Par JP Quintin f6evt

Autrement appelés coupleur d’antenne, transformateur 1/4 d’onde ou encore diviseur de

puissance ils font partie des éléments indispensables du paysage VHF /UHF...Tout amateur ayant

un jour touché aux antennes VHF a étudié et fabriqué un couplage d’antennes. Moult réalisations

ont été publiées mais il me revient de vous en présenter les bases pour ceux qui découvriraient ce

genre de procédé. Le but étant d’alimenter des antennes de même impédance que celle du système

d’alimentation : Ici en l’occurrence 50Ω.

Transformateur simple 1/4 d’onde (bande étroite).Voici, par exemple, un coupleur 2 voies 1/4 d’onde. (A noter que ce coupleur peut fonctionner sur

3/4 d’onde.)

La ligne 1/4 d’onde fait très exactement 35.35 Ohms. Elle peut également se calculer avec cette

formule Zo1= =(RL*Zo)^0.5

Une base de calcul estdisponible sur l’excellentsite deF4FJPhttp://www.f4fjp.fr/lignes.htm A l’aide du fabuleux logicielRFSim99 il est possible desimuler cette ligned’adaptation et en mesurersa bande passantethéorique : à -25dB deReturn loss (VSWR 1.12) labande passante est de 260MHz pour une utilisation à1296 MHz.

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie I

Diviseur de puissance large bande

Transformateur multi 1/4 d’onde (bande large). J’ai acheté sur le web un coupleur Andrew 2 voies (NOS) marqué :« High Power Splitter 800-2500

MHz » ! J’ai pris le risque de l’acheter et de le démonter.

Il s’agit d’une suite de lignes 1/4 d’onde de différentsdiamètres et donc d’impédances différentes. J’ai relevéle diamètre de chaque ligne, ainsi que celui du tube etenfin de compte de calculer les impédancesrespectives. J’en ai déduit les impédancesapproximatives suivantes. 46Ω, 38Ω, 32Ω, 26Ω.Chaque ligne 1/4 d’onde mesurant chacune 42.5cm onpeut en déduire une fréquence centrale d’environ1760MHz. La simulation est effectuée à l’aide dulogiciel RFSim99.

Les mesures effectuées au VNA sont très proches du résultat théorique.

Calcul des lignesTrès peu de littérature sur le sujet ; cependant 2 sites ont retenu mon attention.http://www.eit.lth.se/fileadmin/eit/courses/etin50/Lectures/ETIN50_L04_BW.pdf page 5et en particulier :https://www.microwaves101.com/encyclopedias/quarter-wave-transformers

Solution de calcul des transformateurs à multiple sections pour un résultat le plus plat possible.https://www.microwaves101.com/encyclopedias/maximally-flat-impedance-transformers Voici un extrait des formules de calcul des lignes N2,N3, N4...N8

https://www.microwaves101.com/encyclopedias/quarter-wave-transformers

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie III

Dans le domaine amateur les coupleurs très large bande à plus de 2 sections ne sont pas nécessaires nous en resterons donc à un calcul à 2 sections.Soit un coupleur centré sur 1296 MHz 2*Lignes 1/4 d’onde L= 0.0580m.

Calcul de Zo1 & Zo2le symbole ^ exprime une puissanceZo1= (50^0.75)*(25^0.25) = 18.8*2.24 = 42ΩZo2= (50^0.25)*(25^0.75) = 2.66*11.18 = 30Ωle symbole ^ exprime une puissance

Pour un tube de cuivre de diamètre(D) 20mm interne : Zo1 sera un tube de cuivre de 10mm ext (d) ; Zo1 est alors de 41.59Ω Zo2 sera un tube de cuivre de 12mm ext (d) ; Zo2 est alors de 30.65Ω

Simulation avec RFSim99

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie IV

La bande passante est alors de 840 MHz contre les 260 MHz d’un transformateur simple 1/4 d’onde !

Autre solution de calculMicrowave 101 propose une feuille de calcul au format Xls que vous pouvez retrouver ici ou sur www.f6evt.fr (adaptateur multi quart d’onde).

Il suffit de sélectionner dans la zone bleutée l’impédance du système (input), l’impédancede charge RL (output), le nombre de section quart d’onde, fréquence max & minimum dutransformateur et enfin pour la courbe jointe la freq. mini & maxi du graphique.

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie V

Transformateur 2 sections de 1/4 d’onde 4 voies

Utilisons de la feuille de calcul ci dessus

Les 2 lignes serons donc de Zo1=35.35Ω & Zo2=17.68Ω (coupleur 4 voies 12.5 Ω)

Pour un tube rond de Diamètre interne (D) de 20mm Zo1 Diam=11mm (d) Zo2= Diam 15mm (d)

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie VI

Transformateur 3 sections de 1/4 d’onde 4 Voies

Le calcul des lignes est effectué de la même manière que précédemment grâce aux feuilles de calcul.

La bande passante est de 735 MHz à -25 dB de return loss. La fréquence centrale est de 1294 MHz.

Nous allons maintenant réaliser un coupleur 144 MHz large bande 2 voies qui pourra s’utiliser sur 432 et 1200 MHz.

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie VII

Coupleur 144, 432 1296 MHz Large bande 2 voies

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie VIII

Simulation d’un coupleur 2 voies 144 MHz avec RFSim 99

Bande passant96 MHz fréquence centrale 145 MHz.

Bande passante 97 MHz fréquence centrale 437 MHz.

Bande passante 96 MHz fréquence centrale 1310 MHz.

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie IX

Réalisation & Mesure d’adaptation du coupleur 2 voi es pour 144, 432 & 1296 MHz

Passons maintenant au juge de paix ; la mesure au VNA du coupleur « home made ».Je suis donc passé à la réalisation du coupleur tel le schéma proposé. Le matériel nécessaire est disponible au rayon plomberie de tout magasin de bricolage qui se respecte. (tube de cuivre 10, 12 & 22 mm). Les fiches N femelles sont du type « à sertir » dont on coupe la partie du sertissage à l’épaisseur du tube de 20mm soit 1mm pour la partie 25 Ω et 4mm à la partie inférieure 50 Ω. Les prises N sont ensuite soudées à l’étain au chalumeau bleuet et pâte décapante.Une rondelle de téflon ou époxy est indispensablepour un bon maintien des tubes internes surtout en cas de vibration.

Un petit coup de peinture avec sous-couche pour un meilleur accrochage est du plus bel effet !

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Mesures à 144 MHz

Les premières mesures sont trèsencourageantes. Elles dépassent même lessimulations effectuées avec le logicielRFSim99. Voici les comparaisons entremesure réelle et simulation.

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie X

Mesure RL du coupleur 2 voies 144 MHz au VNA Simulation avec RFSim99

Mesure VSWR du coupleur 2 voies 144 MHz au VNA

Mesures à 432 MHz

Mesure RL du coupleur 2 voies 432 MHz au VNA Simulation avec RFSim99

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie XI

Mesure VSWR du coupleur 2 voies 432 MHz au VNA

Mesures à 1296 MHz

Mesure RL du coupleur 2 voies 1296 MHz au VNA Simulation avec RFSim99

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie XII

Mesure VSWR du coupleur 2 voies 1296 MHz au VNA

Pour des applications extra amateurs, comme pour la bande dite« FM » 88-108 MHz il estvraiment intéressant d’utiliser un tel coupleur à bande passante élargie. Une bandepassante à -25dB de 67-133 MHz est envisageable.A vous de jouer !

Bonnes réalisations !

Fait à Villecresnes le 02/03/2017

Coupleurs d’antennes à bande passante élargie XIII