Parabolique Décalée de 80cm Modifiée pour la Rx à 2.4GHz
Modified 80cm Offset Dish for 2.4GHz Reception
Par/By: Bertrand Zauhar, VE2ZAZ.


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Cette antenne de 50 ohms d'impédance permet, lorsque connectée à un préamplificateur et à un "Downconverter" 2.4GHz, de recevoir les satellites Radioamateurs à transpondeur 2.4GHz comme AO-40 et son orbite à haute altitude avec apogée à 60,000 km d'altitude!

Le réflecteur parabolique provient d'une antenne à point focal décalé (offset dish) de 80 cm (30 po.) de diamètre. Je l'ai récupérée d'un ancien système de télévision par satellite 12GHz analogique (au Canada, Bell ExpressVu). Ce type d'antenne TV est maintenant retiré de la circulation et remplacé par une soucoupe de 18 ou 24 pouces de diamètre. J'ai ensuite remplacé le downconverter de TV monté au point focal par une hélicoïdale de 5 3/4 tours résonnante à 2.4GHz. 

Un estimé du gain de cette antenne à 2.4GHz est de 21dBi.

Cette section vous est offerte dans le but de donner des idées sur comment modifier l'antenne existante, plutôt que de vous donner une recette à suivre.

J'ai utilisé les dimensions suivantes lors de la construction de l'hélicoïdale de point focal:
 

Dimensions
Longueur d'onde :
l = 12.5 cm
Espacement au tour :
S = 0.24 x l = 3.0 cm
Diamètre d'un tour :
Fturn = 4.6 cm
Diamètre du réflecteur :
Frefl = 1.0l = 12.5 cm
*Largeur de la bande de couplage : 
Wcoupl = 0.6 cm
*Espacement de 
couplage 1 : 
D1 = 0.3 cm
*Espacement de 
couplage 2 : 
D2 = 0.12 cm
Rayon de courbure du fil :
R = 0.184 x l = 2.3 cm
Circonférence d'un tour :
1.18 x l = 14.75 cm
Nombre de tours :
5.75

*Pour plus de détails sur ces dimensions, référez-vous aux dessins de la page sur mon Antenne Helicoïdale 2.4GHz 16 Tours.

Le nombre de tours de fil de l'hélicoïdale est choisi en fonction de l'angle d'illumination de la parabolique. J'ai mesuré cet angle avec 2 ficelles. Pour plus de détails sur le choix du nombre de tours, référez-vous à http://www.g6lvb.com/el/addendum.htm .

Les matériaux suivants fûrent utilisés pour construire l'hélicoïdale de 5.75 tours:

  • Aluminium: Réflecteur, cale du connecteur N.
  • Fibre de verre: Support du fil (bout de mât de fanion de bicyclette),
  • Cuivre: Le fil hélicoïdal (fait de fil de calibre 12 AWG), la bande de couplage en PCB,
  • Un connecteur N-femelle, à montage sur panneau,
  • Acier inoxidable: Toute la quincaillerie, sans exception!
Notes sur la construction de l'hélicoïdale:
  • Le fil hélicoïdal doit être bobiné  pour une polarisation circulaire gauche (LHCP), donc contraire au sens du filet d'une vis. Ceci est dû au fait que la réflexion sur la soucoupe inverse le sens de rotation du signal. Le tout donne une antenne circulaire droite (RHCP).
  • Le support en fibre de verre est percé à tous les tours pour supporter convenablement le fil de cuivre,
  • J'ai peint toutes les surfaces en cuivre et en fibre de verre avec une peinture alkyde au polyuréthane-silicone.
  • Le câble coaxial utilisé sur l'antenne: 6 pieds de Belden 9913, se connectant a 45 pieds de câble coaxial de haute performance Heliax.
  • Le connecteur utilisé: Type N, femelle, à montage sur panneau. Son boîtier est soulevé par une cale en aluminium ayant les mêmes formes et trous  que le connecteur N. 
  • N'utilisez que 3 vis et écrous pour fixer le connecteur N au réflecteur. Vous laissez ainsi un réflecteur uniforme vis-à-vis la bande de couplage. 
  • Le support en fibre de verre est conçu de manière à pouvoir être coulissé par rapport au réflecteur dans le but d'ajuster le TOS. Un collet maintient le support contre une lisière en L vissée au réflecteur une fois l'ajustement complété.
  • S'il vous est impossible de vérifier le TOS ou les pertes par réflection (Return Loss) à 2.4GHz, reproduisez simplement les espacements décrits dans le tableau ci-haut.
  • N'utilisez pas de vis en matériau conducteur pour fixer l'antenne hélicoïdale au support de la parabolique; Elles interféreraient avec la radiation de l'hélicoïdale. J'ai utilisé une bonne attache "TieWrap" noire (à l'épreuve res raytons UV). Assurez-vous qu'il soit très serré.
  • Le fil hélicoïdal est recouvert d'un fond de bouteille d'eau de source. Il empèche l'eau ou la neige de venir court-circuiter le fil contre le réflecteur. La bouteille est collée au réflecteur à l'aide d'un calfeutrage à base de silicone de type RTV, non-conducteur de RF. J'ai percé un petit trou au fond de la bouteille pour éliminer l'eau ou l'humidité qui s'y accumulerait.
  • Assurez-vous que tout orifice pouvant laisser passer l'eau vers la bouteille par l'arrière du réflecteur soit bien scellé avec du calfeutrage à silicone.
Notes sur les modifications du réflecteur parabolique:
  • Il est possible que vous deviez modifier la fixation arrière de la soucoupe car elle est habituellement montée sur un poteau vertical et non pas un boom horizontal. 
    • J'ai d'abord plié les deux plaques arrières de la soucoupes pour qu'elles soient tangencielles à la soucoupe (parallèles au contour de l'assiette). 
    • J'ai utilisé une plaque d'aluminium de 1/4" d'épais. Je l'ai fixée au plaques de la soucoupes avec 4 boulons et écrous. 
    • J'ai finalement fixé 2  attaches en U (voir photos ci-bas).
  • Coupez l'anneau de plastique qui maintenait l'ancien downconverter au point focal. Gardez cependant suffisamment de plastique pour pouvoir y attacher l'hélicoïdale et maintenir le bon angle.
  • Fixez l'hélicoïdale au bras de la soucoupe de telle sorte que le point focal de la soucoupe(d'après le positionnement de l'ancien downconverter) soit à environ 1" en avant du réflecteur de l'hélicoïdale.
Pour plus d'information sur la construction d'une antenne hélicoïdale à 2.4GHz, référez-vous au manuel suivant, qui est disponible à http://www.amsat.org
  • Mode S, The book. Author: Ed Krome, K9EK

  •  
This 50-ohm impedance antenna allows, when connected to 2.4GHz preamplifier and downconverter, to receive Amateur satellites with 2.4GHz transponders such as AO-40 and its high altitude orbit with apogee at 60,000km  altitude! 
 

The parabolic reflector comes from an 80cm (30in.) offset dish antenna. I salvaged it from an old 12GHz analog satellite TV system (in canada, Bell ExpressVu). This type of system is being phased out and replaced by 18 to 24 inch diam. dishes. I then replaced the old TV downconverter mounted at focal point with a 5 3/4 turn helix resonating at 2.4GHz.

An estimate of the gain of this antenna is 21dBi.
 

This section is presented to give you ideas on how to achieve a sound mechanical construction, instead of giving you an exact recipe to follow. 

I  used the following dimensions for the focal point helix construction:
 

Dimensions
Wavelength :
l = 12.5 cm
Turn spacing :
S = 0.24 x l = 3.0 cm
One turn diameter :
Fturn = 4.6 cm
Reflector diameter :
Frefl = 1.0l = 12.5 cm
Coupling strip 
width :
Wcoupl = 0.6 cm
Coupling 
spacing 1 : 
D1 = 0.3 cm
Coupling 
spacing 2 :
D2 = 0.12 cm
Wire one-turn radius :
R = 0.184 x l = 2.3 cm
One turn Circumference :
1.18 x l = 14.75 cm
Number of turns :
5.75

*For more details on these measurements, refer to the drawings of my 2.4GHz 16-Turn Helix antenna  page.

The number of turns of wire on the helix is chosen as a function the parabola illumination angle. I measured this angle using 2 strings. For more details on choosing the number of turns, refer to http://www.g6lvb.com/el/addendum.htm .

The following materials were used to build the 5.75-turn helix:

  • Aluminum: Reflector, N-connector shim,
  • Fiberglass: Supporting rod ( re-used bicycle flag pole cut to right size),
  • Copper: The helix wire (actually AWG 12 gauge wire), the PCB strip for feedpoint matching,
  • The connector: N-female, panel-mount type,
  • Stainless Steel: All the hardware, no exception!


Helix Feed construction notes: 
  • The helix wire must be coiled for a Left-Hand Cicular Polarization (LHCP), so opposite to a screw thread. This is due to the fact that refletion on the dish inverts signal rotation. The resulting antenna has Right-Hand Circular Polarization (RHCP).
  • The fiberglass spacer is drilled at every turn to properly support the copper wire.
  • I painted all copper and fiberblass surfaces with polyurethane-silicone alkyd  paint.
  • The coax cable used at antenna: 6 feet of Belden 9913, connecting to 45 feet of Heliax high performance coaxial cable.
  • The connector used: N-Female, panel mount type, housing shimmed with an aluminum plate that has the same shape and holes as the N connector.
  • Use only 3 screws to fasten the N connector to the reflector. This provides an even surface under the coupling strip.
  • The fiberglass support rod is designed so that it can be slid back and forth to adjust for best VSWR. A hose clamp holds the rod firmly against an L-shaped bracket srewed to the reflector after the adjustments are finished.
  • If you are unable to measure the VSWR (or Return Loss) at 2.4GHz, just build the helix using the dimensions provided in the table above.
  • Do not use RF-conducting screws to fasten the helix feed to the dish arm. They would interfere with the helix radiation. Simply use a good black TieWrap (UV resistant). Make sure that it is pulled tight.
  • The helix wire is covered with the bottom end of a water bottle. This keeps rain and snow from shorting the wire against the reflector. The bottle is "glued" to the reflector using RTV-type silicon caulking, which is not RF-conducting. I drilled a small hole at the bottom to eliminate any  humidity or water that could accumulate inside.
  • Ensure that any holes or cracks that  would let water reach the inside of the bottle from the back of the reflector are properly sealed using silicone caulking.

 
 

Notes on Offset Dish modifications:

  • It is possible that you may have to modify the mounting harware behind the dish as it is normally used with a vertical mast and is not meant to be mounted to a horizontal boom.
    • I first had to bend the 2 rear mounting plates so that they become tangent to the dish bottom (parallel to the dish rim).
    • I then used a 1/4" thick aluminum plate. I fastened it to the dish plates using 4 bolts and nuts.
    • Finally, I fastened 2 U-bolts to the aluminum plate (see pictures below).
  • Cut the feedpoint plastic ring that used to support the downconverter at focal point. Keep enough plastic though so that you can fasten the helix feed to the arm and keep it at the right angle. 
  • Fasten the helix feed to the dish arm so that the dish focal point (based on the positioning of the old downconverter) lies at  about 1" in front of the helix reflector.
For more information on the construction of a 2.4GHz helix antenna, please refer to the following reference books available at http://www.amsat.org
  • Mode S, The book. Author: Ed Krome, K9EK