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[Construction] Antenne "Bi-Quad" VRX pour réception Vidéo

didier2702

Membre Sénior
Bonjour,

Introduction

Il y a pas mal de choix concernant les antennes vendues dans le commerce, cependant il faut bien avoir a l’esprit que ces antennes sont bien souvent non optimisées et en fait ne sont pas accordées sur la fréquence ou canal que l’on utilise pour la vidéo. Aussi , je vous propose la construction d'une antenne BI-QUAD dans ce post. Cette antenne pourra être accordée sur votre fréquence de réception Video

Sur le forum, actuellement c’est la course a la puissance. Personnellement je préfère soigner mon installation radio (voir article sur les antennes verticales http://www.modelisme.com/forum/aero-vol-en-immersion/158412-construction-antenne-vtx-ground-plane-900mhz.html) qu’utiliser des émetteurs rayonnant des puissances non nécessaires pour notre activité. Il faut bien comprendre que mettre un émetteur de 800 mw ou 1 watt sur votre avion ne fait que contourner des problèmes concernant votre installation radio et va très certainement désensibiliser votre récepteur radio et par conséquent diminuer votre portée radio.

Je n’ai pas la prétention d’avoir inventé quoique ce soit, et je ne fais qu’utiliser les lois mathématiques pour la conception des antennes Bi-quad. Il y a déjà pas mal d’articles, mais ceux –ci sont soit pour une utilisation en Wifi ou en Anglais.

Le but de ce post est de faire partager mon expérience FPV et radio sur la conception d’une antenne Bi-quad mais également de permettre a une personne un peu débrouillarde de se faire une antenne pour le FPV sans connaissances en radiocommunications avec un outillage minimum.

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J’ai pendant de longues années utilisé des antennes du type Quad qui sont vraiment formidables en termes de performances. Une antenne bi-quad couplée en diversité avec une antenne verticale vous permettra de voler en toute sécurité.

Depuis quelques mois j’utilise une antenne Bi-quad et je vous propose de vous faire partager la construction de cette antenne (Je commence aujourd’hui la construction d’une nouvelle antenne). Cette Antenne est dédiée a la réception vidéo.

Je tiens a signaler que ce post ne traitera que les fréquences 900,12 /1. 3 et 2.4. Le 5.8 étant exclu car je ne possède aucune expérience sur cette fréquence.

Le but de ce post est de permettre de construire une antenne simple et abordable avec des matériaux que l’on trouve assez facilement chez LM ou Casto.

Petit lexique et explications :

Les antennes Quad sont des antennes performantes qui se comportent comme un dipole d’un point de vue radio-électrique. L’impédance d’une antenne Quad est de 120 ohms environ . Nous utiliserons donc deux antennes Quad (Bi-Quad) afin de retrouver une impédance proche de 50 ohms utilisée par nos récepteurs vidéos. Le fait d’utiliser deux antennes cadres d’où l’antenne bi-quad, permet de s’affranchir d’un système de couplage .

Cette antenne sera pourvue d’un élément rayonnant ou source et d’un réflecteur qui a pour but d’augmenter le gain lui donner une certaine directivité.


Gain : 11 a 12db.
Angle d’ouverture : 50 a 60 degrés.
Polarisation : Verticale et Horizontale.
Inclinaison : Je recommande 20 a 30 degrés

Pour :
• Les antennes cadres sont beaucoup moins sensibles a l’effet du sol et permettent donc une installation même a faible hauteur.
• Resistance au brouillage mais également au multipath très gênant en réception vidéo.
• Angle de départ très bas sur l’horizon (avantage et inconvénient d’où l’obligation d’incliner l’antenne d’une vingtaine de degrés).
• Bonne directivité et rapport avant arrière.

Contre :

• Encombrement
• Angle d’ouverture plus étroit par rapport a une antenne Patch 8db.
• Directivité accrue qui impose de pointer l’antenne vers la zone de vol. Tout en gardant a l’esprit que vous avez un angle de 55 degrés environ (zone de Fresnel pour laquelle on calcule le rayonnement acceptable ou a 3db pour les puristes) qui permet une grande zone de vol (je laisse les matheux nous faire un petit calcul).

Materiaux et outillage

• Réflecteur : Plat a tarte en fer blanc ou tout autre matériaux conducteur : cuivre , alu etc.
• Chute de câble d’électricien de 1 a 2 mm de diamètre.
• Prise coaxiale châssis BNC.
• Quatre vis en nylon (plastique blanc) avec les écrous.
• Fer a souder 80watts.
• Colle epoxy, CA ou GOOP.

Cout total de mon antenne : 10 euros

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ensemble du matériel pour la construction

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détails de la prise coaxiale chassis BNC


La construction prend environ 2 heures

Ce post ne traitera par de la fixation de l’antenne sur son support et je vous laisse a votre imagination pour la fixation sur son socle. Il est impératif que l’antenne soit fixée sur un matériau non-conducteur (du bois par exemple)

Calculs :

Le cadre réflecteur : Le réflecteur est l’élément le moins critique pour cette antenne et sa taille déterminera le gain et la directivité de l’antenne. Cependant, il a bien fallu que je trouve un compromis et j’ai choisi un réflecteur cadre en onde entière.

Le réflecteur sera construit avec une plaque d’alu, cuivre ou fer blanc de 1mm (non critique). Notre réflecteur sera carré. Vous pouvez le faire rectangle sachant que la regle concernant les antennes est la suivante. Le réflecteur cadre devra être 5% plus grand que le cadre de l’élément rayonnant.

Mon réflecteur est en fer blanc et j’utilise un moule a tarte en fer blanc trouvé sur le marché local. Le réflecteur devra être obligatoirement conducteur.

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Taille : 30000 / Fréquence * 0 ,99 = taille du carré en centimètres

Exemple : Mon VTX étant sur 980 Mhz

30000 / 980 * 0.99 = 30, 30 centimètres

Youpi , j’ai trouvé un plat a tarte qui fait exactement cette dimension.

Le cadre rayonnant ou source :

J’utilise du fil de cuivre d’électricien de récupération de 1 mm. Sur 2.4ghz le tube de cuivre devra faire 1.5 a 2mm minimum.

Cette antenne étant composée de deux cadres identiques, le calcul sera le suivant :

Longueur du fil de cuivre : (60000 / Fréquence * 0 ,99) = Longueur totale du fil de cuivre

Il vous faudra couper le fil de cuivre en un seul morceau et ensuite repere a l’aide d’un marqueur indélébile 7 segments qui vous servirons de repères pour le pliage du fil de cuivre.

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Longueur d’un segment : (60000 / Fréquence * 0 ,99) / 8 = Longueur d’un segment.

Exemple : Mon VTX étant sur 980 Mhz

Longueur du fil de cuivre :60000 / 980 * 0.99 = 60,61 cm

Longueur d’un segment : (60000 / Fréquence * 0 ,99) / 8 = 7 ,57 cm

Je tiens à préciser que le soudage du cadre rayonnant nécessite normalement un équipement adapté pour la soudure. N’étant pas équipé correctement, j’ai utilise une méthode alternative qui permettra a quelqu’un équipé d’un simple fer a souder de réaliser ce travail.


Espacement du réflecteur et de l’élément rayonnant ou source :

L’espace entre le réflecteur et l’élément source ou cadre va déterminer le gain et la directivité de votre antenne. il est critique, cependant une erreur de 2 a 3 mm ne sera pas préjudiciable et vous ne perdrez que 1 ou 2 db Max.

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Espace reflecteur cadre : (30000 / Fréquence * 0 .99) / 8 = Espace en cm

Exemple : Mon VTX étant sur 980 Mhz

(30000 / Fréquence * 0 ,99) / 8 = 3 ,78 cm

Vous avez maintenant tous les éléments pour la construction de votre antenne.

Construction :

Cadre réflecteur :

Pas de grosses difficultés car le cadre est tout simplement un carré de dimension adapté a votre fréquence de travail.

N’’étant pas vraiment équipé cote outillage et les magasins de bricolage se faisant rare a Bornéo, mon cadre réflecteur sera un moule a tarte en fer blanc de 30cm de coté.

Les bords du réflecteur seront vers l’arrière. Vous pouvez orienter les bords du cadre (moule a tarte) vers l’intérieur et vous augmenterez le gain mais également cela va rétrécir l’angle de rayonnement. Votre antenne sera tout simplement plus directive.

Préparation du Cadre

Le cadre devra être préparé à recevoir la prise coaxiale centrale mais également les quatre vis en nylon qui serviront d’entretoises.
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Tracer deux traits sur la diagonale en prenant les quatre coins du carré préalablement coupés aux bonnes dimensions.

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L’intersection des diagonales détermine l’emplacement pour le perçage du trou qui accueillera la prise coaxiale.

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Vous pouvez également préparer les 4 trous qui accueilleront les vis en nylon qui serviront d’entretoise.

Préparation de la source

Vous pouvez utiliser du câble de cuivre d’électricien de 1 a 2 mm de diamètre. Le câble de cuivre est facile a souder et ne nécessite pas un fer a souder très puissant.

-Faire le calcul par rapport a votre fréquence de travail et couper un tronçon a longueur obtenue pour l’espace entre la source et le réflecteur.
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-Une fois coupé , utiliser un marqueur indélébile pour marquer les sept tronçons ou segments obtenus a l’aide de la formule citée plus haut.
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-La méthode la plus simple et de faire un W afin de donner une forme a votre fil de cuivre qui permettra par la suite de faire facilement les deux cadres de l’antenne. Se servir du marquage des segments pour cette opération.
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-Une fois le W obtenu, vous pouvez faire maintenant les cadres et idem se servir des marquages fait sur le fil de cuivre pour le pliage du fil de cuivre.
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-Vous devez obtenir deux carrés parfaitement identiques et vous devez contrôler la longueur de chaque segments (les quatre cotés du carré).
-Votre source est maintenant prête a être soudée sur la prise coaxiale.


Préparation de la prise coaxiale

J’ai choisi cette prise coaxiale car :

-elle est tout simplement disponible sur le marché local.
-Prix
-Facile a travailler car elle se visse tout simplement.
-Rondelle avec un ergo permettant la soudure la liaison vers le réflecteur.

Il faudra donc percer un trou a la dimension de votre prise.
Vous devez maintenant préparer les deux fils de cuivres qui vous serviront de conducteurs vers la source.

-Utiliser la formule pour calculer l’espacement de votre réflecteur avec la source.
-Couper deux bouts de fils de cuivre sur une longueur un peu plus longue.
-Souder un des fils de cuivre sur l’ergot de la rondelle
-Souder le deuxième fil de cuivre sur l’âme centrale de la prise coaxiale
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-Fixer la prise coaxiale sur le réflecteur en oubliant pas la rondelle avec son fil de cuivre soudé. Ne pas plier l’ergot car vous le ferez une fois la prise coaxial complètement vissée.
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-Une fois que vous vous avez vissé et fixé la prise coaxiale vous pouvez plier l’ergot sur lequel vous avez fixé le fil de cuivre.
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-Vous devez avoir maintenant deux fils de cuivre qui sont parallèles et verticaux. Contrôler l'isolation des deux éléments avec un multimètre

-La prise coaxiale est maintenant prête a recevoir la source de l’antenne que vous aurez préalablement préparé. Les deux petits fils de cuivres seront soudés a la source.


Soudure de la source

L’utilisation de fil de cuivre d’électricien permet de souder très facilement la source sur les deux petits brins verticaux qui proviennent de la prise coaxiale.

-A l’aide de la formule sur l’espacement du réflecteur par rapport a la source, marquez les deux petits brins avec un marqueur indélébile.
-Pour la soudure de la source, je recommande de souder en premier la partie continue du des cadres sources sur le brin central de la prise coaxiale.
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-Vous pouvez maintenant souder les deux petits fils de cuivre sur le deuxième brin venant de la prise coaxiale.
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-Très Important : Les deux brins verticaux une fois l’opération de soudure terminée ne doivent pas se toucher.
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-Sécuriser et solidifier le tout en a l’aide des vis en nylon et insérer le fil de cuivre des les rainures des vis. Securiser avec de la colle epoxi, CA ou toute autre colle assez forte. J’utilise de la GOOP .


Polarité de l’antenne Biquad.

En FPV nous sommes la plupart du temps en polarisation verticale.

L’antenne en polarisation verticale est un 8 couché comme sur la photo ci dessous.

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Installation l’antenne Biquad.

Comme précisé plus haut, l’antenne doit être fixée sur un support non conducteur et je recommande des vis nylon pour sa fixation.

Ci-dessous mon installation et je laisse l’imagination de chacun pour la fixation de cette antenne sur son support (chacun aura une installation différente).

Raccordement a votre récepteur video

Dans l'ordre je recommande l'utilisation des cables coaxiaux suivants :

  1. RG58
  2. RG316
  3. RG174

Vous pouvez également raccorder directement votre récepteur a votre antenne et minimiser les pertes.

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Performances l’antenne Biquad.

Je suis sur 980mhz 200mw et j’utilise un Kit HK qui est loin d’avoir les meilleures perfs concernant l’émetteur et le récepteur.

4500 mètres et j’ai de l’eau sous la quille.

Conclusions

Sans vous en rendre compte votre antenne est maintenant terminée et vous êtes fin prêt pour des essais au sol tout d’abord, avant d’apprécier les performances en vol de l'antenne Bi-Quad.

Bonne construction a tous.

A+

PS : Je tiens a préciser que les vols longues distances sont interdits en France et que ces essais ont été réalisés a l’étranger. Ses essais sont uniquement expérimentaux afin de permettre a la communauté FPV l'optimisation des équipements embarques pour des vols FPV en toute sécurité.
 
Bonjour,

Voici la mienne, réalisée selon le tuto d'IB Crazy :
f.van_h à dit:
[URL]http://img40.imageshack.us/img40/9463/antennes005.jpg[/URL]
[URL]http://img845.imageshack.us/img845/1258/antennes007.jpg[/URL]

Je confirme que ça marche fort.

Toutefois j'ai une question :

Les calculs donnent une longueur de brin pour l'accord, mais ce brin quand il est plié en segment, ne peut pas donner des segments exactement de la longueur totale calculée divisée par 8, pour une simple question de rayon minimum de pliage, phénomène classique dans tout pliage de métal, que ce soit en fil ou en feuille, mais aussi pour que les deux parties du "neud pap"ne se touchent pas au centre.
-J'ai pris le parti de respecter exactement les entraxes des segments sans me préoccuper de la longueur du totale du fil, en m'attachant toutefois à obtenir les rayons de pliages les plus courts possibles.
-J'aurais pu au contraire m'attacher à respecter à la lettre la longueur du fil et tricher sur la longueur des segments.

Quelle conduite est la bonne? quelle marged'erreur est admissible?
Quoi qu'il en soit, ma biquad permet de multiplier la portée par......
... beaucoup!

Fred
 
Bonjour,

En fait la marge d'erreur sur les segments ou cotes du carre de la quad est négligeable si tu te plantes de 1 ou 2 millimetres. Tant que tu respectes la longueur totale du carre et par conséquent du fil de cuivre qui te sert a modeler la quad, des petites erreurs n'auront pas un d'impact sur les perfs de l’aérien. par contre si tu a un segment qui fait 10 cm et l'autre 9 cm l'erreur est trop importante et je pense sans avoir jamais vérifie que cela pourrait avoir un impact sur la symétrie électrique de l’aérien.

Pour répondre a ta question , j'ai mesure et taille le fil de cuivre a exactement la longueur prevue et fait mes carres en consequence. j'ai donc légèrement triche sur les segments. En fait seuls les deux derniers segments sont plus court de 1 ou 2mm et s'ajustent parfaitement pour une soudure avec le brin vertical qui est lui même décalé de 3 ou 4 millimètres.

A+
 
Compris.

Donc la longueur totale du fil est plus importante que la côte des segments. Conclusion, ma biquad, en fait, est accordée pour une fréquence un poil plus élevée que celle que j'utilise.

Je le saurais pour la prochaine fois. Cela dit, j'ai déja bien assez de portée comme ça.

Merci

Fred
 
Salut Fred,

Le gros problème avec les antennes et que tant que tu n'as pas contrôlé avec un appareil de mesure tu ne sauras pas si ton antenne est accordée pile poil sur ta fréquence. J'ai déjà construit des dizaines et dizaines d'antennes et j'ai deja eu mon lot de bonnes et mauvaises surprises. Nous allons donc dire que nos deux antennes sont pile poil sur la fréquence Lol........

Elle est superbe ton antenne. En tout cas tu as bien de la chance de pouvoir trouver des plaques d'alu car par ici , impossible a trouver ou alors a des prix Slurp!!!!!



A+
 
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