Couplage d' antennes ( Stacking )

L'augmentation du gain qui résulte du couplage de deux Yagis approche la limite de 3dB. Nous verrons que cette limite est optimiste dans la pratique. Néanmoins, c'est théoriquement possible. Par contre, si on veut augmenter le gain d' une yagi de 3 db , il faudrait doubler la longueur de l'antenne. Si on considère une Yagi ( pour 2M ) avec 13 éléments sur 6 mètres de longueur, on obtient un gain de 12.74dBd. Il faut que ce soit un modèle qui n' a presque pas de lobes latéraux par rapport au lobe principal. La même Yagi allongée de six mètres (après avoir ajouté des éléments au besoin et soumis le tout  à de l'optimisation,) devrait donner un gain de 15.55dBd ce qui n'est pas tout à fait une augmentation 3dB au-dessus de l'original mais très près, soit 2.81dB  Il ne serait pas très intéressant  d' installer une antenne de 12 mètres qui tournerait au dessus de l'arrière-cour du voisin ?.Je préfère installer 2 yagis en couplage qui me donneraient le même gain.                                              

C' est à vous de décider.                             VE2ZTT

La distance entre 2 antennes identiques dépend de la longueur du longeron (boom)  et de l'ouverture de l'angle que  l'on veut obtenir. Si on ne connaît pas cet angle, en peut considérer une distance équivalente au 2/3 de la longueur du longeron (boom) .Pour avoir un faisceau avant maximum, on doit appliquer la formule : 

                      DISTANCE= 0.82 x LONGUEUR D' ONDE / 2 x SIN  angle d'ouverture/2)).

   *Les angles sont en degrés et la longueur d'onde en mètre

 Il y a des circonstances où cette distance peut varier comme pour des transmission  E.M.E. (earth moon earth) où les lobes de coté doivent disparaître afin d'éliminer les  interférences locales. Ceci va diminuer un peu le gain du lobe avant,  mais on aura  moins de bruits. La distance recommandée est de 20-25% de moins.

* Ces mesures sont applicables aux 3 sortes de polarisations

Formule simple pour le couplage de yagis

( Basée sur mes expériences personnelles et celles des autres )

Quand deux (2) antennes  Yagi sont placées à une distance de couplage optimale, elles ont habituellement les caractéristiques suivantes :

-Le gain augmente d'environ de  2.75 - 2.9 db au-dessus d' une seule antenne .
-La largeur du faisceau dans le plan du couplage est approximativement une demie de la largeur du faisceau de l'antenne originale alors que l'autre plan n'est pas affecté.
-Les  premiers lobes de coté sont en général de 13-14 db au-dessous du lobe principal dans le plan de                du couplage.

Après plusieurs années d'essais et d'erreurs, je vous propose une formule très simple pour calculer la distance de  couplage optimale pour 2 antennes  Yagi, à savoir:  D = 51/LF où D est l'espacement de centre en centre des antennes en longueurs d'onde et LF est la largeur du faisceau de chaque antenne dans le plan du couplage.

Prenons comme exemple une yagi de 10 éléments à  915 mhz. Le gain de cette antenne est de 14.15 dbi et la largeurs du faisceau est de 35 degrés.

En supposant que les deux Yagis sont couplées côte à côte ou dans le plan E. ( Pour des besoins de compréhension il n'est pas important si les antennes sont montées verticalement ou horizontalement.

En utilisant la formule : D = 51/LF on a donc D = 51/35 d' ou  D = 1.457  longueur d' onde. Une longueur d'onde à 915 mégahertz mesure approximativement 33 cm , donc 33 X 1.457 (longueurs d'onde) ou approximativement 48.2cm, étant la distance optimale de couplage pour ces 2 yagis.

Ainsi, le gain pour ces 2 yagis  montées côte à côte ( ou une au dessus de l' autre) et espacées de 48.2 cm centre en centre sera de 16.9  dBi, une augmentation  2.75 db au-dessus d'une seule Yagi. La largeur du faisceau dans le plan du couplage est de 17 degrés, soit approximativement un demie de la valeur originale pour une seule antenne.

Maintenant voyons ce qui se produit si nous réduisons cette distance à une longueur d'onde ( 33cm ) ou si les antennes sont couplées trop étroitement . Le rayonnement est tout à fait propre mais le gain n'est que de  16.07 ou seulement 1.92 db . La largeur du faisceau sera de 22 degrés au lieu de 17 degrés ( donc moins performantes) 
 
A l'opposée, si on augmente la distance de couplage à 61cm au lieu de 48.2cm le gain est 17.16, une amélioration de gain de 3 db ( pas  mauvais ) mais les lobes latéraux augmentent de 9.0 db et la largeur du faisceau a diminué à seulement 14 degrés ! À cette distance de couplage , la largeur du faisceau  sera très étroite et difficile à viser tandis qu'il y aura collecte de tout ce que vous ne voulez pas, par les grands lobes de coté.

Par ces trois exemples, on peut voir que la formule simple montrée ci-dessus permet de  déterminer rapidement la distance optimale pour coupler 2 ou plusieurs Yagis mais il faut connaître  la largeur du faisceau . La plupart des fabricants d'antenne  incluent la largeur de faisceau dans leurs fiches techniques.

* Pour connaître la largeur du faisceau de votre yagi  il suffit de donner la description  et les mesures de votre        antenne sur un groupe de discussion radio amateur et il y aura toujours quelqu'un pour vous aider.

D = 51 / LF

Lobe  -3dB (degré)      Distance (mm)  

 

* On peut aussi confirmer avec la charte suivante qui, bien qu' elle date de plusieurs années,

                                reflète des décennies d' expériences en couplage

 

 

      

                                                                                   

 

                                       Harnais :

Lorsqu'on parle ici de multiple de1/4(quart) de longueurs d'onde on veut indiquer qu'un câble coaxial lorsque coupé à la longueur électrique équivalente à 1/4 de la longueur de l'onde sur laquelle on travaille, devient un transformateur d'impédance extraordinaire. Consulter sur   ce site Longueur électrique . Pour évaluer une longueur de câble nous parlerons donc  de multiples impairs de 1/4 longueur d'onde En considérant que nos 2 antennes sont bien ajustées (T.O.S  @ 1.1, 1.2) et que nous connaissons la distance entre les 2 antennes, il nous faut mesurer  la longueur de câble coaxial en "A" et en"B" pour déterminer la longueur de câble qu'il nous faut pour rejoindre les 2 gamma aux connecteurs en "T".

Il est crucial que les lignes d' alimentations A et B soient parfaitement identiques et coupées à partir d' une longueur du même câble coaxial (75 ohm )

                  

 Les câbles "A" et "B" seront des câble coaxial de 75 ohm ( i.e du RG 11.) La longueur de ces câbles sera évaluées en multiples  impairs de 1/4 d'onde à la valeur qui sera la plus près de la longueur que nous avons déterminée pour nos besoins .Ce sera donc une valeur de3,5,7,9...quarts de longueur d'onde. Pour déterminer la valeur de 1/4 longueur d'onde on prend la formule suivante: 1/4 de longueur d'onde =245.9xV.F                                                                                                                                  Fréquence     
  1- 1/4 de long. d' onde (en pied )

  2-  245.9 = constante

  3-  V.F  = Facteur de vélocité (  généralement .66 )

  4-  freq. en mhz

  5-  multiplier la réponse par .3048 pour avoir des mètres.

  6-  exemple:

                 245.9    x  .66     =1.111 x .3048  =.3386m

                 146 mhz

   7-  si on a calculé que la longueur nécessaire pour relier le gamma match

        au connecteur en '  T ' est de 2 mètres, alors , on divise 2 mètres par 

        (1/4 de long. d'onde) soit  .3386 = 5.906 quart de longueur de long. 

        d'onde.

        Puisqu ' il ne faut considérer que des multiples impairs de longueur d'onde

        on choisira donc 7/4 de long d' onde.

  8 - Il faut absolument que les longueur "A" et "B" soient parfaitement identiques.