Fabrication d'une antenne discône
✎ Par Hugo⌛ Le 06/04/2025 18:42
📂 Catégorie : Électronique
📎 Mots clés : Bricolage, antenne, SDR, impression 3D
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Les récepteurs RTL-SDR (contenant le composant RTL2832U, rien à voir avec le nom de la station radio) permettent, pour quelques dizaines d'euros, de recevoir une grande plage de fréquences radio, notamment le contrôle aérien.
Il s'agit souvent d'un appareil à brancher sur un port USB, livré avec un câble coaxial de petit diamètre (norme "SMA", ce ne sont pas les mêmes coaxiaux que pour l'antenne TV) et une antenne dipôle télescopique.
Ces appareils servent à recevoir les signaux, ils ne permettent pas la transmission, qui est réglementée.
Pour recevoir les avions situés un peu plus loin, je montais le dipôle sur un trépied de photographie, que j'attachais ensuite en haut d'un escabeau posé sur mon balcon. De cette manière, l'antenne dépassait de la toiture plate et la réception en était grandement améliorée.
Cette antenne dipôle est très pratique, surtout en voyage. Il suffit de déployer les deux parties télescopiques à une longueur environ égale à un quart de la longueur d'onde que l'on souhaite écouter (les fréquences radio dont la longueur d'onde est proche de cette valeur auront une réception plus optimisée) et de positionner l'ensemble de manière verticale (pour être dans le bon plan de polarisation des ondes terrestres et aéronautiques), le côté connecté au centre (âme) du câble coaxial devant être orienté vers le haut.
Une antenne discône (composée comme son nom l'indique d'un cône et d'un disque), par contre, est de longueur fixe et permet une réception optimale des fréquences allant de celle dont la longueur d'onde a servi à en calculer les dimensions, à dix fois cette fréquence.
Par exemple, si l'on souhaite capter les avions, la fréquence la plus basse est d'environ 117 MHz. En utilisant un calculateur d'antenne discône en ligne, l'on obtient un cône de 615 mm de haut surmonté d'un disque de 512 mm de diamètre. Avec ça, on peut ensuite capter correctement les fréquences radio de 117 à 1170 MHz.
L'image ci-dessous montre l'antenne vue de côté, avec seulement deux radiales représentées (une à droite et une à gauche), pour le cône et pour le disque. Évidemment, un cône vu de côté donne un triangle et un disque vu de côté donne une simple ligne.
Je suis parti des dimensions données par le calculateur pour dessiner une pièce centrale qui permette de :
• donner l'angle du cône (je formerai le cône avec huit radiales en tiges filetées en acier galvanisé Ø5 mm)
• isoler le disque du cône, avec un espacement donné par le calculateur
• tenir les radiales du cône et celles du disques
• faire passer le coaxial depuis le dessous, avec un trou sur le dessus pour passer l'âme (le fil central) vers les radiales du disque et un trou un peu plus bas pour passer la tresse (les fils extérieurs) vers les radiales du cône.
L'image précédente montre l'impression 3D en cours de la pièce. J'avais quelques doutes sur la résistance d'une pièce creuse, dont l'intérieur est formé d'hexagones, mais ceux-ci s'avèrent plutôt résistants. L'image suivante montre le montage en cours (le balcon n'a pas encore eu son nettoyage au Kärcher pour ôter la mousse de l'hiver).
Pour cela, j'ai pensé serrer les radiales en tige filetée grâce aux vis des dominos électriques, pour coller ces derniers à la pièce centrale que mon imprimante 3D a extrudé.
Cela pose cependant un problème : le plastique imprimé en 3D est très lisse, ce qui est bien pour l'aspect esthétique mais moins pour l'adhérence de la colle. J'ai tenté de coller deux pièces précédemment imprimées mais il n'a fallu que peu d'effort pour les décoller.
Pour corriger ce problème, j'ai utilisé une fraiseuse pour gratter les surfaces de la pièce centrale qui allaient recevoir les dominos (ces surfaces sont celles un peu décaissées sur la photo précédente) et donc les rendre plus rugueuses.
Ensuite, dès le premier domino collé, j'ai vérifié ce concept en enfilant une tige filetée puis en secouant l'ensemble en tenant la pièce centrale - autrement dit, un essai dynamique - avec la surface collée mise à l'horizontale afin de tester le cas causant le plus de traction dans l'interface collée. Ce cas de charge peut exister si j'incline l'antenne.
Ceci étant validé, j'ai procédé au fraisage des autres surfaces et au montage des autres radiales.
Enfin, j'ai passé le câble coaxial et connecté les radiales ensemble avec du fil de cuivre. Il suffit de connecter l'une des radiales du disque à l'âme du coaxial puis de relier les autres radiales du disque ensemble en prenant soin de faire quelques tours de fil de cuivre autour de chaque tige pour augmenter la surface métallique en contact. Le même principe est appliqué avec la tresse du coaxial pour les radiales du cône.
L'antenne est fonctionnelle a été testée avec l'ordinateur. J'utilise le logiciel SDR# pour décoder et choisir la fréquence à écouter.
La méthode de test est d'écouter la fréquence de l'ATIS de l'aéroport le plus proche. Il s'agit d'une fréquence radio transmettant en boucle les conditions météo et la piste en service, donc un signal radio continu : il n'y a pas besoin d'attendre que quelqu'un prenne la parole.
Notons que je n'ai pas recoupé les tiges filetées aux bonnes longueurs (celles issues des calculs théoriques). Les radiales du cône sont 290 mm trop longues et le disque est quasiment deux fois trop grand. L'antenne fonctionne en l'état, peut-être au prix d'un peu moins d'optimisation puisque le rapport des longueurs est différent de la théorie.
Il faut encore que je trouve une solution pour me permettre de couper ces tiges en acier galvanisé sans que les extrémités coupées se mettent à rouiller, j'attends donc avant de couper les extrémités extérieures. Seules les extrémités intérieures du disque sont coupées (car j'ai dû couper les tiges en deux car elles ne peuvent pas se croiser au centre si on les veut toutes sur le même plan). J'imprimerai un chapeau avant la prochaine pluie pour protéger la partie centrale.
Le deuxième test a été fait le lendemain sur le toit, juste avant que j'écrive cet article.
Il est impressionnant de voir à quel point la force du signal diffère quand l'on déplace l'antenne de quelques dizaines de centimètres.
Visiblement, le panneau métallique à gauche ne gêne pas, l'antenne peut se trouver juste à côté sans perturber la réception, dont l'émetteur se situe pourtant de l'autre côté du panneau. En revanche, l'antenne est très sensible à la présence de métal directement en-dessous du cône. Il est donc impossible de la placer au-dessus des clims ou des couvertines des rives, même un peu plus haut. Il faut également trouver un endroit sur la dalle de toiture où il n'y a pas de fils électriques noyés dans le béton, pour cela j'ai déplacé l'antenne en observant le comportement de la courbe et les valeurs de réception en décibels.
Pour le maintien en place, ma solution provisoire est de plaquer l'antenne au sol avec une corde. Je souhaitais fixer l'antenne aux rails sur lesquelles sont posées les climatiseurs mais ils perturbent la réception. Il faudra trouver un autre moyen, peut-être avec un lest en béton et un tube en PVC. Ce tube pourra même être un peu plus long pour soulever l'antenne et gagner un ou deux décibels en échappant la hauteur des couvertines non-loin.
BIBLIOGRAPHIE
- Site officiel RTL-SDR – rtl-sdr.com
- Le modèle de clé RTL-SDR que j'utilise – Passion Radio
- Calculateur d'antenne discône en ligne – Changpuak.ch