Fabrication d'une antenne directionnelle de type chicorée

Nous vous proposons de réaliser une antenne directionnelle de type boîte de chicorée, c'est-à-dire en utilisant une boîte métallique cylindrique comme base. Ce type d'antenne est un guide d'onde particulièrement utilisé en cas de liaison point-à-point longue distance (jusqu'à 2 km). Techniquement, c'est à la portée de tous, qu'initièrent les pionniers du WiFi en effectuant des liaisons fiables de plusieurs kilomètres avec des éléments radio conçus à l'aide de récupération de matériaux de la vie quotidienne.

Pour toute technologie utilisant comme média les ondes radioélectriques, il est essentiel d'utiliser des antennes adaptées, en fréquence et en polarisation, pour obtenir de bonnes performances. Connaissant les dimensions du guide d'onde en question, qui dépendent directement de la fréquence radio employée, il est relativement facile de construire sa propre antenne à prix réduit.

Applications

Un guide d'onde est une antenne directionnelle, qui privilégie la propagation d'ondes de fréquence donnée, dans une direction particulière, et selon un angle d'ouverture précis.
Ce genre de dispositif se révèle bien adapté pour capter le signal d'un point éloigné (par exemple une maison à vue à plusieurs centaines de mètres), ou bien pour compenser les pertes dues à des obstacles situés entre la source et l'antenne (entre les étages d'une maison dont les murs parasitent fortement le signal, comme le mâchefer ou le béton armé).
L'emploi de deux guides d'onde de part et d'autre pour établir une liaison n'est pas obligatoire, mais permet néanmoins d'augmenter la distance qu'il est possible de parcourir sans relais.

Source : http://turnpoint.net/wireless/cantennahowto.html

Recette de fabrication

Source : http://www.saunalahti.fi/elepal/antenna2.html

Pour la construction d'un guide d'onde, trois valeurs sont utiles et déterminent ses performances : il s'agit de la fréquence de travail, la longueur de l'onde dans le vide et de la longueur de l'onde dans le guide. La fréquence correspond au nombre d'oscillations que l'onde effectue en 1 seconde. La longueur d'onde, qui est aussi la distance parcourue par l'onde pendant une période d'oscillation, est inversement proportionnelle à la fréquence. Elle est plus longue dans le guide d'onde que dans le vide puisque l'onde "rebondit sur les bord pour avancer" et dépend dans ce cas du diamètre du guide d'onde.
Idéalement, le diamètre devrait être compris entre 0.66 et 0.76 lambda (longueur d'onde dans le vide Lo).
Donc, afin d'adapter au mieux les caractéristiques de l'antenne à nos besoins, il faut connaître les deux distances suivantes :

• Fréquence :
  Pour le Wi-Fi, la fréquence des canaux est comprise entre 2 402 et 2 485 MHz. On pourra prendre pour la suite une fréquence de travail de 2.450 GHz (c'est environ la fréquence située au milieu de toutes celles qui sont utilisées par le Wi-Fi, les maniaques prendront 2.441 GHz). Dans l'absolu, les dimensions d'une antenne sont calculées pour une fréquence précise et il faudrait une antenne pour chaque fréquence utilisée (donc une par canal), mais c'est impossible en pratique (et puis ça marche quand même !). De toute façon, il n'est pas nécessaire d'être aussi précis, au vue des incertitudes engendrées par tout travail manuel et liées aux outils employés.
• Longueurs d'onde :
  • Lo : longueur d'onde dans le vide, cette valeur est indépendante de la boîte utilisée et ne dépend que de la fréquence pour laquelle on a choisi de construire l'antenne (12.24 cm pour 2450 MHz),
  • Lg : longueur d'onde dans le guide, plus longue que la longueur d'onde dans le vide dépend du diamètre du guide d'onde (et, bien sûr, de Lo). Pour le détail, voir cette page, qui donne le détail du calcul ( Lg = 1/SQRT(1/L0²-1/Lc²) avec L0 = 0.125 m (2400 MHz) et Lc = 1.703 * Diam. en mètre).

Matériel requis

• Une boite cylindrique métallique de diamètre compris entre 8.5 et 10 cm.
• Une fiche N (ou une autre si vous préférez).
• Une perceuse, du papier de verre (pas trop fin), une lime (ronde de préférence), un ouvre-boîte.
• Fer à souder, étain (qualité radio-électrique).

Procédure de fabrication

1. Découper le bord de la boîte sur lequel repose le couvercle avec un ouvre-boîte (ceci afin de limiter les réflexion parasites). Le bord doit être le plus lisse possible, on pourra le limer si besoin.
2. Repérer précisément à l'aide d'un marqueur le trou pour le connecteur et ponçer la surface extérieure de la boîte autour du futur trou avec du papier de verre. Cela améliore l'adhérence pour la soudure et le passage des ondes.
3. Une fois que la peinture est bien dégagée, percer le trou pour le connecteur et en limer les bords. L'idéal est d'avoir une mèche conique assez grosse pour ne pas avoir à agrandir le trou à la main. Dans notre exemple, la base de la fiche fait 16 mm.
4. Avant de souder la prise, il faut bien la gratter pour pouvoir l'étamer correctement.
5. Etamer également la partie recevant la tige et la souder à la prise.
6. La dernière étape, qui consiste à souder la prise à la boîte, il faut bien chauffer la prise et introduire l'étain entre la prise et la paroi de boîte. Par capillarité, l'étain sera "aspiré" et refroidira au bon endroit. A l'aide d'une pince, on positionne la prise sur sa place définitive et on attend que l'étain se solidifie.

• La longueur de la tige sur la prise qui doit être la plus proche possible de Lo/4.
• La distance fond de la boîte-tige, qui doit être la plus proche possible de Lg/4.