Antenne QFH pour UVSQ-SAT

Fabrication d’une antenne QFH pour la réception du satellite UVSQ-SAT (437.020 MHz). L’antenne a été conçue avec Clément DIAS du LATMOS.

L’antenne QFH une fois terminée

Le matériel nécessaire

L’antenne se fabrique à partir d’éléments faciles à sourcer dans des magasins de bricolage et sur internet :

  • Les 4 pièces à imprimer,
  • Du fil électrique de diamètre 1,5mm² (il est possible d’utiliser un autre diamètre de fil, mais les pièces imprimées risquent de ne plus être adaptées et il faudra porter plus d’attention à la taille de l’antenne),
  • Du tube IRO de diamètre 25mm,
  • Une embase type N femelle,
  • Un bout de coaxial de type RG-58.

Les 4 pièces à imprimer sont disponibles ici :

La fabrication

La structure plastique

La première étape consiste à coller les pièces imprimées sur le tube IRO. Les pièces doivent être collées (dans un 1er temps ne pas les coller, pour pouvoir les bouger légèrement en surveillant avec un VNA) de manière à obtenir les espacements suivants :

L’antenne avec la structure plastique seule a cette apparence :

Les boucles de conducteur

La QFH est constituée de 2 boucles de conducteur. La boucle la plus courte mesure 705mm, la boucle la plus longue mesure elle 741mm.

Pour la fabrication de l’antenne, je vous conseille de couper les boucles en plusieurs morceaux : les traversées du bas (en bleu sur la photo), les spirales (en vert) et les traversées du haut (en rouge).

Les différentes sous parties de la QFH

Le montage est à faire comme suit :

  • Passer les 4 morceaux de fils pour former les 4 morceaux de spirale (en vert sur la photo ci-dessus),
  • Passer les 2 morceaux de fils pour former les 2 traversées du bas (en bleu sur la photo ci-dessus),
  • Braser les jonctions entre les traversées du bas et les spirales,
  • Passer les 2 morceaux de fils pour former les 2 traversées du haut (en rouge sur la photo ci-dessus),
  • Braser les jonctions entre les traversées du haut et les sprirales.

Une fois toutes les brasures effectuées, il suffit de couper les traversées du haut pour pouvoir connecter le câble coaxial comme sur la photo ci-dessous :

Connexion des 2 brins au coaxial

Vous pouvez ensuite mettre l’embase N au pied du tube IRO (je n’ai pas publié de pièce 3D dédiée à l’embase car il existe de nombreux modèles différents).

Tailler l’antenne au VNA

En théorie l’antenne doit être un peu trop basse en fréquence. Dans ce cas, recouper les brins au niveau des brasures sur le coaxial pour faire remonter la fréquence de résonance de l’antenne.

Au besoin, vous pouvez également jouer sur l »espacement entre les pièces supérieure et inférieure de la structure.

Dans mon cas, après une première coupe rapide, voici le résultat obtenu :

Le ROS de l’antenne au NanoVNA entre 400 et 460 MHz.
Le return loss au NanoVNA entre 400 et 460 MHz.

Avec un ROS d’environ 1.6, un return loss de -13dB et un pic aux environs de 440.5 MHz, mon antenne est légèrement trop haute en fréquence. Il me faut donc jouer un petit peu sur l’espacement entre les pièces de la structure et/ou sur les brasures de connexion au coaxial pour la rebaisser sur 437MHz. En fonction de la réception obtenue avec, je prendrai ou non le temps de le faire.

Cette antenne a pour but d"aider à la réception d'UVSQ-SAT, le cubesat du LATMOS. Elle a donc été développée avec les équipes du LATMOS. Le reste de la chaine de réception est disponible ici.

Antenne Dipole en V 137 MHz

Après avoir fabriqué une Turnstyle et une QFH, je me suis attelé à la Dipole en V. Cette antenne est très simple à fabriquer et offre une bonne réception (voir très bonne, chez moi elle a une réception identique à celle de la QFH).

Pour fabriquer l »antenne, vous avez besoin de :

  • 2 tiges en aluminium ou 2 morceaux de conducteur d »une longueur de 55cm chacun (la longueur théoriqué est de (147 / 137,5 MHz) / 2 = 53,4 cm, mais il vaut mieux avoir des brins un peu plus long quitte à les retailler plus tard),
  • 2 dominos (ou sucres) électriques encore collés entre eux (côte à côte),
  • du coaxial pour relier l »antenne au récepteur.

La fabrication de l »antenne est très simple : il suffit de mettre un brin dans chaque domino, et de tordre les 2 brins pour qu »ils forment un angle de 120°. Pour faciliter l’installation, j »ai également tordu les brins pour qu »ils soient perpendiculaires aux dominos et non dans leur axe (voir photo ce-dessus et plus bas).

Une fois les brins en place, il faut ouvrir le coaxial sur quelques cm pour séparer l »âme et la tresse. Il faut ensuite connecter l »âme dans un des 2 dominos et l »âme dans l »autre, comme dans le schéma ci-dessous.

Schéma du Dipôle en V pour 137 MHz.

La réalisation de cette antenne est aussi simple que ça, pourtant c »est très efficace. La mienne mériterait d »être taillée encore un peu, mais sur les fréquences APT des satellites NOAA elle a un ROS compris entre 1,15 et 1,24 ainsi qu »une impédance comprise entre 44 et 57 ohms.

Passage au NanoVNA de l »antenne, avant qu »elle soit équipée d »un boitier.
Prochaine étape : lui trouver un boitier !

Antenne QFH

L »antenne QFH est une antenna pour la réception des satellites. Il est possible d »en fabriquer une pour quasiment toutes les fréquences, il suffit d »adapter ses dimensions. Dans mon cas je l »ai fabriquée pour 137MHz (satellites météo NOAA et METEOR).

La fabrication de l »antenne n »est pas compliquée, et il ne faut que peu de matériel : du fil électrique 2.5mm² (ou mieux du tube de plomberie en cuivre ou du coaxial), un tube de diamètre 32mm et de longueur ~1m, 2m de tube IRO diamètre 20mm, et quelques pièces imprimées en 3D (fichiers stl disponibles ici).

La 1ere étape de la fabrication est la mise en place de la structure. Les dimensions à suivre sont calculable sur ce site : http://jcoppens.com/ant/qfh/calc.en.php

Dans le cas d »une antenne pour la réception sur 137MHz (donc fréquence centrale de 137.5MHz) et avec du fil électrique 2.5mm², les dimensions à suivre sont de :

  • Distance entre le haut de l »antenne et le bas de la boucle courte (H1) : 68,3 cm
  • Distance entre le haut de l »antenne et le bas de la boucle longue (H2) : 71,9 cm
  • Distance entre le haut de l »antenne et la croix centrale de maintient (H3, en blanc sur la photo) : ~72/2 = 36 cm
  • Largeur des « brins » pour la boucle courte (H4) : 30cm (si on retire le diamètre du tube IRO cela fait donc des morceaux de (30 – 3,2)/2 = 13,4 cm à couper)
  • Largeur des « brins » pour la boucle longue (H5) : 31,6cm (soit des morceaux de tube IRO de (31,6 – 3,2)/2 = 14,2 cm)
Les différentes dimensions de l »antenne

Il faut également percer là où les conducteurs vont traverser le tube, c »est à dire dans la croix du haut et dans les 2 pièces en bas de l »antenne.

Une fois la structure construite, il ne reste plus qu »à mettre en place les conducteurs. Les longueurs de boucle sont les suivantes :

  • 225,5 cm pour la boucle courte,
  • 237,3 cm pour la boucle longue.

Je vous conseille de couper plus long pour faciliter la mise en place des conducteurs et de retailler après.

Sur le haut de l »antenne, la connexion des conducteurs au coaxial qui va vers le récepteur se fait comme suit :

Connexion des conducteur au coaxial du récepteur
Et voilà, maintenant il ne reste plus qu"à utiliser l"antenne. Sur mon installation la QFH donne de meilleurs résultats que la Turnstyle pour la réception des NOAA et METEOR.

Une antenne turnstyle pour le 145Mhz et les satellites météo

Pour recevoir les images des satellites météo, vous pouvez fabriquer l »antenne turnstyle décrite dans cet article ou fabriquer celle de I6IBE pour le 145Mhz.

En effet, même si elle est conçue pour le 145Mhz, elle fonctionne également sur 137/138Mhz ce qui permet donc de recevoir les images des NOAA et METEOR. Pour ma part, j »ai construit cette antenne car elle me permet de recevoir les satellites météo les images SSTV de l »ISS.

Recevoir des images satellites météo : l »antenne

Plusieurs fois par jour, des satellites renvoient sur Terre une image temps réel afin de voir différents paramètres météo. Certains d »entre eux peuvent être reçus assez simple : les NOAA 15, NOAA 18 et NOAA 19. Il sera également possible de voir les images envoyées par les METEOR, la seule différence sera dans les logiciels utilisés.

Avant de commencer à parler des logiciels, il faut commencer par le début de la chaine de réception radio : l »antenne. Pour la réception des satellites météo, il est possible d »utiliser différents types d »antenne (QFH, V-dipole, Turnstyle…). Mon premier choix s »est porté sur l »antenne Turnstyle ; mais par la suite j »ai également réalisé une QFH et un dipôle en V.

Cette antenne ne coûte que quelques euros à fabriquer : elle est conçue avec un tube IRO et les brins sont réalisés avec des tiges en aluminium de diamètre 3mm.

Il est également possible de construire l »antenne turnstyle présentée ici qui permet de recevoir le 145Mhz et le 137Mhz.

Calculer les brins

Lorsqu »on fabrique une antenne, il est important de savoir sur quelle(s) fréquence(s) elle va être utilisée. Dans notre cas, son objectif étant de recevoir les satellites NOAA et METEOR, elle devra fonctionner de 137MHz à 138MHz, ce qui nous donne une longueur d »onde de :

Maintenant que nous avons la longueur d »onde avec laquelle nous allons travailler, nous pouvons calculer la longueur des brins. L »antenne est composée de 2 parties : le dipôle (brins sur lesquels sera connecté le coaxial) et le réflecteur (non connecté au coaxial). Les brins de ces 2 parties ont des dimensions différentes.

L »antenne Turnstyle

Commençons par calculer la longueur des brins du dipôle. Pour cela, il faut appliquer le coefficient de vélocité à la longueur d »onde :

Chaque segment de brin du dipôle connexions comprises (voir schéma plus bas) mesure alors :

Schéma du dipôle

La longueur L correspond à la distance le bout extérieur du brin rouge et le centre de la pièce de fixation. C »est donc la longueur du morceaux tige d »aluminium + longueur des connexions (autrement dis, 2*L est la longueur bout à bout de l »antenne).

Une fois les brins du dipôle dimensionnés, il faut calculer les longueurs des brins du réflecteur. La formule pour les brins du réflecteur est la suivante (attention, il ne faut pas prendre la longueur à laquelle le coefficient de vélocité a été appliqué !) :

La distance entre le dipôle et le réflecteur

Comme dit plus haut, l »antenne Turnstyle est composée d »un dipôle et d »un réflecteur. La distance entre ces 2 parties n »est pas aléatoire, en effet elle doit être comprise entre une demi longueur d »onde et un 8e de longueur d »onde :

L »écart entre le réflecteur et le dipôle de l »antenne doit être de minimum 27cm et de maximum 1,14m. Il suffit de tester une fois l »antenne installée quelle distance offre la meilleure réception.

Les branchements

A l »étape du branchement, les choses se compliquent un peu. En plus de raccorder le coaxial qui descend vers le TRX, il faut ajouter une ligne déphasage. La longueur de cette ligne de déphasage se calcule avec la fonction suivante :

La ligne de déphasage en coaxial de 50 ohms et mesurer 36cm.

Pour réaliser le câblage, en utilisant les brins sur le schéma de l »antenne plus haut il faut suivre les correspondances suivantes :

  • La masse du coaxial 75 ohms sur le brin avec le trait vert clair,
  • L »âme du coaxial 75 ohms sur le brin avec le trait vert foncé,
  • La masse du coaxial 50 ohms et l »autre masse du 75 ohms sur le brin bleu clair,
  • L »âme du coaxial 50 ohms et l »autre âme du 75 ohms sur le brin bleu foncé.
Le plus compliqué dans cette antenne est de fabriquer les pièces qui tiennent les brins sur le tube IRO. Le plus simple est d"imprimer avec une imprimante 3D des pièces trouvées sur Thingiverse.Une fois l"antenne fabriquée, avant de décoder les satellites météo il faut encore installer les logiciels nécessaires.