Antenne Hélice 2.4GHz pour QO100

Par Pascal F4IKX
Version V1.0 – Mai 2022

Antenne Helice F4IKX - 1

Préambule

Cette réalisation s’inscrit dans mon projet de station QO100 100% home made déjà en cours.
Pour cela, je me suis largement inspiré de l’antenne hélice de Christophe F4CQA, mais également des nombreux articles techniques traitant du sujet sur internet.

Cette antenne est « optimisée » pour attaquer la voie montante du transpondeur NB (NarrowBand) du satellite géostationnaire QO100 – Es’Hail2 en bande 13 cm UHF 2400 MHz.
Ce transpondeur est affecté aux modes CW, Digital, SSB et autres (Voir le plan de bande NB ci dessous).

L’antenne est conçue pour être utilisée devant une parabole (attention au sens de l’hélice).

Amsat QO-100 bandplan

Principaux constituants utilisés dans le projet

  • Fil de cuivre massif de 4 mm de diamètre.
  • PCB époxy double face pour le réflecteur
  • Connecteur SMA/F
  • Radôme de protection de l’hélice contre les intempéries
  • Sans oublier la petite visserie et des 3 entretoises en nylon.

Antenne Helice par F4IKX - Pieces

Caractéristiques de l’antenne hélice :

  • Nombre de spires : 3.5
  • Diamètre du fil de cuivre : 4mm
  • Diamètre des spires (d’axe à axe du fil) : 40mm
  • Espace entre les spires (d’axe à axe du fil) : 30mm
  • Longueur du fil effective pour 3.5 spires : environ 550mm
  • Longueur de l’hélice, du réflecteur à l’extrémité de l’hélice : 105mm
  • Diamètre du réflecteur PCB : 123mm x 1.7mm
  • Polarisation de l’antenne : Polarisation Circulaire Droite (RHCP), face à l’hélice sens anti horaire
  • Gain (théorique) de l’antenne : >6 dB (en fonction du logiciel de simulation)
  • Angle d’ouverture (théorique) de l’antenne : +/-60° (en fonction du logiciel de simulation)
  • Fréquence d’utilisation pour QO100 NB : 2400.010 MHz à 2400.490 MHz, mais la plage de fonctionnement possible est bien plus large.

L’antenne par elle même

Elle est constituée de 3.5 spires de fil de cuivre de 4 mm de diamètre.
Ce diamètre de 4 mm permet une rigidité de l’hélice largement suffisante pour se passer de tout autre support, ce qui simplifie la réalisation mécanique de l’antenne.
Dans mon cas, les 3.5 spires de l’hélice (bon compromis dans une majorité de réalisation) permettent d’illuminer correctement une parabole Prime focus 90cm ou une Offset de 90 cm. A noter que le point focale de la parabole devra se situé entre la première et la deuxième spires de l’antenne.

Mise en forme de l’hélice

Tracé de l'hélice par F4IKX - 6

Bien mieux qu’un long discours…

La mise en forme de l’hélice se fait sur un tube de diamètre 32mm, j’ai utilisé un tube d’évacuation en PVC coincé dans un étau et environ 600mm de fil de cuivre.
La mise en forme finale à été réalisé sur un tube PVC de diamètre 40mm pour affiner la longueur et le diamètre de l’hélice.

Le connecteur SMA n’est pas vissé mais soudé directement sur la face externe du PCB.
J’ai fais le choix d’un connecteur SMA/F plus adapté à la connectique en ma possession.
Le « démarrage » de l’hélice traverse le PCB et est soudé sur les deux faces du circuit.
L’utilisation d’un fer à souder d’une puissance de 100W est vivement recommandé pour souder le fil de cuivre de 4mm.

Façonnage du clinquant d’adaptation

Dimensions du clinquant en laiton : 30mm x 10mm x 0.3mm
Il faudra le façonner afin qu’il épouse bien la forme de la spire de 4mm.

Vue Clinquant par F4IKX

Vue Clinquant par F4IKX - 8

Façonnage du clinquant d’adaptation

Réglages, essais et mesures

Matériel et logiciel utilisés pour les mesures

  • VNA (Vector Network Analyzer) de type SAA-2N étendue de mesure 50KHz à 3GHz
  • Logiciel Nano VNA saver

Dans le cas ou l’antenne ne résonne pas tout à fait sur la bonne fréquence, il vous faudra agir sur l’écart entre les spires (le pas de l’hélice ou alors son diamètre, mais c’est moins facile) pour rattraper +/- le décalage.
Si l’antenne est bien dimensionnée, le réglage de celle-ci se résume « simplement » à ajuster la position du petit morceau de clinquant en laiton (formant un condensateur) sur la première spire de l’hélice en l’approchant plus ou moins du réflecteur.
Le réglage est minutieux et pas forcement évident au début.

Il faut en premier lieu dégrossir le réglage, ensuite souder de manière définitive le clinquant, puis affiner le réglage en « déformant » le clinquant jusqu’à l’obtention du meilleur résultat.

Nota : En fonction de votre réalisation, le clinquant en laiton peut très bien se situé après le connecteur et non pas entre le départ de l’hélice et le connecteur comme sur l’image ci-dessous.
D’après les « Hyperistes » cela n’a pas d’impact sur le fonctionnement de l’antenne.

Vue Antenne Helice par F4IKX-9

Réglage de l’impédance de l’antenne à l’aide du cliquant en laiton.

Mesure sans le radôme

VNA-Antenne Hélice par F4iKX - 10

VNA - Antenne Hélice par F4IKX - 11

Mesure avec le radôme

VNA-Antenne Hélice par F4iKX - 12

VNA - Antenne Hélice par F4IKX - 13

Quelques photos de la réalisation

Antenne Hélice par F4IKX - 13

Antenne Hélice par F4IKX - 14

Antenne Hélice par F4IKX - 15

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L’antenne hélice montée devant une parabole Prime Focus Géodésique de 90 cm faisant partie de mon projet QO100. Il me reste la maille à implanter au dos de la parabole.

Conclusion :

Une antenne simple et plaisante à réaliser.
Elle supporte très bien quelques écarts de dimensions.
Reste à valider le bon fonctionnement de l’antenne devant une parabole avec et sans le radôme qui peut dégrader les performances de celle-ci.
Pour information ce radôme a déjà passé le test du micro onde avec succès.

Remerciements à:

  • Christophe F4CQA pour le prêt de son hélice 2G4 pour examen et analyse et qui m’a vivement recommandé la réalisation de cette antenne.
  • La liste Hyper.fr pour leurs précieux conseils.
  • Le Radio Club F5KEE pour certaines fournitures.

Shooting photo : Iphone X



Pascal MARTIN – F4IKX
F4IKX @ free.fr
En roue libre depuis avril 2017
Licence obtenue en Octobre 2019
Membre du Radio Club F5KEE
Pascal F4IKX