Réalisation d'une parabole géodésique de 90cm
J'ai décidé de réaliser un prototype pour juger de moi-même si toutes les promesses étaient atteintes et de quelles façons pour un bricoleur moyen comme moi. Je suis partit sur la description de JA6XKQ. Elle ne fait que 90cm de diamètre mais si les résultats sont concluants, elle aura droit à une grande soeur de 2m!
En plus 90cm c'est tout à fait suffisant pour viser des applications comme le trafic tropo jusqu'à 5.7GHz car le gain est suffisant et l'angle d'ouverture pas encore trop étroit, et ça tient dans la voiture! Un petit faisceau haut débit sur 2.4GHz ou 5.7GHz peut très bien être imaginé en utilisant une telle parabole des deux cotés. Enfin pour une application satellite style AO-51 et plus tard P3E c'est tout à fait suffisant. La grande soeur servira plutôt pour de l'EME, de la radioastronomie et ... P5A !
La parabole prototype a les caractéristiques suivantes:
- diamètre : 90cm
- f/d : 0.35
Ce f/d convient bien à une source de type patch.
Les matériaux utilisés pour le réflecteur:
- 9 lattes en aluminium de 15mm de large, 1m de long et 2mm d'épaisseur
- 3 lattes en aluminium de 10mm de large, 1m de long et 2mm d'épaisseur
- vis et écrous en inox en quantité suffisante, (ou rivets)
Pour le grillage il s'agit d'une moustiquaire en alu.
Pour tenir la base de la parabole : une écuelle pour chien (!) en inox de 20cm de diamètre et deux brides de fixation pour mat tubulaire.
Pour les bras supports de la source, un profilé carré ou en U de 2m de long.
Tout ce matériel se trouve sans difficulté dans les magasins de bricolages (sauf peut être pour la moustiquaire en alu)
Après ... 2H de travail, voici les quelques photos du premier prototype.
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La rigidité de la structure obtenue est satisfaisante. Comme toute la structure est en alu, une certaine élasticité en résulte mais cependant la répartition de la déformation et la propagation des vibrations se fait de façon homogène. Cela est du à la nature géodésique de la structure qui tend naturellement à répartir de façon homogène les contraintes au lieu de les accumuler localement. Cela se comprend aisément à cause de la structure maillée ou chaque noeud fait converger trois directions différentes ainsi un effort local en un noeud se trouve communiqué aux 6 noeuds voisins. Ce n'est pas le cas pour les autres designs de paraboles.
Enfin une telle structure n'a pas besoin de renforts supplémentaires pour s'auto porter, c'est à dire supporter son propre poids. C'est bien pour cela que des dômes de surfaces importantes sont réalisés selon le principe géodésique. La parabole prototype est ici trop petite et donc trop légère pour que cette propriété puisse être appréciée. Elle le deviendrait pour des paraboles de diamètres plus conséquents de plusieurs mètres.
La pose du grillage viendra renforcer la rigidité de l'ensemble. Cependant n'oublions pas que le grillage n'est pas destiné
à cela puisque c'est bien lui qui doit bénéficier d'une structure rigide pour y prendre appui et dessiner la surface de la parabole (avec le moins de plis possible!). Le grillage doit être le plus souple possible pour pouvoir naturellement épouser la forme parabolique sans onduler et sans être à l'origine de forces élastiques qui viendrait dégrader la précision de surface.
Précision de surface obtenue sur la structure maillée
Une telle structure, nous l'avons vu, a la propriété intéressante de répartir de façon plus homogène les erreurs de surface.
Les chiffres suivants sont ceux obtenus en mesurant une structure non grillagée et selon une des trois lattes passant par le sommet du paraboloïde.
distance du centre (cm) 45,00 41,25 37,50 33,75 30,00 26,25 22,50 18,75 15,00 11,25 7,50 3,75 0,00 hauteur théorique (cm) 16,60 13,95 11,53 9,34 7,38 5,65 4,15 2,88 1,84 1,04 0,46 0,12 0,00 mesure prototype (cm) 16,6 14,1 11,9 9,7 7,6 5,8 4,5 3 2 1 0,4 0 0
Erreur (mm) 0,0 -1,5 -3,7 -3,6 -2,2 -1,5 -3,5 -1,2 -1,6 0,4 0,6 1,2 0,0
Erreur moyenne (mm) Erreur écart-type (mm) max (mm) min (mm) -1,3 1,7 1,2 -3,7 Lambda/20 -> fréquence max 9,0 GHz
Profil de l'erreur et de la courbure (rouge) par rapport à une parabole parfaite(noir).
Comme nous pouvons le voir, la précision de surface obtenue est excellente.
Des mesures complémentaires montrent qu'après pose du grillage la précision n'est pas dégradée.
Pose du grillage
L'étape suivante (et souvent la plus pénible !) consiste à poser le grillage sur la structure géodésique.
Le grillage utilisé pour le prototype est de la moustiquaire en alu, facile à trouver (normalement) dans les grands magasins de bricolage. Ces principales qualités sont sa souplesse et sa capacité légèrement élastique.
Le grillage est posé à l'arrière et repose sur les lattes.
Pour grillager correctement le réflecteur, il faut décomposer la surface par secteurs. La figure suivante illustre la décomposition de la surface de grillage et les détails sur la fixation du grillage.
Pour attacher les bords d'un secteur à un autre, j'ai utilisé de la colle chaude au pistolet. L'intérêt de cette méthode vient que la colle, étant liquide lorsqu'elle est chaude (attention aux doigts, ça chauffe!) imprègne bien les mailles du grillage. Quelques secondes après, lorsqu'elle refroidit, elle se durcit et les deux grillages des deux secteurs sont alors parfaitement bien attachés.
Commencer par le secteur 1 en repliant les bords du grillage sur les lattes en tendant bien le grillage.
Ensuite, continuer avec le secteur 2 : coller le grillage sur le bord avec la colle puis étirer pour couvrir le secteur et replier le grillage sur les lattes des 3 autres bords.
Recommencer avec le secteur 3. La technique est la même : coller un bord avec le secteur 2, étirer, coller l'autre bord avec le secteur 1, étirer et replier les deux autres bords du secteur sur les lattes.
Idem ensuite avec les secteurs 4, 5 et 6.
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Une fois le travail de pose du grillage terminé, découper les bouts de grillage qui dépassent à l'aide d'une petite paire de ciseaux.
Terminer la fixation aux lattes avec du fil fin.
Fixation arrière
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Des petites calles sont disposées à chaque point de fixation entre l'écuelle et les lattes afin de compenser l'effet d'épaisseur des lattes.
La fixation de l'écuelle ne doit pas déformer les lattes. Ainsi les écrous ne sont pas vissés à fond mais juste suffisamment pour que les calles reposent bien sur le bord de l'écuelle. De la colle chaude est ensuite appliquée pour assurer la rigidité de chaque fixation.
Fixation de la source
La source utilisée est une source patch (diélectrique air). Les photos suivantes montrent les détails.
 Vu de derrière la source. Le convertisseur est fixé directement sur la prise N male. |
Détail de la source patch. Les biseaux sur les cotés du patch procurent une polarisation circulaire gauche. Ainsi la parabole reçoit en polarisation circulaire droite (attention à l'inversion du sens de la polarisation liée à la réflection de l'onde sur le réflecteur !). |
A remarquer que le trépieds de fixation de la source contribue de façon non négligeable à la rigidité de l'ensemble du réflecteur.
La source
Une description simple d'antenne patch à polarisation circulaire de K3TZ est disponible sur la page de ON6SAT.
A voir aussi une source patch circulaire bi-bande 23cm/13cm pour le trafic satellite sur le site de K5OE.
Résultat final
Elle est pas belle ma parabole géodésique??
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 Stand AMSAT-F - Salon de CJ 2005 |
Article publié pour la réalisation (avec les cotes)
La description complète en français avec les cotes a été publiée dans le journal de l'AMSAT-France de Juin 2005.
Parabole à structure géodésique pour le trafic satellite
La dernière mise à jour de cette page date du mardi 15 décembre 2015