Antenna bike - Loop bike

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Je vous propose ici le détail de la construction de la nouvelle antenne qui replacera a court terme l’ancienne utilisée par ma station Blitzortung.
Effectivement, l’ancienne, quoique jolie sur la photo et reprise a plusieurs fois dans la documentation de Blitzortung n’est plus dans cet état.

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Le chat, le temps passé a l’extérieur et un déménagement ont eu raison d’elle. Malgré tout, c’est encore cette antenne qui réceptionnait jusqu’a aujourd’hui les signaux.

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Afin de finaliser mon projet AGC de la station Blitzortung, il me fallait une antenne résonnant sur une fréquence naturelle plus basse, ayant un encombrement moindre, un gain un peu plus élevé, une ossature plus résistante et un écran électrostatique.

Je vais donc développer, point par point, les détails de la nouvelle antenne.

Résolution : Ossature résistante – Ecran électrostatique

Refaire une antenne, en utilisant des tubes en cuivre, est un travail long et fastidieux.
Ne fut-ce que le fait de faire passer plusieurs boucles dans un circuit fermé est une entreprise a s’arracher les cheveux, a en perdre patience ou, si on ne s’accroche pas, de tout envoyer valdinguer a la décheterie…
Sans parler des pieces en nylon tournées pour accueillir ce petit monde (ce qui peut etre un frein pour celui qui veut la meme chose, mais qui n’est pas équipé).
Une idée séduisante qui a déterminé mon choix a été présentée sur le site de VLF.IT, the ‘bikeloop’.
Une roue de vélo est donc idéale pour la construction d’une nouvelle antenne ; il faut juste veiller a ouvrir celle-ci afin de ne pas en faire une cage de faraday.

Résolution : Gain – Fréquence naturelle – encombrement.

Apres avoir acheté 2 jantes dépourvues de rayons et de pneus, d’un diametre sans importance (la tete du vendeur !!!) me voila avec 2 beaux hula-hoop de 22’’, soit 56 cm de diametre… et maintenant les calculs (réalisés avec ‘rjloop3’).

Je prends comme référence l’ancienne antenne qui me donne les résultats suivants :
Données : Diametre 92cm / nombre de spires 8 / surface totale 5.31 m^2
Résultats : Facteur Q 27 / Gain -116dB / Fréq. de résonnance naturelle 1.1MHz

Avec le nouveau diametre et espérer un gain double, il faut s’attendre au pire… et c’est le cas.
Données : Diametre 56cm
Résultats : Facteur Q 100 / Gain -113dB / Fréq. de résonnance naturelle 0.6MHz et… 85 spires !!!

Ok, 85 spires me semble difficile a faire tenir sur la jante… on verra bien lors du bobinage jusqu’ou je peux aller et voir par la suite ce que cela donne. Je n’utiliserai pas de fils émaillés mais du simple fil gainé.

Réalisation :

Voici donc l’objet en question, une belle jante en alu toute neuve de 56 cm de diametre.

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Le hic est qu’il ne s’agit pas d’un simple profilé en U courbé pour former une roue, mais d’un profilé bien plus élaboré par le constructeur pour une question de solidité. Il y a donc de l’espace a récupérer pour espérer faire tenir un maximum de spires sur la jante.
Voici la coupe de la jante, on comprend mieux l’espace utilisable.

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Seulement voila, a part les trous prévus pour les rayons, il n’y a pas d’acces a cette cavité pour y déposer les spires… un coup de disqueuse tout le long de la circonférence fera l’affaire.
D’ébavurer l’extérieur et l’intérieur est bien entendu a faire sous peine de voir la gaine de protection du fil s’abimer au fil du temps avec les dilatations dues aux températures fluctuantes et risquer de changer les caractéristiques de l’antenne.

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Comme signalé plus haut, il faut a présent ouvrir l’anneau afin d’éviter d’en faire une cage de faraday. Pour ce faire, j’ai donné un petit coup de scie au niveau de la soudure de la jante.

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Une fois coupé, on se rend compte du procédé de fabrication des roues de vélo (vu sur National Geographic). Les profilés sont généralement enroulés au bon diametre mais disposés en une longue spirale. Apres la découpe de la jante, les deux bouts ne sont plus en vis-a-vis.

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Il faut absolument mettre les deux bouts en vis-a-vis avant de bobiner le câble. Pour se faire, j’ai vite bricolé ce petit objet. Trois morceaux de bois, deux vis et le tour est joué.

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Par serrage naturel, cela donne ceci.
Et tant qu’a faire, un petit trou au centre de la piece permettra de faire passer le câble lors du bobinage.

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Il reste néanmoins l’écart des 2 bouts a fixer. Effectivement, lors du bobinage du câble, la tension des spires autour de la jante - maintenant ouverte - risque de se refermer. Le risque si on n’y prend pas garde, est de se retrouver avec une cage de faraday s’ils venaient a se toucher.
Pour ce faire, un autre petit outil a été réalisé pour empecher cela et, par la meme occasion, le bobinage sera bien plus facile avec un trou au centre qui deviendra l’axe de rotation lors du bobinage.

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La jante lorsqu’elle est coupée, présente une ouverture de +/- 2cm ; subsiste un effet ressort lorsque celle-ci était soudée en usine.
J’ai opté pour 39mm. Cette ouverture permettra donc un effet ressort inversé par la suite. Le réglage de cette ouverture est réalisé en pinçant la jante avec la bonne dose.
Il faudra de temps en temps vérifier si cet écart est toujours constant au court du bobinage, question de bien doser également la tension du câble.

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Voila, tout est pret pour bobiner l’antenne. Comme indiqué ci-avant, je fais passer le début de la spire dans le trou, laisse une bonne longueur, car une fois l’antenne bobinée, ce sera difficile de récupérer le câble s’il venait a etre trop court.

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Apres avoir bobiné l’antenne, il y a lieu de retirer la piece de mise en axe.
Faire passer la premiere spire vers l’extérieur et fixer avec l’autre bout du câble via un petit colier de serrage.

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Maintenant, il serait suicidaire de relâcher la piece de fixation sous risque que l’effet ressort inversé détende la jante et détende également les câbles… ce serait une catastrophe !!!
Il faut maintenant consolider cette partie de l’antenne et profiter de l’effet ressort inversé avec un matériau isolant et maniable.
J’utilise pour cela de la fibre de verre utilisée en carrosserie, c’est maniable et solide en peu de temps.

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Une bonne couche tout a l’entour de la partie ouverte de la jante.
J’en profite pour recentrer les 2 bouts de jante entre eux en utilisant le petit outil a cet effet.
Une petite feuille de plastic protegera l’outil et il sera plus aisé a retirer des que la fibre se sera solidifiée.

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Apres une petite demi-heure, la fibre est refroidie et solidifiée.
Afin d’avoir une piece esthétique, une lime et du papier de verre feront parfaitement l’affaire.
Attention toutefois, lorsque la fibre de verre est solidifiée, sa poussiere risque d’etre irritante et l’utilisation de gants est vivement conseillée.

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Et voici la premiere antenne terminée.
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Théorie de cette nouvelle antenne.

Toujours avec le meme soft, un rapide calcul me donne les résultats suivants :
Données : Diametre 56cm / Nombre de spires 45
Résultats : Facteur Q 75 / Gain -116dB / Fréq. de résonnance naturelle 0.9MHz

Donc, étant donné que je me suis limité a 45 spires en lieu et place des 85 espérées, au final, seul le facteur Q et la fréquence de résonnance ont été améliorés.
Reste a voir sur le terrain ce que donnera cette nouvelle antenne !

Résultat sur le terrain.

Afin de comparer l’ancienne antenne et la nouvelle, j’ai utilisé une boucle de l’ancienne, orientée dans la meme direction que la nouvelle et ajusté les phases afin qu’elles soient identiques.

Bizarrement, la nouvelle, en rouge, donne un gain double ! Donc 3 dB en plus.

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Apres avoir réalisé l’autre partie de l’antenne, a savoir l’exacte réplique, voici le résultat obtenu, toujours orientée dans meme direction et meme phase.

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Il semble qu’une d’elles apporte un peu plus de gain que l’autre… aurai-je oublié de compter une spire ou deux ? Il y a certainement aussi une dissymétrie mécanique causée par la technique de fabrication… disons… artisanale.

Quoi qu’il est soit… la théorie comparée a la pratique est finalement qu’une vague approche.
Le gain est double, et qui plus est, la fréquence de résonnance naturelle de l’antenne est voisine de 350KHZ… mieux qu’espéré !

L’antenne ne sera pas orthogonale comme l’ancienne. Une réalisation orthogonale demande plus de temps et n’est absolument pas nécessaire.
J’ai choisi pour une implantation en T… mais ceci est une autre histoire.

Je continuerai ce post plus tard… a savoir, la réalisation finale.

Antennement vôtre,

Daniel