Pointage d'antenne
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par Michel Vonlanthen HB9AFO

 

Principe de base

 

En hyperfréquences, en 10 GHz par exemple, le pointage de l'antenne doit être précis sous peine de ne pas trouver son correspondant. Cela prend une importance capitale en DATV (TV numérique) car l'image reçue est soit parfaite, soit on ne reçoit rien, il n'y a pas de niveau intermédiaire comme en TV analogique. L'acquisition d'un signal est donc difficile car il faut être sur la bonne fréquence, et ensuite diriger l'antenne dans la bonne direction.

 

Le pointage peut se faire au moyen d'une boussole, mais d'une part ce n'est pas précis (Il faut l'être à quelques degrés-près en 10 GHz) et ensuite cela vient vite fastidieux s'il faut ensuite passer d'un correspondant à un autre. Une rose des vents est alors l'idéal car il suffit de la caler sur une référence au départ, et ensuite toutes les directions seront justes. Voilà le petit dispositif que j'ai construit suite à mes expériences de trafic en Corse en  dans le cadre de la "Grande  bleue 2013".

 

Pour le portable, je dispose d'un mât des surplus militaires fait se segments enfichables d'un diamètre de 40 mm. J'utilise un trépied normalement utilisé pour soutenir un baffle de sonorisation. L'avantage est qu'il est léger et vite déployé. Je l'ai prolongé par un tube d'alu dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de mon mât ce qui me permet de l'enficher sur le trépied.

 

Une équerre fait la liaison entre le trépied et le mât, Sa partie inférieure est bloquée sur le tube du trépied et sa partie supérieure serre le mât lorsqu'il est positionné dans la bonne direction. Il suffit pour cela de visser les 2 boutons de la mâchoire supérieure.

 

La partie supérieur de l'équerre supporte également la partie fixe de la rose des vents, graduée en 360 degrés. Un manchon en aluminium usiné au tour est solidaire du mât tournant et peut se bloquer dans n'importe-quelle direction au moyen d'un bouton M6. Pour caler la rose des vents sur une direction connue, que ce soit avec une boussole ou sur un point géographique dont on connaît la direction (ou autre système que nous verrons plus loin), il suffit de diriger l'antenne dans la direction connue

 

Pour caler la rose des vents sur une direction connue, 115 degrés sur l'exemple de la photo, il suffit de diriger l'antenne dans cette direction et ensuite de mettre la flèche sur l'angle calculé (ici 115 degrés) et de bloquer la flèche au moyen de son bouton de serrage.

 

Par la suite, toutes les directions seront justes puisque la rose des vents aura été alignée sur une direction connue au départ, donc précisément référencée. Il suffira simplement de tourner l'antenne de l'angle désiré lu sur la rose des vents.

 

A noter une des caractéristiques de ma station portable: tous les écrous ont été remplacés par des boutons-écrous, M6 en général. L'avantage est qu'il n'y a pas besoin de sortir une clé anglaise pour visser ou dévisser un écrou et surtout qu'il n'y a plus besoin de chercher l'écrou perdu dans l'herbe ! Ca n'a l'air de rien, mais c'est ce genre de détail qui fait tout le confort du trafic en portable et qui permet de réagir très rapidement à toutes les situations. Actuellement, je peux déployer mon système 10 GHz en 3 minutes après sa sortie du coffre de la voiture.

 

 

Fabrication de la rose des vents (un jour de travail, emplettes non comprises)

 

  • J'ai récupéré un des fichiers PDF d'une rosace sur le site du CHeF (http://f1chf.free.fr/bidouill.htm  ligne 33) et je l'ai transformé en photo JPG afin de pouvoir la modifier. Ensuite j'ai enlevé tout le superflu, notamment les trous de perçage, au moyen du logiciel Paintshop Pro.
     

  • Ensuite j'ai déposé la photo sur une page vierge de Word afin de pouvoir la dimensionner précisément, ce qui est facile lorsqu'on fait apparaître la règle horizontale graduée en centimètres. J'ai imprimé cette page sur une imprimante à jet d'encre.
     

  • Auparavant j'avais réalisé la couronne d'alu au moyen de deux scie-cloches Bosch, une de 102 mm pour la découpe du disque et une de 40 mm pour le trou central. Ces outils sont chers (Chez Debrunner à Renens environ 80 Euros le tout, outil de perçage compris) mais, en les achetant, j'ai pensé qu'ils me serviraient pendant longtemps. J'ai cependant été déçu par l'état de surface obtenu: le bord de la découpe n'est pas propre et j'ai dû le finir à la lime afin qu'il soit présentable. Mais au moins j'ai obtenu ma couronne en un temps record car c'est une opération difficile de découper un disque circulaire dans une plaque d'aluminium.
     

  • Finalement, j'ai découpé aux ciseaux (et le centre au scalpel) la page A4 où j'avais imprimé la rosace afin d'obtenir la couronne en papier, que j'ai collé ensuite sur la couronne d'alu au moyen de 4 collants pour photos (plus facile qu'une simple colle pour un centrage exact). Pour terminer, j'ai collé une mince feuille de plastic autocollante (genre fourre pour livre) sur la rosace afin de la rendre moins sensible à la pluie.
     

  • Dans le futur, il est possible que je fasse sérigraphier une rosace sur un film d'alu autocollant, ou que je le fasse moi-même si je trouve comment faire. Le but étant d'obtenir une rose des vents plus résistante et mieux finie mécaniquement parlant. Mais la solution "papier" me convient pour le moment, et je me dis que si elle est un jour abîmée, je n'aurai qu'à en imprimer une nouvelle ce qui ne pose aucun problème.

 

 

 

Premiers essais

 

Voilà les premières réceptions DATV faite avec ce nouveau système de pointage:

 


HB9IBC-1 La Dôle (DATV sur 10.390 MHz) depuis les hauts de
Bussigny


Balise 1200 MHz HB9EME et HB9G (voir la vidéo)
 

Relais HB9TV-3 à Bullet
(DATV sur 10.230 MHz) depuis
le village de Bettens

 

La station de réception: RX DVB-S SL65/12, convertisseur SUP-2400 et monitor couleur pour la DATV. Récepteur-scanner AR3000 tous modes pour la SSB-CW-FM jusqu'à 2000 MHz. Les deux sont couplés par un splitter TV-sat et le LNB est alimenté par un T-bias.

 

 


PLL-LNB Avenger pour le 10 GHz

Antenne Flexa 1200 MHz et préampli DB6NT

 

 

Quelle précision de pointage faut-il ?

 

 

J'ai pris la photo ci-dessus lors de la réception du relais ATV HB9IBC-1 situé à la Barillette. On voit ce point sur la ligne du Jura, à l'horizon que fixe l'antenne. Il set trouve à environ une quarantaine de kilomètres à vol d'oiseau. Je pouvais recevoir sa mire avec un décalage d'au maximum 5 degrés de part et d'autre de la direction idéale. Cela fait 10 degrés ce qui n'est pas énorme compte tenu de la distance et du manque d'obstacle. Voilà pourquoi il faut un système de pointage idéalement à un degré près.

 

 

 

Trois logiciels sont utiles pour cette opération:

  • Pour déterminer les QTH locators si on ne les connais pas avec le soft de F6FVY
    http://f6fvy.free.fr/qthLocator/fullScreen.php
    Il suffit de cliquer sur sa carte Google Maps pour obtenir les coordonnées et le locator. Mais il faut être connecté à Internet, donc le faire avant de partir en portable ou alors le demander par radio à un correspondant.
     

  • Pour calculer l'azimuth et la distance au moyen du petit soft de PA3ERB à installer sur un notebook:
    Il s'appelle QRBAZIPR.EXE et il est téléchargeable ici
     

  • Pour obtenir le profil entre les deux stations avec l'application Google Maps de OK2FUG.
    Attention, GM ne tient pas compte de la rotondité de la Terre.

    Comme le dit Dom F6DRO: "si j'avais  renoncé à faire un QSO à cause d'un profit négatif, je n'aurais jamais rien fait". Par contre, un tel profil peut être utile après un QSO manqué, pour en déterminer la cause. Et aussi pour trouver l'endroit idéal où faire du portable.
     

  • Pour calculer la position du soleil: Solartopo (avec Google Maps) ou mieux, Orbitron (gratuit)
     

  • Pour calculer la position du soleil et azimuth-distance du correspondant: logiciel F1EHN

 

 

 

La suite consistera à mettre au point une méthode de référencement de la rose des vents (par le bruit solaire, la lumière du soleil, une référence géographique, satellite, etc.). Et ensuite de tester le tout en conditions réelles, c'est-à-dire d'installer mon bazar dans la nature, de référencer la rose des vents, de mettre l'antenne dans la direction calculée et de voir si tout marche bien et quelle est la marge d'erreur.

 

 

Le 1er juillet, essai de réception du relais de Bullet HB9TV-2 depuis le haut de Bussigny: positif, réception impeccable. Malheureusement pas depuis le point depuis lequel je peux recevoir HB9IBC-1 (La Barillette), qui se trouve de l'autre côté de la butte.

 

Tenté sans succès de recevoir HB9TV-3 (Hauts de Lausanne) sur 2380 MHz. Ce point n'est pas à vue depuis Bussigny. Par contre, j'ai reçu ce relais un peu plus loin, depuis un endroit parfaitement à vue.

 

Ce n'est pas facile de s'en sortir avec les fréquences et indicatifs des relais. Le descriptif sur le site web contient pas mal d'erreurs, les indicatifs sur les mires sont souvent faux, par exemple HB9IBC-1 est marqué HB9IBC-0, HB9TV-2 est marqué HB9TV-3. Et les indications des canaux sur le récepteur sont également souvent faux. Mais ce n'est pas une exception, la plupart des sites web de relais ATV ne sont pas à jour et contiennent presque tous des erreurs. Un peu de rigueur dans la tenue des sites ne nuirait pas...

Le 2 juillet, sous la pluie, depuis le col du Mollendruz, QSO avec HB9STX sur 430 MHz. Beaucoup de QSB dû aux averses sur le trajet, qui traverse le plateau vaudois sur 40 km.

 

 

 

 

 

 

 

Après bien des tâtonnement, je suis arrivé à mes fins: je peux caler la rosace de ma parabole 10GHz à 1 degré-près grâce à la position du soleil. Ceci fait, je peux ensuite tourner ma parabole dans n'importe-quelle direction en étant certain d'être correctement positionné.

 

Lorsqu'on est en portable et qu'on doit diriger son antenne dans une direction donnée, il y a plusieurs méthodes pour atteindre la précision de pointage requise. S'il ne s'agit que de diriger une beam (antenne yagi), une simple boussole suffit. Mais pour une parabole dont l'angle de réception est étroit, il est souhaitable de pouvoir la diriger dans la bonne direction avec une précision de 1 degré. Avec cette précision-là, on met l'antenne dans la bonne direction et on est sur le correspondant. Sinon on doit chercher de part et d'autre dans les deux axes (site et azimuth) ce qui peut facilement faire perdre un DX.

 

On voit sur la photo ci-contre que la rosace est solidaire du trépied, elle est fixe. L'index, la partie supérieure en aluminium usiné au tour est lui solidaire du mât tournant.

 

En début de trafic il faut le caler sur une direction connue. Pour cela il faut que l'antenne vise une direction dont on connaît l'angle par rapport au Nord, ensuite on fait tourner l'index pour le mettre en regard de l'angle ainsi déterminé, et ensuite on bloque le tout  au moyen d'un bouton solidaire d'une vis qui appuie sur le mât.. L'index est donc solidaire du mât et tourne avec lui. Et comme on a aligné l'index sur un angle connu, tous les angles seront ensuite exacts. Si le calage a bien été réalisé à 1 degré-près, toutes les directions seront ensuite exactes à 1 degré-près.

 

On peut réaliser ce référencement initial de plusieurs façons: avec une boussole, en visant un point géographique dont on connaît l'angle avec précision, en recevant une balise dont le locator est connu, ou avec la position du soleil. C'est cette dernière méthode qui est la plus précise et c'est elle que je vais décrire ci-après.

 

 

Première étape:
Viser le soleil en se basant sur le bruit de fond qu'il génère.

 

Si on voit le soleil c'est facile, il suffit de le viser avec la parabole jusqu'à entendre le bruit qu'il génère. Mais il faut pour cela un système de réception très sensible. Le PLL-LNB en est un puisque son facteur de bruit est inférieur à 1 dB.

 

J'utilise un récepteur AR3000 calé sur 618 MHz pour recevoir le 10GHz. C'est un récepteur grand public à large bande qui n'est pas extraordinairement sensible ni résistant aux signaux forts, mais qui permet néanmoins une bonne réception. Le PLL-LNB délivre un signal important à sa sortie et à 618 MHz, le s-mètre (bargraphe) monte jusqu'aux 3/4, ce qui n'est pas la zone la plus sensible du récepteur. Là, l'augmentation du bruit due au soleil ne se perçoit pas car le bruit solaire est masqué par l'important bruit de fond qui arrive à l'entrée du récepteur.

 

Il ne faut pas oublier que le s-mètre d'un récepteur est étalonné de manière exponentielle et que chaque point S est de 6dB supérieur au précédent. 6dB représente la multiplication par 2 de la tension. Si le souffle du PLL-LNB fait dévier le s-mètre d'une division (=1 microVolt pour simplifier) et que le bruit solaire fait monter le s-mètre de 1 division (2 divisions = 2 microVolt soit 1 µV x 2) , cela voudra dire que le bruit solaire a une amplitude de 1 µV. A ce niveau d'entrée, le doublement du bruit de fond s'entend très bien à l'oreille et se voit sur le s-mètre.  Si maintenant le bruit en sortie du PLL-LNB fait déjà monter le s-mètre à la division 5, ce qui représente 8 µV en entrée du récepteur, on voit bien qu'une augmentation de 1 µV due au bruit solaire ne représente qu'une augmentation de 1/8ème du bruit total (1 µV sur 8) alors qu'à un niveau de 1 µV en entrée il représente le double (1 µV sur 1). On comprend alors aisément qu'une telle augmentation du bruit se discerne bien plus facilement à l'oreille lorsqu'on s'arrange pour que le bruit du PLL-LNB fasse juste monter le s-mètre à 1 division. Toute augmentation sera alors aisément discernable.

 

L'installation de réception est donc la suivante (schéma 1): la parabole Visiosat de 60 cm, le PLL-LNB à son foyer (fixation mécanique standard d'origine), un injecteur de tension sur la câble coaxial pour alimenter le PLL-LNB en 12 Volts, un splitter pour  diviser le signal arrivant sur 2 sorties. Une sur le récepteur TV-satellite utilisé pour recevoir soit la TV analogique (ATV), soit la TV numérique (DATV), ce sont deux récepteurs différents. L'autre sur le récepteur AR3000 précédé d'un atténuateur variable.

 

La première opération est de régler l'atténuateur pour que le bruit délivré par le PLL-LNB fasse dévier le s-mètre à 1 division. Mais attention, l'amplification du PLL-LNB diminue lorsque sa température augmente. C'est la raison pour laquelle il faut un atténuateur réglable et non pas fixe. Suivant la chaleur, donc du soleil, de l'ombre ou du vent froid, le niveau d'entrée de l'AR 3000 sera à re-ajuster au fil du temps. 

 

Ensuite il faudra viser le soleil avec la parabole, et pour cela la faire tourner en azimuth et basculer en site. Si le soleil brille, ce sera facile, il suffira de faire coïncider l'ombre de la ficelle avec le centre optique de la parabole. Le dispositif "ficelle" est très simple: Une ficelle est crochée dans une fente au haut de la parabole (la vis permet de faire passer la ficelle dans le trou du bracon), très exactement centré. L'autre extrémité passe par un un trou percé au centre du bracon qui supporte le PLL-LNB et reste tendu grâce à un poids. Lorsque l'ombre de la ficelle se porte sur le repère centré sur la parabole, cette dernière est exactement dirigée vers le soleil.

 

Si le soleil n'est pas visible, par temps couvert par exemple, il suffira de diriger grossièrement la parabole dans la direction théorique du soleil à l'aide d'une boussole. C'est évident, mais c'est peut-être tout-de-même bien de le dire, que la méthode "soleil" ne fonctionne pas de nuit, la source de bruit étant absente !

 

Il suffit ensuite de faire monter la parabole vers le ciel, donc d'augmenter l'angle de site, jusqu'à entendre au augmentation du bruit de fond dans le récepteur. Centrer les deux axes pour un maximum de bruit. L'antenne est  alors exactement pointée sur le soleil.

 

Attention à ne pas rester trop longtemps pointé vers le soleil car c'est le principe du four solaire ! Si la parabole était peinte en blanc ou recouverte de papier d'alu, toute la chaleur reçu par l'antenne serait concentrée en un point: le cornet du PLL-LNB. F5AD a signalé avoir fait brûler une feuille de  papier et fait fondre le plastic de fixation du LNB de cette faon. De son côté, F3YX  avait constaté l'occultation des stations reçues par TV satellites lorsque le soleil était par hasard dans la même direction.

 

 

Seconde étape:
Connaître l'azimuth théorique du soleil
.

 

Au début de mes essais je prenais cette information sur un site web, Solartopo (http://www.solartopo.com/orbite-solaire.htm). Mais j'ai trouvé encore plus pratique: le logiciel gratuit Orbitron (http://www.stoff.p/) de l'excellent radioamateur polonais Sebastian Stoff et traduit en français par Roland F6HGD, de Dôle. Il a l'avantage de donner l'azimuth et le site du soleil en temps réel, basé sur l'horloge du PC. La position géographique (QTH locator) de l'opérateur reste mémorisée mais peut être modifiée en tous temps (on peut en enregistrer plusieurs à l'avance).

 

Donc c'est très simple: je démarre Orbitron et j'ai immédiatement la position du soleil. L'horloge du PC doit bien-sûr être exacte.

 

 

Troisième étape:
Positionner l'index mobile de la rosace sur la valeur de l'azimuth théorique du soleil

 

Il suffit de faire tourner l'index sur lui-même jusqu'à ce qu'il pointe la valeur de l'azimuth donné par Orbitron et de le bloquer sur l'axe mobile de l'antenne au moyen du bouton de serrage. A partir de là on pourra fermer Orbitron et enlever la ficelle, toutes les directions vers lesquelles pointera la parabole seront justes à un degré-près.

 

Toutes ces opérations devront se faire assez rapidement car le soleil bouge constamment et rapidement, surtout lorsqu'il est au zénith, aux environs de midi. Il suffit d'observer les variations de sa direction au moyen d'Orbitron pour s'en convaincre. A noter les angles dépendent également des coordonnées géographiques du point de réception, raison pour laquelle il vous faudra emporter votre Orbitron avec vous en portable afin de pouvoir recalculer la position du soleil au gré de vos déplacements.

 

Une dernière précision: j'ai dû modifier les fixations de mes paraboles afin de pouvoir les diriger vers le soleil, donc avec un angle de site élevé. Dans mon cas, je peux monter jusqu'à 60 degrés, ce qui est amplement suffisant, le soleil étant rarement pile à la verticale, et en tous cas jamais sous nos latitudes.

 

 

Conclusion

 

Les opérations de mise en route d'une super installation de réception 10GHz sont maintenant bien avancées: j'ai  un récepteur très sensible, supérieur à la moyenne, je sais pointer l'antenne à 1 degré-près ce qui est le top. Reste maintenant à être pile sur la fréquence du correspondant (ou du relais ou de la balise) et à y rester. Ce sera l'objet de la suite de mes investigations.

 

Mais je peux déjà faire de superbes écoutes 10GHz, notamment en réflexion contre le Mont Blanc. Le PLL-LNB varie de fréquence en fonction de la température et il faut bien une demie heure pour le stabiliser. Ensuite son OL (Oscillateur Local) varie encore mais ne nécessite plus de suivre le correspondant On peut par exemple rester à l'écoute de la balise de F1URI pendant des dizaines de minutes, elle reste dans la bande passante du récepteur. L'idéal sera d'arriver à une stabilité et à une précision du réglage de fréquence à 1 kHz-près. A cette condition-là, je pourrai me régler sur la QRG du correspondant, pointer dans sa direction et enclencher le récepteur: je devrai le recevoir! A condition bien-sûr que lui aussi soit précis à 1 degré-près et à 1 kHz-près...

 


Encore un détail:

Sur mon double PLL-LNB (= 2 LNB dans le même boîtîer, avec chacun sa prise F de sortie), bizarrement il y a un décalage de fréquence de 19 kHz entre les 2 sorties. J'ai constaté ce phénomène en pensant pouvoir faire de la réception en diversité de polarisation. Je pensais que la fréquence de réception était exactement la même ce qui m'aurais permis de choisir la sortie avec le signal le plus élevé. mais c'est impossible puisqu'on ne reçoit pas exactement sur la même fréquence. C'est bizarre puisque chaque partie de LNB est relié au même oscillateur local.

A noter que la fréquence absolue du PLL-LNB est éloignée de la fréquence théorique, dans mon cas elle est environ 80 à 100 kHz plus haut suivant le temps écoulé après la mise sous tension. Je vais encore contrôler ce point, mais je pense que chaque PLL-LNB a un écart différent en fonction de la précision de son quart 27 MHz de référence.

 

 

 

Le PLL-LNB (et le convertisseur SUP-2400) est alimenté par le câble coaxial qui achemine son signal de sortie vers le récepteur. Normalement c'est le récepteur TV-satellite qui fournit cette tension: du +12V pour la polarisation horizontale et du +18V pour faire commuter le LNB en polarisation verticale.

 

Le récepteur AR3000 n'étant pas un récepteur TV-sat, il ne fournit pas la tension d'alimentation du LNB. J'utilise donc un T-bias, appelé également injecteur de courant ou injecteur de tension) pour alimenter le PLL-LNB. De cette façon je peux utiliser le PLL-LNB seul avec l'AR3000, sans avoir à mettre sous tension le récepteur TV-sat ce qui diminue la consommation globale, point important lorsqu'on alimente le tout à partir d'une batterie comme je le fais.

 

On trouve des T-bias dans le commerce mais cet accessoire est très simple à fabriquer. Comme il doit alimenter soit un LNB, soit un convertisseur ou un préamplificateur, il n'est pas important que la perte HF qu'il introduit sur le câble soit réduite au minimum, il restera toujours assez de signal à l'entrée du récepteur. Mes T-bias sont donc fabriqués sur du câble 75 Ohms TV-satellite à double blindage, celui que j'utilise maintenant pour toutes mes connexions HF en portable, même pour le 144.

 

Il faut un câble TV-sat 75 Ohms d'une vingtaine de centimètre de long (absolument pas critique), avec une fiche F à chaque extrémité.  Au centre, il faut entailler le câble jusqu'à voir l'âme du câble sur une longueur de 8-10 mm.

 

 

 

 

 

 

Ensuite il faut interrompre l'âme sur une longueur de 2 mm. cela permettra d'un côté d'alimenter le LNB en 12 Volts tout en isolant le côté "récepteur" avec un condensateur.

 

 

 

 

 

 

 

 

On voit ici le condensateur céramique de 100pF qui isole le récepteur du LNB et la self de 100 µH qui permet d'injecter la tension sans que cela ne court-circuite la HF.

 

 

 

 

 

 

 

Une fois le circuit monté et testé, on peut "emballer" le tout dans de la gaîne  thermorétractable. Pour rigidifier le tout et éviter que le condensateur ne se casse si on plie le câble, il faut encore  insérer une plaque rigide, de l'alu courbé comme une gouttière par exemple, à l'opposé de l'entaille entre le câble et la gaîne.

 

 

 

 

 

J'alimente le PLL-LNB uniquement en +12V (environ 200mA). Je change la polarisation en tournant mécaniquement le PLL-LNB sur son axe. Avec les effets de la propagation, la polarisation du signal reçu peut varier sur 360 degrés, il est donc utile de pouvoir rechercher le maximum. La polarisation horizontale s'obtient lorsque la prise F du LNB est horizontale.

 

L'extrémité "PLL-LNB" du T-bias est équipée d'un raccord F femelle-femelle afin que le câble du PLL-LNB puisse s'y visser.

 

Michel HB9AFO / août 2013

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