Antenne QUAGI 8 éléments 2m

Fabrication QUAGI 8 éléments 144MHz sur boom métal

La particularité de cette réalisation réside dans son boom en aluminium et la géométrie des 2 éléments "Quad"

Cela faisait déjà longtemps que j'avais envie d'expérimenter une antenne de type QUAGI. Le confinement lié au COVID19 était donc propice pour passer à l'acte.

Il y a assez peu d'informations à propos de cette antenne sur Internet. J'ai cherché longtemps une réalisation sur boom métallique mais je n'ai rien trouvé, si ce n'est des Quagi commerciales, sans aucune information liée à leur construction.

Seules des informations concernant la Quagi d'origine sur boom en bois, mise au point par K6YNB et actualisées par HB9AFO étaient disponibles. Un document pdf sur lequel il est bien précisé "Cette antenne doit donc se prendre EXACTEMENT telle que décrite ou alors il faut en refaire tout le développement car tout interfère sur tout (changement de matériau, de diamètres, rajouter ou suppression d'éléments, etc..". J'avais envie de construire une Quagi mais pas avec un boom en bois (trop lourd et trop périssable à mon goût). J'ai donc décidé de faire ce que je dis toujours de ne jamais faire quand il s'agit de construire une antenne en partant de plans existants : ne pas respecter exactement le plan fourni par HB9AFO malgré la mise en garde !

Mon approche

Bien que la mise en garde de HB9AFO soit claire et nette, j'ai décidé de réaliser ma Quagi sur un boom en aluminium (et non du bois) avec des éléments Yagi de sections légèrement inférieures à celles préconisées (2,5mm au lieu de 3mm), des éléments Quad disposés en "+" et non en "X" et pour finir, le tout installé sur un mât en aluminium et non en bois. Bref il était clair pour moi que j'allais au devant d'une importante phase de mise au point et d'adaptation des cotes de cette antenne. Je voulais cependant tenter le coup et me lancer dans l'expérimentation de cette fameuse antenne "miracle" !

"Miracle", car avec 8 éléments, cette antenne génère un gain de 16,35 dBi ! C'est plus qu'une antenne Kushcraft 13B2 (15,8 dBi avec 13 éléments). Elle mesure 4m30 pour 8 éléments, c'est donc une antenne de type grand espacement. Les Yagi sont connues pour être plus bruyantes que les Quad. La Quagi en mélangeant ces 2 antennes permet de conserver le gain et le silence procurés pas les 2 premiers éléments Quad et d'y ajouter le gain procurés pas l'ajout d'éléménts Yagi.

Dimensions

* La notion de périmètre concerne le réflecteur, et l'élément radiateur, ensuite, il s'agit de la longueur des éléments de type Yagi.

C'est parti !

Étant toujours en période de confinement, difficile de faire des achats. En plus, comme pour la plupart de mes réalisations d'antennes, je cherche à minimiser les coûts. Pour cette antenne, c'est plutôt réussi puisqu'elle ne ma rien coûté. Tous les éléments et matériaux ont été trouvés autour de la maison.
Dans un coin de l'atelier il me restait des tubes aluminium carrés de 16mm de sections, récupérés sur de vielles antennes UHF incomplètes. 4 longueurs de ces tubes m'ont permis de fabriquer un boom de 4,40m. La cote exacte du boom de cette antenne est 4,30m (j'ai préféré rajouter 5cm à chaque extrémité de l'antenne pour que mon premier et mon dernier élément ne soient pas aux ras des extrémités).
Je n'avais plus les pièces d'origine permettant d'assembler ces longueurs de tube carrés. Je les ai fabriquées en utilisant du profilé en "U", fournitures servant à la pause du Placoplatre (voir photo). En les martelant directement sur les tubes carré, c'est assez facile de le mettre à la forme qui convient.

Découpe et mise à la forme   des pièces de jonction du boom

Fabrication des 2 éléments Quad

Comme pour toutes les Quad que j'ai fabriqué sur ces bandes, j'utilise des tiges en fibre de verre provenant d'arceaux de tente igloo. Elle me servent à faire les croix qui supportent les boucles. Je les coupe à la cote et les assemble avec de la colle à chaud (voir photo) pour qu'elles se tiennent. Pour obtenir la cote de ces tiges, il faut connaître la longueur des diagonales de nos boucles, donc de nos carrés.

Mes tiges en fibre font 10mm de section. Je découpe dans la partie en métal qui sert à raccorder les tiges de fibre entre elles (voir photo) des bagues de 2cm que je perce ensuite en plein milieu. Elle serviront de bagues de serrage pour faire tenir les tiges sur le boom.

Fabrication des croix de soutien   des boucle en fil de cuivre

Pour obtenir les diagonales de nos boucles carrées, il suffit d'appliquer le fameux théorème de Pythagore (AB²+BC² = AC² le résultat final étant la racine carré de AC²⁾.

Donc pour le réflecteur (un carré de 55cm de côté) la diagonale fera :

55²+55² = 77.78cm

Donc pour l'élément radiateur, (un carré de 52,01cm de côté) la diagonale fera :

52²+52² = 73.54cm

Ensuite, je perce le boom à 0cm puis à 53,3cm du dessus vers le dessous. Après, je perce le boom d'un côté à l'autre à 1cm et 54,3cm. Ces 4 trous me permettrons d'insérrer mes 4 baguettes en fibre pour former les croix de support des 2 boucles. Je les incère sur le boom et les bloquent avec mes bagues de serrage. J'ai découpé mes tiges avec 2cm de plus que la cote exacte. A 1 cm du bout de chaque tige, je perce et je met en place une petite visse. C'est sur ces visses que je viendrai accrocher ma boucle en fil de cuivre. Je tourne mes tiges de fibre de sorte que les visses de la tige verticale regardent les visses de la tige horizontale. il n'y a plus ensuite qu'a tendre les boucles dessus.

Fixation des 2 éléments quad   sur le boom

Pour les boucles en cuivre, c'est assez simple. Je les découpe à la cote, soit 2,200m et 2,083m en rajoutant 5cm au bout de celle du reflecteur, qui serviront à souder la boucle (ce fil est donc marqué 5cm avant la fin). Pour la boucle du radiateur, je rajoute 10cm, qui me serviront à ajuster la taille de cet élement actif lors des réglages. 
J'utilise du fil de cuicre de 2,5mm² .

Je referme la boucle de l'élément réflecteur sur un étau (voir photo). La marque doit arriver juste en face de l'autre extrémité de mon fil de cuivre. Sur les 5cm où nous avons 2 fils, je réalise un petit ressort avec un ou plusieurs brins d'âme de coaxial (voir photo). Enfin, je soude le tout et j'obtient une boucle très solide sur laquelle je pourrai tirer quand je la mettrai en place, sans crainte qu'elle ne lâche. Ce système est à écxecuter uniquement pour l'élément réflecteur. L'élément radiateur, lui, restera ouvert au niveau du point d'alimentation. Je m'occuperai de l'alimentation plus tard. Pour le moment je me contante d'entourer la visse au niveau du point d'alimentation du radiateur avec les 2 extrémités de fil formant la boucle.

Comment souder la boucle  du réflecteur

Fabrication et mise en place des 6 éléments de type Yagi

Je récupère ces éléments en tige aluminium pleine de 2,5mm de section sur une ancienne antenne Tonna 9 éléments (pour le 2m) incomplète (de la récupe...). Je les scie le plus précisément possible aux cotes indiquées plus haut dans ce tutoriel.

Je me sert des pièces de fixation en plastique des éléments de la Tonna, pour les fixer sur le boom. Avant de les fixer, je découpe dans le fond d'une boîte de glace (ça résiste au congelateur, cela peut donc résister aux variations de températures), des petites pièces carrées de 2cm/2cm que je perce, pour laisser passer la visse de fixation des éléments (voir photo). Cette pièce sert à isoler électriquement, chaque élément du boom. Souvenez-vous qu'à la base cette antenne est fabriquée sur un boom en bois.

Comment isoler les éléments Yagi  du boom en aluminium

Ensuite, je perce le boom en respectant scrupuleusement les cotes des espacements indiqués plus haut dans ce tutoriel. Les élements sont alors vissés un par un sur le boom sans oublier d'intercaler la petite plaquette en plastique (fond de boîte de glace) entre l'élément et le boom.

Rem : pour information, comme à chaque fois que j'utilise des matériaux de récupération, après les avoir taillés à la cote, je les ponse pour enlever l'oxydation qu'il y a dessus.

La 9 éléments Tonna au sol  sert pour les éléments Yagi de ma QUAGI

Fabrication du système d'alimentation

Mécaniquement l'antenne est pratiquement terminée, reste à s'occuper du système d'alimentation de l'aérien. Le concepteur de la QUAGI, "K6YNB", a décidé de ne pas passer par un GamaMatch, cause de perte de rendement et d'alimenter son antenne directement avec le câble coaxial. Je connais déjà ce sytème puisque je l'ai utilisé lors de la fabrication de mes quad 8 éléments. Je vais quand même améliorer un peu la pièce qui me sert à alimenter la boucle de l'élément radiateur avec le coaxial.
Je coupe dans un patin en teflon de 15mm d'épais une pièce de 9cm/4,5cm. Je perce un trous au diamètre de mes tiges de fibre de verre dans la tranche de cette pièce (on pourra ainsi emboîter la tige de fibre dedans), je perce un trou à l'axe pour fixer la pièce sur la tige. De part et d'autre de cette visse, je perce 2 trous (espacés de 3cm) dans lesquels viendront les visses qui serviront à connecter les 2 extrémités de notre boucle radiateur avec le coaxial (voir photo).

Usinage de la pièce servant à alimenter l'antenne

Il me reste un détail d'importance à régler. Ayant utilisé du tube aluminum de boom d'antenne UHF, leur section est un peu trop faible pour supporter correctement une antenne VHF de cette taille. J'utilise donc le boom de l'antenne Tonna 9 éléments dont j'ai récupéré les éléments pour renforcer mon antenne. Il est plus court d'un mètre mais c'est suffisant pour renforcer mon boom sur plus des 3/4 de sa longueur. Je le positionne au dessus du premier boom, je perce de part en part les 2 booms près de chaque élément et je visse le tout. Mon antenne est maintenant assez solide pour se tenir et supporter le vent.

Mise en place du boom de renfort

Passons aux mesures

Avant de mettre l'antenne sur un mât, je me dois de vérifier qu'elle va fonctionner correctement.

J'installe ma QUAGI sur 2 tréteaux dans la cours et je sort mon NanoVNA (petit analyseur de réseau à prix discount mais qui fait le boulot).
J'allume le NanoVNA, le paramètre pour analyser mon antenne et là, oh joie ! A la première mesure , j'ai 1.11 sur 145,600MHz de SWR !!! Autant vous dire que je ne m'y attendais pas du tout. J'ai quand même largement adapter à ma sauce les plans de l'antenne d'origine, et du premier coup, j'arrive sur un résultats quasi parfait même si l'antenne est accordée un tout petit peu haut en fréquence (un pouyeme). je décide donc de ne faire aucun réglage supplémentaire pour le moment et de monter l'antenne sur un mât de 7m pour la tester en trafiquant. 

Le premier test   est le bon !

Les premiers essais sont plus que concluants, l'antenne fonctionne à la perfection. Mois qui pensais, avoir une grosse sessions de mises au points et de réglages, à cause des changements effetués par rapport au plan d'origine, je me retrouve avec une antenne qui trafique directement en sortie d'atelier. On ne peut pas rêver mieux ! HI. 

Je confirme, la Quagi   est bien une antenne "miracle" !

Je ferai tout de même un petit ajustement la prochaine fois que je descendrai l'antenne, en donnant un petit centimètre de mou à la boucle de l'élément émetteur pour que ma fréquence d'accord soit plus basse de 500 ou 600KHz. Pour l'heure, rien de grave, la largeur de bande passante étant bonne avec cette antenne, même en étant réglée un peu haute, je garde un SWR acceptable sur 144MHz.

Et maintenant, à vous de jouer ...

A venir :

La même antenne réalisée avec un kit d'assemblage imprimé en 3D... 

de F4HTZ