Simuler un Yagi à 5 éléments de 2 m avec NEC2 avant de couper de l'aluminium

Pourquoi simuler avant de découper ?

Couper des tubes en aluminium pour un Yagi est peu coûteux. Si vous vous trompez, vous découvrez que le gain est inférieur de 1,5 dB à ce que l'on prétend dans les manuels scolaires, mais pas la reconstruction. Plus important encore, pour un travail à signal faible à 144 MHz (EME (Earth-Moon-Earth moonbounce) ou tropo scatter, une erreur de gain de 1 dB ne constitue pas un problème d'arrondissement. À une perte de trajectoire EME d'environ 252 dB, chaque dB est significatif.

Le NEC2 (Numerical Electromagnetics Code) est le simulateur d'antenne filaire de référence depuis 40 ans. Il résout l'équation intégrale de la méthode des moments (MoM) pour la distribution du courant sur les structures filaires, vous donnant des modèles en champ lointain, un gain, un rapport avant-arrière et une impédance du point d'alimentation en quelques secondes. L' [outil Antenna Sim] (/tools/antenna-sim) place NEC2 dans votre navigateur. Aucune installation de Linux n'est requise.

Le design : Yagi à 5 éléments à 145 MHz

Pourquoi 5 éléments ? Un Yagi à 3 éléments sur 2 m fournit un gain d'environ 7,5 à 8 dBd avec un ratio avant-arrière de 20 à 22 dB. C'est suffisant pour le SSB local, mais pas pour l'EME, où vous voulez obtenir chaque dB que vous pouvez obtenir avec une seule perche, et F/B est important car le bruit de sol provenant du lobe arrière augmente directement la température du bruit de votre système.

Une conception à 5 éléments bien optimisée atteint un gain d'environ 10 dBd avec un F/B de 26 à 28 dB, ce qui représente une amélioration significative de 2 dB par rapport au 3-el, soit plus que le double de votre puissance d'émission à la réception.

Entrées de simulation

Pour la course en terrain réel :

Résultats en espace libre

L'antenne étant en espace libre, NEC2 renvoie :

Une impédance de point d'alimentation de 47 + j3 Ω est essentiellement idéale pour une alimentation coaxiale directe de 50 Ω : aucun réseau correspondant n'est nécessaire. Le dipôle plié transforme naturellement la faible résistance aux rayonnements d'un élément piloté à charge parasitaire jusqu'à la plage d'impédance coaxiale.

Le gain d'espace libre obéit à la formule approximative du gain de Yagi en fonction de la longueur de la flèche :

« MATHBLOCK_0 »

Avec « MATHINLINE_1 » et « MATHINLINE_2 » à 145 MHz, cela donne « MATHINLINE_3 », une estimation approximative ; le résultat NEC2 de 10,1 dBd reflète l'optimisation plus précise de l'espacement et de la longueur des éléments.

Terre réelle contre espace libre : la surprise

Passez la simulation au sol réel (σ = 0,005, νr = 13) avec l'antenne à 6 m de hauteur (2,9 λ) et l'image change :

La réflexion au sol ajoute un gain d'environ 3 dB à de faibles angles d'altitude, exactement ce dont la tropodiffusion et les trajectoires EME ont besoin (l'altitude de la lune est généralement de 5 à 30° lorsqu'elle est accessible depuis les latitudes moyennes). Ce gain de sol est gratuit ; il suffit de placer l'antenne à la bonne hauteur. Le F/B réduit dans le cas du sol réel est dû au fait que les réflexions du sol du lobe arrière comblent partiellement le zéro, ce qui reste tout de même plus qu'acceptable.

Pour les opérateurs EME, cela signifie que le gain effectif du système est de 13,4 dBd à une altitude de 12°, et non de 10,1 dBd en espace libre. Cette différence de 3,3 dB modifie de manière significative le calcul de la marge de liaison. Utilisez le [Calculateur de budget de liaison RF] (/calculators/rf/rf-link-budget) avec EIRP sur la base du gain de pointe réel pour calculer le budget complet du trajet EME.

Comparaison entre 3-El et 5-El à cette hauteur

L'utilisation de la version à 3 éléments dans la même configuration NEC2 (flèche de 1,0 m, même diamètre d'élément) donne :

Les 5 éléments gagnent avec 2,5 dB de gain de trajectoire réel et 6 dB de F/B. Pour une seule station YAGI qui tente l'EME, le 5-el est le choix le moins judicieux ; les opérateurs EME les plus sérieux en empilent quatre ou plus.

Notes de construction pratiques sur les surfaces de simulation

L'isolation entre les éléments et la flèche est importante Le NEC2 modélise les éléments sous forme de fils continus. Si vous montez des éléments en aluminium directement sur une flèche conductrice en aluminium, vous raccourcissez le point médian de l'élément par rapport à la flèche et désaccordez le réseau. Isolez chaque élément de la flèche ou utilisez un tube en fibre de verre non conducteur, la simulation suppose que c'est ce dernier. Dégagement de l'élément entraîné. Le dipôle plié nécessite un dégagement d'environ 15 mm autour de l'espace d'alimentation. Le modèle NEC2 utilise une approximation par fil mince ; les effets du diamètre des éléments dans le monde réel sont gérés par le rapport segment-diamètre. Maintenez le rapport longueur/diamètre des segments supérieur à 4:1 dans votre modèle (l'outil vous avertit si vous ne respectez pas ce ratio). Étanchéité du point d'alimentation. La simulation vous donne 47 Ω à l'alimentation. Dans la pratique, une pénétration d'humidité de 5 à 10 mm au point d'alimentation peut entraîner une perte résistive de 2 à 5 Ω, invisible en simulation mais très visible lors de la dégradation F/B en hiver. Scellez-le correctement.

Simulez d'abord, coupez ensuite. L' [outil Antenna Sim] (/tools/antenna-sim) vous donne le résultat complet du NEC2 (gain, motif, impédance, graphique d'altitude) en moins d'une minute. C'est beaucoup moins cher qu'un boom raté.

[Simulez votre Yagi avec NEC2] (/tools/antenna-sim)