alimentation. Devrait être votre direction privilégiée.

Diagramme de rayonnement en azimut et position des antennes, système en position NW.	Diagramme de rayonnement en élévation.

Le système de déphasage permet d'utiliser 4 ou 2 antennes.

Avec 4 antennes, celles-çi doivent être montées en carré ayant un quart d'onde de côté. La direction du rayonnement se fait le long des diagonales, 4 directions sont alors possibles.
Les coaxiaux alimentant les antennes à partir du déphaseur sont réalisées en câble coaxial de 75 Ohms d'une longueur électrique égale au quart d'onde. Il faut utiliser du câble semi-aéré ayant un coefficient de vélocité d'au moins 0,76. Les câbles ayant un coefficient de 0,66 seraient trop courts pour relier la boîte de commutation qui se situe au centre du carré et devraient alors être coupés en 3/4 d'onde.
Du câble de distribution TV est parfait pour cet usage.

Avec 2 antennes, il faut utiliser les sorties antenne 1 et 4 du déphaseur. Les directions correspondantes sur le boîtier de contrôle sont alors NE et SE.
Les lignes d'alimentation des antennes sont alors en 50 Ohms et d'une longueur électrique d'un quart d'onde. Utilisez comme ci-dessus du câble ayant un coefficient de vélocité de 0,76 au moins pour des raisons identiques.
La direction du rayonnement se fait dans l'alignement des antennes, seules 2 directions sont possibles.

La longueur du câble alimentant l'ensemble du système depuis la station est d'une impédance de 50 Ohms et d'une longueur quelconque.

CONSTRUCTION

Calcul des valeurs du coupleur hybride.
Le transformateur T1 est le "coeur" du système. Il s'agit d'un coupleur hybride du type Collins construit autour d'un tore de ferrite.
Le type de tore à utiliser dépend surtout de la puissance utilisée. La couleur doit être rouge, celle-ci détermine en effet la perméabilité et la bande de fréquence de fonctionement optimum.
Les valeurs du coupleur hybride sont :

Où Xc = 100 ohm, XL = 50 ohm , L en µH, C en pF, F en Mhz , C1=C2 et L1=L2
A partir de ces données et pour une fréquence de fonctionnement de 7.050 Mhz, nous obtenons C=226pF et L=1.13µH

Maintenant nous pouvons construire notre transformateur T1.

Le nombre de spires de la self est calculé à l'aide de la formule : Ainsi, pour les valeurs précédemment calculées de 1.13 µH et un tore T225-2 qui a une valeur AL de 120, nous obtenons 9.7 spires.

La première étape consiste à réaliser la self en bobinant 2 fils fortement couplés et de mesurer la valeur obtenue. Si nécessaire, il faudra ajuster le nombre et/ou la position des fils sur le tore.
Ensuite, il faut mesurer la capacité induite entre les deux fils. Cette valeur de capacité devra être déduite de C1 et C2 calculées plus haut.
Souder ensuite les 2 capacités ainsi calculées.
Pour finir, en utilisant un oscilloscope double trace et un wattmètre, vous pouvez vérifier si le déphasage de 90° est correct sur les 2 sorties et que les puissances y sont identiques, c'est à dire la moitié de celle d'entrée.
Pour ces mesures n'oubliez pas de charger les 2 sorties avec des charges de 50 ohms !

Le transformateur T2 est un déphaseur de 180°.
T2 sera construit de manière identique à T1. L'extrémité d'un des fils ainsi que celle opposée du fil adjacent seront mises à la masse. Vous avez ainsi réalisé un déphaseur de 180°.
Ce déphaseur peut aussi être réalisé avec un câble coaxial d'une longueur d'une demi-onde. N'oubliez pas de faire intervenir le facteur de vélocité lors de la coupe du câble, ce qui le rendra plus court.

CARACTERISTIQUES des tores de FERRITE CORE utilisés dans le système de déphasage

DIMENSIONS
MICROMETALS Part No.		AL nH/N2	OD in/mm	ID in/mm	Ht in/mm	cm	A cm2	V cm3
T225-2B		21.5	2.250/57.2	1.405/35.7	1.000/25.4	14.6	2.59	37.8

Données récupérées chez Innovative Technologies Micrometals, Inc. © 1998

RECOMMANDATIONS
- Réalisez vos antennes avec soin et de la manière la plus similaire possible. Utilisez les mêmes diamètres de tube, même nombre de radians etc...
- Taillez vos lignes d'alimentation en 75 Ohms le plus exactement possible. Pour ma part, j'utilise une méthode "de riche" avec un analyseur de spectre et générateur de poursuite. Méfiez vous des longueurs théoriques, j'ai noté des différences SIGNIFICATIVES entre des câbles de même référence mais d'origines différentes.
- Assurez vous de monter les antennes dans un carré parfait et orienté dans la bonne direction, n'oubliez pas que l'antenne "tire" dans les diagonales. Si les directions données ne vous conviennent pas, vous pouvez bien sûr orienter le carré de manière à favoriser 4 autres directions.

RESULTATS
Si vous prenez soin de respecter les recommandations ci-dessus, vous obtiendrez, comme nous, d'excellents résultats avec cette antenne.
Le rapport A/R, dépendant de l'angle d'arrivée des signaux, dépasse souvent 25-30dB. Le bruit de fond est nettement inférieur à une seule antenne et la réception bien plus calme. Le changement de direction est instantané !
Pour obtenir des résultats comparables avec une antenne directive, il faudrait une beam 2 éléments à 25m du sol. Comparez les coûts et la facilité de mise en oeuvre !
A la résonance, la puissance dissipée dans la charge fictive n'est que de quelques pourcents de la puissance d'entrée. Nous obtenons 15W pour 1,5 KW !

Les diagrammes de rayonnement ont été obtenus avec le logiciel de simulation MMANA de JE3HHT