Notions de base sur les antennes : Antennes directionnelles

par **Mhz** Dim 5 Déc - 18:56

[size=32]Antennes directionnelles[/size]

Une antenne est appelée « directionnelle » si son motif favorise fortement une certaine direction. Un directionnel fonctionne en concentrant le signal dans une direction au détriment des autres directions. Elle est également communément appelée antenne « Beam ». Je vais commencer par le premier type de faisceau découvert, le faisceau « Yagi ». Ce type de faisceau a été découvert par le professeur Uda mais la traduction anglaise a été faite par Hidetsuga Yagi. Ce design remonte aux années 1920 ! On pourrait penser qu’aujourd’hui il y aurait de meilleurs designs. Je crois qu’il y en a, et c’est pourquoi je m’intéresse tant aux antennes!
[size=39]Le faisceau Yagi[/size]
Le yagi est très simple. Le yagi de base se compose de trois éléments, comme le montre la figure 1. L’élément central est une antenne que vous connaissez déjà, la simple antenne dipolaire 1/2 onde. Cet élément est génériquement appelé « élément piloté ». C’est parce que c’est le seul élément qui est connecté directement à la radio, il entraîne en fait toute l’antenne. Les deux autres éléments extérieurs sont génériquement appelés éléments parasites. L’un s’appelle le réflecteur (certains CBers l’appellent la « porte dérobée ») et l’autre est appelé l’élément directeur. Ces éléments tirent leur nom du travail qu’ils font. Le réflecteur réfléchit l’énergie RF, le directeur dirige l’énergie RF. Il n’y a pas de circuit magique situé à l’intérieur des éléments, ce sont simplement des tiges droites! L’élément réflecteur est généralement 5 % plus long que l’élément entraîné et le directeur est généralement court-circuité de 5 % par rapport à l’élément entraîné. Comment ça marche. Voir la figure 1. Lorsque le signal A entre en jeu, il frappe les trois éléments, générant ainsi un courant sur chaque élément. Rappelez-vous que nous avons dit que le courant sur un fil le fait rayonner? Même si le courant est très faible, ce courant induit sur l’antenne re-rayonne à nouveau hors de l’antenne! Ok, revenons à l’action, les signaux sont ré-rayonnés par le réalisateur et le réflecteur et arrivent à l’élément entraîné en phase l’un avec l’autre (les deux signaux ré-rayonnés et le signal d’origine). Cela signifie essentiellement que les signaux se renforcent mutuellement... et rendre le signal entrant beaucoup plus fort venant de la direction A.
Lorsque le signal provient des directions B et C, la même chose se produit, sauf que les signaux arrivent à l’élément entraîné déphasé l’un avec l’autre, ce qui signifie simplement qu’ils s’annulent mutuellement, réduisant considérablement les signaux des directions B et C.
Cet effet très utile (signaux arrivant en phase/hors phase) est causé par l’espacement et la longueur spéciaux du directeur et de l’élément réflecteur par rapport à l’élément entraîné.

par **Mhz** Dim 5 Déc - 18:58

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Nous pouvons même ajouter plus d’éléments d’administrateurs pour augmenter le gain. L’ajout de plus d’éléments réflecteurs n’a cependant AUCUN effet sur le gain de l’antenne.
Voici un tableau des chiffres de gain pour certains faisceaux de yagi :
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Remarque: Ce tableau est la performance typique de Yagi avec le nombre d’éléments indiqué. En règle générale, le gain sera à moins de 2 dB du gain indiqué. Cependant, le rapport avant-arrière peut varier considérablement (jusqu’à 25 dB) du F/ B indiqué. F/B est beaucoup plus sensible aux ajustements de la longueur et de l’espacement des éléments.
Typiquement, la plupart des Yagi à 2 éléments utilisent uniquement l’élément réflecteur. Si vous utilisiez uniquement le directeur sur vos deux éléments, vous auriez plus de gain vers l’avant, mais vous n’auriez pas non plus de rejet des signaux provenant de la direction B, c’est pourquoi son rapport F / B ou Front to Back est nul. L’avant à l’arrière est le rapport de gain de la direction avant par rapport à la direction inverse. Donc, si nous recevions le signal A et que nous tournions notre faisceau autour de 180 degrés, dans quelle mesure le signal serait-il réduit? Ce ratio est connu sous le nom de rapport avant-arrière et est aussi important que le gain pour certains. Si vous avez beaucoup de voisins CB, obtenir un faisceau qui a un bon F / B réduira les interférences de leur part si vous pointez votre faisceau dans des directions opposées à eux. Il existe un autre terme, le rapport Front-to-Side qui fonctionne de la même manière que le F/B... sauf que cela signifie que lorsque vous tournez votre faisceau sur le côté (à 90 degrés) du signal, combien est-il réduit. En règle générale, les rapports front-to-side sont encore plus élevés que le rapport F/B. Vous pouvez voir les encoches profondes dans le schéma de rayonnement dans la figure 2 qui indiquent que c’est là que se produit le plus grand rejet de signaux. Il peut ne pas être directement sur le côté du faisceau, il dépend principalement de la conception de l’antenne (espacement, longueur).

par **Mhz** Dim 5 Déc - 19:02

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Figure 2 – Comment le Yagi distribue sa puissance d’émission/réception.

Ok alors, on peut avoir des variations de ce faisceau Yagi. En fait, nous pouvons toujours avoir un faisceau même si vous enlever l’élément réflecteur ou l’élément directeur et que vous n’avez qu’un faisceau à 2 éléments. Ce faisceau aurait moins de gain que les trois éléments, mais serait tout de même assez directionnel. Il aurait certainement plus de gain qu’une antenne verticale 5/8.
Comme vous pouvez le voir sur le tableau, il devient difficile d’obtenir plus de gain après 4 éléments. Non seulement l’antenne devient énorme, mais la bande passante de l’antenne diminue et il est difficile de l’accorder! En guise de note rapide, il est préférable d'«empiler » ou de « co-phaser » les faisceaux plutôt que d’aller avec un grand nombre d’éléments. Par exemple, il est préférable d’aller avec le co-phasage de deux éléments 4 Yagi plutôt que d’utiliser un faisceau de 8 éléments. Lisez la section « Conseils de performance », « Co-Phasing ».
J’ai vu des chiffres de gain monstrueux pour la ligne Maco d’antennes de faisceau, en particulier leurs faisceaux de 6 et 8 éléments. À mon avis, ces chiffres de gain sont vraiment exagérés! Soyez prudent et lisez la suite.
Nous pouvons voir le motif changer lorsque nous comparons le modèle de rayonnement de l’antenne Yagi à 2, 3 et 5 éléments, voir la figure 3.

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Figure 3 – Comparaison des schémas de rayonnement. Vous pouvez voir comment le plus grand nombre de faisceaux d’éléments concentre leur puissance.

Jetons un coup d’œil à quelques photos de certains faisceaux de yagi afin que vous ayez une meilleure idée de ce à quoi ils ressemblent. La figure 4 montre un Yagi à 4 éléments en position horizontale. Il émet un signal polarisé horizontalement. Vous pouvez voir un dispositif de correspondance spécial où le coaxial se connecte qui ressemble à une petite « tige de cavalier » qui se connecte à quelques centimètres sur l’élément entraîné. Ce dispositif correspondant est appelé « Gamma Rod » ou « Gamma Match ». C’est un appareil qui simplifie le réglage de l’antenne. La correspondance gamma est un type de transformateur d’appariement utilisé pour faire correspondre l’impédance du point d’alimentation de l’antenne (qui est rarement de 50 Ohm) au coaxial de 50 Ohm. Ceci est particulièrement nécessaire sur les poutres avec plus d’éléments (plus de 4) car l’impédance au point d’alimentation est naturellement faible (environ 20 Ohms).

par **Mhz** Dim 5 Déc - 19:02

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Figure 4 – 4 Élément Yagi en position horizontale.

La figure 5 montre la composition réelle de l’antenne électrique. Vous pouvez voir que la flèche ne fait pas partie de la structure rayonnante. La figure 7 montre la composition électrique d’une antenne yagi à 4 éléments avec le Gamma Match.

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Figure 6 – Composition électrique du faisceau Yagi. Les éléments parasites peuvent être boulonnés directement à la flèche OU peuvent être isolés de la flèche. L’élément entraîné doit être isolé de la flèche pour un bon fonctionnement. L’échelle coaxiale n’est pas montrée pour montrer clairement la connexion de la coaxiale à l’élément entraîné.

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Figure 7 – Composition électrique du faisceau Yagi avec une correspondance gamma. Les éléments parasites peuvent être boulonnés directement à la flèche OU peuvent être isolés de la flèche. L’élément entraîné est monté directement sur la flèche dans ce cas, il n’a pas besoin d’être isolé avec cette configuration. La sangle de court-circuit est glissée de haut en bas de la tige pour faire correspondre l’impédance du point d’alimentation du faisceau au coaxial de 50 Ohm, de cette façon, l’opérateur n’a pas à ajuster la longueur de l’élément pour régler l’antenne. L’échelle coaxiale n’est pas montrée pour montrer clairement la connexion de la coaxiale à l’élément entraîné. VOICI un diagramme détaillé des dimensions appropriées d’une correspondance gamma pour un faisceau CB typique (dessin courtoisie d’un de mes amis).

par **Mhz** Dim 5 Déc - 19:03

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par **Mhz** Dim 5 Déc - 19:04

Une dernière chose, l’antenne JoGunn. Permettez-moi de dire que c’est une antenne Yagi. JoGunn est venu moins cher moyen de faire un yagi croisé (comme dans la figure 9). La figure 10 montre l’élément entraîné par JoGunn comme si nous regardions droit vers le bas de la flèche. Vous pouvez voir que les éléments horizontaux et verticaux partagent un élément de sol. Je pense que cela se traduit par un gain légèrement inférieur à celui de l’utilisation d’un yagi croisé complet. Cependant, cette différence peut même ne pas être perceptible. En outre, il offre l’avantage d’une résistance au vent plus faible. Mais ne vous laissez pas berner quand ils dis-le a « le gain le plus élevé ». Regardons les choses en face, il suffit d’un simple faisceau yagi avec une antenne dipolaire qui le pilote!

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