Accueil
Remonter

        

  English page  

Conception de la source cornet rectangulaire

Parmi les nombreux types de sources, le cornet rectangulaire offre de nombreux avantages:

- il est très facile à réaliser et à adapter à un guide rectangulaire

- il présente de très bonnes performances en rendement, largement suffisantes pour du trafic terrestre

Bien entendu il est toujours possible de fabriquer ou d'acheter des sources plus performantes offrant un meilleur rendement mais le gain obtenu vis à vis du QSJ ou de l'effort de réalisation ne se justifie pas pour du trafic terrestre. Par contre il se justifie pleinement pour du trafic spatial, en particulier EME, car dans ce cas de figure l'apport de bruit par spillover est bien plus prépondérant puisque la température d'antenne est plus faible (elle vise le ciel à 6K contre 300K pour du terrestre) et une augmentation faible du gain est toujours appréciable pour copier les signaux (très) faibles.

Pour approfondir plus cette discussion se reporter à mon analyse sur le besoin comparé de performances entre une station dédiée au trafic terrestre et une station dédiée au trafic spatial.

Ma réalisation concerne aussi la partie transition SMA/guide qui est solidaire du cornet.

 

Caractérisation de la parabole offset et des caractéristiques nécessaires pour la source

Menu : "Offset dish calculation"

 

 

Le F/D correspondant à mon réflecteur est donc de 0.81

La source doit présenter une ouverture à 3dB de 40°.

Comme le montrent les courbes suivantes, l’ouverture à 70° doit être de : (-10dB) + (perte espace libre parabole = 0.8dB) =  -9.2 dB

 

(de DK2RV, DUBUS 1/1986)

 

L’erreur acceptable sur l’angle d’ouverture de la source est donnée par les courbes suivantes :

 

(de DK2RV, DUBUS 1/1986)

On voit qu’il faut respecter l’angle à +-5 ° pour un F/D de 0.8

 

Design de la source

 

Mon guide home-made a pour dimensions 14*26 mm.

Première passe sous HDL_ANT pour dégrossir le design:

 

 

 Les centres de phase sont décalés de 0,13 Lambda. Avec un f/d de 0.8, l’erreur d’astigmatisme reste négligeable. On voit ici clairement l'avantage des grands F/D qui permettent de relâcher les tolérances sur le design de la source.

 

(de DK2RV, DUBUS 1/1986)

 

 Le design plus précis du cornet pyramidal est réalisé sous SABOR.

On rentre d’abord les valeurs données par HDL_ANT.

Attention : sous HDL_ANT axial_length = Rh (ou Re) sous SABOR !!

 

 R1 et R2 diffèrent car les rapports des dimensions H et E ne sont pas les mêmes pour le guide et l’embouchure du cornet.

SABOR donne :

Plan H :

    à -3dB 37.4°

    à -9.2dB 65°   

Plan E :

    à -3dB 40.6°

    à -9.2dB 69°      

Pas si mal.

On ajuste un peu pour obtenir les mêmes angles d’ouverture en plan E et H.

Ce design semble mieux :

 

Il donne exactement les mêmes angles d’ouvertures pour les plans E et H.

Plan H :

 

 

 Plan E :

 

 

Superposition :

 

 

 

Les centres de phase sont très bien confondus.

Une petite passe sous HDL_ANT permet de le vérifier.

 

Vérification des performances d'ensemble avec SABOR

On vérifie sous SABOR avec une parabole offset de 85cm et f/d = 0.8

 

 

La valeur du F/D a du être modifiée un peu pour retrouver les bonnes valeurs d’angles.

D représente le diamètre du cylindre qui coup le réflecteur parabolique pour former l’offset (géométriquement équivalent à l’intersection avec un cône de sommet le foyer).

Perte spillover + aperture (illumination) = -1.12 -0.55 = -1.67dB soit un rendement de 68%.

 

La distribution du champ à l’ouverture de la parabole est :

 

plan E

 

Plan H

 

 L'illumination est très bien équilibrée entre plan E et H. Parfait!

 A +- 42.5 cm on retrouve bien l’apodisation de 10dB. Les erreurs de phase sur les bords vont déterminer principalement les niveaux des lobes secondaires.

 Le diagramme de rayonnement simulé est assez propre :

 

Plan E

 

Plan H

 

 Avec une source « cos-q » on trouverai un gain de 37.8dB et un rendement de 80%, ce qui semble être le maximum théorique atteignable.

 

Réalisation de la source

 

On utilise ensuite HDL_ANT pour générer le patron pour fabriquer la source :

 

Voici une photo de la source réalisée. Tout l'assemblage mécanique est réalisé manuellement avec du clinquant de cuivre.

 

Mesure de SWR

La mesure utilise un analyseur scalaire HP. La photo montre le pont de réflectométrie.

Le résultat obtenu est excellent, et ceci sans utiliser de vis de réglage. L'optimisation s'est faite en ajustant la longueur de la sonde. Les dimensions ainsi que le positionnement dans le fond du guide suivent les valeurs de W1GHz publié dans QEX de Novembre/Décembre 2006.

Le return loss mesuré est de -25 dB à 10368 Mhz.

 

 Étude de l’effet de l'erreur de positionnement de la source

 

SABOR permet de mener cette analyse en permettant de renseigner le positionnement de la source par rapport au foyer de la parabole.

-         En angle

 

 

Erreur de 5° : Le gain simulé est de 37.14 dB – pas d’effet !

Erreur de 10 ° : L’effet commence à devenir sensible avec gain de 36.9 dB et un spill-over augmenté de -1.12dB à -1.33dB

 

Autres considérations :

-         le rendement réel sera moins bon que le rendement théorique. 60% semble ici le maximum atteignable en pratique.  Ce qui est dommage est qu'il est  très difficile en réalité de mener une mesure précise de rendement. Cela nécessiterait des moyens professionnels comme par exemple l'emploi d'une chambre anéchoique.

-         avec SABOR, on confirme bien q’un F/D de 0.8 est assez tolérant sur les erreurs de positionnement de la source. D'ou l'intérêt, une fois de plus, d'utiliser des grands F/D.

 

Ressources, liens

Livre en ligne de W1GHZ, la bible en la matière!

Logiciels de W1GHZ : HDL_ANT (à la fin de la page)

Accueil | Design source | QTH portable | Rain Scatter 

La dernière mise à jour de ce site date du vendredi 17 décembre 2021