Le radiateur de mon antenne Jungle-Job étant une Lévy (center-feed) alimentée par un twinlead, il est nécessaire d'utiliser une boîte d'accord permettant l'adaptation d'impédance et le passage symétrique / asymétrique.
Comme indiqué dans l'article précédent, une boite d'accord MFJ-949E m’a permis de réaliser les premiers essais de ma Jungle-Job, mais elle a rapidement montré ses limites (pertes conséquentes sur certaines bandes et puissance limitée).
Je me suis donc lancé dans la construction d’une boîte d’accord pour antenne Lévy.
A noter que les formules de calculs de l’impédance au bas de la ligne valables pour la Lévy ne s’appliquent pas directement à la Jungle-Job du fait de l’ajout d’éléments parasites. Cependant, cette impédance peut facilement être mesurée pour chaque bande en bas de ligne avec un analyseur d’antenne.
Bibliographie
Mes recherches m'ont amené à m'intéresser aux sources suivantes :
F5AD
- Son livre Les antennes théorie et pratique, notamment
Chapitre IV 2.4 L'antenne Lévy (page 103 de l'édition 1998)
Chapitre X 2.3 Boite d'accord asymétrique-symétrique (page 385 de l'édition 1998)
- Les articles de son site web
http://f5ad.free.fr/ANT-QSP_F5AD_Les_boites_d_accord.htm
http://f5ad.free.fr/Liens_coupes_ANT/F/ON5HQ%20Coupleurs.pdf
http://f5ad.free.fr/ANT-QSP_F5AD_Levy_rotative_bandes_hautes.htm
F9HJ
- Son livre Les antennes Lévy clés en main, qui a été le document de référence de mon projet
- Son livre Antennes bandes basses 160-30 m, notamment
Chapitre VI C 3 Boite à transfert magnétique (page 119 de l'édition de septembre 1990)
Chapitre VII C A Construction des bobinages (page 135 de l'édition de septembre 1990)
- Les articles parus dans Ondes Courtes Informations
Coupleur universel (n°104 de mai 1980 page177)
Mise au point d'une boite d'accord pour antenne du type Lévy (n°157 été 1985 page 92)
- Les articles parus dans Radio-Ref (accès réservé aux membres)
Construction et mise au point d'une boite d'accord pour une première Lévy
(août-septembre 1985 page 605 + octobre 1985 page 659)
Après lecture du livre « Les antennes Lévy Clés en main » de F9HJ j’opte pour une version autotransformateur de la boîte d’accord Mac Coy (page 103). 
J’imagine ma future boîte de couplage, CV1 à gauche, une bobine interchangeable au centre et CV2 à droite.
Pour éviter les commutations, le twinlead sera branché directement sur le haut des bobines via des douilles bananes (modèle 32 A trouvé chez Conrad).
Condensateurs variables
Pour CV1 j’ai trouvé dans le stock du Radio-Club F8KHR un condensateur variable à air Cardwell donné pour 19 à 488 pF 2000 V (espacement des lames 1,1 mm).
Ce condensateur devra être isolé de la masse et son axe devra être équipé d’un flector isolant.
Pour CV2, je n’ai pas trouvé de condensateur variable double-cage permettant de mettre le point milieu à la masse.
Je me suis donc rabattu sur un condensateur variable à air simple cage trouvé dans mon stock dont la capacité varie de 10 à 250 pF (valeurs contrôlées au capacimètre), espacement des lames 1,8 mm.
Ce condensateur devra donc être isolé de la masse et son axe devra être équipé d’un flector isolant.
La commande de ces CV se fait à l’aide d’un vernier démultiplié (4 tours de bouton pour ½ tour du CV). Pour la recherche sur le web on utilise les mots-clés « vernier dial control knob ». Au final j’ai trouvé mon bonheur sur ebay.
Réalisation des bobinages
Comme indiqué dans le livre « Les antennes Lévy Clés en main » de F9HJ page 121 et suivantes j’ai utilisé du fil de cuivre rigide de 4 mm² (fil électrique 25A soit un diamètre de 22/10 mm).
J’ai commencé par faire une bobine de Diam 70 mm. Pour 24 tours il faut 5,30m de fil.
Puis une bobine de 12 tours et de Diam 50 mm (2 m de fil).
Et enfin une bobine de 14 tours de Diam 30 mm (1,5 m de fil).
On prend quelques dizaines de centimètres de plus que la longueur calculée + de quoi l’accrocher à une extrémité et tirer dessus à l’autre.
On fend l’enveloppe protectrice du fil en promenant un cutter sur le fil, lame en position horizontale, depuis le point d’attache.
On enlève ensuite l’enveloppe protectrice.
Le fil est écroui en tirant énergiquement sur l’extrémité libre du fil. Cette traction l’allonge, quand elle est suffisante.
Pour former le bobinage, on utilise un tube de diamètre légèrement inférieur à celui de la bobine voulue, on coince l’extrémité libre du fil au bout du tube (en le faisant passer dans un trou percé dans le tube), puis en tenant le tube à deux mains, et en tirant au maximum (le fil est toujours accroché à l’autre extrémité), on bobine à spires jointives.
A la fin on coupe l’extrémité du fil qui était accrochée. Le bobinage se détend et on obtient une hélice de fil prête à être enfilée sur son support.
Support des bobinages
Pour chaque bobine, j’ai découpé une plaque de 170 x 110 mm dans du plexiglas d’épaisseur 4 mm.
Pour repérer facilement où percer, j’ai découpé un morceau de 170 x 110 mm dans du bristol petit carreau. J’ai fixé ce bristol à l’aide de ruban adhésif sur les bords de la plaque de plexiglas. Les carreaux faisant 5 mm de côté il devient facile de savoir où percer pour confectionner des bobines au pas de 5mm ou de 10 mm.
Pour pouvoir passer le fil de 4mm² j’ai percé à l’aide d’un mèche de 2,5 mm pour la bobine de diamètre 70 mm (3 mm pour les bobines de diamètre 50 mm et 30 mm).
Sur un des côtés j’ai percé jusqu’au bord du plexiglas au pas de la bobine afin de pouvoir enrouler l’hélice de fil préparée précédemment.
Pour maintenir les spires en place j’ai découpé, pour chaque bobine, 2 petites entretoises en Plexiglas destinées à être glissé verticalement entre l’intérieur des spires et la plaque de plexiglas qui supporte le bobinage.
Pour les branchements, pendant les tests, on utilise des pinces crocodiles.
Recherche des configurations permettant l'accord pour une bande donnée
| Pour chaque bobine : | |||
| On fait varier le nombre de tour total 2 x N intercepté par CV2. | |||
| Si on souhaite calculer par la suite la « résistance de pertes » (voir http://f5ad.free.fr/ANT-QSP_F5AD_Levy_rotative_bandes_hautes.htm) il est intéressant de connaître l’inductance de la bobine. Si on ne dispose pas d’un appareil permettant de mesurer directement les faibles inductances, on peut utiliser un grid-dip pour mesurer la fréquence de résonnance du circuit bouchon constitué par la bobine seule aux bornes de CV2 réglé au maximum de capacité (par exemple Cmax= 250 pF). |
|||
| Par exemple pour ma bobine de Diamètre 70 mm et 2 x 7 tours je trouve Fr= 3,218 MHz. La formule de Thomson F = 1 / (2 Π Racine (L Cmax) donne avec Cmax en pF et F en MHz L en µH = 1000000 / (2* Π *Fr)² / 250, soit L = 1000000 / (2 * 3,14 * 3.218 )² / 250 = 1000000 / 408,8 / 250 = 9,784 µH |
|||
On fait varier également le nombre de tour total 2 x M intercepté par la sortie twinlead et le nombre de spire E du branchement de CV1. |
|||
| Normalement, le rapport d’impédance de la boîte ( 2 x M / E)² doit approcher le rapport Z / 50, Z étant l’impédance mesurée avec l’analyseur branché seul en bas du twinlead. On peut donc calculer E = Racine ( 50 / Z * 2² x M² ) Exemple à F = 10,125 MHz on a mesuré Z = 1200 Ω. Si le twinlead intercepte 2 x 6 tours alors E = racine ( 50 / 1200 * 12²) = 2,45 spires. On retiendra E = 2,5 spires pour démarrer ce test. |
|||
Dans chaque configuration on mesure, à l’aide de l’analyseur d’antenne, l’impédance côté Tx de la boite au centre de la bande (10,125 MHz dans l’exemple), |
|||
| On ajuste les valeurs de CV1 et de CV2 pour s’approcher d’une impédance purement résistive de 50 Ω (R=50 Ω, X= 0) donc un ROS de 1/1. On relève les valeurs indiquées par les démultiplicateurs de CV1 et de CV2. |
|||
Si on souhaite calculer « la résistance de pertes » (résistance du circuit parallèle) Rp on peut utiliser les formules du facteur de qualité Q = Rp / Racine (L / C) = F / BP. Pour trouver la bande passante BP à -3 dB, il suffit, sans toucher aux réglages de la boite, de faire varier la fréquence de l’analyseur pour relever la fréquence supérieure (par exemple =10,281 MHz) et la fréquence inférieure (par exemple 9,977 MHz) qui donnent un ROS de 5,8 (un ROS de 5,8 correspond à TOS de 71%, donc à 50 % de puissance réfléchie, soit -3dB). La différence entre ces 2 fréquences donne la bande passante BP à ROS = 5.8 soit 0,304 MHz. On en déduit le Q du circuit Q = F / BP = 10,125 / 0,315 = 33,31 Pour calculer Rp = Q Racine (L / C ), il nous faut la valeur de CV2 pour le réglage ci-dessus (R=50 Ω, X= 0). La formule de Thomson F = 1 / (2 Π Racine (L C) donne avec L en µH, F en MHz et C en pF C = 1000000 / (2* Π *F)² / L, soit 1000000 / (2 * 3,14 * 10,125 )² / 9,784 = 1000000 / 4047 / 9,784 = 25,3 pF Rp = Q Racine ( L / C) donne avec L en µH et C en pF Rp = 1000 Q Racine ( L / C) soit Rp = 1000 * 33.31 * Racine (9,784 / 25,3 ) = 1000 * 33.31 * 0,62 = 20714 Ω. L’impédance mesurée en bas de ligne étant de 1200 Ω, le pourcentage de perte peut être estimé à : 1200 / (1200 + 20731) = 5,5 % |
|||
Parmi les différentes configurations possibles, on retiendra celle qui donne la bande passante la plus étroite ou le pourcentage de perte minimal si on l’a calculé. |
|||
Pour illustrer le propos ci-dessus, les valeurs des configurations retenues dans mon cas sont :
Bobine Diamètre 70 mm pas 5 mm, 2 x 7 tours pour N, inductance 9,784 µH
| MHz | Z bas twinlead |
M | E | BP MHz ROS 2,0 |
BP MHz ROS 5,8 |
Q | C | Rp | Perte |
| 10,125 | 1200 Ω | 2 x 6 | 2,75 | 0.107 | 0,304 | 33.31 | 25 pF | 20731 Ω | 5 % |
Bobine Diamètre 50 mm pas 10 mm, 2 x 6 tours pour N, inductance 3,095 µH
| MHz | Z bas twinlead |
M | E | BP MHz ROS 2,0 |
BP MHz ROS 5,8 |
Q | C | Rp | Perte |
| 14,175 | 77 Ω | 2 x 1 | 2 | 0.280 | 0,629 | 22,54 | 41 pF | 6212 Ω | 1 % |
Bobine Diamètre 30 mm pas 10 mm, 2 x 7 tours pour N, inductance 1,577 µH
| MHz | Z bas twinlead |
M | E | BP MHz ROS 2,0 |
BP MHz ROS 5,8 |
Q | C | Rp | Perte |
| 18,118 | 460 Ω | 2 x 2 | 1,25 | 0,195 | 0,573 | 31,62 | 49 pF | 5676 Ω | 7 % |
| 21,225 | 110 Ω | 2 x 1 | 1,75 | 0,360 | 1,500 | 14,15 | 36 pF | 2976 Ω | 4 % |
Bobine Diamètre 30 mm pas 10 mm, 2 x 5 tours pour N, inductance 1,151 µH
| MHz | Z bas twinlead |
M | E | BP MHz ROS 2,0 |
BP MHz ROS 5,8 |
Q | C | Rp | Perte |
| 24,940 | 960 Ω | 2 x 2 | 1,75 | 0,400 | 1,322 | 18,87 | 35 pF | 3403 Ω | 22 % |
| 28,850 | 255 Ω | 2 x 2 | 1,25 | 0,403 | 1,243 | 23,21 | 26 pF | 4843 Ω | 5 % |
Sur 24,940 MHz l’ajout d’un tronçon twinlead d’environ 3 mètres (1/4 d’onde)
devrait permettre d’abaisser l’impédance et donc d’améliorer le rendement.
Tests sous 100 W
En partant de ces configurations et en ajustant légèrement les valeurs relevées sur les démultiplicateurs de CV1 et de CV2, on arrive à un ROS de 1,10 / 1 sur toute la largeur des bandes 30m à 10m.
Tests avec amplificateur linéaire
Dès que l’on approche des 500 Watts on observe des arcs électriques sur le condensateur CV2 sur les bandes 10, 12, 17 et 20 m.
Ayant récupéré un condensateur variable à vide de 12 à 500 pF supportant 15 000 V au Radio-Club F8KHR (merci à l’OM qui nous avait fait don de 3 de ses petites merveilles), je décide de l’utiliser pour la version finale de ma boite d’accord à la place du condensateur variable à air 12 à 250 pF utilisé pour les tests.
Comme ce CV à vide passe de 12 à 500 pF 15000 V en 28 tours, il me fallait trouver un compte-tours adapté.
Pour la recherche sur le web on utilise les mots-clés «Turns Counter for Vacuum Capacitor ». Encore une fois j’ai trouvé mon bonheur sur ebay. A noter qu’en tournant dans le sens des aiguilles d’une montre l’index du compte-tours augmente alors que la capacité diminue.
Boitier
Les dimensions de CV1, de CV2 et de mes bobines étant maintenant connues il me fallait trouver le boitier métallique permettant de contenir ses éléments. Autre contrainte, empêcher tout contact avec les éléments sous tension pendant l’émission, tout en permettant un échange aisé des bobines et de leur réglages.
Par chance j’ai trouvé au Radio-Club F8KHR un tiroir de rack de récupération dont les dimensions internes (largeur 293 mm, profondeur 300 mm et hauteur 119 mm) correspondaient à mes besoins.
Après avoir déposé les poignées et découper les ailes de la face avant, j’ai doublé la face arrière avec une plaque d’aluminium d’1,5 mm d’épaisseur pour obstruer les nombreux trous.
L’ajout d’une charnière à piano sur le couvercle a permis une ouverture facile par le haut.
On utilise un contact fin de course pour s’assurer que lorsque le capot supérieur est ouvert l’amplificateur linéaire ne puisse pas passer en émission. Ce contact sera inséré via des cordons C-inch entre la sortie PTT du Tx et l’entrée correspondante de l’amplificateur.
Fixation du CV à vide
Le CV récupéré était équipé de ses flasques, mais il fallait trouver une solution pour fixer le tout dans le boitier. Mon choix s’est porté sur du plexiglas (PMMA) et / ou du polycarbonate (PC) dont les caractéristiques électriques (constante diélectrique et limite de résistivité) sont compatibles avec l’usage envisagé. (voir la page http://f5ad.free.fr/ANT-QSP_F5AD_Isolants.htm ).
On confectionne 2 porte-flasques dans du plexiglas de 10 mm d’épaisseur (découpe à la meuleuse d'angle avec un disque diamant pour carrelage / céramique). Il est nécessaire de faire un trou de 52 mm de diamètre (à la scie sauteuse) dans le porte-flasque AV pour que le CV puisse passer au travers. Les flasques sont fixés aux portes-flaques à l’aide d’écrou et de vis nylon M5 x16.
Pour fixer les porte-flasques en Plexiglas sur le boitier, on les taraude en M4 dans les tranches (2 filetages en bas pour fixation sur le fond et 1 filetage en haut à droite pour fixation sur le côté) et on utilise de la visserie nylon afin de limiter la présence de métal.
Les pieds pour le support des bobinages (voir ci-dessous) et le CV à vide monté sur ces flasques
Un fil est soudé sur chaque flasque. L’autre extrémité de ces fils est munie d’une fiche banane afin de permettre le raccordement électrique aux cosses rouges des bobines (voir ci-dessous).
Finalisation des supports de bobinage
Des douilles bananes sont soudées sur les bobines aux emplacements identifiés pendant les tests :
- Noir en haut des bobines pour le branchement du twinlead,
- Rouge pour les branchements vers CV2,
- Bleu pour le branchement vers CV1.
Un fil muni d’une fiche banane est soudé au centre de la bobine pour le branchement à la douille banane jaune de masse du boitier.
Lorsqu’on branche / débranche les fiches bananes dans les douilles certaines spires ont tendance à bouger. Pour éviter cela, on fixe ces douilles avec de la colle chaude pour les maintenir en place (sauf pour les douilles noires qui seront maintenues en place par le plexiglas comme expliqué ci-dessous).
Pour que le twinlead puisse se brancher directement sur le haut des bobines via des douilles bananes, une ouverture est réalisée dans le capot supérieur du boitier.
Afin de garantir que l’on ne puisse pas toucher le bobinage au travers de cette ouverture, les supports de bobinage sont équipés d’une petite plaque de plexiglas de largeur 40 et d’épaisseur 4 mm destinée à se positionner immédiatement sous l’ouverture du capot supérieur et au-dessus des douilles bananes noires. Des trous percés dans cette plaque de plexiglas permettent uniquement le passage des fiches banane.
Cette plaque de plexiglas assure également le maintien mécanique des douilles noires lorsqu’on branche / débranche les fiches bananes du twinlead.
Cette plaque est fixée sur le support du bobinage de 170 x 110 à l’aide de 2 entretoises en plexiglas de 10 mm fixée à chaque extrémité.
Les supports de bobinage doivent s’insérer dans le boitier entre CV1 et CV2.
Il est donc nécessaire de prévoir des pieds pour les supports de bobinage afin d’ajuster leur hauteur sous le capot supérieur du boitier. Ces pieds, découpés dans du plexiglas de 10 mm d’épaisseur, font 110 mm de large, et leur hauteur varie en fonction du bobinage.
Pour le bobinage de diamètre 70 mm, on découpe 2 pieds de 110 mm x 55 mm.
On taraude 2 filetages en M4 dans les tranches de chaque pied pour pouvoir les fixer au fond du boitier.
Afin de maintenir les bobinages à leur emplacement, des bords (1 bord côté CV1, 1 bord côté AR, 1 bord côté AV) en plexiglas de 2,2m d’épaisseur et d’une hauteur de 8,5 cm sont fixés sur ces pieds (taraudage + vis nylon M4). Il n’y a pas de bord côté CV2, les porte-flasques du CV à vide suffisent.
Pour le bobinage de diamètre 50 mm, on découpe 2 pieds de 110 mm x 10 mm que l’on fixe directement sous le support du bobinage pour le rehausser au-dessus des pieds de 55mm fixés au fond du boitier.
Idem pour le bobinage de diamètre 30 mm qui est muni de 2 pieds de 110m x 20mm.
Fixation de CV1
Pour que l’axe de CV1 soit à la même hauteur que celui du CV à vide, on installe CV1 sur 2 plaques de plexiglas de 10 mm d’épaisseur. Cela permet également d’isoler CV1 de la masse du boitier.
Ces 2 plaques sont percées aux 4 coins afin de permettre leur fixation au fond du boitier par des vis / écrous M4 en nylon. La plaque supérieure est percée et tarauder en M3 afin de recevoir les 2 vis (inox) de fixation du corps de CV1.
Un fil est vissé sur une des fixations des lames fixes. L’autre extrémité de ce fil est munie d’une fiche banane afin de permettre le raccordement électrique à la cosse bleue des bobines.
Un fil rigide est fixé par une vis sur le corps de CV1. L’autre extrémité est soudée sur l’âme du SO-239 qui est fixé à l’arrière du boitier (connexion du raccord PL-259 vers le Tx).
Préparation de la face avant
On peut maintenant percer la face avant pour fixer le vernier de CV1 et le compte-tour de CV2.
Résultat final
Les tests montrent qu’il n’y a plus d’arc électrique lorsqu’on utilise l’amplificateur linéaire (testé jusqu’à 1 KW HF).
Pour chaque bande on fait un relevé définitif des valeurs à utiliser pour CV1 et CV2 car depuis les relevés effectués lors des essais :
- au niveau de CV2, le condensateur variable à air + démultiplicateur a été remplacé par un CV à vide + compte-tours,
- l’ensemble a été installé dans un boitier métallique ce qui influe légèrement sur les réglages notamment sur 10m.