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Principe de Fonction
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Conseils d'Installation
Histoire de la Spiderbeam

1. Principe de base de l'antenne
2. Le développement de la Spiderbeam
3. Comment la comparer à une autre antenne yagi trois bandes?
4. Conceptions d'antennes similaires
5. Mesures et tests de l'antenne
6. L'évolution de la Spiderbeam
7. Remerciements


Pour ceux qui veulent comprendre plus en détails le fonctionnement de cette antenne, la partie suivante donne une vue d'ensemble au sujet de la théorie à l'origine de la conception de la Spiderbeam. Elle a été écrite dans l'esprit d'une antenne trois bandes (20-15-10m), mais peut aussi bien être appliquée à toutes les autres configurations. L'histoire ci-dessous peut également être considérée comme l'histoire de toutes les améliorations et expériences faites pendant l'évolution de la Spiderbeam.



1. Principe de base de l'antenne

Le principe de base de cette antenne est tout à fait simple. Il n'y a là aucune magie noire.
Commencez avec une antenne Yagi normale 3 éléments et pliez le directeur et le réflecteur en forme de V :



L'antenne résultante peut être construite en utilisant des éléments de fil attachés sur un support en croix, qui permet d'employer des matériaux légers comme la fibre de verre et du fil. Le recourbement de l'extrémité des éléments de l'un vers l'autre a l'avantage additionnel d'augmenter le couplage entre les éléments ("couplage terminal capacitif/inductif ") et d'augmenter le rapport Avant/Arrière et la largeur de bande de l'antenne. Dick Bird, G4ZU a été le premier à avoir eu l'idée de plier les éléments comme ceci, et l'a appelé la"Bow-and-Arrow-Yagi" (connue en France sous le nom de "Jungle Job") ou "Bird-Yagi". A ma connaissance, il a seulement développé des Yagis monobandes ayant cette forme.

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2. Le développement de la Spiderbeam

L'antenne Spiderbeam est d'une conception multibande. Trois monobandes "Bird yagis" sont entrelacées sur le même support en croix:


Lors du développement d'une telle antenne, plusieurs défis étaient à relever:

1. Interaction minimale:
C'est le plus grand défi rencontré avec n'importe quelle antenne multibande: nous devons trouver une conception où l'interaction entre les monobandes est minimale. Des simulations informatiques sans fin avec le programme NEC, ont été nécessaires avant de trouver les dimensions de la Spiderbeam. Elles ont une interaction négligeable, ayant pour résultat un comportement proche d'une monobande sur chaque bande.

2. Conception non critique:
Lors du développement, une attention particulière a été portée afin de rendre la construction de cette antenne tolérante. L'espacement des éléments de fil n'est pas critique, ce qui est un point important: cette antenne aura de bonnes performances non seulement sur un modèle informatique mais elle fonctionnera également très bien en pratique (où elle peut se plier et fléchir aux vents forts) et même lorsqu'elle sera érigée rapidement lors d'une expédition DX (où personne n'a le temps de l'accorder et faire des adaptations). Les utilisateurs de la Spiderbeam doivent seulement être très attentifs lors de la toute première installation, afin de s'assurer que les éléments en fil soient coupés exactement aux dimensions données. Une fois ce travail accompli soigneusement, l'antenne fonctionnera toujours parfaitement, et sa reproductibilité d'une installation à l'autre sera très bonne.

3. Système d'alimentation:
Un autre défi avec la plupart des antennes multibandes est le système d'alimentation. Une solution très simple et robuste a pu être trouvée ici. Les 3 éléments alimentés sont 3 dipôles séparés qui sont tous reliés ensemble en un point commun. L'astuce est de séparer suffisamment chaque dipôle et d'utiliser de courts morceaux de ligne symétrique pour les relier ensemble. Ceci réduit au minimum l'interaction et il en résulte un dipôle multibandes à faible perte, large bande et d'une grande reproductibilité. Le point d'alimentation a une impédance est de 50 Ohm, et est directement alimenté par un balun en courant type W1JR. Un seul câble coaxial peut être employé pour alimenter jusqu'à 5 bandes sans problème.

4. Protection contre la corrosion:
Les éléments alimentés et les courts morceaux de lignes symétriques sont réalisés d'une seule pièce ne nécessitant aucun raccordement électrique, donc évitant tout point de corrosion possible. Cela est également vrai pour tous les éléments parasites (réflecteurs et directeurs). Toutes les pièces actives de l'antenne sont protégées par un revêtement très dur en plastique PE, les protégeant contre l'environnement pendant de nombreuses années. Il n'y a tout simplement aucun problème de corrosion avec une telle antenne en fil ! C'est un avantage énorme comparé aux antennes en aluminium (particulièrement celles à trappes), dont les performances se dégradent lorsque la corrosion s'installe.

5. Stabilité mécanique:
Les tubes de fibre de verre sont très flexibles et supporteront donc de fortes cambrures. L'antenne fléchira dans le vent mais elle ne se cassera pas. Rappelez-vous qu'un matériau tendre et flexible survivra beaucoup mieux qu'un matériau dur et cassant. Cela vaut particulièrement pour les tubes renforcés de fibre de verre qui sont utilisés dans la version « HEAVY DUTY » - ce sont des tubes très résistants mais cependant flexibles.
Une autre astuce est l'utilisation intensive de fils en Kevlar pour le haubanage: Chaque écarteur est haubané 4 fois (en haut, en bas, à gauche et à droite) - un concept bien connu sur les mâts de voiliers. Naturellement, une attention a été portée à n'utiliser dans le kit que des pièces ayant une bonne tenue aux rayons UV et aux intempéries.
Pour les éléments en fil de nos kits d'antennes, nous employons un fil de qualité supérieure - le "CQ-532" de chez « The Wireman ». Et nous en recommandons l'utilisation aux personnes réalisant eux-mêmes leur Spiderbeam sans notre kit. Ce fil ne s'étire pas du tout, L'allongement des éléments provoqueraient un désaccord des éléments parasites (directeurs, réflecteurs), et les performances de l'antenne en souffriraient rapidement.

6. Optimisée pour l'opération en portable:
La construction mécanique a été soigneusement optimisée pour l'installation en portable sur des mâts légers. Le plate-forme centrale de fixation spéciale permet de s'assurer que le mât passe exactement par le centre de gravité de l'antenne, au contraire d'autres systèmes de fixation dans lesquels l'antenne est décalée sur le côté du mât. Cela facilite grandement l'érection lorsque l'antenne est montée sur un mât télescopique. Cela signifie également un allègement pour le rotor et le mât, le poids de l'antenne et les moments de force étant répartis de façon optimale. Une grande variété de diamètres de mât peut être employée (30-60mm) et presque aucun outil n'est nécessaire (seulement deux clés de 10). Le support en croix est réalisé à l'aide de 20 segments identiques de tube de fibre de verre, présentant une certaine redondance et facilitant considérablement le montage comparativement aux tubes télescopiques classiques. Les éléments en fil et le transformateur symétrique sont fixés avec des colliers de Velcro - une méthode très rapide et étonnamment résistante, permettant cependant de conserver la flexibilité de l'antenne et servant également de soulagement aux points de pliure des éléments (dans la version "heavy duty" pour installation permanente, le Velcro est remplacé par des colliers de type V2A avec un garnissage intérieur en caoutchouc).



CONCLUSION:
La Spiderbeam est une antenne Yagi multibandes sans trappe construite sur la base de 3 yagis monobandes entrelacées, rendant cette antenne très efficace et d'une construction simple. Un seul câble coaxial alimente les dipôles aboutissant ainsi à une construction multibandes simple, large bande et à faible perte. La construction est très tolérante, pour peu que les éléments en fil soient coupés exactement à la bonne longueur dans un fil de bonne qualité (non étirable). La conception mécanique est optimisée pour une utilisation rapide, pour les installations portables légères, en utilisant des matériaux de haute qualité pour une bonne reproductibilité et une longue vie sans dégradation dans le temps.

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3. Comment la comparer à une autre antenne yagi trois bandes?

Comparez les diagrammes et les tables dans la section de données techniques. Vous constaterez que la Spiderbeam est toujours équivalente ou meilleure qu'une grande antenne yagi trois bandes classique avec une longueur de boom d'environ 7-8m. Sa largeur de bande est bien meilleure qu'avec des conceptions à trappes: le ROS (SWR) reste en dessous de 1:2 sur toutes les bandes:
  • le gain avant est de l'ordre de 5dBd (7dBi) dans l'espace libre (= 12dBi à 10m au-dessus du sol) et est presque constant sur toutes les bandes
  • le rapport avant/arrière est de l'ordre de 20dB ou meilleur sur toutes les bandes
  • le ROS (SWR) reste en dessous de 1:2 sur toutes les bandes
Les comparaisons et les mesures sur l'air confirment ces résultats.
Seule une vraie monobande de 3 éléments sera toujours un peu meilleure: elle a le même rapport Av/Ar et diagramme de rayonnement et produit un gain de 6dBd (dans l'espace libre). Malheureusement quelques fabricants indiquent toujours un gain beaucoup plus élevé, même pour leurs antennes multibandes, ce qui ne correspond simplement pas à la réalité..

Une qualité intéressante de la Spiderbeam est sa flexibilité permettant l'optimisation rapide et simple pour une utilisation en CW ou SSB.
Les dimensions de base de l'antenne Spiderbeam sont conçues pour couvrir une bande entière. Si vous voulez opérer en CW ou SSB seulement, changez simplement et légèrement les longueurs de fil pour obtenir un fonctionnement optimum dans la gamme de fréquences désirée.

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4. Conceptions d'antennes similaires

Au long des années, certains ont fait fonctionner leur imagination pour plier les éléments dans diverses formes. Aucune magie n'est utilisée ici non plus. Deux exemples bien connus d'antennes Yagi à 2 éléments repliés sont le rectangle de Moxon et la Hexbeam. Ces conceptions tirent également bénéfice du couplage amélioré, provoqué en repliant les extrémités d'éléments les uns vers les autres ("couplage terminal"). Elles peuvent être construites de la même façon avec des tubes en fibre de verre et du fil, avec des performances similaires à une antenne 2 éléments Yagi. Un autre exemple est la X-Beam, qui d'après mes analyses donnent de bien moins bons résultats qu'une 2 éléments Yagi.





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5. Mesures et Tests de l'antenne

Le procédé de développement de cette antenne a comporté des simulations informatiques innombrables avec NEC, suivies d'essais et de mesures sur la vraie antenne. Pendant cette phase d'essais, l'antenne a été mise à une hauteur de 10m sur un terrain dégagé et des mesures intensives ont été réalisées. Le coefficient de vélocité du fil que nous employons ("CQ-532" de The Wireman) a dû être déterminé exactement, et les longueurs issues du modèle informatique ont été ajustées en conséquence. Les effets produits par les isolateurs ont dû être pris en considération. Après application de ces corrections le diagramme de l'antenne (montée à 10m du sol) a été mesuré sur toutes les bandes, par pas de 100kHz. Le shareware « Polar-Plot » de G4HFQ est un outil très approprié pour ce travail. Une très bonne corrélation entre le modèle informatique et les valeurs mesurées a été trouvée.

En août 2003 j'ai fait quelques mesures de comparaison entre deux Yagis Spiderbeam avec différents systèmes d'alimentation. Les deux antennes ont été installées côte à côte sur un terrain d'essai. Après la conclusion de ces mesures, j'ai converti une des Spiderbeam en un simple dipôle rotatif et ai réalisé une longue série de mesures, comparant le gain de la Spiderbeam à ce dipôle exactement à la même hauteur. A nouveau, une très bonne corrélation entre le modèle informatique et les valeurs mesurées a été trouvée.

(Cliquez sur le photo pour plus de renseignements sur les gains mesurés et avoir une vue plus grande)



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6. L'évolution de la Spiderbeam

  • Spiderbeam Version 0
    (1998 - 2002: simulation sur ordinateur et premiers prototypes)
  • Spiderbeam Version 1.0
    (2003: ancien système d'alimentation (relativement critique), ensemble compliqué (fil raide et isolateurs en Epoxyde, reproductibilité et temps d'assemblage non optimisés)
  • Spiderbeam Version 2.0
    (2004: nouveau système d'alimentation amélioré (très tolérant et large bande), et révision de la conception mécanique (nouveaux segments de tube de fibre de verre, isolateurs en plastique, Velcro pour assemblage rapide, fil CQ-532 flexible, nouveau transformateur symétrique) ayant pour résultat de grandes améliorations de la facilité d'assemblage, de la reproductibilité, et du délai d'assemblage considérablement réduit)
  • Spiderbeam Version 2.2
    (2005: version actuelle, encore d'autres perfectionnements mécaniques, addition d'une version résistante "heavy duty" pour l'installation permanente)



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7. Remerciements

Merci beaucoup à W9XR pour m'avoir mis sur le chemin de la "Bow-and-Arrow Yagi", et toutes les personnes qui m'ont aidé pendant la phase de développement de ce projet d'antenne, particulièrement DF4RD, DF9GR, DJ6LE, DL6LAU, HA1AG, HB9ABX, W4RNL, WA4VZQ. En outre mes remerciements vont aux Om's radioamateurs qui ont aidé à traduire le guide de construction dans leur langue maternelle: 7X5AV, 9A2EU, 9A2NO, 9A6C, BG7IGG, CT1IUA, CT3EE, EA2PA, F2LZ, F4ANJ, F5IJT, F6IIE, G3MRC, G3SHF (& Team), HA8SLT, HB9ABX, I0SKK, IZ5DIY, JA1KJW, LX2AJ, LZ2STO, OH1RX, OH6NT, OK1DMU, OK1FIM, OZ8A, PA1TT, PB0P, PE2RID, S51TA, S57XX, SM0ETT, SM0JZT, SP8SW, SV2KBS, SV8YM, RA3TT, RV3DA, UA3ZTZ, YC0CRA, YO5QCD, YU1QT. Merci pour cet appui mondial incroyable et votre grande disponibilité - sans cela ce projet n'aurait jamais pu voir le jour.

Un grand merci et respect à Dick Bird G4ZU qui a eu l'idée originale de créer l'antenne Bow-and-Arrow qui a initié le développement de l'antenne Spiderbeam. Malheureusement je n'ai jamais pu le rencontrer ... R.I.P. OM.



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