Hexbeam

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:04

J'ai entendu certains passionnés d'Hexbeam affirmer que l'antenne ne peut pas être modélisée avec succès par des logiciels tels que EZNEC. Ce n'est pas mon expérience.
Il est vrai que la forme unique du Hexbeam nécessite une certaine attention dans le choix du nombre de segments à utiliser dans le modèle, en particulier autour du point d'alimentation où les deux moitiés du Driver forment un angle aigu. Mon expérience montre que vous avez besoin de segments de longueur assez petite dans cette zone. Mais vous ne pouvez pas simplement utiliser des segments courts ici et des segments plus longs ailleurs - les changements brusques de longueur de segment doivent être évités.
Une solution consiste à utiliser des segments courts dans tout le modèle. Cependant, cela entraîne un grand nombre de segments, des temps de calcul plus longs et, sur un modèle Hexbeam à 5 bandes, vous dépasserez probablement la limite de 500 segments de certains des packages de simulation « d'entrée de gamme ». Une meilleure solution consiste à utiliser une « segmentation conique » ; avec cette approche, les segments sont raccourcis dans la zone critique mais s'allongent progressivement à mesure que vous vous en éloignez. Le diagramme de droite est une vue agrandie d'un modèle Hexbeam avec segmentation conique pour vous montrer l'idée générale :
Deux conditions nécessaires pour démontrer qu'un modèle est fiable sont qu'il « converge » et qu'il présente un faible « gain moyen (AG) ». La convergence signifie simplement qu'une augmentation supplémentaire du nombre de segments ne produit qu'un changement immatériel dans les résultats de sortie du modèle. LBCebik, W4RNL, a décrit cela plus en détail.
Le gain moyen d'un modèle est le rapport entre la puissance totale rayonnée par l'antenne - intégrée sur les 3 dimensions - et la puissance qui lui est appliquée ; il est clair que dans un environnement sans perte, ces deux chiffres devraient être identiques. LBCebik cite les règles suivantes :

AG>0,8 dB « Le modèle est sujet à caution et doit être affiné »
AG>0,4 dB « Le modèle peut être utile, mais son adéquation peut être améliorée »
AG>0,2 dB « Le modèle est tout à fait utilisable pour la plupart des usages »
AG<0,2 dB « Le modèle est considéré comme ayant réussi le test et est susceptible d'être très précis »

Méthode de segmentation	Nombre de segments	Gain moyen	Impédance d'entrée	Gain en avant	F/B
EZNEC (Minimum recommandé)	18	+2,19 dB	14,9 + j 8,4	7,9 dBi	15,4 dB
EZNEC (Conservateur)	26	+1,87 dB	16,4 + j 9,1	7,5 dBi	15,5 dB
Conique	80	-0,03 dB	23,5 + j 12,3	5,8 dBi	16,0 dB
Linéaire	300	0,00 dB	24,3 + j 13,5	5,7 dBi	16,2 dB

Il est intéressant de noter les effets que différents schémas de segmentation ont sur les résultats produits par un modèle EZNEC Classic Hexbeam. Le tableau montre le gain moyen, l'impédance d'entrée, le gain direct et les rapports F/B du même modèle HexBeam de 20 m pour quatre niveaux de segmentation différents.
Comme vous pouvez le constater, les deux segmentations « automatiques » d'EZNEC produisent des chiffres assez erronés. Bien que l'on puisse affirmer que la soustraction du chiffre du gain moyen de la valeur du gain direct corrige ce paramètre particulier, nous nous retrouvons toujours avec des valeurs d'impédance d'entrée très trompeuses. D'un autre côté, la segmentation effilée produit des valeurs qui, à toutes fins pratiques, sont les mêmes que celles du modèle à 300 segments, avec l'avantage qu'un HexBeam à 5 bandes peut être modélisé avec seulement 400 segments.
La traduction des dimensions d'un Hexbeam (qui sont généralement citées en termes de « demi-longueur du conducteur », de « demi-longueur du réflecteur » et d'« espacements des extrémités ») en coordonnées XYZ pour un modèle EZNEC est en soi un défi ; ajoutez à cela l'exigence de réduire la segmentation et cela devient un exercice majeur. Heureusement, Leo (K4KIO) a fait tout le travail pour nous et a fourni une feuille de calcul qui prend les dimensions Hexbeam comme entrées et qui produit un fichier de sortie qui peut être lu directement dans EZNEC.
Dans la partie 2 de la modélisation Hexbeam, nous examinerons comment les prédictions EZNEC se comparent aux mesures du « monde réel ».

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:04

Broadband Hexbeam - Principes de base

1. Introduction

Cette section du site Web décrit la nouvelle conception Hexbeam que j'ai développée à l'automne 2007. Elle a fait l'objet d'un article que j'ai écrit pour l'édition de décembre 2007 d'Antennex - le magazine en ligne destiné aux expérimentateurs d'antennes. La caractéristique unique de la nouvelle conception est une forme révisée du réflecteur, illustrée à droite, qui étend considérablement la bande passante des performances et améliore le ROS, au prix d'une augmentation de 17" du rayon de braquage sur une version de 20 m. Pour plus de clarté, nous désignons la nouvelle conception par "Hexbeam à large bande" et la conception conventionnelle par "Hexbeam classique".

2. Performance

	HyGain TH11DX	Faisceau hexagonal à large bande G3TXQ	Coussin MA5B
Gain de crête (dBd) 20 m 17 m 15 m 12 m 10 m	6,4 6,2 5,9 5,3 7,0	3,8 3,2 3,5 3,0 3,6	1,5 -1,1 2,7 -1,1 3,2
Niveau sonore maximal F/B (dB) 20 m 17 m 15 m 12 m 10 m	27 22 25 15 19	22 19 16 13 16	22 0 12 0 10
2:1 ROS N/B (kHz) 20 m 17 m 15 m 12 m 10 m	350 100 450 100 1200	350 <1,7 100 <1,2 450 <1,4 100 <1,7 1400	90 100 255 110 665
Rayon de braquage (pieds)	22	10.7	8.8
Poids (lb)	88	13 ¹ / 22	26,5
Surface de vent (pieds carrés)	12.5	6	3.2
Prix ²	1000 £	120 £ ³	370 £
¹ Utilisation de cannes à pêche légères plutôt que de tubes en fibre de verre ² Prix au Royaume-Uni juillet 2008 ³ Coût approximatif des pièces

Le graphique de droite montre comment le Broadband Hexbeam se compare à un Classic Hexbeam sur 20 m, et le tableau montre comment les performances du Broadband Hexbeam se comparent à celles de quelques faisceaux HF commerciaux à 5 bandes populaires - le Cushcraft MA5B de taille comparable et le HyGain TH11DX beaucoup plus grand et « pleine taille ».
Voici quelques extraits audio qui démontrent les performances F/B de la nouvelle conception. Ils comprennent 3 à 5 secondes avec un faisceau pointé vers une station DX, entrelacés avec 3 à 5 secondes avec un faisceau pointé dans la direction opposée. Il est intéressant de noter que l'analyse des formes d'onde audio suggère que les rapports F/B dépassent 30 dB - un chiffre plus élevé que celui que je mesure avec une source en ligne de mire sur ma plage de test.
Hexbeam F/B 20m Islande
Hexbeam F/B 20m États
-Unis Hexbeam F/B 17m États-Unis
Hexbeam F/B 17m États-Unis
Hexbeam F/B 20m États-Unis
Hexbeam F/B 20m États-Unis
Hexbeam F/B 20m États-Unis
Et voici un clip démontrant la différence entre mon Hexbeam Broadband à 20 pieds et mon doublet en V inversé de 132 pieds avec son centre à 20 pieds. La première moitié de chaque période de 10 secondes est le Doublet et la période restante est le Hexbeam. Un espace d'une demi-seconde a été inséré pour souligner le changement.
Hexbeam contre Doublet 20m USA

3. Détails de conception

	20 m	17m	15 m	12m	10 m
Conducteur (demi-longueur)	218"	169,5"	144,5"	121,7"	106,8"
Réflecteur (total)	412"	321"	274,4"	232"	204,4"
Espacement de fin	24"	18,5"	16"	13,5"	12"
Espacement vertical des éléments de 10 m	38"	15"	9"	5"	0

Ce tableau indique les dimensions recommandées pour un Hexbeam à large bande à 5 bandes construit à partir de fil de cuivre nu n° 16 ou n° 14. Les points d'alimentation de bande sont interconnectés avec un câble coaxial de 50 ohms et le réseau est alimenté par le haut .
Cette conception à 5 bandes nécessite une distance horizontale d'environ 130" entre le poteau central et les extrémités des écarteurs. Si vous ne parvenez pas à vous adapter à cette taille accrue, ne soyez pas tenté de vous en tenir à la forme classique plus petite pour 20 m et d'adopter la nouvelle forme pour 17 m à 10 m : la modélisation montre que la bande passante de performance de 20 m souffre considérablement, probablement en raison de la section médiane du réflecteur de 17 m fournissant un chemin de couplage RF entre les « genoux » du réflecteur de 20 m.
Bien que ce site contienne quelques photographies de mon propre Broadband Hexbeam, il ne fournit pas d'informations détaillées sur sa construction. Si vous avez besoin de conseils pour en fabriquer un, vous devriez visiter le site Web de Leo (K4KIO) où vous trouverez d'excellentes instructions étape par étape. Max-Gain Systems aux États-Unis propose également un kit complet de tubes en fibre de verre pour le Broadband Hexbeam.
Cette conception a maintenant été adoptée par un nombre significatif de constructeurs, et ces dimensions se révèlent robustes et reproductibles. WY3A est l'un de ces constructeurs qui profite désormais des fruits de son travail - jetez un œil au site Web de Bill et aux photos de son G3TXQ Broadband Hexbeam.

	30 m	40 m
Conducteur (demi-longueur)	306"	438"
Réflecteur (total)	578"	828"
Espacement de fin	34"	48"

Plusieurs constructeurs ont demandé des informations sur les dimensions des versions 30 m ou 40 m de l'antenne ; elles sont présentées dans le tableau suivant. Ils supposent que l'antenne est construite à partir de fil de cuivre nu de calibre 16 et que des blocs de connexion sont utilisés pour relier les éléments de fil aux cordons d'espacement des pointes. Veuillez noter que ces dimensions sont le résultat d'exercices de modélisation informatique - je n'ai pas encore construit d'antennes pour les confirmer.

4. Contexte

La géométrie du Classic Hexbeam a pour conséquence une bande passante relativement étroite. En général, le rapport F/B dépasse 10 dB sur une bande équivalente à seulement 1,4 % de la fréquence centrale, et le rapport ROS est supérieur à 2:1 pour une proportion significative de cette bande. Cette bande passante étroite est en grande partie déterminée par le Q du réflecteur que j'ai mesuré à environ 30 pour un élément de 10 m construit à partir de fil n° 16. Comparez cela avec un dipôle linéaire qui a un Q d'environ 10. J'ai pensé que si je pouvais trouver un moyen de réduire le QI, je devrais me retrouver avec une antenne à bande plus large.
J'ai passé de nombreuses heures à modéliser des réflecteurs et à évaluer des idées sur un banc d'essai de 10 m - vous pouvez voir les détails sur la page Expériences sur les réflecteurs . J'ai essayé d'utiliser des fils plus épais de différents types, y compris 2 variétés de câbles coaxiaux et des fils "en cage". J'ai également testé des formes de réflecteurs alternatives. De toutes les idées évaluées, de loin la plus efficace et la plus simple à mettre en œuvre était de changer la forme du réflecteur. Même en utilisant un fil n° 16 relativement fin, la nouvelle forme a une résistance au rayonnement de 44 Ohms et un Q d'environ 17. Elle nécessite une augmentation du rayon de braquage d'environ 15 %. La modélisation d'un Hexbeam avec cette géométrie a produit des résultats très encourageants : F/B > 10 dB et SWR < 2:1 sur toutes les bandes de 20 m, 17 m, 15 m et 12 m, et environ 1 MHz de 10 m. La modélisation a suggéré qu'il n'y avait pas grand-chose à gagner en apportant le même changement à la forme de l'élément Driver ; en effet, conserver la forme classique du Driver permet une meilleure adaptation à 50 Ohms et évite une augmentation supplémentaire du rayon de braquage.
La construction et le test d'une version monobande de 10 m de la nouvelle antenne ont confirmé les résultats de la modélisation, et un faisceau d'essai complet à 5 bandes a donc été construit. Les résultats à 20 m, 17 m et 15 m ont été immédiatement satisfaisants, mais il a fallu un certain temps pour optimiser les performances à 12 m et 10 m ; la proximité de ces bandes provoque souvent des interactions problématiques qui ne sont pas toujours prévues par la modélisation, et les dimensions finales des fils pour ces bandes étaient le résultat d'un « essai sur banc d'essai ».
Les graphiques suivants montrent les performances mesurées du prototype à 5 bandes avec la plaque de base à une hauteur d'un peu moins de 20 pieds. À cette hauteur, les réflexions au sol entraînent une suppression des valeurs F/B de pointe à 10 m et 12 m par rapport aux valeurs en espace libre, et une amélioration des valeurs à 20 m et 17 m.
Hexbeam 20m

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:05

Broadband Hexbeam - En détail

Sur cette page, nous allons explorer certains des détails techniques du Broadband Hexbeam. Nous examinerons notamment quelles dimensions d'antenne sont essentielles pour des paramètres de performance particuliers. Voici le « résumé » :

Les dimensions du réflecteur déterminent le réglage de l'antenne
Les dimensions du pilote déterminent en grande partie l'impédance du point d'alimentation de l'antenne
L'espacement des extrémités affecte principalement les performances F/B de pointe
Le calibre du fil n'est pas critique, mais nécessite que les dimensions du driver soient modifiées

1. Comment ça marche ?

Les principes de fonctionnement du Hexbeam ne diffèrent pas de ceux d'un faisceau « parasite » à deux éléments. Un élément, d'une longueur d'environ une demi-longueur d'onde, est « entraîné » par l'émetteur ; l'autre, également d'une longueur d'environ une demi-longueur d'onde, est placé à proximité de l'élément entraîné. En raison de sa proximité, des courants sont induits dans ce deuxième élément, ce qui entraîne une réémission d'énergie par celui-ci ; comme il n'est pas entraîné directement, cet élément est appelé « parasite ».
L'amplitude et la phase relatives des courants dans l'élément parasite font que la puissance « réémise » renforce la puissance du driver dans certaines directions, tout en l'annulant dans d'autres - l'antenne devient alors « directionnelle ». Dans un Hexbeam à large bande, le rapport avant/arrière culmine à une fréquence d'environ 0,7 % au-dessus de la fréquence de résonance propre du réflecteur. Le tracé d'azimut à droite montre la directivité typique de l'antenne.
Le défi pour le concepteur d'antennes est de contrôler le « couplage mutuel » entre les éléments de telle manière que l'amplitude et la phase relatives de leurs courants respectifs optimisent les performances de l'antenne. Dans le cas de l'Hexbeam, ce « couplage mutuel » est contrôlé en partie par l'espacement général entre les éléments et, de manière critique, par l'écart entre les extrémités du conducteur et du réflecteur.
Si le concepteur avait un contrôle total de l'amplitude relative et de la phase à toutes les fréquences, d'excellentes performances Hexbeam seraient possibles sur une large bande passante - des gains supérieurs à 6,8 dBi (4,7 dB de plus qu'un dipôle) et des rapports F/B supérieurs à 40 dB. Mais bien sûr, dans le « monde réel », un tel contrôle n'est pas possible, alors avant de nous laisser emporter, nous devons gérer nos attentes !

2. Performances du Yagi

Le graphique de droite montre les performances modélisées d'un yagi monobande à 2 éléments de 20 m de taille réelle dans l'espace libre ; il constitue une référence utile pour juger des performances du Broadband Hexbeam.
Cette antenne Yagi est dotée d'un haut-parleur de 386", d'un réflecteur de 418" et d'une longueur de flèche de 133" (0,16 longueur d'onde) - un compromis de conception typique entre le gain, le rapport avant/arrière (F/B) et une correspondance raisonnable à 50 Ohms. L'antenne a un rayon de braquage de 18,3 pieds et est supposée être construite en aluminium de 3/8 de pouce de diamètre.
Nous voyons que l'antenne Yagi de taille standard est une antenne à bande relativement large. Le gain ne diminue que de 0,7 dB sur la bande de 20 m et ne descend jamais en dessous de 5,8 dBi. Le rapport F/B ne varie que de 1 dB sur la bande, avec un pic à 11 dB. En revanche, le ROS varie considérablement de 2,1 au bord inférieur de la bande à 1,0 au sommet de la bande.
Alors, que pouvons-nous raisonnablement attendre d'un Broadband Hexbeam d'un peu plus de la moitié de la taille du Yagi ?

3. Performances du Hexbeam à large bande

Ce graphique montre les performances d'un Hexbeam monobande à large bande typique de 20 m. Chaque branche du pilote mesure 219,5" de long et la longueur totale du réflecteur est de 415"". L'espacement entre les pointes du pilote et du réflecteur est de 24" et il est construit à partir d'un fil de cuivre nu de calibre 16 ; il a un rayon de braquage de 10,7 pieds. Les dimensions ont été choisies pour offrir un bon compromis entre le gain, le rapport F/B et le ROS. Cette antenne sera utilisée comme référence pour étudier l'effet que différentes dimensions ont sur les performances du Broadband Hexbeam.
La première chose que nous voyons est que le Hexbeam a moins de gain direct que le Yagi, et le gain chute de 1,2 dB sur toute la bande - un résultat typique des faisceaux de câbles couplés en bout. Néanmoins, le gain n'est jamais inférieur à 1,4 dB (1/4 de point S) en dessous du Yagi et nous pourrions penser que c'est un prix raisonnable à payer pour la réduction de taille.
Le Hexbeam bat le Yagi « haut la main » pour le rapport F/B sur toute la bande, atteignant un pic de 26 dB et ne descendant jamais en dessous de 14 dB. De plus, le ROS est « bien élevé » avec un minimum de 1,4, atteignant 1,7 aux extrémités de la bande. Une caractéristique intéressante de la conception Broadband est qu'elle nous permet de placer le ROS minimum à la même fréquence que le pic F/B.
Pour une antenne relativement petite, la Broadband Hexbeam résiste bien à la Yagi et se compare très bien aux mini-faisceaux HF commerciaux. Par exemple, selon les chiffres publiés par Cushcraft, le gain à 20 m de la MA5B est de 3,6 dBi et sa bande passante SWR 2:1 est de 90 kHz.
Explorons maintenant quelles dimensions du Broadband Hexbeam sont critiques et comment elles affectent ses performances.

4. Réflecteur

La longueur du réflecteur sur un faisceau hexagonal à large bande a peu d'effet sur le gain et le rapport F/B maximal, mais elle a un effet prononcé sur le réglage du faisceau (c'est-à-dire les fréquences où il fournit un gain maximal et le meilleur rapport F/B). Elle a également un certain effet sur le ROS, en raison du changement du rapport pilote/réflecteur, mais il est faible par rapport à l'effet sur le réglage.
Si nous changeons la longueur du réflecteur de notre antenne de référence de 411" à 419" par pas de 2" et traçons le rapport F/B à chaque pas, nous obtenons les résultats indiqués à droite. Nous voyons que pour chaque augmentation de 2" de la longueur du réflecteur, la fréquence de crête F/B chute d'environ 68 KHz. Et comme 2" représente 0,5 % de la longueur totale, tandis que 68 KHz représente 0,5 % de la fréquence centrale, nous concluons que le réglage du Broadband Hexbeam dépend linéairement de la longueur du réflecteur à un taux de 34KH/par pouce.
Par extrapolation, nous pouvons calculer des nombres équivalents pour les autres bandes HF qui sont utiles à retenir si vous devez régler votre Broadband Hexbeam :

20 m - 34 kHz/pouce
17 m - 54 kHz/pouce
15 m - 73 kHz/pouce
12 m - 101 kHz/pouce
10 m - 128 kHz/pouce

Il est essentiel de choisir la bonne longueur de réflecteur pour que l'HexBeam fonctionne correctement. C'est probablement la dimension la plus critique de toutes celles de l'antenne.

5. Conducteur

La longueur de chaque branche du conducteur sur notre antenne de référence a été modifiée de 217,5" à 221,5" par pas de 1" ; le gain, le F/B et le ROS ont été notés à chaque étape. Il y avait un effet négligeable sur le gain, les performances F/B ou le réglage de l'antenne, mais il y avait un effet significatif sur le ROS comme indiqué à droite.
Le driver le plus court (217,5") a produit le SWR le plus faible. Cependant, en gardant à l'esprit que les performances F/B sont centrées dans la bande et que le gain direct culmine en dessous du bord inférieur de la bande, le driver le plus court n'est peut-être pas le meilleur choix sur le plan opérationnel. Le driver de 219,5" pourrait être le meilleur choix : il produit une courbe SWR mieux centrée et son SWR minimum n'est pas inacceptablement pire à 1,43 contre 1,24.
A première vue, il peut paraître étrange que ce faisceau parasite ait une longueur de driver nettement plus longue que celle de son réflecteur (2 x 219,5" contre 415"). Cette apparente anomalie s'explique par les formes différentes des éléments. Une analyse détaillée des résultats de la modélisation montre que le driver de 439" est auto-résonant à environ 14,320 MHz - soit 280 KHz au-dessus de la résonance du réflecteur de 415" de 14,040 MHz ! Ce qui compte ici, ce ne sont pas les longueurs relatives, mais les fréquences de résonance relatives.
Nous concluons que la longueur du driver est moins critique que la longueur du réflecteur pour de bonnes performances. Le choix de faire résonner le driver à une fréquence environ 2 % plus élevée que le réflecteur permet d'obtenir une bonne correspondance à 50 ohms sur toute la bande de fonctionnement.
Ce n'est pas une coïncidence s'il s'agit du même rapport réflecteur/pilote souvent utilisé sur le Classic Hexbeam ; mais dans le cas de cette antenne, comme le pilote et le réflecteur ont la même forme, le rapport se traduit directement en longueurs de fil.

6. Espacement des extrémités

La taille de l'espacement des extrémités sur le modèle de référence a été modifiée de 16" à 32" par pas de 4" ; à chaque étape, le gain direct, le ROS et les performances F/B ont été notés sur toute la bande. La taille de l'espacement des extrémités a eu peu d'effet sur le réglage de l'antenne. Elle a eu un certain effet sur le gain direct, mais l'impact majeur a été sur la valeur de crête de F/B et, dans une moindre mesure, sur le ROS, comme le montrent les graphiques de droite.
Nous pourrions être tentés d'opter pour un espacement d'extrémité important à la recherche des meilleures performances F/B de pointe. Cependant :

les performances F/B sont légèrement meilleures aux bords de bande avec un espacement plus grand ;
le SWR souffre ;
Une analyse détaillée des diagrammes d'azimut montre que les nombres F/B élevés peuvent être quelque peu illusoires. Dans certains cas, ils résultent d'« entailles » profondes et étroites dans un diagramme cardioïde qui peuvent ne pas être particulièrement utiles dans le cadre d'une utilisation quotidienne.

Ce diagramme cardioïde commence à se développer avec des espacements d'extrémité compris entre 24" et 28". Ainsi, si nous optons pour un espacement plus "modeste", comme 24", nous perdrons peu de performances pratiques en F/B et maintiendrons le ROS en dessous de 2:1 sur toute la bande.
Hexbeam Bb_swr_gap

7. Calibre du fil

Le calibre du fil affecte dans une certaine mesure tous les paramètres de performance du Broadband Hexbeam, bien que son effet sur le réglage soit minime. Un fil plus épais améliore le gain direct car il réduit les pertes de cuivre ; il modifie le ROS car il accorde le pilote plus haut en fréquence ; mais il réduit le rapport F/B de crête car il augmente le couplage d'extrémité pilote/réflecteur.
Le graphique de droite montre l'effet sur le rapport F/B de l'augmentation du calibre du fil de 12 à 20, et nous pouvons voir la réduction du rapport F/B de crête de 28 dB à 25 dB provoquée par le fil plus épais. Nous voyons également qu'il y a eu un changement négligeable dans le réglage de l'antenne. Ce résultat surprenant est dû au fait que la résonance du réflecteur en U est relativement insensible au diamètre du fil - ce point est abordé plus en détail dans la section Taille et type de fil .
Nous concluons qu'il n'y a aucune raison impérieuse d'utiliser un calibre de fil plutôt qu'un autre. Le choix d'un calibre plus fin tel que le n° 16 entraîne une perte de gain direct, mais améliore le rapport F/B maximal et donne une antenne plus légère. Si un calibre de fil sensiblement différent du n° 16 est utilisé, les dimensions du pilote doivent être mises à l'échelle comme expliqué dans Taille et type de fil afin de préserver les caractéristiques du ROS.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:05

Expériences sur le réflecteur Hexbeam à large bande

Cette page décrit une partie des travaux expérimentaux réalisés sur mon banc d'essai Hexbeam de 10 m pour étudier les méthodes permettant d'étendre la bande passante de l'antenne en diminuant le « Q » du réflecteur. Ces travaux ont conduit directement au nouveau Broadband Hexbeam .

1. Réflecteur « plus gros »

Traditionnellement, les éléments dipôles ont été rendus à large bande en les construisant à partir d'éléments « plus épais » ou en connectant en parallèle un certain nombre d'éléments de longueur légèrement différente. Quelques tests rapides ont montré que l'approche des éléments « plus épais » était plus facile à mettre en œuvre et à ajuster.
Hexbeam Bb_knee

Plutôt que d'utiliser un fil de plus gros diamètre avec la pénalité de poids associée, j'ai décidé d'ajouter un deuxième fil à la structure du réflecteur, espacé d'une petite distance du premier, de la même manière que les éléments d'un dipôle à cage. La façon la plus simple de procéder sur la structure de support classique Hexbeam est de joindre les deux fils au niveau de la borne du poteau central et aux extrémités des éléments, mais de les maintenir séparés au niveau du « genou ». Les deux photos de droite montrent la disposition utilisée sur mon antenne de banc d'essai.
Hexbeam Dipole

Avant d'assembler un faisceau complet, j'ai étudié l'effet d'un deuxième fil sur l'impédance d'un dipôle « W ». Les résultats sont présentés dans le tableau de droite et sont encourageants. La caractéristique clé qui détermine la bande passante est la rapidité avec laquelle la réactance change avec la fréquence. Vous pouvez voir que l'ajout du deuxième fil n'a eu aucun effet sur la résistance du dipôle, mais il a réduit le taux de changement de la réactance de manière assez significative.
Nous notons que :

L'ajout du deuxième fil a augmenté la fréquence de résonance du dipôle d'environ 200 kHz. Au premier abord, cela peut sembler un résultat étrange car le deuxième fil était plus long que le premier ; mais rappelez-vous que l'effet des 2 fils est de produire un conducteur "plus épais" qui, comme nous l'avons vu dans la page Taille et type de fil , augmente la fréquence de résonance. Cependant, veuillez noter que le réglage du réflecteur à 2 fils est très sensible à la géométrie au niveau du "genou" et que la fréquence peut diminuer, ainsi qu'augmenter, en fonction du positionnement particulier du fil ;
pour les valeurs de réactance entre +7 et -7 Ohms, la bande passante a été augmentée de 300 KHz à 450 KHz ;
pour les valeurs de réactance comprises entre +12 et -12 Ohms, la bande passante a été augmentée de 480 KHz à 750 KHz.

Encouragé par ces résultats, j'ai construit une poutre complète de 10 m avec un réflecteur à 2 fils. Les fils ont été joints ensemble au niveau de la borne centrale et à l'extrémité du réflecteur ; ils ont été espacés de 2" au niveau du "genou". Le graphique de droite montre les résultats comparés à une poutre avec un réflecteur à un seul fil.
Nous notons que :

l'ajout du deuxième fil a légèrement amélioré les performances de pointe du F/B ;
l'accordage a été abaissé d'environ 140 kHz ;
la bande passante F/B>10dB est passée de 478KHz à 618KHz (+29%) ;
la bande passante F/B>12dB est passée de 300KHz à 420KHz (+40%) ;
la bande passante F/B>14dB est passée de 210KHz à 280KHz (+33%) ;
l'extension de la bande passante est plus grande aux fréquences plus élevées qu'aux fréquences plus basses - par chance, c'est la zone où le ROS est le plus bas ;
Le SWR (non représenté) n’a guère été affecté ;
mis à l'échelle à 14 MHz, ces résultats indiquent qu'un Hexbeam avec un réflecteur à 2 fils fournirait un F/B> 10 dB sur toute la bande amateur de 20 m, sauf 50 kHz.

Dans un effort pour trouver des moyens plus pratiques, mais toujours efficaces, de mettre en œuvre la technique, j'ai construit une gamme de différents réflecteurs à large bande. Avec un réflecteur à 20 pieds, j'ai mesuré sa fréquence de résonance et sa bande passante de réactance de +12/-12 Ohm - un guide utile pour la bande passante F/B qu'il fournira. Tous les réflecteurs mesuraient 2754 mm (108,4") de long ; dans le cas des conceptions à 2 fils, le plus court des deux fils mesurait 2754 mm de long
Différentes géométries à 2 fils ont été essayées ; dans tous les cas, les fils ont été joints au niveau de la borne centrale et à l'extrémité du réflecteur, et séparés au point médian « genou » par la distance horizontale « a » et la distance verticale « b ».
Les résultats sont présentés dans le tableau par ordre croissant de bande passante :

Réflecteur	Fréquence de résonance	Bande passante +12/-12 Ohm (KHz)
Référence à fil unique	28 440 kHz	460 kHz
Câble coaxial RG174	-107 kHz	500 kHz
2 fils a=2,5" b=0,5"	-680 kHz	571 kHz
Ruban à fentes de 300 ohms	-265 kHz	576 kHz
"Fenêtre" de 450 Ohms	-440 kHz	600 kHz
2 fils a=1" b=1"	-110 kHz	600 kHz
2 fils a=2" b=1"	+193 kHz	622 kHz
2 fils a=1,5" b=3""	+626 kHz	672 kHz
2 fils a=2" b=1,5"	+460 kHz	711 kHz
2 fils a=0" b=4"	+710 kHz	720 kHz

Nous notons que :

En général, plus le réflecteur est « gros », plus la bande passante est grande et plus la fréquence de résonance est élevée ;
dans le cas du RG174, du ruban 300 Ohm et de la fenêtre 450 Ohm, l'effet d'allongement du diélectrique isolant a plus que compensé l'effet de raccourcissement du fil « plus gros », et la fréquence de résonance a chuté ;
le réflecteur à 2 fils avec a=2,5" et b=0,5" (typique de l'angle d'écartement peu profond que l'on peut rencontrer à la position 10m d'un Hexbeam 5 bandes) a considérablement abaissé la fréquence de résonance avec seulement une amélioration modeste de la bande passante. Le petit espacement vertical de 0,5" au niveau du genou signifie qu'il n'y a qu'une séparation significative des fils sur la moitié "extérieure" du réflecteur, réduisant ainsi l'effet "d'engraissement" net. Dans le même temps, la séparation horizontale de 2,5" a produit une augmentation significative de la longueur nette du réflecteur. Le décalage de la fréquence de résonance est presque entièrement dû à l'allongement du réflecteur - ce qui indique qu'il y a un effet "d'engraissement" minimal ;
des rapports b/a élevés sur un réflecteur à 2 fils (typiques de l'angle d'étalement plus raide rencontré sur la bande supérieure d'un réseau multibande) produisent le « grossissement » le plus efficace, augmentant la fréquence de résonance et offrant une bande passante maximale ;
La fréquence de résonance d'un réflecteur à 2 fils dépend essentiellement de l'espacement des fils au niveau du coude. Un changement de a=2,5"/b=0,5" à a=2"/b=1,5" a décalé la fréquence de résonance de 1,4 MHz !

2. Forme du réflecteur modifiée

Le facteur principal qui contribue au facteur Q élevé du HexBeam est sa faible résistance aux radiations (environ 22 ohms). Cela est dû à l'annulation du courant qui se produit lorsque les moitiés intérieures des éléments dipolaires se rejoignent à un angle aigu au niveau du poteau central. Si cette partie de la géométrie du Hexbeam peut être évitée, la résistance aux radiations augmentera et le facteur Q diminuera.

Le schéma de droite montre une façon d'y parvenir. Les travaux d'EZNEC montrent qu'il n'y a pas grand intérêt à apporter le même changement à l'élément entraîné : il a peu d'effet sur la bande passante F/B ; il endommage considérablement le ROS du réseau ; et il nécessiterait probablement un support mécanique supplémentaire au point d'alimentation. Dans les discussions suivantes, cette géométrie est appelée forme « hybride », pour la distinguer de la forme « classique ». De bons résultats ont été obtenus sur mon réseau d'essai de 10 m en plaçant la « connexion croisée » à un point de l'écarteur de support à 20 pouces du poteau central

La géométrie modifiée signifie que, pour une longueur de réflecteur donnée, les « genoux » seront plus éloignés du poteau central et nécessiteront donc des écarteurs de support légèrement plus longs ; cependant, cela est compensé dans une certaine mesure car la forme hybride pousse le réseau à s'accorder vers le bas en fréquence et donc le réflecteur peut être plus court pour une fréquence donnée. Un raccourcissement supplémentaire peut être obtenu en utilisant un fil isolé. En plaçant la majeure partie de l'« espacement des extrémités » du côté du conducteur de la structure de support, il devrait être possible d'arriver à une conception « symétrique » qui se situe parfaitement dans le plan horizontal.
Hexbeam Hybrid

Le graphique de droite compare les performances mesurées d'un Hexbeam de forme hybride par rapport à la forme classique. Dans les deux cas, le réflecteur était construit en fil de cuivre nu n° 16 ; mais dans le cas de l'hybride, le réflecteur a dû être raccourci de 1" afin d'obtenir l'accord dans la bande. La "connexion croisée" sur la conception hybride était positionnée à un point sur les écarteurs de support à 20" du poteau central, et l'espacement des pointes du haut-parleur/réflecteur était de 10,5"
Nous notons que :

la bande passante F/B>10dB est passée de 478KHz à 550KHz ;
cette amélioration de la bande passante a été obtenue entièrement du côté haute fréquence du pic F/B où le ROS est le plus bas ;
malgré un réflecteur plus court de 1 pouce, la conception hybride est toujours réglée à une fréquence 280 kHz plus basse ;
bien que cela ne soit pas indiqué sur le graphique, la forme hybride offre une amélioration légère, mais utile, du SWR.

Bien entendu, il n'y a aucune raison pour que ces deux approches d'extension de bande passante - éléments "plus épais" et forme hybride - ne soient pas combinées. Par conséquent, j'ai construit un total de 11 réseaux en utilisant divers types de fils réflecteurs "plus épais" dans des formes hybrides et classiques. Les photos de droite montrent quelques exemples : le premier a un réflecteur coaxial RG58 dans la forme hybride ; le second a un réflecteur à fenêtre de 450 Ohm dans la forme hybride et un pilote à fenêtre de 300 Ohm dans la forme classique.
Hexbeam Bar_chart

Chaque réseau a été testé à une hauteur de 20 pieds pour ses performances F/B. Le graphique à barres résume les résultats par ordre croissant de bande passante. Il n'y a pas de surprises ici. Plus le fil est épais, meilleure est la bande passante, et la forme hybride surpasse la forme classique pour chaque type de fil. Certaines configurations sont plus pratiques que d'autres : la conception classique à 2 fils offre de bonnes performances, mais son réglage est assez imprévisible ; la forme hybride utilisant une fenêtre de 450 ohms est la meilleure de toutes, mais la construction est plus difficile avec ce type de fil.
Une option intéressante est la forme hybride utilisant un câble coaxial RG58 : elle offre une augmentation de 36 % de la bande passante, elle est relativement facile à manipuler et le réglage est assez prévisible. Adaptée à d'autres fréquences, elle couvrirait toute la bande des 15 m et la totalité de la bande des 20 m, sauf 25 kHz.
L'efficacité de la forme hybride m'a conduit à modéliser une version « extrême » dans laquelle le réflecteur est maintenu aussi loin que possible du poteau central. Un calcul rapide a montré que cela n'augmenterait le rayon de braquage que de 15 %, et la modélisation EZNEC a prédit qu'elle surpasserait toutes les options envisagées jusqu'à présent, même lorsqu'elle était mise en œuvre avec un fil de calibre 16 relativement fin. Des tests pratiques sur une antenne d'essai de 10 m ont confirmé les résultats de la modélisation et ont conduit à la conception et à l'évaluation d'un prototype complet à 5 bandes ; vous pouvez en savoir plus sur la page Broadband Hexbeam .
Veuillez noter qu'aucune des techniques précédentes n'a été évaluée sur une conception multibande, et que leurs dimensions n'ont pas été optimisées. Je vous recommande de ne les essayer que si vous disposez des installations nécessaires pour évaluer avec précision les performances d'une antenne et que vous êtes prêt à expérimenter ! Sinon, tenez-vous-en aux conceptions Broadband ou Classic qui ont fait leurs preuves.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:06

Hexbeam à large bande - Photographies

Cette page contient des photographies de l'antenne de test que j'ai utilisée pour développer le nouveau Hexbeam à large bande à 5 bandes. Vous pouvez « cliquer » sur l'une des photos pour voir une version en plus haute résolution. Veuillez noter que les techniques de construction ne sont pas nécessairement conçues pour durer longtemps - elles ont plutôt été choisies pour faciliter les modifications des dimensions et de la géométrie des fils.
Hexbeam Hub_tn

Il s'agit du moyeu le plus important. La plaque de base en aluminium de 1/4" d'épaisseur se fixe à un poteau central en fibre de verre à l'aide de 2 sections courtes de profilé en aluminium et de boulons en U, l'une au-dessus et l'autre en dessous de la plaque. Les écarteurs s'insèrent dans le tube en aluminium qui est boulonné à la plaque de base ; cette méthode a permis de remplacer facilement les écarteurs lorsque j'ai étudié la meilleure façon d'obtenir la taille accrue nécessaire pour la nouvelle conception. Vous trouverez des informations dimensionnelles détaillées dans les fichiers PDF suivants :

Plaque de base
Support de poteau central
Tubes de support d'écarteur
Assemblage de la plaque de base

Voici la disposition que j'ai utilisée pour les connexions du poteau central. Des « écrous bombés » en laiton soudés à l'extrémité des éléments de fil sont vissés sur des boulons en laiton de 4 mm. Les boulons passent à travers un morceau de « plastique incurvé » découpé dans un récipient de mastic usagé. Le plastique est fixé au poteau central par un serre-câble ; cette disposition m'a permis de faire glisser les connexions de haut en bas du poteau pour s'adapter à différentes longueurs d'éléments de fil.
Bien entendu, aucune connexion de réflecteur n'est nécessaire au niveau du poteau central avec la nouvelle conception !
Hexbeam Extensions_tn

Les écarteurs utilisés étaient des « poteaux à crappie » en fibre de verre bon marché, vestiges d'un projet antérieur. La longueur accrue des écarteurs requise pour la conception à large bande a été obtenue en combinant 5 sections de deux poteaux de 4 m ; vous trouverez ici des détails sur la façon dont j'ai assemblé les écarteurs et la disposition que j'ai utilisée aux extrémités des écarteurs . Mes longueurs d'écarteurs finales étaient de 135", maintenues à 4" du poteau central par le tube de la plaque de base, ce qui a fourni le rayon horizontal de 130" requis pour les éléments supérieurs de 20 m. L'utilisation d'autres matériaux pour les écarteurs nécessitera probablement des longueurs légèrement différentes car la "courbure" sera différente.
Remarquez les languettes en papier collées sur les fils du conducteur près du poteau central ? Elles étaient marquées avec les dimensions actuelles du fil - il était si facile de perdre la trace des longueurs une fois que j'ai commencé à couper !
Hexbeam Knees_tn

Il s'agit des fixations temporaires utilisées pour fixer les éléments en fil aux palonniers. L'utilisation de colliers de serrage permet de faire glisser facilement les points de fixation le long des palonniers. Les rallonges des fils de 17 m, 15 m et 12 m sur la photo assurent la fixation lorsque la hauteur de ces éléments dans la structure porteuse est telle qu'ils n'atteignent pas les palonniers.
Hexbeam Mast_tn

Ici, vous pouvez voir le mât télescopique en fibre de verre et le réseau final à la hauteur d'essai de 20 pieds. La forme révisée des réflecteurs et les extensions des épandeurs sont clairement visibles.
Hexbeam Notebook_tn

Et enfin, c'est de cela qu'il s'agissait... un échantillon des 1000+ mesures dans mon carnet de laboratoire qui m'obligeaient à marcher 50 km entre les deux extrémités de la plage de test !

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:06

Hexbeam classique - Principes de base

1. Introduction

L'antenne Hexbeam est une antenne innovante. En courbant les fils du conducteur et du réflecteur en forme de « M » et de « W », respectivement, elle parvient à obtenir des performances de faisceau utiles dans un rayon de braquage environ la moitié de celui d'une antenne Yagi à 2 éléments de taille normale. Traditionnellement, elle est construite à partir d'éléments de fil enfilés sur des supports en fibre de verre. En « courbant » les supports vers le haut, les fils de plusieurs bandes peuvent être supportés à différentes hauteurs ; cela permet de construire une antenne Hexbeam multibande sans aucun des compromis habituels tels que les pièges résonants, et de préserver une géométrie de conducteur/réflecteur cohérente sur chaque bande.
Nous appelons cette conception Hexbeam traditionnelle la « Classic » pour la distinguer de la nouvelle conception Hexbeam à large bande G3TXQ. Bien que la Classic ait une bande passante de performance limitée par rapport à la conception plus récente, elle a un rayon de braquage 15 % plus petit, ce qui peut en faire le choix le plus intéressant dans les situations où l'espace est critique. Elle constituerait, par exemple, une antenne intéressante pour 30 m ou 40 m, où la taille est susceptible d'être un facteur prépondérant, et où la bande passante étroite est moins problématique en raison de la taille des allocations de bande.

2. Détails de conception

[th]Dimensions de la poutre hexagonale classique - partie CW[/th]

	20 m	17m	15 m	12m	10 m
Conducteur (demi-longueur)	216"	166,9"	142,8"	121,1"	107,7"
Réflecteur (demi-longueur)	220,5"	170,3"	145,7"	123,6"	109,9"
Espacement des extrémités du conducteur	7,7"	6,1"	5,4"	5,4"	5,6"
Espacement des extrémités du réflecteur	5,0"	4,0"	3,6"	3,6"	3,6"
Espacement vertical à partir de la plaque de base	42"	20"	14"	10"	6

[th]Dimensions du Hexbeam classique - partie SSB[/th]

	20 m	17m	15 m	12m	10 m
Conducteur (demi-longueur)	213,6"	166,9"	141,4"	121,1"	106,2"
Réflecteur (demi-longueur)	218,0"	170,3"	144,2"	123,6"	108,4"
Espacement des extrémités du conducteur	7,7"	6,1"	5,4"	5,4"	5,6"
Espacement des extrémités du réflecteur	5,0"	4,0"	3,6"	3,6"	3,6"
Espacement vertical à partir de la plaque de base	42"	20"	14"	10"	6

Ces tableaux indiquent les dimensions recommandées pour une antenne Hexbeam classique à 5 bandes construite à partir d'un fil de cuivre nu n° 16. Étant donné que l'antenne est à bande relativement étroite, des dimensions alternatives sont recommandées pour les parties CW et SSB des bandes amateurs plus larges. Les points d'alimentation de bande sont interconnectés avec un câble coaxial de 50 ohms et le réseau est alimenté par le haut . La conception a maintenant été adoptée par un nombre important de constructeurs et ces dimensions s'avèrent robustes et reproductibles.
Bien que ce site contienne quelques photographies de mon propre HexBeam classique, il ne fournit pas d'informations détaillées sur sa construction. Si vous avez besoin de conseils pour en fabriquer un, vous devriez visiter le site Web de Leo (K4KIO) où vous trouverez d'excellentes instructions étape par étape.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:07

Hexbeam classique - Tuning

1. Pourquoi devons-nous régler le Classic Hexbeam ?

Nous avons vu dans la page Classic Hexbeam - In depth que l'antenne est à bande relativement étroite ; par exemple, notre antenne de référence de 20 m offre des performances F/B >10 dB sur une bande passante d'environ 200 kHz, soit 1,4 % de la fréquence centrale. Il est donc important que nous réglions l'antenne pour nous assurer que cette région de performances utiles coïncide avec nos intérêts opérationnels, en particulier sur 20 m, 15 m et 10 m où elle ne représente respectivement que 56 %, 65 % et 23 % de la bande amateur. Le gain direct dépend moins de la fréquence et n'est pas vraiment un problème.
Vous pouvez voir sur le graphique de droite que les performances F/B sont « biaisées » - elles diminuent plus lentement à des fréquences plus élevées qu'à des fréquences plus basses - donc une bonne « règle empirique » serait de régler l'antenne pour un meilleur F/B environ un tiers du chemin dans la bande de fréquences d'intérêt.
Vous pouvez bien sûr simplement construire une antenne Hexbeam classique aux dimensions recommandées et espérer qu'elle soit correctement réglée. Cependant, de nombreux facteurs affectent le réglage (longueur du réflecteur, taille et type de fil, hauteur au-dessus du sol, etc.) et mon conseil serait toujours de régler l'antenne (ou au moins de vérifier son réglage) dans votre environnement local.

2. Comment l'accorder ?

Nous avons vu précédemment que c'est la longueur du réflecteur qui détermine principalement la fréquence du rapport F/B maximal. Ainsi, le réglage du HexBeam consiste à ajuster le réflecteur jusqu'à ce que le rapport F/B maximal se produise à la fréquence souhaitée ; assurez-vous d'ajuster les deux moitiés du réflecteur de manière égale.
Le réglage de l'antenne est affecté par la hauteur au-dessus du sol. L'idéal serait donc de procéder aux réglages avec le faisceau à sa hauteur finale et dans son environnement final. Cependant, ce n'est pas toujours possible et nous devons souvent régler à des hauteurs inférieures, en « visant » le décalage de fréquence que nous attendons lorsqu'il est élevé. Ce deuxième graphique illustre la façon dont la fréquence de résonance d'un réflecteur de 20 m varie en fonction de la hauteur au-dessus du sol. Il pourrait être utilisé pour d'autres bandes en réétiquetant l'axe horizontal en termes de longueur d'onde et en mettant à l'échelle l'axe de fréquence en fonction de la bande. D'après le graphique, vous pouvez voir qu'il serait déconseillé de régler l'antenne bien en dessous de 10 pieds - le décalage de visée serait important et difficile à déterminer avec précision.
Vérifier que l'antenne délivre un rapport F/B de pointe à la fréquence souhaitée est un défi pour la plupart des constructeurs Hexbeam, qui ne disposent généralement pas des installations nécessaires pour mesurer le rapport F/B avec précision. Heureusement, il existe plusieurs autres paramètres Hexbeam classiques qui peuvent être mesurés relativement facilement et qui permettent de déterminer avec précision la fréquence du rapport F/B de pointe.
Sur un Classic Hexbeam de 20 m, qui avait un pic F/B à 14,135 MHz, j'ai mesuré les paramètres suivants :

Résonance du réflecteur - réactance nulle [14,129 MHz]
TOS minimal du réflecteur [14,154 MHz]
Courant de réflecteur maximal [14,127 MHz]
Un ROS qui est 1,4 fois le ROS minimum [14,137 MHz]

Comme vous pouvez le constater, nous pourrions utiliser n'importe lequel de ces paramètres pour déterminer la fréquence du meilleur rapport F/B sans avoir d'erreur supérieure à 20 kHz, ce qui est assez proche à toutes fins pratiques. Nous allons maintenant voir comment mesurer chacun de ces paramètres dans la pratique :

a) Résonance du réflecteur

La résonance du réflecteur est mesurée en connectant un analyseur d'antenne entre les deux moitiés du réflecteur et en trouvant la fréquence à laquelle la réactance est nulle. Le conducteur doit être en circuit ouvert en son centre lors de cette mesure, sinon vous trouverez la résonance du faisceau composite plutôt que simplement du réflecteur.
Vous devez également compenser la transformation d'impédance qui se produira s'il y a une longueur significative (> 2,5") de câble de connexion entre l'analyseur et le réflecteur. Une solution consiste à couper le câble de connexion à un multiple d'une demi-longueur d'onde, auquel cas l'impédance observée au niveau de l'analyseur sera la même que l'impédance au niveau du réflecteur ; ou vous devrez calculer l'impédance du réflecteur à partir de la mesure de l'analyseur. Jetez un œil à ma page Mesure de l'impédance de l'antenne pour plus de détails sur la façon de procéder.
Dans les deux cas, je vous conseille de calibrer le câble de connexion en le terminant par une charge connue - disons une résistance de 100 Ohms - à la place du réflecteur, et de vérifier que vous obtenez le résultat attendu [100 + j0] de vos mesures.

b) ROS minimal du réflecteur

Connectez un analyseur d'antenne (ou un excitateur via un ROS-mètre) au centre du réflecteur. Le conducteur doit être en circuit ouvert en son centre lors de cette mesure, sinon vous mesurerez le ROS du faisceau composite plutôt que simplement du réflecteur . Vous pouvez vous connecter via n'importe quelle longueur pratique de câble coaxial de 50 ohms. Trouvez la fréquence à laquelle le ROS est minimum.
En pratique, cela peut être assez difficile à réaliser car le ROS minimum du réflecteur est très « plat ». Une solution, si vous utilisez un analyseur et pouvez donc syntoniser en dehors de la bande amateur, est de noter les deux fréquences de chaque côté du minimum où le ROS est, disons, de 4:1 et de supposer que le minimum est à mi-chemin entre les deux.

c) Courant maximal du réflecteur

Cette option suppose que vous disposez d'une sonde de courant « à pince » qui fonctionnera aux fréquences HF. Vous pouvez voir les détails de celle que j'utilise sur ma page Milliwatt Meter ; la photo de droite la montre en action.
Appliquez une faible puissance au driver - si le multimètre est suffisamment sensible, vous constaterez que la sortie d'un générateur de signal ou d'un analyseur d'antenne sera suffisante. Assurez-vous que les deux moitiés du réflecteur sont reliées et fixez la sonde de courant sur un fil du réflecteur à proximité du poteau central. Balayez maintenant le générateur et déterminez la fréquence à laquelle le courant maximal circule dans le réflecteur.

d) SWR 1,4 fois minimum

Cette option est probablement la plus simple à mettre en œuvre et offre une précision étonnamment bonne. Le principe de la technique est qu'à la fréquence de meilleur rapport F/B, le ROS est nettement supérieur à sa valeur minimale. La modélisation, appuyée par des mesures pratiques, montre qu'il s'agit d'un indicateur fiable du réglage du faisceau pour une large gamme de courbes SWR Hexbeam. N'essayez pas d'utiliser cette option si vous avez mis en œuvre une adaptation d'antenne - l'adaptation aura modifié la forme de la courbe SWR et avec elle la prémisse sous-jacente sur laquelle fonctionne la technique.
Assurez-vous que les deux moitiés du réflecteur sont reliées et alimentez le driver via un ROS-mètre ou connectez-le à un analyseur d'antenne. Balayez lentement la fréquence jusqu'à ce que vous trouviez le ROS minimum ; notez cette valeur ROS minimum - la fréquence n'est pas importante. Abaissez maintenant la fréquence jusqu'à ce que le ROS commence à augmenter et localisez la fréquence où le ROS a atteint 1,4 fois la valeur la plus basse notée précédemment. Si vous constatez qu'il y a plus d'un minimum, travaillez à partir de la fréquence la plus basse.
Une fois que vous avez déterminé la fréquence du meilleur rapport F/B par l'une de ces méthodes, vous pouvez évaluer s'il faut ou non procéder à des ajustements. Vous pouvez utiliser les « règles empiriques » développées dans la section sur la « longueur du réflecteur » pour évaluer la quantité à couper ou à ajouter :

20 m - 68 kHz/pouce
17 m - 107 kHz/pouce
15 m - 145 kHz/pouce
12 m - 202 kHz/pouce
10 m - 256 kHz/pouce

ou utilisez la formule : (nouvelle longueur) = (ancienne longueur) x (ancienne fréquence) / (nouvelle fréquence)
Hexbeam Reflink_tn

Il est beaucoup plus facile de raccourcir les fils que de les allonger, vous pouvez donc commencer le processus de réglage avec des réflecteurs délibérément longs. De nombreux constructeurs d'Hexbeam (moi y compris) terminent les deux moitiés du réflecteur sur des connexions séparées au niveau du poteau central et utilisent un lien court pour les joindre (voir photo) ; c'est pratique si vous coupez trop de fils pendant le processus de réglage - pour compenser, vous allongez simplement un peu le lien, plutôt que de devoir souder de courtes longueurs de fil sur les extrémités du réflecteur !
Enfin, apportez les mêmes modifications dimensionnelles au pilote que celles que vous avez apportées au réflecteur afin de conserver le rapport réflecteur/pilote d'origine.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:07

Hexbeam classique - Mesures (Partie 1)

Cette page présente une série de mesures SWR et de tracés d'azimut effectués sur mon Hexbeam Classic Mk2 à 4 bandes qui couvre 20/17/15/10 mètres. Je n'avais pas d'antenne de référence et je n'ai donc pas pu vérifier le gain direct. Les mesures ont été prises avec la plaque de base du faisceau à environ 20 pieds au-dessus du niveau du sol et avec la moitié du faisceau surplombant un toit de garage de 14 pieds.
Les tracés d'azimut ont été réalisés en faisant tourner le faisceau par intervalles de 15 degrés et en notant à chaque étape la force du signal reçu. La source du signal était mon analyseur d'antenne ZM-30 (sortie d'environ 1 mW) connecté à un "Buddipole" (dipôle horizontal chargé) fabriqué maison qui était élevé sur un mât temporaire en fibre de verre pour le placer à peu près à la même hauteur que le Hexbeam ; la source était à environ 200 pieds du faisceau.
La force du signal a été mesurée en ajustant un atténuateur étagé de qualité laboratoire entre le Hexbeam et le récepteur pour produire une lecture de force 9 sur le compteur S. Cette disposition évite la nécessité d'un compteur S étalonné et permet de repérer facilement un changement de 1 dB dans la force du signal - avec de la pratique, j'ai pu voir un changement de 0,5 dB.
J'ai opté pour cette méthode de mesure après avoir été frustré par d'autres techniques et avoir eu du mal à me fier aux résultats obtenus. J'ai découvert qu'il est très important de s'assurer que le signal de la source de test est polarisé horizontalement, sinon on finit par mesurer la réponse azimutale polarisée verticalement de l'antenne. J'ai appris à mes dépens qu'il faut utiliser une antenne horizontale résonnante pour la source de test et prendre des précautions particulières pour éviter que les courants de mode commun ne pénètrent dans son alimentation verticale.

1. Graphiques SWR, F/B et azimut

10 m:

Les graphiques ci-dessus montrent les performances du faisceau à 10 m. Les courbes SWR et F/B sont des « classiques ». Le F/B culmine à 16 dB et chute brusquement aux fréquences plus basses ; il se dégrade plus progressivement aux fréquences plus élevées. Le F/B dépasse 10 dB sur une bande passante d'environ 400 kHz comme prévu.
À la fréquence de F/B maximale, le ROS est de 1,9:1 - il diminue aux fréquences plus élevées et augmente rapidement aux fréquences plus basses.
Le graphique présente également les fréquences des meilleures performances du faisceau prédites par deux méthodes de réglage : le courant maximal du réflecteur et le « ROS = 1,4 * ROS minimum ». Les deux prédictions sont légèrement basses en fréquence, mais donneraient des résultats acceptables pour la plupart des objectifs pratiques.
Les courbes d'azimut sont intéressantes. La courbe rouge montre la réponse à 28,2 MHz, proche de la fréquence du meilleur rapport F/B. La courbe verte illustre à quel point le diagramme d'azimut se détériore si la fréquence est abaissée de seulement 200 kHz ; en revanche, une augmentation de la fréquence de 400 kHz produit un diagramme d'azimut qui reste tout à fait respectable.

15 m:

Les dimensions du fil du faisceau ont été délibérément choisies pour orienter le faisceau vers l'extrémité supérieure de la bande des 15 m. Les résultats le confirment, le meilleur rapport F/B se produisant à environ 21 300 kHz. Rétrospectivement, c'était un peu trop élevé, et j'ai ajouté un petit lien au centre du réflecteur la prochaine fois que j'ai travaillé sur l'antenne.
La courbe F/B et les deux tracés d'azimut montrent beaucoup moins de signes d'une chute spectaculaire du rapport F/B aux fréquences plus basses ; les performances F/B semblent également être inférieures de plusieurs dB à 10 m, même si nous devons nous rappeler que la hauteur au-dessus du sol (exprimée en longueurs d'onde) est assez différente pour les deux bandes.
Encore une fois, les deux méthodes de réglage prédisent le meilleur rapport F/B légèrement bas en fréquence, mais l'erreur de 100 kHz est probablement acceptable pour la plupart des applications pratiques.

17m:

Les courbes ROS et F/B à 17 m sont à nouveau des « classiques » ; la courbe F/B culmine à 12 dB et est biaisée, tandis que le ROS monte fortement en dessous de la fréquence du meilleur F/B. Les deux méthodes de réglage prédisent la fréquence du meilleur F/B avec une précision de 30 kHz. La bande amateur est assez étroite en termes de pourcentage, et il a donc été nécessaire d'étendre les mesures bien au-delà de la bande afin de voir les formes caractéristiques.

20 m:

Sur 20 m, le rapport F/B atteint environ 14 dB entre 14 100 KHz et 14 150 KHz. La courbe F/B montre des signes de dégradation plus rapide aux fréquences plus basses, mais elle n'est pas aussi prononcée qu'à 10 m ou 17 m. La bande passante sur laquelle le rapport F/B dépasse 10 dB est de 200 KHz.
Les deux méthodes de réglage font un assez bon travail pour prédire la fréquence du meilleur rapport F/B.

Je n'ai effectué que des tests limités "en direct" avec d'autres stations amateurs. Les quelques mesures F/B que j'ai effectuées - à la fois en émission et en réception - ont produit des valeurs légèrement meilleures que les chiffres présentés ici. Par exemple, j'ai généralement mesuré des F/B d'environ 18 dB sur 17 m par rapport à un chiffre de pointe de 12 dB lors des tests de portée. Cela peut simplement être le résultat d'angles d'arrivée d'élévation différents entre les signaux "en direct" et le signal source de test, mais je note que Mike Traffie affirme sur son site Web commercial Hexbeam voir le même type d'amélioration avec les signaux d'ondes ionosphériques par rapport aux signaux en visibilité directe.

2. Comparaison avec les dimensions recommandées

Longueur du réflecteur (pouces)	Fréquence prédite (KHz)	Fréquence mesurée (KHz)	Différence
219,75	14 098	14 125	+ 27 kHz
170,5	18 141	18 100	- 41 kHz
145,25	21 211	21 300	+ 89 kHz
109,25	28 312	28 300	- 12 kHz

Il est intéressant à ce stade de comparer le réglage du faisceau mesuré avec les dimensions du fil à 5 bandes recommandées sur la page Principes de base du Classic Hexbeam . En mettant à l'échelle les fréquences pour tenir compte de mes longueurs de réflecteur légèrement différentes et en ajoutant les facteurs de correction tabulés dans « Réglage multibande (partie 2) » pour l'absence de 12 m, nous pouvons comparer les fréquences prédites avec les fréquences mesurées comme suit :
La concordance est très bonne, les différences sont comparables à mes intervalles de mesure. Ma conclusion est que les dimensions recommandées sont robustes et répétables .

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:08

Hexbeam classique - Mesures (partie 2)

Pendant que je reconstruisais mon Hexbeam classique à 4 bandes, j'ai profité de l'occasion pour effectuer quelques mesures de ROS en utilisant les arrangements d'interconnexion alternatifs qui ont été discutés dans la section Multiband Matching de ce site. Les résultats sont présentés dans les graphiques suivants. Veuillez noter que ces mesures ont été effectuées avec le faisceau sur un mât temporaire - plus près du sol que sa position finale ; par conséquent, les courbes de ROS pour le cas d'alimentation par le haut de 50 ohms diffèrent dans une certaine mesure de celles du faisceau à pleine hauteur qui ont été présentées dans Mesures (Partie 1) . Néanmoins, l'impact des différentes options d'interconnexion est clair.

Le graphique ci-dessus montre, en vert, les performances du ROS sur les 4 bandes en utilisant un câble coaxial de 50 Ohm comme câble d'interconnexion et une alimentation en position supérieure (20 m). Pour référence, les performances du ROS sont également indiquées, en rouge, si une alimentation séparée est utilisée pour chaque position de bande. L'interconnexion de 50 Ohm a produit l'amélioration du ROS attendue dans la moitié supérieure des bandes prédite par EZNEC. Gardons maintenant l'interconnexion de 50 Ohm mais déplaçons la position d'alimentation vers la position inférieure (10 m) :

Sur les longueurs de 20 m, 17 m et 15 m, la présence du câble coaxial d'interconnexion a de nouveau produit une amélioration générale du ROS. On observe une légère dégradation des performances sur les longueurs de 10 m, mais cette configuration d'alimentation semble offrir des performances tout à fait acceptables et diffère peu du cas de l'alimentation par le haut de 50 ohms.

Le graphique ci-dessus montre comment les choses ont radicalement changé lorsque je suis passé à une « fenêtre » de 300 ohms pour le câble d'interconnexion et que j'ai alimenté le faisceau en position supérieure (20 m). Vous pouvez voir qu'il y a une amélioration modeste des performances à 20 m résultant de l'effet de capacité de dérivation du câble ; mais le ROS sur les autres bandes s'est dégradé de manière très significative. C'était le résultat attendu - la ligne de 300 ohms a transformé l'impédance des autres bandes, la bande de 10 m étant la plus affectée car elle est la plus éloignée du point d'alimentation de 20 m.

Le maintien de l'interconnexion de 300 ohms, mais le déplacement du point d'alimentation vers la position inférieure (10 m) ont produit les résultats ci-dessus. Là encore, ils sont conformes aux attentes. La capacité de dérivation a amélioré le ROS à 10 m, mais la transformation d'impédance introduite par le câble a gravement endommagé les performances à 20 m et 17 m. Il est intéressant de noter que le ROS à 15 m s'est amélioré ; une explication est que, comme la distance entre les éléments de 15 m et le point d'alimentation de 10 m est courte, l'impact de la transformation d'impédance est modeste et est compensé par l'avantage de la capacité de dérivation.
Ces résultats n'excluent pas l'utilisation de 300 Ohm pour les interconnexions ; mais ils soulignent qu'un raccourcissement significatif des Drivers serait nécessaire pour réduire le ROS à des niveaux acceptables.
Étant donné que les résultats d'alimentation supérieure et inférieure de 50 ohms sont très similaires, je les ai tracés sur le même graphique, ci-dessous, afin qu'une comparaison directe entre les deux puisse être effectuée :

Il n'y a pas grand-chose à redire entre les deux configurations : les résultats sur 17 m sont presque identiques ; l'alimentation par le bas est avantageuse sur 15 m et l'alimentation par le haut produit de meilleurs résultats sur 10 m ; l'alimentation par le haut produit de meilleurs résultats sur la moitié supérieure de la bande de 20 m, tandis que l'alimentation par le bas est meilleure aux fréquences plus basses. La modélisation EZNEC a montré que l'alimentation par le haut est globalement le compromis SWR légèrement meilleur, mais ces résultats suggèrent qu'il y a très peu de différence pratique entre les deux approches.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:08

Hexbeam classique - Mesures (partie 3)

Ma capacité à effectuer des mesures pratiques sur le Classic Hexbeam a fait un pas en avant lorsque j'ai construit une antenne monobande de 10 m dont les dimensions critiques pouvaient être facilement modifiées et qui pouvait être élevée, abaissée et tournée facilement sur un mât télescopique en fibre de verre. Cette page présente certaines des mesures que j'ai effectuées sur ce banc d'essai. Sauf indication contraire, toutes les variantes d'antenne ont été construites avec du fil n° 16, les réflecteurs ont été dimensionnés pour être résonnants en bande médiane et les haut-parleurs ont été coupés 2 % plus courts que les réflecteurs.

1. Espacement des extrémités

L'espacement entre la pointe du réflecteur et la pointe du driver a été ajusté de 6" à 12" par pas de 1,5". Pour chaque valeur d'espacement d'extrémité, le rapport F/B et le ROS de l'antenne ont été mesurés sur la plage de fréquences de 28 à 29 MHz avec l'antenne à une hauteur de 20 pieds. Les graphiques de droite présentent les résultats :
Nous notons que :

la fréquence à laquelle les pics F/B augmentent régulièrement à mesure que l'espacement des extrémités augmente ;
la valeur maximale du rapport F/B augmente avec l'augmentation de l'espacement des extrémités et atteint son maximum à une valeur de 10,5", après quoi elle commence à diminuer. [Attention : une analyse minutieuse du diagramme d'azimut avec un espacement des extrémités de 10,5" montre que le rapport F/B de 26 dB est produit par une valeur nulle nette à l'arrière du faisceau ; de chaque côté de cette valeur nulle, il existe des lobes secondaires importants qui seraient le facteur limitant dans le rejet des signaux provenant de l'arrière. Le chiffre de l'avant vers l'arrière devient de 19 dB lorsque ces lobes secondaires sont pris en compte, comme indiqué sur la courbe en pointillés.];
la bande de fréquence sur laquelle le rapport F/B dépasse 10 dB est d'environ 400 kHz pour tous les espacements d'extrémité ;
des espacements d'extrémité plus petits ont tendance à produire de meilleurs ROS ;
le rapport (SWR au meilleur rapport F/B)/(SWR le plus bas) se situe entre 1,3 et 1,5 pour tous les espacements d'extrémité ;
ces résultats sont exactement ceux prédits par l'analyse présentée sur la page Classic Hexbeam - En profondeur .

Conclusion :
1. Les espacements d'extrémité entre 7,5" et 9" représentent un bon compromis entre les performances F/B et le ROS.
2. Sur une conception monobande où le ROS pourrait être amélioré par des composants d'adaptation externes, l'espacement d'extrémité pourrait être utilement augmenté à 10,5" pour améliorer les performances F/B.

2. Correspondance bêta

La longueur de l'élément entraîné a été réduite par intervalles de 1 pouce tout en gardant l'espacement des extrémités (8") et la longueur du réflecteur constants ; l'antenne était à 20 pieds. À chaque étape, les composants résistifs et réactifs de l'impédance du point d'alimentation ont été mesurés et sont indiqués ci-dessous dans le tableau de gauche. Veuillez noter que le réflecteur a été légèrement raccourci avant que cette série de mesures ne soit prise - cela a augmenté la fréquence du meilleur rapport F/B à environ 28,75 MHz.
Nous notons que :

le raccourcissement du conducteur a entraîné une composante résistive plus élevée de l'impédance du point d'alimentation ;
le raccourcissement du conducteur a entraîné une composante réactive de plus en plus négative de l'impédance du point d'alimentation ;
lorsque le pilote est 3,7 % plus court que le réflecteur (les traces bleues), l'impédance est [22 - j21] à la fréquence du meilleur F/B, ce qui en fait un bon candidat pour la correspondance bêta comme prévu sur la page Classic Hexbeam - En profondeur .

Pour confirmer l'utilité de l'adaptation bêta, une inductance d'environ 270 nH (Xl = 50 Ohms) a été ajoutée en parallèle avec le point d'alimentation. Des mesures de ROS et de F/B ont ensuite été effectuées sur toute la bande. Les résultats sont présentés ci-dessus dans le graphique de droite.
Nous notons que :

Les performances F/B n’ont pas changé suite à l’ajout de l’inducteur ;
On constate une amélioration notable du ROS. Il est désormais inférieur à 2:1 sur la bande passante F/B>10 dB du faisceau, et il est le plus bas là où le rapport F/B est le meilleur.

Conclusion :
La correspondance bêta est un moyen simple et efficace d'améliorer le ROS d'un Hexbeam classique monobande

3. Effet de la hauteur sur le ROS

L'antenne a été élevée d'une hauteur de 10 pieds à 22 pieds par paliers de 2 pieds. À chaque hauteur, le ROS le plus bas et le ROS au meilleur rapport F/B ont été mesurés. Les résultats sont représentés dans le graphique ci-dessous.
Nous notons que :

Le SWR s'améliore à mesure que la hauteur augmente jusqu'à 18 pieds (environ une demi-longueur d'onde), après quoi il commence à se détériorer ;
le rapport (SWR @ meilleur F/B)/(SWR le plus bas) se situe entre 1,4 et 1,6 pour toutes les hauteurs.

Conclusion :
La hauteur a un effet significatif sur le ROS d'un Hexbeam ; le meilleur ROS se produit à une hauteur d'environ une demi-longueur d'onde.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:08

Hexbeam classique - Photographies

Les photographies sur cette page montrent certaines des techniques de construction que j'ai utilisées pour construire deux poutres hexagonales classiques à 4 bandes. Les photographies peuvent vous donner des idées sur la façon d'en construire une pour vous-même, mais si vous avez besoin d'instructions étape par étape, jetez un œil au site Web de K4KIO . Ma poutre Mk1 a souffert des coups de vent qui ont frappé le Royaume-Uni début 2007, j'ai donc construit une Mk2 en utilisant une plaque de base et un arrangement de poteau central plus robustes. Cliquez sur l'une des photos pour voir une version "supersize".

Hexbeam Mk1_base_tn

Ces deux photographies montrent la disposition originale de la plaque de base et du poteau central. La plaque de base a été fabriquée à partir d'une planche à découper en plastique et le poteau central a été découpé dans un morceau de tuyau en PVC. Ils ont été fixés ensemble avec 3 équerres de fixation ; c'est ce montage qui a cédé sous les vents violents. Je suis sûr que le choix des matériaux aurait été parfait si je les avais assemblés de manière plus solide.

Hexbeam Mk2_base_tn

J'étais déterminé à ce que le Mk2 ne subisse pas le même sort, j'ai donc demandé à une société d'ingénierie locale de me fabriquer une plaque de base en aluminium de 1/4" soudée à un tuyau en aluminium à paroi épaisse. J'ai utilisé un poteau central en fibre de verre au lieu du poteau en PVC d'origine et une cornière en aluminium plus épaisse pour soutenir les écarteurs. La cornière a été fixée à la plaque de base avec des écrous et des boulons en acier inoxydable.

Hexbeam Cp_fix_tn

L'image de droite montre la coupe transversale détaillée de la façon dont j'ai fixé le poteau central à l'intérieur du tube de la plaque de base. Une vis sans tête à tête hexagonale de 1/3" passe à travers un trou fileté dans le tube, à travers un trou de dégagement dans le poteau central en fibre de verre, et appuie sur un insert en aluminium à l'intérieur du poteau. Il y a également une fine cale pour compenser la différence entre le diamètre intérieur du tube de la plaque de base et le diamètre extérieur du poteau central. Cet arrangement semble si solide que je pense que vous pourriez étendre le poteau central et y monter une petite antenne VHF/UHF.

Hexbeam Pole_fix_tn

Les écarteurs sont des cannes à pêche en fibre de verre bon marché de 15 pieds dont la dernière section n'a pas été utilisée - c'est trop "fouetté". Je fixe les cannes à l'angle en aluminium avec 4 attaches autobloquantes. Étonnamment, les cannes et leurs fixations ont survécu lorsque le Mk1 est tombé au sol d'une hauteur de 20 pieds !

Hexbeam End_plugs_tn

J'ai collé un bouchon en plastique à l'extrémité des écarteurs pour créer un point de fixation pour les cordons de support. J'ai utilisé des vis autotaraudeuses en acier inoxydable suffisamment fines pour ne pas élargir le bouchon et fendre l'extrémité de l'écarteur

Hexbeam Stringing_tn

Je vous recommande vivement d'adopter l'idée de K4KIO qui consiste à mettre en forme la structure en coupant 12 cordes en nylon de longueur égale et en les enfilant entre le poteau central et les écarteurs - de cette façon, elle prendra automatiquement la forme hexagonale parfaite. Voici une photo de la mienne à ce stade, avant de charger les fils.

Hexbeam Dome_nuts_tn

J'ai utilisé un fil de cuivre à 7 brins de calibre 16 - il est suffisamment résistant pour supporter la tension des écarteurs, mais pas trop lourd pour que les fils s'affaissent. Pour assurer une fixation au poteau central, j'ai percé un trou dans un "écrou à dôme" en laiton de 1/6" et je l'ai soudé sur le fil. À l'extrémité extérieure, j'ai fixé le fil aux cordons isolants à l'aide de borniers en laiton et de vis en laiton ; j'ai utilisé 2 vis dans les borniers pour les fils supérieurs car ils doivent supporter la tension des écarteurs. L'image de droite montre l'un des fils coupé à la longueur et prêt à être chargé sur la structure de support ; vous en aurez besoin de 4 pour chaque bande. Assurez-vous de les étiqueter avec la bande et s'il s'agit de Driver ou de Reflector - il est très facile de les confondre !

Hexbeam Top_knee_tn

Ces photos montrent comment les fils sont maintenus sur la structure de support. J'utilise généralement 2 attaches autobloquantes : une pour former une boucle et l'autre pour attacher la boucle sur l'écarteur. J'ai mis quelques tours de ruban isolant autour de l'écarteur pour empêcher la boucle de glisser vers l'intérieur. Le cordon isolant d'extrémité est maintenu en passant une attache autobloquante dans un nœud central. Les fils se terminent au poteau central sur une vis en laiton de 1/6" qui comporte 2 écrous supplémentaires - l'un est un contre-écrou pour l'écrou à dôme et l'autre maintient les cosses à fourche en place. La photo de droite montre un lien reliant deux moitiés d'un réflecteur.

Hexbeam Mk2_tuning_tn

Voici le réseau en l'air sur un mât temporaire prêt à être réglé. L'excédent de "queue" sur les attaches n'a pas encore été coupé au cas où des ajustements finaux seraient nécessaires. La photo du milieu montre un Driver alimenté par des pinces crocodiles, tandis que le courant dans le Réflecteur est surveillé avec une sonde à pince que vous pouvez juste voir derrière la pince rouge. Vous pouvez également voir que le Driver inutilisé est terminé par une résistance de 47 Ohm. La photo de droite montre l'avantage de terminer les deux moitiés du Réflecteur séparément - si vous coupez les fils trop courts, vous pouvez récupérer la situation avec une liaison légèrement plus longue.

Hexbeam 50_feed_tn

Nous sommes maintenant prêts à interconnecter les haut-parleurs avec un câble coaxial de 50 ohms et à connecter la ligne d'alimentation au haut-parleur supérieur. J'ai monté une prise SO239 sur la plaque de base afin que l'antenne puisse être transformée en une entité indépendante. J'ai également placé un balun à starter en ferrite à proximité de la prise. Assurez-vous d'utiliser beaucoup de composé imperméabilisant autour des extrémités exposées du câble coaxial. Malheureusement, la peinture noire s'écaille sur l'angle en aluminium, bien qu'elle soit OK sur la plaque de base Sad

Enfin, soulevez-le à sa hauteur finale et travaillez le DX !

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:09

Performances multibandes Hexbeam

Une caractéristique très intéressante de l'approche de construction habituelle utilisée pour le Hexbeam est que les éléments de fil pour plusieurs bandes différentes peuvent être imbriqués pour former une antenne multibande. Nous verrons comment ce « multibandage » affecte les performances du faisceau.
Vous trouverez ci-dessous les graphiques de données de performances pour un Hexbeam multibande à 5 bandes (20 m à 10 m) et un Hexbeam classique. Sur chaque graphique, les données à l'extrême gauche correspondent aux performances monobande ; les données à droite montrent ensuite progressivement comment les performances évoluent à mesure que d'autres éléments de bande sont ajoutés à la structure.
Hexbeam 20m_perf

Ces données conduisent aux conclusions suivantes :

les performances monobandes sont toutes très similaires, comme on pouvait s'y attendre ;
la performance à 20 m est relativement insensible à l'ajout d'autres bandes ;
les performances des bandes 17m, 15m, 12m et 10m, notamment le rapport F/B, souffrent à des degrés divers de l'ajout d'autres bandes. La tendance générale est que les bandes les plus proches (en distance et en fréquence) ont le plus grand effet ;
le gain du faisceau hexagonal à large bande est généralement moins affecté que le gain du faisceau hexagonal classique ;
la plus grande dégradation des performances se produit à 10 m lorsque des éléments de 12 m sont ajoutés à la structure.

Il n'est pas surprenant qu'il y ait une interaction significative entre les éléments de bande de 10 m et 12 m. La structure « en cuvette » typique de la plupart des Hexbeams signifie que les fils de ces bandes ne peuvent être séparés que de quelques pouces. La modélisation montre que si vous ne pouvez pas atteindre la séparation de 4 pouces entre les fils de 10 m et 12 m supposée dans ces données, les performances se dégraderont considérablement. La modélisation montre également que c'est la séparation au niveau du poteau central (où les courants des éléments sont les plus élevés) qui importe le plus ; donc, simplement supprimer le point d'alimentation de 10 m est une solution facile, même si cela peut entraîner des fils « en pente ». Nous avons également vu sur la page Broadband Hexbeam - En profondeur qu'un espacement d'extrémité modérément plus grand ne compromet pas les performances de la nouvelle conception, donc augmenter l'espacement d'extrémité sur un Broadband Hexbeam pour permettre aux fils de 12 m d'être montés plus haut dans la structure de support pourrait être une option.
Il est intéressant de noter que les simulations suggèrent également que si l'on parvenait à obtenir un espacement des bandes dans toute la structure proportionnel à la longueur d'onde (de manière similaire à un quad cubique), des performances monobandes complètes pourraient être obtenues pour chaque bande. Les espacements devraient être les suivants :

20m - 17m : 15"
17m - 15m : 12"
15m - 12m : 10"
12m - 10m : 9"

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:09

Réglage multibande Hexbeam (Partie 1)

Nous avons vu dans d'autres sections que, comparées à une antenne Yagi 2 éléments de taille standard, les Hexbeams sont des antennes à bande relativement étroite - en particulier la version Classic qui doit être réglée pour offrir les meilleures performances aux fréquences qui vous intéressent. Nous verrons dans cette section comment le réglage est affecté lorsque plusieurs éléments de bande sont réunis pour former un Hexbeam multibande.
Vous trouverez ci-dessous les graphiques de données de réglage pour un Hexbeam à large bande à 5 bandes (20 m à 10 m) et un Hexbeam classique. Sur chaque graphique, les données à l'extrême gauche correspondent à la fréquence du meilleur rapport F/B pour l' élément monobande ; les données à droite montrent ensuite progressivement comment le réglage change à mesure que d'autres éléments de bande sont ajoutés à la structure.
Hexbeam 20m_tune

Ces données conduisent aux conclusions suivantes :

l'accord de toutes les bandes est affecté dans une certaine mesure lorsque des fils supplémentaires sont ajoutés pour d'autres bandes ;
à quelques exceptions près, la tendance générale est à la baisse des fréquences à mesure que des bandes supplémentaires sont ajoutées ;
les bandes les plus proches (en termes de séparation physique et de fréquence) ont tendance à avoir le plus grand effet de désaccord ;
bien que les graphiques ne le montrent pas, la modélisation qui a conduit à ces données indique que c'est la proximité des réflecteurs voisins (plutôt que des haut-parleurs) qui a le plus d'influence sur le réglage ;
Le réglage du Broadband Hexbeam est beaucoup moins affecté que celui du Classic Hexbeam, donc les dimensions de fil à 5 bandes devraient bien fonctionner sur d'autres réseaux Broadband, y compris les versions monobandes.

Il est probablement inutile de régler un Broadband Hexbeam « in situ » car :

sa bande passante plus large le rend plus insensible aux erreurs de réglage ;
son réflecteur « Q » inférieur le rend moins affecté par les fils adjacents ;
l'absence de bornes au centre du réflecteur élimine toute possibilité d'ambiguïté dans les longueurs de fils ;

Cependant, il est fortement recommandé de régler le Classic Hexbeam comme décrit ci-dessous.
La complexité des interactions entre les fils des différentes bandes rend irréaliste le chargement des fils d'une bande sur la structure et le « réglage » pour tenir compte des changements qui se produiront lorsque d'autres bandes seront ajoutées. Je recommande fortement de charger tous les fils - haut-parleurs et réflecteurs - avant de commencer le processus de réglage. L'objectif est de rapprocher l'antenne de sa forme finale afin que le plus grand nombre possible d'interactions soient prises en compte.
Nous avons vu sur la page Classic Hexbeam - In depth que le réglage de l'antenne consiste à ajuster le réflecteur jusqu'à ce que le pic F/B se produise à la fréquence souhaitée ; et nous devons nous rappeler de régler les deux moitiés du réflecteur de manière égale. Chacune des 4 techniques de réglage décrites sur la page Classic Hexbeam Tuning peut être utilisée avec succès sur un réseau multibande, mais notez les points suivants :

a) Résonance du réflecteur

Les liens d'interconnexion de bande ne doivent pas être en place.
Tous les réflecteurs non réglés doivent avoir leurs deux moitiés liées.
Le haut-parleur de la bande à accorder doit être en circuit ouvert en son centre.
Tous les autres pilotes doivent avoir leurs deux moitiés reliées - de préférence par une résistance de 47 Ohms.

b) ROS minimal du réflecteur

Les liens d'interconnexion de bande ne doivent pas être en place.
Tous les réflecteurs non réglés doivent avoir leurs deux moitiés liées.
Le haut-parleur de la bande à accorder doit être en circuit ouvert en son centre.
Tous les autres pilotes doivent avoir leurs deux moitiés reliées - de préférence par une résistance de 47 Ohms.

c) Courant maximal du réflecteur

Les liens d'interconnexion de bande peuvent être mis en place.
Tous les réflecteurs doivent avoir leurs deux moitiés liées.
La source du signal est connectée au point d'alimentation du réseau composite.

d) SWR 1,4 fois minimum

Les liens d'interconnexion de bande peuvent être en place, bien que les résultats soient susceptibles d'être plus précis si vous pouvez les omettre à ce stade.
Tous les réflecteurs doivent avoir leurs deux moitiés liées.
Le pilote de la bande en cours d'accordage est connecté à la source du signal.
Tous les autres pilotes doivent avoir leurs deux moitiés reliées - de préférence par une résistance de 47 Ohms.
Si vous avez choisi d'effectuer le réglage avec les liaisons d'interconnexion en place, connectez la source du signal à votre choix final de point d'alimentation et omettez les résistances de 47 Ohm.

La deuxième partie de cette section de réglage multibande examine plus en détail les décalages de fréquence causés sur un Classic Hexbeam par l'interaction des éléments de bande et développe un ensemble de facteurs de correction à partir desquels les dimensions de tout réseau HF multibande Classic Hexbeam peuvent être déterminées.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:09

Réglage multibande Hexbeam (partie 2)

[th]20 m[/th][th]17m[/th][th]15 m[/th][th]12m[/th][th]10 m[/th]

0 kHz (0,0")	0 kHz (0,0")	0 kHz (0,0")	0 kHz (0,0")	0 kHz (0,0")
0 kHz (0,0")	5 kHz (0,0")	20 kHz (0,1")	210 kHz (1,0")
0 kHz (0,0")	12 kHz (0,1")	45 kHz (0,3")		45 kHz (0,2")
3 kHz (0,0")	47 kHz (0,4")		25 kHz (0,1")	45 kHz (0,2")
40 kHz (0,6")		25 kHz (0,2")	10 kHz (0,0")	15 kHz (0,1")
	37 kHz (0,3")	0 kHz (0,0")	8 kHz (0,0")	0 kHz (0,0")
5 kHz (0,1")	37 kHz (0,3")	90 kHz (0,6")
5 kHz (0,1")	62 kHz (0,6")		270 kHz (1,3")
15 kHz (0,2")	77 kHz (0,7")			105 kHz (0,4")
43 kHz (0,7")		60 kHz (0,4")	240 kHz (1,2")
54 kHz (0,8")		90 kHz (0,6")		80 kHz (0,3")
55 kHz (0,9")			60 kHz (0,3")	75 kHz (0,3")
	47 kHz (0,4")	50 kHz (0,3")	220 kHz (1,1")
	97 kHz (0,9")	53 kHz (0,4")		60 kHz (0,2")
	87 kHz (0,8")		35 kHz (0,2")	35 kHz (0,1")
		60 kHz (0,4")	25 kHz (0,1")	23 kHz (0,1")
15 kHz (0,2")	112 kHz (1,0")
45 kHz (0,7")		165 kHz (1,1")
60 kHz (0,9")			330 kHz (1,6")
65 kHz (1,0")				160 kHz (0,6")
	67 kHz (0,6")	120 kHz (0,8")
	105 kHz (1,0")		280 kHz (1,4")
	122 kHz (1,1")			105 kHz (0,4")
		90 kHz (0,6")	250 kHz (1,2")
		120 kHz (0,8")		85 kHz (0,3")
			80 kHz (0,4")	85 kHz (0,3")
75 kHz (1,2")
	157 kHz (1,5")
		200 kHz (1,4")
			358 kHz (1,8")
				165 kHz (0,6")

Dans la première partie de cette section sur le réglage multibande, nous avons vu que la proximité des éléments filaires les uns par rapport aux autres dans un Hexbeam multibande a un effet de désaccord sur l'antenne. Les interactions sont complexes et il n'existe aucun moyen simple de prédire les décalages de fréquence qui se produiront lorsque différentes bandes sont omises ou incluses. Nous avons vu que les décalages de fréquence subis par un Hexbeam à large bande sont modestes, tandis que ceux d'un Hexbeam classique sont plus importants et doivent être pris en compte en ajustant les dimensions de ses fils.
Pour aider les constructeurs à déterminer les dimensions de fil requises pour un Hexbeam multibande classique particulier, j'ai modélisé les 31 combinaisons de bandes possibles ; dans chaque cas, j'ai enregistré la manière dont la fréquence a augmenté par rapport à un réseau à 5 bandes, et j'ai calculé l'augmentation des dimensions de fil qui serait nécessaire pour corriger le décalage de fréquence. Les résultats sont présentés dans le tableau, où le premier chiffre d'une cellule est le décalage de fréquence en kHz et le chiffre entre parenthèses est le facteur de correction en pouces.
La première ligne représente un réseau à 5 bandes où, bien sûr, les facteurs de correction sont tous nuls. Les 5 lignes suivantes montrent les facteurs de correction pour tous les réseaux à 4 bandes possibles, les 10 lignes suivantes tous les réseaux à 3 bandes ; les 10 lignes suivantes tous les réseaux à 2 bandes ; et les 5 lignes du bas montrent les facteurs pour les réseaux monobandes.
À titre d'exemple, supposons que vous soyez intéressé par un faisceau hexagonal classique à trois bandes 20/15/10. Localisez la ligne du tableau qui contient les entrées correspondant aux bandes qui vous intéressent, dans ce cas la ligne 11. Les données de cette ligne montrent que, par rapport à un réseau à 5 bandes , le réglage à 20 m augmentera de 54 kHz, le réglage à 15 m augmentera de 90 kHz et le réglage à 10 m augmentera de 80 kHz. Si ces décalages sont inacceptables, ils peuvent être corrigés en ajoutant 0,8 pouce, 0,6 pouce et 0,3 pouce aux pattes respectives du pilote et du réflecteur ; les facteurs de correction pour les espacements d'extrémité du pilote et du réflecteur sont si faibles qu'ils sont négligeables. Les dimensions complètes des câbles pour un réseau à 5 bandes sont indiquées sur la page Principes de base du faisceau hexagonal classique , à laquelle ces facteurs de correction peuvent être ajoutés.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:10

Adaptation multibande Hexbeam

Introduction

Une approche simple pour alimenter un Hexbeam multibande consiste à connecter un feeder séparé au driver de chaque bande et à utiliser un boîtier de commutation télécommandé monté sous l'antenne pour commuter la ligne d'alimentation principale sur la bande requise. Avec cette méthode, vous pouvez vous attendre à obtenir des ROS similaires à ceux d'un monobander ; si vous souhaitez améliorer les choses sur le Classic Hexbeam, vous pouvez utiliser l'une des techniques de correspondance monobande décrites précédemment. Le seul problème potentiel est que les feeders inutilisés, s'ils ne sont pas terminés par une charge de 50 Ohm, et en fonction de leur longueur, peuvent accorder les drivers inutilisés à la résonance et provoquer une certaine interaction avec les éléments "en cours d'utilisation".
Cependant, la plupart des constructeurs d'Hexbeam préféreront la commodité d'utiliser une seule ligne d'alimentation pour toutes les bandes. Cette section décrit certains des pièges potentiels de cette approche. Il s'agit d'un domaine des performances d'Hexbeam qui est souvent mal compris et qui, si les mauvais choix sont faits, peut conduire à des résultats décevants. Nous espérons qu'après avoir lu cette section, vous comprendrez les principes qui sous-tendent l'adaptation multibande et serez en mesure de faire des choix éclairés lors de la construction de votre antenne.

Résumé

Les choix clés à faire sont les suivants : à quelle position de bande alimenter l'antenne et quel type de câble d'interconnexion utiliser entre les différents éléments de bande. Plus loin dans cette section, nous verrons en détail que l'alimentation par le haut (c'est-à-dire l'alimentation à la position 20 m sur un réseau 20 m-10 m) et l'utilisation d'un câble coaxial de 50 ohms pour les interconnexions de bande sont préférables. En guise de résumé, nous présentons ici un graphique montrant l'effet sur le ROS de 10 m d'un faisceau hexagonal à large bande à 5 bandes alimenté par le haut lorsque nous modifions l'impédance caractéristique du câble d'interconnexion.
Les courbes SWR pour cinq types de câbles différents sont présentées :

Zo=50 / Vf=0,66 représentant un câble coaxial couramment disponible tel que RG213 ou RG58 ;
Zo=70 / Vf=0,9 typique d'un double feeder qui pourrait être construit en accordant une attention particulière à l'épaisseur de l'isolation et à l'espacement des lignes. Voir la page de l'expérience Twin Feed pour plus de détails ;
Zo=100 / Vf=0,66 représentant un double feeder construit à partir de deux longueurs de câble coaxial, connectées en série ;
Z0=100 / Vf=0,9 typique d'un double feeder construit sans sélection minutieuse des fils. Voir la page de l'expérience Twin feed pour plus de détails ;
Zo=25 / Vf=0,66 représentant un double feeder construit à partir de deux longueurs de câble coaxial, connectées en parallèle.

D'après le graphique, nous concluons que :

Un double câble d'alimentation construit à partir d'un câble coaxial connecté en parallèle (courbe cyan) ou d'un câble coaxial connecté en série (courbe mauve) produit un ROS inacceptable ;
Le double feeder construit à partir d'un câble soigneusement sélectionné (courbe rouge) produit le ROS le plus faible, mais sa bande passante ROS est pire que celle du coaxial 50 Ohm (courbe bleue) ;
Un double feeder construit sans attention particulière au type de câble (courbe verte) produit un SWR minimum médiocre et une bande passante SWR étroite ;
La courbe SWR se détériore rapidement en passant d'un double feeder de 70 Ohms à un double feeder de 100 Ohms - la plage dans laquelle se situe le Zo de la plupart des lignes construites à la maison ;
Le câble coaxial de 50 ohms produit de bons chiffres SWR et la meilleure bande passante SWR<2.

Dans l'ensemble, il ne semble pas être très utile d'utiliser autre chose qu'un câble coaxial 50 Ohms facilement disponible. Le RG58 devrait convenir à des niveaux de puissance allant jusqu'à environ 400 watts, au-delà desquels le RG213 ou un équivalent devrait être utilisé.

Adaptation multibande – en profondeur

Nous allons maintenant examiner en détail les mécanismes qui produisent ces résultats. Pour simplifier les choses, nous allons examiner le réseau à 2 bandes (20 m/10 m) illustré à droite, plutôt qu'un réseau à 5 bandes. Bien que la géométrie classique soit illustrée, les arguments s'appliquent également à la conception à large bande. Nous allons examiner 4 options d'alimentation :

Câble d'interconnexion alimenté par le haut / 50 Ohms ;
Câble d'interconnexion alimenté par le haut / 300 Ohms ;
Câble d'interconnexion alimenté par le bas / 50 Ohms ;
Câble d'interconnexion alimenté par le bas / 300 Ohm.

J'ai choisi 50 Ohm et 300 Ohm comme impédances typiques des "Zo bas" et "Zo haut" qui pourraient être utilisées pour les interconnexions. Ces 4 combinaisons d'alimentation englobent la majorité des situations susceptibles d'être rencontrées dans la pratique et donnent un bon aperçu du comportement de l'antenne. Les impédances de câbles intermédiaires, ou les points d'alimentation au milieu du réseau, produisent des résultats qui se situent entre ces "extrêmes". Les interconnexions avec Zo supérieur à 300 Ohms provoqueront de sérieux problèmes d'adaptation pour des raisons qui deviendront évidentes plus tard - elles doivent être évitées.
Nous verrons qu'il existe 2 mécanismes principaux à l'origine des transformations d'impédance au sein de la structure d'alimentation :

tout câble d'interconnexion situé entre le point d'alimentation du réseau et la bande utilisée peut potentiellement provoquer une transformation d'impédance. Plus l'impédance caractéristique du câble est élevée, plus il est long et plus son facteur de vitesse est faible, plus la transformation est importante ;
tout câble d'interconnexion relié au pilote de la bande utilisée, mais du côté opposé au point d'alimentation du réseau, agira comme un tronçon en circuit ouvert shuntant le pilote avec une réactance capacitive.

Nous allons maintenant voir comment les différentes options d'alimentation affectent le ROS, d'abord sur 20 m et ensuite sur 10 m.

20 mètres

Pour simplifier les choses, nous supposerons que le pilote de la bande non utilisée présente une impédance très élevée au câble d'interconnexion et peut donc être ignoré. L'image de 20 m se réduit alors à un HexBeam de 20 m attaché à une longueur de câble d'interconnexion comme indiqué. La longueur physique du câble d'interconnexion est supposée être de 30" - typique de la séparation de 20 m / 10 m observée sur de nombreuses structures de support.

a) Interconnexions Top Feed / 50 Ohm

Pour référence, le premier graphique montre la courbe SWR qui résulterait de l'utilisation d'une ligne d'alimentation dédiée, c'est-à-dire sans interconnexions. Le deuxième graphique montre ce qui se passe lorsque nous alimentons notre réseau par le haut - la position 20 m - et utilisons un câble de 50 ohms avec un facteur de vitesse de 0,66 pour les interconnexions de bande. Nous notons qu'il y a eu une amélioration marquée du SWR à toutes les fréquences sauf les plus basses, où il est légèrement plus élevé.
À première vue, cela peut sembler une conséquence surprenante du simple fait de suspendre 30" de câble au point d'alimentation. L'explication est que l'impédance du Driver à la fréquence de conception est inductive [25 + j14], et l'effet du câble d'interconnexion est de placer une capacité de shunt équivalente à environ 75pF à travers lui ; le résultat est une "adaptation bêta capacitive" qui augmente la composante résistive et réduit la réactance, généralement à [29 + j10], améliorant ainsi le ROS de 2,2 à 1,8. Ce "mécanisme d'adaptation" fonctionne encore mieux à l'extrémité supérieure de la bande où le point d'alimentation du Driver est plus inductif ; cependant, il fonctionne contre nous en bas de la bande où le Driver est capacitif et nous aggravons le problème en ajoutant plus de réactance capacitive. Ce mécanisme est le facteur majeur pour lequel le ROS d'un Classic Hexbeam multibande peut être meilleur que celui d'un monobander.

b) Interconnexions Top Feed / 300 Ohm

Si nous changeons maintenant le câble d'interconnexion pour un câble avec une impédance caractéristique plus élevée de 300 ohms, nous obtenons la courbe SWR illustrée dans le troisième graphique. Là encore, il y a eu une amélioration marginale du SWR à l'extrémité supérieure de la bande. Cependant, une combinaison de l'impédance caractéristique accrue et du facteur de vitesse plus élevé du câble (supposé être de 0,88) réduit considérablement l'avantage - équivalent à un condensateur d'environ 5 pF.

c) Alimentation par le bas / interconnexions 50 Ohm

Nous allons maintenant déplacer le point d'alimentation vers le bas du réseau et revenir au câble 50 Ohm pour les interconnexions de bande. Nous obtenons la courbe SWR sur la droite qui est indiscernable de la courbe de référence montrée dans le premier graphique. Cela n'est pas surprenant car nous nous connectons simplement au pilote de 20 m via une longueur supplémentaire de 30" de câble 50 Ohm, ce qui n'aura aucun effet sur le SWR.

d) Alimentation par le bas / interconnexions 300 Ohm

Cependant, une image très différente apparaît lorsque nous alimentons par le bas et utilisons un câble de 300 Ohm pour les interconnexions de bande. L'introduction d'une ligne de transmission à Zo élevé de 30" entre le point d'alimentation et le pilote de 20 m a transformé son impédance de [25 + j14] à [27 + j93], faisant passer le ROS de 2,2 à environ 10. Nous avons un ROS inacceptable sur toute la bande.

e) Alimentation par le bas / interconnexions 300 Ohm / pilote court

Mais tout n'est pas perdu ! Notez que l'interconnexion Zo élevée a introduit une réactance inductive importante mais n'a guère modifié la composante résistive. Nous avons vu dans la section précédente « Adaptation » que, dans certaines limites, nous pouvons rendre le conducteur capacitif en le raccourcissant sans nuire aux performances du faisceau. Si nous rendons le conducteur 9 % plus court que le réflecteur, nous pouvons presque totalement compenser l'inductance introduite par l'interconnexion de 300 Ohm. Nous obtenons alors les performances SWR indiquées dans le sixième graphique, ce qui est tout à fait acceptable.

10 mètres

Comme dans le cas de 20 m, nous supposerons que le pilote de la bande non utilisée présente une impédance très élevée au câble d'interconnexion et peut donc être ignoré. L'image de 10 m se réduit alors à un HexBeam de 10 m attaché à une longueur de câble d'interconnexion comme indiqué.

f) Alimentation par le bas / interconnexions 50 Ohm

Pour référence, le premier graphique montre la courbe SWR qui résulterait de l'utilisation d'une ligne d'alimentation dédiée, c'est-à-dire sans interconnexions. Le deuxième graphique montre ce qui se passe lorsque nous alimentons notre réseau par le bas - la position 10 m - et utilisons un câble de 50 ohms avec un facteur de vitesse de 0,66 pour les interconnexions de bande. Comme dans le cas de l'alimentation par le haut de 20 m, nous remarquons une amélioration générale du SWR provoquée par l'effet capacitif de shunt du câble d'interconnexion, en particulier en haut de la bande. Il est intéressant de noter que ce graphique montre qu'un deuxième minimum de SWR commence à apparaître.

g) Alimentation par le bas / interconnexions 300 Ohm

Si nous changeons maintenant le câble d'interconnexion pour un câble avec une impédance caractéristique plus élevée de 300 ohms, nous obtenons la courbe SWR illustrée dans le troisième graphique. Là encore, on constate une amélioration notable du SWR à l'extrémité supérieure de la bande. La valeur inférieure de la capacité de shunt, résultant de l'impédance caractéristique accrue et du facteur de vitesse plus élevé, offre une correspondance globale légèrement meilleure que le cas de 50 ohms.

h) Interconnexions Top Feed / 50 Ohm

Nous allons maintenant déplacer le point d'alimentation vers le haut du réseau et revenir au câble 50 Ohm pour les interconnexions de bande. Nous obtenons à nouveau une courbe SWR qui est impossible à distinguer de la courbe de référence car nous nous connectons simplement au pilote de 10 m via une longueur supplémentaire de 30" de câble 50 Ohm, ce qui n'aura aucun effet sur le SWR.

i) Interconnexions Top Feed / 300 Ohm

Une fois de plus, l'introduction d'une ligne de transmission haute fréquence de 30 pouces entre le point d'alimentation et le pilote a radicalement transformé son impédance, mais la longueur électrique accrue de la ligne à 28 MHz a rendu l'effet beaucoup plus grave qu'il ne l'était à 14 MHz.
En fait, nous devons maintenant raccourcir le Driver à 26 % de moins que le Reflector pour obtenir des ROS modérés - même dans ce cas, ils ne descendent pas en dessous de 2,6. Pire encore, le Driver très court a commencé à compromettre le Gain et les performances F/B du faisceau.

Hexbeam 50_tn

De ces analyses, nous remarquons que :

l'effet shunt du câble d'interconnexion peut améliorer les performances SWR d'un Classic Hexbeam multibande par rapport à un monobande ;
si une ligne de 50 Ohms est utilisée pour les interconnexions, des rapports de résonance réflecteur / pilote « normaux » compris entre 1,015 et 1,02 donneront des performances satisfaisantes ;
si une ligne à impédance plus élevée est utilisée pour les interconnexions, les conducteurs des bandes les plus éloignées du point d'alimentation devront être raccourcis pour maintenir le ROS à un niveau acceptable. Selon la ligne utilisée, il peut arriver un moment où le conducteur ne peut pas être suffisamment raccourci avant que les performances du faisceau ne soient affectées ;
l'interdépendance entre la longueur du conducteur et la valeur Zo des câbles d'interconnexion signifie que vous ne pouvez pas « mélanger et assortir » les dimensions de conception et espérer obtenir des performances satisfaisantes . En d'autres termes, ne vous attendez pas à ce que les dimensions publiées pour un câble d'interconnexion à haute impédance fonctionnent avec un câble de 50 ohms, et vice-versa ;
Cette interdépendance signifie également que vous devez vous assurer que l'impédance de vos interconnexions correspond à celle de la conception que vous suivez. L'utilisation de « n'importe quel vieux câble » produira probablement des chiffres SWR décevants ! Consultez ma page sur les expériences de double alimentation pour plus d'informations.

La situation réelle est un peu plus complexe que ne le laisse penser cette analyse. D'une part, les bandes inutilisées ne présentent pas une impédance infinie au câble d'interconnexion - les impédances ont tendance à être élevées mais ont une composante résistive négative, ce qui indique que ces éléments captent le rayonnement et renvoient de l'énergie au système d'alimentation. Néanmoins, les principes établis ci-dessus s'appliquent globalement.
Pour terminer cette section, nous examinerons deux graphiques qui résument les performances du SWR avec les 4 options d'alimentation :
Hexbeam 20m

Nous concluons que :

à l'exception d'un réseau Top Fed ayant une ligne Zo élevée, n'importe laquelle des options peut produire un ROS raisonnable à condition que des longueurs de pilote appropriées soient choisies ;
L'alimentation avec des interconnexions de 50 Ohms permet d'obtenir le meilleur compromis SWR et présente l'avantage supplémentaire de ne pas nécessiter de rapports réflecteur / pilote extrêmes.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:10

Hexbeam - combien de bandes ?

Deux questions fréquemment posées sont : « Puis-je ajouter 6 m à mon Hexbeam 5 bandes (20 m-10 m) ? » et « Puis-je étendre mes épandeurs et ajouter 30 m/40 m à mon Hexbeam 5 bandes (20 m-10 m) ? ». Nous pourrions même envisager de faire les deux - une seule antenne rotative couvrant 40 m à 6 m serait très attrayante ! Cependant, il y a quelques pièges.
Premièrement, la forme de la structure de support Hexbeam typique à 5 bandes entraîne un espacement vertical à peine suffisant entre les câbles de 10 m et 12 m. L'ajout de bandes supplémentaires aggrave une situation marginale, et il s'avérera probablement difficile d'obtenir une séparation suffisante de 10 m/6 m sur un réseau de 20 m à 6 m, ou une séparation suffisante de 15 m/12 m/10 m sur un réseau de 40 m à 10 m, si les câbles sont simplement autorisés à prendre leur position « naturelle » dans la pile. La situation peut être améliorée en plaçant les câbles à la séparation minimale requise, puis en utilisant des « rallonges » entre les câbles et les épandeurs. Une autre option choisie par certains constructeurs est de sacrifier une bande - par exemple, en supprimant 12 m pour accueillir 6 m.
Deuxièmement, il existe un risque d'interaction indésirable entre des bandes qui sont liées harmoniquement. Le problème ne semble pas être aigu entre une bande et sa deuxième harmonique - par exemple 20m et 10m. Cependant, une bande au niveau de la troisième harmonique est plus problématique comme nous le verrons.
Hexbeam 15m_az

Le graphique de droite montre le tracé azimutal d'un Hexbeam monobande Broadband de 15 m dans l'espace libre à sa fréquence de meilleur rapport F/B. Il produit un gain avant de 5,04 dBi et un rapport F/B de 25,2 dB. Remarquez que la réponse vers l'arrière est très bien contrôlée - il n'y a pas de lobes secondaires et le rapport F/B élevé n'est pas le résultat d'un zéro étroit à 180°. Si nous empilons maintenant un Hexbeam Broadband de 40 m à 48 pouces au-dessus des câbles de 15 m, nous pouvons nous attendre à une certaine interaction car le pilote et le réflecteur de 40 m résonneront probablement à 21 MHz et deviendront des « re-radiateurs parasites », tout comme n'importe quel réflecteur Hexbeam. Voyons ce qui se passe.
Le deuxième graphique superpose les tracés d'azimut de 15 m résultants dans trois conditions différentes :

Le graphique bleu montre ce qui se passe si le point médian du haut-parleur de 40 m est en circuit ouvert. Le gain avant a légèrement diminué à 4,97 dB et le rapport F/B est légèrement pire à 23,8 dB. Plus significatif est l'apparition de lobes secondaires arrière à environ 120°.
Le graphique vert montre le cas où le point médian du haut-parleur de 40 m est en court-circuit, ce qui lui permet de devenir résonnant en plus du réflecteur de 40 m. Le gain avant a diminué de 1,6 dB à 3,44 dBi et le rapport F/B est tombé à 22,2 dB. Les lobes latéraux arrière ont augmenté de manière significative en proportion de la puissance avant.
Enfin, le graphique gris montre ce qui se passe si nous alimentons en parallèle les haut-parleurs de 40 m et de 15 m. Le gain avant récupère légèrement à 3,88 dB, mais le rapport avant/arrière a chuté de manière significative à 18,7 dB et les lobes arrière ont augmenté jusqu'à un niveau où le rapport avant/arrière n'est plus que de 12 dB. Cela ne devrait pas être une surprise - dans cette configuration, nous pilotons activement les éléments de 40 m plutôt que de les faire réagir de manière parasitaire.
Ce que les graphiques ne montrent pas, c'est que le ROS dans les trois conditions reste tout à fait acceptable - démontrant une fois de plus qu'un faible ROS n'est pas un indicateur des performances d'une antenne.

Nous arrivons aux conclusions suivantes :

Il existe un risque d'interaction significative entre les éléments et de dégradation du modèle d'azimut entre n'importe quelle bande et sa troisième harmonique, comme les combinaisons 40 m/15 m, 30 m/10 m et 17 m/6 m.
Si ces combinaisons doivent être utilisées, elles ne doivent pas être alimentées par une ligne d'alimentation commune. Ainsi, par exemple, sur un réseau de 40 à 10 m, les haut-parleurs de 40 et 30 m doivent être alimentés séparément des autres éléments.
La dégradation du motif peut être encore réduite en s'assurant que le point médian du conducteur « inutilisé » « voit » une impédance élevée. Cela peut être réalisé en raccordant le conducteur inutilisé à une charge appropriée, en tenant compte de sa longueur électrique.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:10

Les effets de la pluie

De temps en temps, les utilisateurs de Hexbeam signalent que leur ROS semble augmenter après une période de pluie. Je n'ai pas remarqué cet effet moi-même (bien que je vive au Royaume-Uni !) et je n'y avais pas beaucoup réfléchi jusqu'à ce que Leo K4KIO m'indique un article d'Antennex écrit par YU1AW dans lequel il a tenté de modéliser les effets de la pluie sur les antennes VHF. YU1AW a supposé que l'eau se comporterait comme un diélectrique uniforme entourant les conducteurs de l'antenne, et il a modélisé l'effet que le diélectrique produirait sur les performances de l'antenne. Bien que certains des paramètres diélectriques supposés par YU1AW pour la pluie soient contestables, les principes sous-jacents pourraient bien expliquer les décalages observés dans le ROS de Hexbeam.
L'ajout d'un diélectrique à un conducteur diminue son facteur de vitesse - c'est la raison pour laquelle une antenne construite à partir de fil isolé a des dimensions légèrement différentes de celles construites à partir de cuivre nu. Donc, si YU1AW a raison, on peut s'attendre à ce que la pluie déplace l'accord d'une antenne vers une fréquence plus basse. Cependant, ce n'est pas quelque chose qui semble affecter les autres antennes de manière significative, donc la question se pose de savoir si l'Hexbeam est d'une certaine manière plus sensible.
J'ai modélisé un Hexbeam en utilisant les propriétés diélectriques supposées de YU1AW pour la pluie ; les résultats étaient intéressants - le réglage de l'antenne s'est décalé suffisamment bas en fréquence pour provoquer probablement un changement assez notable du ROS. Malheureusement, EZNEC ne nous permet pas de modéliser les effets de l'isolation des fils et de la pluie ensemble, mais j'estime que l'effet de désaccord pourrait généralement être d'environ 220 kHz sur 20 m.
L'effet qu'un décalage de 220 kHz aurait sur le ROS est illustré dans le graphique ; le ROS du pire des cas est passé de 1,54:1 à 1,98:1, et à la fréquence où le ROS était minimum, il est passé de 1,35:1 à 1,55:1.
En analysant les raisons pour lesquelles l'Hexbeam semble plus sensible que certaines autres antennes, il semble y avoir deux facteurs en jeu :

Tout d'abord, l'effet de désaccord du diélectrique est beaucoup plus prononcé sur un conducteur de petit diamètre que sur un grand - 4 fois le décalage de fréquence pour un fil n°14 par rapport à un tube de 0,5" ; on s'attend donc à ce que les antennes filaires telles que les Moxons, les Cubical Quads et les Hexbeams souffrent plus que les antennes construites à partir de tubes en aluminium, comme la plupart des Yagis.
Deuxièmement, l'effet sur le ROS de tout décalage de réglage est plus prononcé avec une antenne à bande étroite qu'avec une antenne à large bande. Bien que nous nous référions à la version « large bande » de l'Hexbeam, elle est toujours à bande relativement étroite par rapport à quelque chose comme un Cubical Quad. Par extension, nous pourrions nous attendre à ce que la version classique de l'Hexbeam soit plus sensible que la version à large bande - ce que les résultats de la modélisation confirment.

[size]
En termes simples, le Hexbeam souffre d'un « double coup dur » du fait qu'il est construit à partir de fil et qu'il a une taille et une forme qui le rendent intrinsèquement à bande étroite.
Tout ce qui précède n’est que spéculation, mais à ce jour, c’est l’explication la plus convaincante que j’ai trouvée aux observations rapportées par certains utilisateurs.[/size]

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:11

Entretoises d'extrémité Hexbeam

Au cours de mes expériences pratiques sur les Hexbeams, il est devenu évident que la manière dont les éléments du pilote et du réflecteur sont connectés au cordon d'espacement des extrémités peut produire une « charge d'extrémité » capacitive qui affecte le réglage de l'antenne et les performances F/B. Pour mieux comprendre l'ampleur de cet effet, j'ai mesuré la fréquence de résonance d'un pilote Hexbeam de 10 m lorsqu'il est terminé par une gamme de configurations de connexion d'extrémité différentes.
Hexbeam Es3

1) En m'attendant à ce que l'utilisation d'un bloc de connexion métallique, et éventuellement l'épaisseur et le type de cordon d'espacement des extrémités, affectent la charge d'extrémité, j'ai commencé par simplement coller l'élément de fil au cordon le plus fin que j'avais - du nylon de 0,3 mm. La disposition est illustrée à droite. Elle n'est pas assez solide pour être une méthode de connexion pratique, mais elle représente la situation la plus proche que j'ai pu gérer d'un fil suspendu librement, et elle a constitué une base de référence utile pour comparer d'autres méthodes. La fréquence de résonance a été mesurée à 28 890 kHz.
Hexbeam Es4

2) Ensuite, j'ai relié le fil au cordon en nylon fin à l'aide d'un bloc de connexion en laiton et d'une grande vis en laiton, comme indiqué à droite. Le bloc a été placé au ras de l'extrémité du fil. La fréquence de résonance a été mesurée à 28 630 kHz - une chute de 260 kHz causée par la charge d'extrémité.
Hexbeam Es5

3) J'ai ensuite déplacé le bloc de 3" en arrière de l'extrémité du fil, en utilisant la rigidité du fil pour maintenir sa position correcte. La fréquence de résonance a récupéré de 160 kHz à 28 790 kHz - juste 100 kHz en dessous de la fréquence de base.
Hexbeam Es6

4) Le bloc a été placé à nouveau au ras de l'extrémité du fil et une petite vis hexagonale a été utilisée à la place de la grande vis en laiton. La fréquence de résonance a été mesurée à 28 760 kHz, soit 130 kHz en dessous de la ligne de base, mais 130 kHz au-dessus de la même disposition utilisant la grande vis.
Hexbeam Es7

5) Je suis ensuite revenu à la disposition de base avec du ruban adhésif, mais j'ai utilisé du dacron de 1,5 mm comme cordon d'espacement à la place du nylon. La fréquence de résonance était de 28 896 kHz, soit presque exactement la même qu'avec le nylon fin.
Hexbeam Es8

6) Pour confirmer que le dacron n'avait aucun effet, j'ai répété l'arrangement 2, mais en utilisant un cordon en dacron. La fréquence de résonance était de 28 620 kHz, soit sensiblement la même qu'avec le nylon fin.
7) Finalement, j'ai aspergé le cordon en dacron d'eau et j'ai répété la mesure. La fréquence de résonance a chuté de 50 kHz à 28 570 kHz
Hexbeam Wet_cords

Il y a eu des rapports occasionnels sur le groupe d'utilisateurs Yahoo Hexbeam de VSWR d'antenne augmentant sensiblement pendant/après une forte pluie et récupérant après quelques heures ; cela semble indiquer des cordons d'espacement d'extrémités humides. Pensant que la fréquence de résonance d'un Driver pourrait ne pas être un indicateur suffisamment sensible, j'ai construit un faisceau complet de 10 m et j'ai mesuré son VSWR avec des cordons secs puis après avoir trempé les cordons avec de l'eau de pluie "sale". Ce graphique montre les résultats.
Il ne semble pas y avoir d'effet majeur autre qu'un décalage de 100 kHz dans le réglage. Ce test était nécessairement court et n'est pas entièrement concluant : il peut y avoir des contaminants dans l'eau de pluie dans d'autres parties du monde que nous ne rencontrons pas dans ma région du Royaume-Uni, ou il se peut que d'autres faisceaux utilisent un matériau de cordon différent. Cependant, je n'ai pas encore constaté les changements majeurs notés par d'autres, que ce soit sur mon faisceau opérationnel principal ou sur mes antennes de test.
Nous concluons que la disposition des connexions d'extrémité peut avoir un impact significatif sur le réglage de l'antenne. Plus la masse métallique impliquée est petite et plus elle peut être placée loin de l'extrémité du fil, plus l'impact est faible. La pluie sur le cordon d'espacement est également susceptible d'avoir un certain effet. Cependant, l'épaisseur du cordon d'espacement et le matériau utilisé ne semblent pas être un facteur. Enfin, lorsque vous suivez une conception publiée, vous devez considérer la méthode de terminaison comme une partie intégrante de la conception et suivre de près les recommandations du concepteur.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:11

Formes d'éléments Hexbeam

Dans la quête d'antennes physiquement petites, les concepteurs ont essayé de nombreuses façons de raccourcir les éléments sans trop sacrifier les performances - la courbure de l'élément dipôle n'est qu'une approche parmi d'autres. Il existe deux formes d'"élément courbé" qui nous intéressent dans le contexte de l'Hexbeam - leur caractéristique commune est qu'elles peuvent être facilement montées sur une structure de support comprenant 6 écarteurs radiaux équidistants.

1. L'élément en forme de M

Nous utilisons l'élément en forme de M représenté en rouge à droite pour le réflecteur et le pilote Hexbeam classiques et pour le pilote Hexbeam à large bande.
Si nous nous souvenons de nos cours de mathématiques au lycée, nous pourrons constater qu'en faisant en sorte que les angles inclus de l'élément en forme de M soient de 60°, la longueur de l'antenne est divisée par deux par rapport à un élément linéaire. Cependant, il est regrettable qu'il y ait un prix à payer pour rendre les antennes plus petites : la forme en M produit 0,4 dB de gain de moins qu'un dipôle demi-onde linéaire, et à la résonance, son impédance est plutôt faible, à 23 Ohms. La faible impédance est importante car elle augmente le « Q » de l'antenne et réduit donc sa bande passante de performance.
On peut se demander pourquoi la forme en M devrait avoir une impédance de résonance aussi faible. Voici une explication simplifiée :
A l'extrême droite se trouve un dessin agrandi du centre du dipôle en forme de M ; un courant « i » y circule. Ce courant peut être décomposé en composantes orthogonales X et Y de grandeurs i*cos(60) et i*sin(60) comme indiqué. Notez que les composantes Y sont en opposition vectorielle l'une par rapport à l'autre et s'annulent donc. Seule la composante X - équivalente à la moitié du courant dans le radiateur - contribue au rayonnement. En termes simples, bien qu'un courant de « i » circule dans le dipôle en forme de M, il est équivalent à un dipôle linéaire avec seulement « i/2 » circulant en son centre.
Nous pouvons donc prédire qu'un dipôle en forme de M aurait une résistance au rayonnement égale au quart de celle d'un dipôle demi-onde linéaire, soit 18 Ohms. En pratique, l'annulation complète des composantes Y ne se produit qu'au centre de l'élément, là où les courants opposés sont très proches les uns des autres ; la résistance au rayonnement est donc en fait un peu plus élevée que les 18 Ohms prévus - en fait, elle est d'environ 23 Ohms.

2. L'élément en U

Nous utilisons l'élément en forme de U représenté en bleu à droite pour le réflecteur à faisceau hexagonal à large bande. Il a une géométrie plus « ouverte » que la forme en M ; par conséquent, il a une impédance de résonance plus élevée de 44 Ohms, un Q plus faible et une bande passante accrue. C'est la bande passante accrue qui en fait un choix attrayant pour le réflecteur à faisceau hexagonal à large bande.
Il est intéressant de noter que l'élément en U présente un gain inférieur d'environ 0,3 dBi à celui de la forme en M. Un examen des tracés d'azimut des deux formes, présentés à l'extrême droite, explique pourquoi. Les « extrémités courbées » de la forme en U ont entraîné le « remplissage » des creux profonds et en bout, typiques d'un dipôle linéaire (et également caractéristiques de la forme en M). En d'autres termes, l'énergie de la forme en U est rayonnée de manière plus uniforme en azimut, et il doit donc y avoir un peu moins d'énergie rayonnée dans la direction transversale. Heureusement, cela n'a pas d'impact majeur sur le gain d'un faisceau à 2 éléments qui utilise cette forme pour son réflecteur.

3. Performances relatives

Il est intéressant de comparer les paramètres de performance de nos deux formes Hexbeam avec ceux d'autres dipôles physiquement courts. Les diagrammes de dispersion suivants montrent le gain, la résistance du point d'alimentation résonnant et la bande passante SWR 2:1 tracés en fonction du rayon de braquage pour dix autres dipôles de 20 m que j'ai modélisés, y compris un dipôle à charge de capacité finale, un pilote VK2ABQ et un dipôle « nœud papillon ». Les performances des formes M et U sont indiquées respectivement par les points rouges et bleus. Les performances des deux formes Hexbeam sont à peu près cohérentes avec leur taille - ni meilleures ni pires que ce que l'on pourrait attendre de dipôles avec des rayons de braquage de 9,3 pieds et 10,7 pieds !
Hexbeam Dip_gain

Le message clair de ces résultats est que vous n'obtenez pas « quelque chose sans rien » - en général, plus le rayon de braquage est grand, plus le gain, l'impédance et la bande passante SWR sont élevés. Il n'est donc pas surprenant qu'un Hexbeam formé d'éléments en forme de M ou de U ait un gain inférieur et une bande passante plus étroite qu'un Yagi à 2 éléments de taille normale.

4. Longueur de résonance

La « courbure » d'un morceau de fil en forme de U ou de M modifie sa fréquence de résonance - considérablement dans le cas de la forme en M. Par exemple, une longueur de fil de calibre 16 qui résonne à 13 MHz en tant que dipôle linéaire, résonne 1,8 % plus haut en forme de U et 9,2 % plus haut en forme de M.
Cela explique la particularité apparemment étrange du Broadband Hexbeam, à savoir que son driver est plus long que son réflecteur. Pour obtenir une résonance du driver environ 1,6 % supérieure à celle du réflecteur, le driver doit généralement être 5,8 % plus long .

5. Longueur de la flèche ?

De temps en temps, des personnes qui connaissent le Yagi classique à 2 éléments, mais qui n'ont jamais vu de Hexbeam, me demandent quelle est la longueur de sa flèche - la longueur de la flèche étant un indicateur utile des performances du Yagi. Donner la réponse « zéro », bien que cela soit vrai pour la conception classique, a tendance à être déroutant et inutile - cela ne promet pas de grandes performances !
Hexbeam Currents

Bien sûr, il n'y a pas de réponse correcte à cette question, car le Hexbeam présente des écarts variables entre les courants dans le conducteur et le réflecteur. Mais nous pouvons arriver à une sorte de réponse en calculant à quelle distance du centre de la structure le courant moyen circule - une sorte de « centre de gravité du courant » - pour le conducteur et le réflecteur. Nous pourrions alors considérer l'espacement entre les deux « centres de gravité du courant » comme une « longueur de flèche équivalente ».
Si le courant était uniforme dans tous les éléments, le calcul serait presque trivial, mais nous devons tenir compte du fait qu'il est sinusoïdal, comme indiqué en vert sur le schéma de droite. Ainsi, les coordonnées « Y » plus petites au centre du conducteur auront plus d'influence car c'est là que le courant circule le plus. En prenant de petits segments de chaque fil, en calculant le courant dans le segment et sa coordonnée « Y », nous pouvons calculer un produit « courant.distance » moyen pour chaque élément. Exprimé mathématiquement :

Centre du courant = [∑ _x=1→n I(x).Y(x)]/n
Nous constatons que le « centre de courant » pour un élément en forme de « M » se situe à une coordonnée Y de 0,34Y _max et pour un élément en forme de « U », il est de 0,65Y _max . La traduction de ces pourcentages en longueurs d'onde donne une « longueur de flèche équivalente » de 0,133λ pour la conception à large bande et de 0,081λ pour la conception classique.
Il serait tout à fait inapproprié d'essayer de prédire les performances du Hexbeam en recherchant les chiffres de performance du Yagi pour ces longueurs de flèche équivalentes ; la situation est beaucoup plus complexe, notamment en raison du couplage de pointe qui est présent dans le Hexbeam, mais pas dans un Yagi. Cependant, il est intéressant de noter que :

Ces longueurs de flèche équivalentes se situent dans la gamme de valeurs généralement utilisées par les concepteurs Yagi ;
L'utilisation de 0,133λ pour un Yagi produit des performances F/B plus larges et une meilleure correspondance à 50Ω que 0,081λ - des caractéristiques similaires à celles que l'on retrouve dans les conceptions Hexbeam.

Je ne suis pas sûr que le concept d'une longueur de flèche équivalente ait beaucoup d'utilité, mais la prochaine fois qu'on me posera la question, au moins j'aurai une réponse !

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:11

Taille et type de fil Hexbeam

1. Calibre du fil

Le calibre du fil n'a qu'un impact mineur sur le gain direct ou les performances F/B d'un Hexbeam ; cependant, il peut avoir un effet significatif sur le réglage et le SWR. Le graphique de droite illustre pourquoi.
Ici, nous voyons le décalage de la fréquence de résonance causé par le changement du calibre du fil sur trois dipôles de 20 m de formes différentes : la forme en M utilisée pour les pilotes classiques, les réflecteurs classiques et les pilotes à large bande ; la forme en U plus ouverte utilisée sur les réflecteurs à faisceau hexagonal à large bande ; et, pour référence, un dipôle linéaire. Les décalages sont référencés par rapport à la fréquence de résonance que nous obtenons en utilisant un fil n° 16.
Nous voyons que la fréquence de résonance du dipôle linéaire augmente d'environ 70 kHz lorsque nous diminuons le diamètre du fil de calibre 10 à calibre 22. Il s'agit d'un résultat attendu : les dipôles « plus épais » doivent normalement être un peu plus courts pour la même fréquence de résonance. Cependant, le dipôle en forme de M est assez différent : sa fréquence de résonance chute de 154 kHz pour la même diminution de l'épaisseur du fil !
J'ai étudié cette caractéristique en modélisant des « dipôles courbés » avec divers angles inclus et j'ai noté l'effet du changement de calibre du fil. Lorsqu'un dipôle linéaire est progressivement courbé en forme de M, le changement de calibre du fil a de moins en moins d'effet jusqu'à ce que, avec un angle inclus de 90 degrés, il n'ait plus aucun effet du tout. Lorsque le dipôle est davantage courbé à des angles inclus inférieurs à 90 degrés, l'effet réapparaît mais dans le sens inverse ! Je n'ai vu aucune explication à ce sujet dans la littérature technique. Je suppose (pas plus que cela) qu'à un angle inclus d'environ 90 degrés, l'inductance diminuée d'un fil plus épais est compensée par un couplage capacitif accru entre les deux moitiés du dipôle. À des angles inclus plus petits, l'effet capacitif prédomine, et à des angles plus grands, l'effet inductif prédomine.
Nous voyons sur le graphique que le dipôle en forme de U est relativement insensible aux changements de calibre de fil - sa fréquence de résonance n'augmente que de 33 kHz pour la même diminution du diamètre du fil.
Alors, que signifie tout cela pour le constructeur Hexbeam ? Eh bien, il semble que nous pouvons ignorer en toute sécurité l'effet du calibre du fil sur les réflecteurs Hexbeam à large bande en forme de U ; cependant, nous devons en tenir compte lors de la définition des dimensions des pilotes et réflecteurs Hexbeam classiques en forme de M et des pilotes Hexbeam à large bande.
Que se passe-t-il si nous ne prenons pas la peine de corriger le calibre du fil ? Sur un Hexbeam Broadband, la résonance du driver se décalera par rapport à la résonance du réflecteur ; comme cela n'affectera que le ROS - et non le réglage - il est probablement acceptable d'utiliser un fil n° 14 ou n° 18 sans apporter de corrections aux dimensions du fil n° 16. Sur un Hexbeam Classic, les résonances du driver et du réflecteur se décaleront à peu près de la même valeur, ce qui entraînera une antenne mal réglée mais avec peu de changement au ROS.
Alors, quelles corrections devons-nous apporter au calibre du fil ? Si nous supposons une relation linéaire entre le calibre du fil et la fréquence, nous ne serons pas loin de la vérité. Cela nous amène à l'ensemble pratique suivant de « facteurs de correction » pour ajuster les dimensions qui ont été citées pour un fil de calibre 16 :

Groupe	#22	#20	#18	#16	#14	#12	#10
20 m	- 1,3"	- 0,9"	- 0,4"	0	+ 0,4"	+ 0,9"	+ 1,3"
17m	- 1,0"	- 0,7"	- 0,3"	0	+ 0,3"	+ 0,7"	+ 1,0"
15 m	- 0,9"	- 0,6"	- 0,3"	0	+ 0,3"	+ 0,6"	+ 0,9"
12m	- 0,7"	- 0,5"	- 0,2"	0	+ 0,2"	+ 0,5"	+ 0,7"
10 m	- 0,7"	- 0,4"	- 0,2"	0	+ 0,2"	+ 0,4"	+ 0,7"

# 22 multiplier par 0,994
# 20 multiplier par 0,996
# 18 multiplier par 0,998
# 16 multiplier par 1
# 14 multiplier par 1,002
# 12 multiplier par 1,004
# 10 multiplié par 1,006

Pour ceux d'entre vous qui n'aiment pas faire des mathématiques, le tableau détaille les facteurs de correction (en pouces) qui doivent être appliqués aux dimensions de calibre #16 des demi-pilotes et demi-réflecteurs Classic Hexbeam et des demi-pilotes Broadband Hexbeam ( mais pas des réflecteurs Broadband ) pour différentes bandes HF.

2. Isolation

L'utilisation d'un fil isolé pour construire un HexBeam modifiera la fréquence de résonance de l'antenne. Il est très difficile de prédire dans quelle mesure cela changera - cela dépend du diamètre du conducteur, de l'épaisseur de l'isolation et des propriétés diélectriques de l'isolation. En règle générale, cela diminuera la fréquence de fonctionnement et les dimensions devront être plus courtes que les dimensions du fil nu correspondant - généralement de 1 à 2 %.

3. Matériel

J'ai modélisé des HexBeams construits avec du fil de cuivre et avec du fil d'acier inoxydable et comparé les performances respectives. La conductivité réduite de l'acier inoxydable a provoqué une baisse du gain de l'antenne et, fait intéressant, un décalage de la fréquence de résonance. Je n'ai pas exploré plus en détail le mécanisme de décalage de fréquence, mais je pense qu'il peut être le résultat du changement de profondeur de peau causé par la réduction de la conductivité. Aux fréquences HF, la profondeur de peau est suffisamment faible pour que vous puissiez traiter le fil d'acier inoxydable recouvert de cuivre comme s'il s'agissait de cuivre massif.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:12

Hauteur de la poutre hexagonale (partie 1)

Une question souvent posée sur le groupe de discussion Yahoo HexBeam est « quelle est la meilleure hauteur pour mon Hexbeam ? ». Il est difficile de répondre à cette question sans d'abord comprendre ce que le questionneur entend par « meilleure ». Comme pour toute antenne, la hauteur au-dessus du sol affecte le réglage du Hexbeam, sa directivité et son adaptation ; ainsi, la hauteur qui produit le SWR le plus faible peut bien être différente de la hauteur qui produit le meilleur rapport F/B ou un gain acceptable.
Pour illustrer la façon dont les performances d'un Hexbeam varient en fonction de la hauteur, un monobander classique de 20 m a été modélisé à des intervalles de 5 pieds entre 10 pieds et 60 pieds sur un sol réel/moyen [les résultats auraient suivi les mêmes tendances si un Hexbeam à large bande avait été modélisé]. Les graphiques suivants montrent les résultats. En supposant que la plupart des lecteurs seront intéressés par les performances de l'antenne sur des trajets longue distance, les valeurs de gain et de rapport F/B ont été modélisées à un angle de décollage de 5°. Les graphiques peuvent être utilisés pour prédire les performances sur d'autres bandes en mettant à l'échelle l'axe de hauteur en conséquence ; par exemple, sur 10 m, l'axe de hauteur s'étendrait de 5 pieds à 30 pieds.
Hexbeam Hexvsdip

En examinant ces graphiques en détail, nous constatons que :

L'augmentation de la hauteur d'un Hexbeam augmente la puissance du signal à des angles de décollage faibles ; par exemple, l'élévation de l'antenne de 20 pieds à 40 pieds augmente la puissance du signal de 6,4 dB - sur un point « S ». Bien que le graphique « s'aplatisse » à des hauteurs plus élevées, la puissance du signal continue d'augmenter à mesure que l'antenne est élevée. Il n'y a donc pas de hauteur optimale si la puissance du signal à faible angle est notre critère de « meilleure ». Jusqu'à des hauteurs bien supérieures à 30 mètres, « plus haut est mieux » ;
à titre de comparaison, le premier graphique montre également les performances d'un dipôle demi-onde à différentes hauteurs. Le dipôle présente une relation très similaire entre la puissance du signal et la hauteur ; le gain du HexBeam par rapport à un dipôle à de faibles angles de décollage reste à environ +/- 0,5 dB de sa valeur en espace libre, quelle que soit la hauteur ;
Le rapport F/B est étonnamment bon à basse hauteur. Il diminue à mesure que le faisceau est soulevé et présente alors une caractéristique « cyclique » qui est également évidente dans les courbes SWR et Fréquence. L'« amplitude » de cette variation cyclique diminue progressivement à mesure que l'antenne est encore plus soulevée, jusqu'à ce que le rapport F/B se stabilise à sa valeur en espace libre de 16,2 dB ;
Un examen attentif des diagrammes d'azimut révèle que le chiffre F/B élevé à basse hauteur est quelque peu artificiel ; il résulte d'un angle nul profond de 180° par rapport à la direction du faisceau. Cependant, à d'autres angles d'azimut vers l'arrière, la réponse du faisceau est beaucoup plus élevée. Par exemple, à 10 pieds, le rapport F/B à 180° est de 24 dB ; mais à 135°, il n'est que de 13 dB. Il serait donc erroné de penser que le fonctionnement du faisceau à basse hauteur optimisera le rejet des signaux provenant de l'arrière du faisceau. Rétrospectivement, le tracé du rapport « avant/arrière » aurait été plus utile et aurait donné une image assez différente ;
Le ROS présente une variation cyclique similaire avec l'augmentation de la hauteur et est asymptotique par rapport à la valeur de l'espace libre de 2,25. Il convient de noter à quel point le ROS est médiocre à 10 pieds - une hauteur qui pourrait être pratique pour régler le HexBeam. Nous devrions nous attendre à une amélioration significative du ROS lorsque nous le soulevons d'une faible hauteur de réglage jusqu'à sa position finale ;
Il est intéressant de noter que la fréquence à laquelle le faisceau délivre le meilleur rapport F/B présente également une variation cyclique et est asymptotique par rapport à la valeur de l'espace libre de 14 135 kHz. Il convient de noter à nouveau que la fréquence chute de manière assez spectaculaire à basse hauteur et cela doit être pris en compte si le faisceau est réglé à, disons, 10 pieds.

Nous sommes arrivés à la conclusion plus tôt que pour le travail à faible angle, « plus c'est haut, mieux c'est » en ce qui concerne le gain avant ; cependant, il s'agit d'une simplification d'une image plus complexe.
Le graphique de droite montre les tracés d'élévation avec le HexBeam à 55 pieds (rouge), 35 pieds (bleu) et 15 pieds (vert). Il montre comment l'angle d'élévation du lobe principal diminue à mesure que la hauteur augmente, produisant des signaux plus forts aux angles de décollage typiques des contacts DX (< 10°). Cependant, pour un travail à courte distance (< 1 000 miles), une hauteur de 35 pieds offrirait probablement de meilleures performances que 55 pieds.
Notez qu'au-dessus de 35 pieds, un lobe secondaire commence à apparaître à des angles d'élévation plus élevés - cela pourrait être un inconvénient si vous étiez gêné par un QRM à très court saut fort.
Il est également intéressant de noter que le « meilleur » faisceau pour vous peut être très spécifique à vos préférences d'exploitation et à votre environnement local. Par exemple, ici au Royaume-Uni, si j'avais un planning régulier avec une station DX dans le centre du Brésil mais que je souffrais d'un fort QRM européen, je pourrais être intéressé par la maximisation de la réponse du faisceau à un azimut de 0° / élévation de 5° et sa minimisation à un azimut de -110° / élévation de 30°. Les chiffres simples du rapport F/B ne seront pas très informatifs dans cette situation - mais une analyse tridimensionnelle du faisceau à différentes hauteurs le serait.
Cela étant dit, de nombreux radioamateurs souhaiteront simplement maximiser leurs signaux émis et reçus à des angles de décollage faibles ; pour eux, « plus haut, c'est vraiment mieux ! »

Distance (miles)	Angle d'arrivée
500	40° - 70°
1000	20° - 35°
1500	10° - 23°
2000	5° - 15°
2500	< 8°
3000	< 5°

Pour référence, les données de ce tableau (extraites du manuel d'antenne ARRl) montrent la relation entre la distance et l'« angle d'arrivée » pour les chemins de propagation à saut unique de la couche F2 typiques. Mais consultez la page Hauteur (partie 2) pour une étude beaucoup plus détaillée des angles d'arrivée et de leurs conséquences sur la hauteur de l'antenne .

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:12

Hauteur de la poutre hexagonale (partie 2)

1. Angles d'arrivée

Dans « Hauteur du Hexbeam (partie 1) », nous avons étudié comment la hauteur du Hexbeam au-dessus du sol affectait sa directivité et son réglage. Nous sommes arrivés à la conclusion que « plus c'est haut, mieux c'est » lorsque l'objectif est de maximiser les performances de l'antenne à des angles de décollage très bas. Cependant, en fonction de nos intérêts opérationnels, ce critère peut ne pas être approprié ; c'est pourquoi, dans cette section, nous examinerons plus en détail les angles d'arrivée du signal pour différentes bandes et trajectoires HF, et comment ils jouent contre la hauteur du Hexbeam.
Hexbeam 20m_angles

Il est très simpliste de supposer que les signaux entre deux points fixes sont toujours reçus au même angle d'arrivée. En fonction de la fréquence, de l'heure de la journée, de la saison et du point du cycle des taches solaires, les angles d'arrivée peuvent varier considérablement. Il est utile de noter que l'ARRL a publié des informations statistiques qui prédisent, à partir de modèles ionosphériques, la proportion de temps pendant laquelle des angles d'arrivée particuliers peuvent être attendus pour une gamme de bandes HF et de trajectoires, en moyenne sur l'ensemble du cycle des taches solaires de 11 ans. Deux exemples sont présentés dans le graphique de droite pour des trajectoires de 20 m entre le Royaume-Uni et l'Europe, et entre le Royaume-Uni et l'Océanie.
Les barres verticales rouges représentent le pourcentage de temps (mesuré sur l'échelle de droite) pendant lequel les signaux à 20 m en provenance d'Océanie seront reçus à des angles d'arrivée particuliers. Nous voyons que l'angle d'arrivée n'est jamais supérieur à 9°, et pendant une grande majorité du temps, l'angle est inférieur à 5°. En comparaison, les signaux à 20 m en provenance d'Europe (barres verticales bleues) sont reçus à des angles beaucoup plus élevés - certains atteignant 35° - la majorité se situant entre 7° et 25°.
Nous allons maintenant superposer à ces informations statistiques les caractéristiques d'élévation à 20 m d'un Hexbeam à deux hauteurs : 40 pieds (ligne magenta) et 80 pieds (ligne verte) ; l'axe de gauche montre le gain de l'antenne en dBi. À 40 pieds, la réponse verticale de l'antenne montre un pic large autour de 21°, ce qui en fait un bon « ajustement » pour le trajet du Royaume-Uni vers l'Europe ; cependant, à cette hauteur, l'antenne est gravement désavantagée lorsqu'elle essaie de communiquer entre le Royaume-Uni et l'Océanie - la plupart du temps, les signaux arrivent à des angles où le gain de l'antenne a chuté de 6 dB ou plus.
En observant les performances de l'antenne à 80 pieds, nous constatons une amélioration significative pour le trajet Royaume-Uni-Océanie, bien que le lobe vertical principal soit encore trop élevé en élévation pour être idéal. Sur le trajet Royaume-Uni/Europe, il n'est pas immédiatement évident que 80 pieds soient meilleurs en moyenne que 40 pieds ; elle fonctionnera mieux pour des angles inférieurs à 16°, mais elle a un « zéro » dans sa réponse autour de 22° à 26°. Ce qui est clair, c'est qu'à de nombreuses occasions, peut-être jusqu'à 30 % du temps, l'antenne serait meilleure à 40 pieds ; cela illustre pourquoi les opérateurs de compétition enthousiastes aiment avoir le choix entre des antennes à différentes hauteurs.
Hexbeam 10m_angles

Le graphique suivant présente des informations similaires, mais pour la bande de 10 m. Nous voyons que 40 pieds est probablement un choix optimal pour le trajet Royaume-Uni/Europe, le lobe d'élévation principal chevauchant presque parfaitement les angles d'arrivée. D'un autre côté, 80 pieds serait un choix très malheureux pour ce trajet - l'écart entre le premier et le deuxième lobe tombant presque exactement à l'angle d'arrivée le plus probable ! Là encore, 80 pieds est un bien meilleur choix pour le Royaume-Uni/Océanie, et plus haut serait encore mieux.
Avant de poursuivre, il convient de noter que même sur le trajet Royaume-Uni/Océanie, il est possible que l'antenne de 40 pieds surpasse l'antenne de 80 pieds sur 10 m. Pendant environ 4 % du temps, l'angle d'arrivée est de 9°, où l'antenne à 40 pieds est légèrement meilleure qu'à 80 pieds. Ne soyez donc pas trop déçu si un opérateur voisin obtient occasionnellement un meilleur rapport DX longue distance sur son antenne de 40 pieds que vous sur votre antenne de 80 pieds - mais méfiez-vous si cela se produit régulièrement !

2. Hauteur du facteur de mérite

Les graphiques du type présenté ci-dessus illustrent de manière très graphique la « correspondance » entre la réponse verticale d'une antenne et les statistiques d'angle d'arrivée ; cependant, ils ne se prêtent pas à un jugement rapide sur la meilleure hauteur pour une antenne, ni ne fournissent un moyen facile d'évaluer la perte de performance si nous opérons à une hauteur autre que la hauteur optimale. J'ai donc conçu un « chiffre de mérite » pour la hauteur d'une antenne ; je prends sa réponse verticale et la pondère à des intervalles de 1° avec les statistiques de trajet ; le résultat est ensuite moyenné pour fournir une réponse numérique unique. Il peut être interprété comme le « gain moyen » pour une antenne à cette hauteur sur ce trajet. Il est important que la pondération soit appliquée aux unités linéaires plutôt que logarithmiques, donc je convertis de dBi en linéaire, puis de nouveau en sens inverse afin que les valeurs finales puissent être comparées sur une échelle familière.
Exprimé mathématiquement :
Facteur de mérite = 10.log[ ∑ _θ=1-90 10 ^Gain(θ)/10 .P(θ)]
où θ est l'angle d'élévation ; Gain(θ) est le gain de l'antenne (en dBi) à l'élévation θ ; et P(θ) est la probabilité que le signal arrive à l'angle θ, tirée des statistiques ARRL.
J'ai calculé ce « facteur de mérite de la hauteur » (HFOM) pour un Hexbeam à large bande à 5 bandes avec des hauteurs de plaque de base entre 20 et 100 pieds, pour les bandes 20 m et 10 m, et pour 3 trajets depuis le Royaume-Uni : Europe, États-Unis et Océanie. Les résultats sont présentés dans le graphique de droite, à partir duquel nous pouvons faire les observations suivantes :

Il n’existe pas de « hauteur idéale » unique pour l’antenne ;
Sur le trajet long courrier Royaume-Uni/Océanie, rien ne remplace la hauteur. Lorsque nous élevons l'antenne de 20 pieds à 100 pieds, nous obtenons une amélioration de 10 dB, à la fois sur 10 et 20 mètres ; et la forme de la courbe suggère qu'une hauteur plus importante apporterait des bénéfices supplémentaires. Mais notez que la moitié de cette amélioration de 10 dB a été obtenue en élevant l'antenne de 20 pieds à 40 pieds ;
Sur le trajet intermédiaire Royaume-Uni/États-Unis, une valeur de 50 à 60 pieds semble être à peu près optimale. Toute valeur supérieure produit une dégradation du HFOM de 10 m, et le HFOM de 20 m est à 1 dB de son pic ;
Sur le trajet court-courrier Royaume-Uni/Europe, la hauteur optimale se situe entre 30 et 40 pieds. Si nous allons beaucoup plus haut, les performances à 10 m chutent considérablement. Mais remarquez que si nous pouvions monter l'antenne jusqu'à 100 pieds, les performances à 10 m se rétabliraient à nouveau car l'élévation de son deuxième lobe vertical commencerait à correspondre aux angles d'arrivée élevés sur ce trajet.

3. Conclusions

Pour ceux d'entre nous contraints d'utiliser une seule antenne multibande montée à une hauteur fixe et modeste, les résultats sont encourageants : si nous pouvons placer l'antenne à environ 40-50 pieds, nous serons à 1 dB de la hauteur optimale pour les trajets à courte et moyenne distance sur toutes les bandes de 20 à 10 m. Et nous accepterons probablement la pénalité de « demi-point S » que notre modeste hauteur subit sur les trajets à longue distance.
Si notre antenne est actuellement à 20 pieds, l’effort et les dépenses nécessaires pour l’élever à environ 40 pieds semblent en valoir la peine ; nous verrons des améliorations allant de 1 dB à 5 dB, selon le chemin et la bande.
Pour l'opérateur « sérieux » capable de justifier les dépenses et les défis techniques liés à l'élévation de l'antenne à 80 pieds ou plus, les résultats montrent que des avantages significatifs seront obtenus sur les trajets longue distance ; mais la capacité de passer à une antenne plus basse dans certaines conditions de propagation devient de plus en plus importante, en particulier aux fréquences les plus élevées.
Enfin, attention ! Le HFOM implique un facteur de pondération basé sur les statistiques d'angle d'arrivée. Cela signifie que, même si nous pouvons avoir un bon HFOM moyen , il peut toujours y avoir des moments où l'antenne fonctionne mal. Par exemple, l'Hexbeam à 80 pieds produit un HFOM raisonnable de 8 dBi sur des trajets courts de 20 m. Cependant, si à un instant donné les signaux arrivent dans la plage de 22° à 26° (ce qui est le cas plus de 25 % du temps), nous souhaiterons avoir une autre antenne à une hauteur différente sur laquelle nous pourrions passer !

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:12

roblèmes de courant en mode commun Hexbeam

Chaque fois qu'une antenne équilibrée est alimentée par un câble coaxial, un courant de mode commun peut circuler et causer des problèmes. Dans les cas extrêmes, le courant de mode commun peut provoquer des interférences radioélectriques lors de la transmission, une captation de bruit local lors de la réception et une distorsion du diagramme de rayonnement de l'antenne. L'antenne hexbeam n'est pas à l'abri de ces problèmes. En effet, l'antenne hexbeam multibande fournit un nombre de chemins de circulation du courant de mode commun supérieur à la normale.
Le schéma de droite montre un gros plan d'un point d'alimentation multibande hexagonal de 20 m. La ligne d'alimentation coaxiale de l'émetteur est connectée aux éléments pilotés de 20 m, et une autre longueur de câble coaxial interconnecte ensuite les éléments pilotés de 20 m avec les éléments pilotés de 17 m, et ainsi de suite jusqu'au réseau.
Le courant circulant le long du conducteur interne de la ligne d'alimentation coaxiale ne peut circuler que vers le côté droit de l'élément entraîné de 20 m, ou vers l'avant à travers le câble coaxial d'interconnexion sous forme de courant en mode différentiel équilibré vers l'élément entraîné de droite de 17 m. Il sera équilibré par un courant égal mais en opposition de phase circulant le long de la surface intérieure de la tresse coaxiale.
Le courant équilibré circulant le long de la surface intérieure de la tresse de la ligne d'alimentation peut, en fonction des impédances relatives du trajet, circuler dans le côté gauche de l'élément entraîné de 20 m (vert), revenir le long de la surface extérieure de la tresse de la ligne d'alimentation vers l'émetteur (rouge A), ou le long de la surface extérieure de la tresse d'interconnexion vers l'élément entraîné de 17 m de gauche (rouge B). Si les courants de mode commun A et B sont importants, le courant circulant dans les deux moitiés du pilote de 20 m sera déséquilibré et le diagramme de rayonnement de l'antenne deviendra asymétrique.

Il est courant de placer une bobine d'arrêt en mode commun sur la ligne d'alimentation coaxiale pour réduire le courant A. Cependant, à moins que cette bobine ne soit située juste au point d'alimentation à 20 m, il existe toujours un risque de circulation de courant en mode commun. Il est rare qu'une mesure d'arrêt soit prise pour empêcher le courant en mode commun B de circuler.
Pour vérifier les effets pratiques de ces courants de mode commun, j'ai réalisé une série de tracés d'azimut de 20 m sur mon faisceau hexagonal à large bande à 5 bandes, en plaçant des selfs de ferrite de type n° 43 « encliquetables » à différentes positions sur la ligne d'alimentation et en interconnectant le câble coaxial. La modélisation EZNEC a montré que les effets du courant de mode commun et l'asymétrie du courant de commande qui en résulte sont plus prononcés sur le lobe arrière du motif d'azimut, de sorte que les tracés suivants se concentrent sur cette zone. Les affichages d'azimut complets peuvent être visualisés en cliquant sur les tracés partiels

Ce graphique montre le lobe arrière sans selfs de mode commun installées. L'asymétrie est très nette : jusqu'à 6 dB de différence d'intensité de champ entre certains angles d'azimut correspondants.

Dans ce graphique, la trace rouge montre la situation sans chokes présents, et la trace verte montre l'effet de l'ajout d'un choke immédiatement en dessous de la plaque de base de la poutre hexagonale ; il y a une amélioration notable de la symétrie.

Ici, la courbe rouge montre les performances avec un starter sous la plaque de base et la courbe verte montre l'effet du déplacement de ce starter à côté du point d'alimentation principal de 20 m. L'amélioration n'est pas si marquée, mais il y a quand même une petite amélioration.

Ici, la courbe rouge montre les performances avec un starter adjacent au point d'alimentation principal de 20 m, et la courbe verte montre l'effet du placement d'un starter supplémentaire sur le câble coaxial d'interconnexion 20 m/17 m. Là encore, on constate une amélioration légère mais notable.

Enfin, ce graphique compare les performances du faisceau sans selfs (trace rouge) avec les performances lorsque des selfs sont présentes à la fois au point d'alimentation et sur le câble coaxial d'interconnexion 20 m/17 m.

Il est peu probable que l'un de ces modèles asymétriques soit remarqué en fonctionnement normal, mais ils démontrent que les courants en mode commun peuvent circuler à la fois sur le câble coaxial de la ligne d'alimentation et sur le câble coaxial d'interconnexion de bande.

L'ajout d'un starter à la ligne d'alimentation contribue grandement à restaurer la symétrie, et constitue une étape facile et utile ; comme prévu, il y a un petit avantage à placer ce starter au point d'alimentation plutôt qu'à la plaque de base. La symétrie ultime est obtenue en plaçant le starter au point d'alimentation et en ajoutant des starters sur les différents coaxiaux d'interconnexion de bande (pour ceux qui n'ont pas d'interconnexions de ligne équilibrées) - mais cela ne concerne probablement que les « puristes » !
Enfin, veuillez noter que ces mesures ont toutes été prises dans la bande des 20 m. Les différents chemins de mode commun seront électriquement plus longs sur les autres bandes, et les effets peuvent donc y être plus prononcés. Si le temps le permet à l'avenir, je répéterai les mesures dans la bande des 10 m. Il convient également de noter que le courant de mode commun circulant sur la ligne d'alimentation dépend fortement de la longueur de cette ligne d'alimentation et de l'endroit où elle est mise à la terre - votre situation peut être très différente de la mienne.
Vous trouverez des informations sur les performances de différentes conceptions de selfs en mode commun sur ce site Web.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:12

outre hexagonale à 3 éléments

Fin mars 2007, j'ai réalisé une modélisation limitée d'un Hexbeam monobande à 3 éléments de 20 m avec la topographie montrée dans le dessin de droite. La structure de support de base reste hexagonale, donc je suppose qu'il est probablement toujours acceptable de l'appeler Hexbeam. Il a un rayon de 150" - c'est 50 % plus grand qu'une conception à 2 éléments de 20 m.
Je ne revendique aucune originalité pour le design, que j'ai repéré pour la première fois sur le site Web de RQuad .
Je ne prétends pas non plus qu'il s'agit de dimensions optimales ou définitives - ce sont simplement les meilleures que j'ai trouvées au cours de mes premières heures de modélisation. D'autres ensembles de dimensions que j'ai essayés ont donné un meilleur gain, un meilleur rapport F/B ou une meilleure bande passante de performance, mais toujours au détriment des autres paramètres ; les dimensions indiquées représentent ce que je considère comme un compromis de performance raisonnable.
Notez que ces dimensions sont celles directement issues du modèle EZNEC - elles ne tiennent pas compte d'un éventuel « décalage de fréquence EZNEC » qui pourrait s'appliquer. Tant que je n'aurai pas le temps de construire un modèle pratique, je ne saurai pas si des « facteurs de correction » sont nécessaires.
Je m'attendrais à ce que les dimensions évoluent linéairement avec la fréquence pour d'autres bandes, même si je n'ai pas encore essayé cela.
Alors, qu'obtenons-nous pour une augmentation de taille de 50 % ? Ce graphique compare les performances de la conception à 3 éléments avec une poutre hexagonale classique à 2 éléments.
Hexbeam 3_el_perf

Avis:

les performances maximales de l'avant vers l'arrière de l'antenne à 3 éléments sont nettement meilleures ;
la bande passante F/B de 10 dB de la conception à 3 éléments est légèrement supérieure ;
Le ROS de l'antenne à 3 éléments est inférieur à 2:1 sur la bande passante utile F/B ; mais notez que cela est référencé à 12,5 Ohms. L'impédance du point d'alimentation de l'antenne à 3 éléments est inférieure à celle de la conception à 2 éléments, à environ 12 Ohms. Cela facilite l'adaptation, soit avec un balun 4:1, soit, peut-être, en « repliant » l'élément entraîné ;
Le gain direct est relativement uniforme sur toute la bande, contrairement à celui du faisceau à 2 éléments qui chute considérablement lorsque la fréquence augmente. À 14,100 MHz, l'avantage du faisceau à 3 éléments est de 2 dB, passant à 3,5 dB à 14,260 MHz.

Il n'y a pas de surprise ici. On s'attendrait à ce que l'ajout de l'élément supplémentaire améliore la directivité. Cependant, la forme en « W » du directeur et du réflecteur rend ces éléments parasites relativement à bande passante étroite, limitant la bande passante des performances à quelque chose de très similaire à l'Hexbeam à 2 éléments.
Je vous laisse juger si l’amélioration des performances vaut l’augmentation de taille de 50 % !
Hexbeam 3_el_yagi

Enfin, vous serez peut-être intéressé de voir les performances du Hexbeam à 3 éléments comparées à celles d'un Yagi à 3 éléments sans trappe et à flèche courte. Ce Yagi a une longueur de flèche de 16 pieds, son élément le plus long mesure 35,5 pieds et il a un rayon de braquage de 19,25 pieds (231").
Les performances du Yagi F/B sont clairement supérieures ; elles ne descendent jamais en dessous de 23 dB sur toute la bande et culminent à 45 dB. Cependant, son gain direct n'est pas meilleur que celui du Hexbeam - en fait, pour une grande partie de la bande, il est de 0,2 à 0,6 dB inférieur.
C'est assez remarquable, étant donné que le rayon de braquage de l'Hexbeam est de 65 % de celui de la Yagi (150" contre 231"). Je peux penser à peu d'autres antennes sans piège/non chargées qui fourniront ce type de gain avant avec un rayon de braquage aussi petit ; et rappelez-vous les autres avantages de l'approche Hexbeam : légèreté, faible coût et facilité d'ajout de bandes supplémentaires. L'augmentation de la longueur de la perche de la Yagi à 22,5 pieds fournirait 1 dB supplémentaire de gain avant, mais cela nuit aux performances F/B et augmente le rayon de braquage à 20,6 pieds (248").
Donc, si le gain avant est votre principale préoccupation, peut-être que le Hexbeam à 3 éléments est la voie à suivre !

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:13

Petites poutres hexagonales

L'Hexbeam est déjà une petite antenne - son rayon de braquage étant environ la moitié de celui d'une antenne Yagi à 2 éléments de taille normale. Il n'est donc pas raisonnable de s'attendre à ce qu'elle puisse être encore plus petite sans entraîner de baisses de performances significatives. Cependant, il existe quelques scénarios dans lesquels la baisse de performances pourrait être un compromis acceptable pour la réduction de taille.

1. 20 m de haut débit en format classique 20 m

Certains constructeurs de Hexbeam qui ont déjà construit une conception classique à 5 bandes peuvent souhaiter passer à la conception à large bande sans modifier la structure de support. Malheureusement, la simple option consistant à conserver la forme classique pour 20 m et à passer à la forme à large bande pour 17 m à 10 m ne fonctionne pas - le réflecteur classique de 20 m est gravement affecté par le réflecteur à large bande adjacent de 17 m. La solution consiste à essayer de « réduire » la forme à large bande de 20 m dans le même rayon de braquage que la forme classique.
Hexbeam Loaded1

Mes travaux sur les éléments d'antenne coaxiale décrits ailleurs sur ce site Web ont montré que, bien que le chargement d'une antenne à l'aide d'un câble coaxial soit susceptible d'être très inefficace, le chargement inductif à l'aide de bobines est viable. Une conception a été développée à l'aide d'EZNEC qui offre des performances de 20 m Classic Hexbeam mais utilise la forme Broadband.
Il utilise deux bobines de charge insérées dans le réflecteur où le fil traverse les écarteurs de support - les positions marquées d'une croix noire sur le schéma. Ces positions ont été choisies en partie parce qu'elles offrent un bon support mécanique aux bobines, et en partie parce que le " chargement décentré " offre une bande passante de performance supérieure au chargement central. Le chargement décentré entraîne une certaine réduction de la bande passante, mais elle est compensée par la forme du réflecteur Broadband ; le résultat net est proche des performances du Classic.
Les dimensions de cette conception, utilisant du fil de cuivre nu n° 16, sont :

Conducteur « demi-longueur » : 218,5"
Réflecteur total : 310,5"
Espace entre le conducteur et l'extrémité de l'épandeur : 7,5"
Espace entre le réflecteur et l'extrémité de l'épandeur : 15"
Bobines de chargement : 2,85 uH [par exemple 9 tours sur un diamètre de 1,5" occupant 1"]
Rayon : 113,5"

2. Petite poutre hexagonale de 30 m

Il semble y avoir un certain intérêt pour une antenne directionnelle de 30 m pouvant être installée dans un espace modeste. La conception illustrée à droite fournit un gain direct de 2 à 3 dBd et un rapport F/B d'environ 10 dB dans un rayon de braquage de 133,5". Ici, deux bobines de charge sont utilisées dans le driver et deux dans le réflecteur ; une fois encore, elles sont placées de manière décentrée là où les fils se croisent pour soutenir les écarteurs.
Les dimensions de cette conception, utilisant du fil de cuivre nu n° 16, sont :

Conducteur "demi-longueur" : 219"
Réflecteur total : 410"
Espace entre le conducteur et le réflecteur : 42"
Bobines de chargement du pilote : 9,1 uH [par exemple 21 tours sur une forme de 1,5" de diamètre occupant 2"]
Bobines de chargement du réflecteur : 5,45 uH [par exemple 14,5 tours sur une forme de 1,5" de diamètre occupant 1,5"]
Rayon : 133,5"

Afin de me fier à ces simulations, j'ai construit un modèle expérimental à l'échelle 1/3 de la version 30 m. J'ai choisi un rayon de braquage de 47" qui, en extrapolant à partir des 133,5" de la version 30 m, devrait produire un faisceau accordé à 28,8 MHz. J'ai constaté que le réglage du pilote et du réflecteur pouvait être facilement vérifié en plaçant un dip-mètre à proximité des bobines de charge. Comme prévu, un certain réglage des bobines de charge était nécessaire pour que les éléments soient accordés aux fréquences requises (pilote 29,1 MHz, réflecteur 28,8 MHz).
En plus de mesurer le rapport F/B et le ROS, j'ai également construit un dipôle demi-onde linéaire centré sur 28,8 MHz afin de pouvoir comparer directement le gain direct des deux antennes. Les résultats sont présentés dans le tableau de droite.
Les valeurs mesurées sont très proches des valeurs prédites. Le rapport F/B culmine juste en dessous de 10 dB, le gain direct culmine à environ 2,3 dBd et le ROS présente la forme asymétrique typique des Hexbeams chargés, y compris la forme classique.
Ces résultats donnent une mesure de confiance que les 2 conceptions à charge inductive décrites ci-dessus devraient fonctionner comme prévu.

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:14

Modélisation Hexbeam (Partie 1)

J'ai entendu certains passionnés d'Hexbeam affirmer que l'antenne ne peut pas être modélisée avec succès par des logiciels tels que EZNEC. Ce n'est pas mon expérience.
Il est vrai que la forme unique du Hexbeam nécessite une certaine attention dans le choix du nombre de segments à utiliser dans le modèle, en particulier autour du point d'alimentation où les deux moitiés du Driver forment un angle aigu. Mon expérience montre que vous avez besoin de segments de longueur assez petite dans cette zone. Mais vous ne pouvez pas simplement utiliser des segments courts ici et des segments plus longs ailleurs - les changements brusques de longueur de segment doivent être évités.
Une solution consiste à utiliser des segments courts dans tout le modèle. Cependant, cela entraîne un grand nombre de segments, des temps de calcul plus longs et, sur un modèle Hexbeam à 5 bandes, vous dépasserez probablement la limite de 500 segments de certains des packages de simulation « d'entrée de gamme ». Une meilleure solution consiste à utiliser une « segmentation conique » ; avec cette approche, les segments sont raccourcis dans la zone critique mais s'allongent progressivement à mesure que vous vous en éloignez. Le diagramme de droite est une vue agrandie d'un modèle Hexbeam avec segmentation conique pour vous montrer l'idée générale :
Deux conditions nécessaires pour démontrer qu'un modèle est fiable sont qu'il « converge » et qu'il présente un faible « gain moyen (AG) ». La convergence signifie simplement qu'une augmentation supplémentaire du nombre de segments ne produit qu'un changement immatériel dans les résultats de sortie du modèle. LBCebik, W4RNL, a décrit cela plus en détail.
Le gain moyen d'un modèle est le rapport entre la puissance totale rayonnée par l'antenne - intégrée sur les 3 dimensions - et la puissance qui lui est appliquée ; il est clair que dans un environnement sans perte, ces deux chiffres devraient être identiques. LBCebik cite les règles suivantes :

AG>0,8 dB « Le modèle est sujet à caution et doit être affiné »
AG>0,4 dB « Le modèle peut être utile, mais son adéquation peut être améliorée »
AG>0,2 dB « Le modèle est tout à fait utilisable pour la plupart des usages »
AG<0,2 dB « Le modèle est considéré comme ayant réussi le test et est susceptible d'être très précis »

Méthode de segmentation	Nombre de segments	Gain moyen	Impédance d'entrée	Gain en avant	F/B
EZNEC (Minimum recommandé)	18	+2,19 dB	14,9 + j 8,4	7,9 dBi	15,4 dB
EZNEC (Conservateur)	26	+1,87 dB	16,4 + j 9,1	7,5 dBi	15,5 dB
Conique	80	-0,03 dB	23,5 + j 12,3	5,8 dBi	16,0 dB
Linéaire	300	0,00 dB	24,3 + j 13,5	5,7 dBi	16,2 dB

Il est intéressant de noter les effets que différents schémas de segmentation ont sur les résultats produits par un modèle EZNEC Classic Hexbeam. Le tableau montre le gain moyen, l'impédance d'entrée, le gain direct et les rapports F/B du même modèle HexBeam de 20 m pour quatre niveaux de segmentation différents.
Comme vous pouvez le constater, les deux segmentations « automatiques » d'EZNEC produisent des chiffres assez erronés. Bien que l'on puisse affirmer que la soustraction du chiffre du gain moyen de la valeur du gain direct corrige ce paramètre particulier, nous nous retrouvons toujours avec des valeurs d'impédance d'entrée très trompeuses. D'un autre côté, la segmentation effilée produit des valeurs qui, à toutes fins pratiques, sont les mêmes que celles du modèle à 300 segments, avec l'avantage qu'un HexBeam à 5 bandes peut être modélisé avec seulement 400 segments.
La traduction des dimensions d'un Hexbeam (qui sont généralement citées en termes de « demi-longueur du conducteur », de « demi-longueur du réflecteur » et d'« espacements des extrémités ») en coordonnées XYZ pour un modèle EZNEC est en soi un défi ; ajoutez à cela l'exigence de réduire la segmentation et cela devient un exercice majeur. Heureusement, Leo (K4KIO) a fait tout le travail pour nous et a fourni une feuille de calcul qui prend les dimensions Hexbeam comme entrées et qui produit un fichier de sortie qui peut être lu directement dans EZNEC.
Dans la partie 2 de la modélisation Hexbeam, nous examinerons comment les prédictions EZNEC se comparent aux mesures du « monde réel ».

par **Mhz** Ven 23 Aoû - 16:14

Modélisation Hexbeam (Partie 2)

Dans la partie 1, nous avons discuté des principes de construction d'un modèle de simulation Hexbeam fiable. Bien entendu, le test décisif d'un modèle de simulation est de savoir si les résultats qu'il prédit se révèlent vrais ou non dans la pratique. Entre août 2006 et février 2007, j'ai construit trois Hexbeams - deux modèles à 4 bandes (20/17/15/10) et un monobandeur expérimental de 10 m. À cette époque, je n'avais pas les installations nécessaires pour mesurer avec précision le gain direct et le rapport F/B de ces antennes ; mais j'ai pu effectuer de nombreuses mesures d'impédance à l'aide d'un MFJ259B et d'un analyseur d'antenne Palstar ZM-30, et comparer les mesures avec les prévisions d'EZNEC.
Les impédances EZNEC prévues étaient assez proches des valeurs mesurées, mais il y avait un « décalage de fréquence » constant dont je ne pouvais pas tenir compte ; il équivalait à environ 1,3 pouce de fil sur toutes les bandes de 20 m à 10 m. À l'époque, j'ai accepté à contrecœur cela comme « l'une de ces choses » et j'ai simplement apporté une correction de 1,3 pouce à mes modèles EZNEC.
Cependant, des travaux pratiques plus récents sur ma conception à large bande ont mis en évidence l'effet significatif que peuvent avoir les petits blocs de connexion (utilisés pour fixer les fils aux cordons d'espacement des extrémités). La capacité qu'ils ajoutent aux extrémités des fils modifie sensiblement le réglage des éléments du pilote et du réflecteur - d'une quantité compatible avec l'erreur EZNEC de 1,3 pouce. J'inclus maintenant ce bloc dans mes modèles et j'obtiens une excellente concordance entre le réglage prévu et le réglage observé.
Les graphiques suivants comparent la résistance, la réactance et le ROS mesurés et prévus d'un monobande Classic Hexbeam de 10 m monté à une hauteur de 10,5 pieds :
Hexbeam Beam_r

Nous voyons que :

la résistance prédite est très précise dans la partie inférieure de la bande, mais elle est un peu élevée dans la partie supérieure de la bande. L'erreur du « pire des cas » est d'environ 17 % ;
la réactance prédite est très précise ; les écarts ne sont pas pires que ceux entre les deux analyseurs d'antenne !
à titre de comparaison, le tableau de réactance inclut également les valeurs prédites si l'effet des blocs de connexion n'est pas modélisé. Le résultat est une erreur de fréquence très importante d'environ 350 kHz ;
le ROS prédit est également en bon accord avec les analyseurs d'antenne, et encore une fois, les écarts ne sont pas pires que ceux entre les deux instruments.

Des travaux pratiques récents sur la conception du Broadband ont fourni une autre occasion de comparer les résultats modélisés avec les chiffres mesurés dans la pratique. Vous pouvez télécharger le modèle EZNEC du faisceau à 5 bandes que j'ai utilisé ici. Jetez un œil à l'impressionnante précision avec laquelle EZNEC prédit les performances F/B et SWR d'un faisceau hexagonal à large bande à 5 bandes sur 20 m :
Hexbeam 20m_fb

Nous concluons de ces exemples que le HexBeam peut être simulé d’une manière qui produit des résultats utiles.
J'ai utilisé les modèles EZNEC pour prédire avec succès :

l'effet sur le réglage du faisceau de la variation de la hauteur au-dessus du sol ;
l’impact sur la correspondance des différentes interconnexions sur les réseaux multibandes ;
la forme de la courbe SWR comme aide pour déterminer la fréquence du meilleur rapport F/B sur la conception classique ;
les changements dimensionnels nécessaires à la correspondance bêta ;
les changements dimensionnels nécessaires pour les combinaisons de bandes « inhabituelles » sur les réseaux multibandes ;
Ce qui est peut-être le plus convaincant, c'est que la modélisation EZNEC a confirmé mes premières idées sur une forme de réflecteur alternative et a conduit directement à la nouvelle conception à large bande.

Étant donné la fiabilité du travail de simulation pour les paramètres que je peux vérifier dans la pratique, je suis très confiant que d’autres paramètres que je ne peux pas vérifier sont également susceptibles d’être valides.

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