Source bande L pour le radiotélescope

Quelques calculs préliminaires de manière à reproduire les caractéristiques actuelles de l’antenne du radiotélescope de la Villette.

distance Focale4.33
Diamètre10.00
F/D0.43
Profondeur1.44
Angle d’ouverture (Rad)2.09
Angle d’ouverture (°)120.00
Long bracon (m)5.77

Michel F6DZK a été sollicité par Dimension Parabole pour avoir un avis sur une source septum pour faire de la radioastronomie (f = 1420 MHz), des contacts via la Lune en EME (f = 1296 MHz) et de manière anecdotique, recevoir des satellites sur f = 1544 MHz.

Avis de F6DZK :

Les radio-amateurs n’ont pas besoin d’antennes large bande.
Les sources (de paraboles) pour application radio-amateur sont en général à bande étroite car elles sont beaucoup plus faciles à construire.
Voir par exemple la source de F1EHN pour sa parabole de 3,3m à 1420MHz.

image.png

Il est possible de « tirer » la bande passante de ce type de source à environ 240 MHz sans trop de perte de performance (c’est ce que j’ai fait pour F6ETU).
Donc, obtenir 250 MHz de bande passante, me semble possible mais limite avec ce type de source.
Le plus important pour l’instant est sûrement de bien mesurer le rapport F/D de la parabole car ce paramètre va permettre de choisir la géométrie de la source à utiliser.

En ce qui concerne la polarisation, elle est définie en amont de la source rayonnante.Il est donc possible et souhaitable de séparer les 2 fonctions : polarisation et source rayonnante.
Toutefois, il faut veiller à ce que la source puisse rayonner identiquement toute polarisation qui lui sera appliquée. Ce sera la cas si le guide d’onde est à symétrie circulaire (cylindre).
Une polarisation circulaire (droite ou gauche) peut-être obtenue de différentes façons:
– un polariseur (par exemple septum)
– un déphasage de 90 degrés entre 2 entrées excitant 2 polarisations linéaires orthogonales (par exemple H et V). Ce déphasage peut être effectué à l’aide d’une ligne par exemple ou bien numériquement (SDR).

Michel F6DZK a procédé à la demande de Patrick F1EBK à des simulations à partir des dimensions d’une source OK1DFC.

Conclusions : la source peut être utilisée à 1296 et 1420 MHz avec une parabole de F/D = 0.35 environ.
A 1544 MHz, le fonctionnement est dégradé (ne tire pas dans l’axe et TOS dégradé).

Michel précise qu’une telle source n’est pas adaptée au rapport f/D du radiotélescope. Dans une publication Paul Wade W1GHZ s’est penché sur ce problème.

Une autre simulation a été effectuée par Michel F6DZK en ajoutant un anneau VE4MA à la source septum OK1DFC.

On cherche à ‘illuminer’ le réflecteur de l’antenne parabolique selon un angle de 120 degrés en raison du rapport f/D de 0,43.

Géométrie: Source OK1DFC aux cotes du 1er plan envoyé. Ajout d’un ring genre VE4MA
Dimensions du ring :
Avancée du ring par rapport au bord du guide carré : 35 mm
Rayon du ring : 150 mm
Profondeur du ring : 93 mm
Épaisseur du métal constituant le ring : 1,5 mm

Ci-dessus dessin de la source septum et du ring d’après les spécifications de Jean-Marc F1HDI

Ci-dessous modélisation par Michel F6DZK

Rayonnement 1296MHz : Plan Phi=0

Plan Phi = 90

Rayonnement 1420MHz :
Plan Phi = 0

Plan Phi = 90

Return loss :

Conclusion de Michel F6DZK : angle de 116 degrés pour -12 dB (F/D parabole environ 0,45).

Patrick F1EBK / W6NE a demandé à Jean-Marc F1HDI d’effectuer des mesures sur sa propre source septum afin d’analyser son comportement à 1296 MHz et 1420 MHz.

Voici les mesures et les conditions de mesures d’un guide/polariseur septum A LA OK1DFC conçu pour le 23cm EME de section carrée de 145mm (pour rappel ce sont des dimensions optimales en RX pour un F/D de 0,37 et en TX de 0,45).

Le pont de mesure est directement appliqué sur un des 2 connecteurs de la source pour y mesurer le RL et l’autre voie est pourvue d’un détecteur (pour éventuellement mesurer l’isolation entre les ports mais ici je n’ai pas pris la précaution de calibrer la sonde de détection donc à titre indicatif et ‘pire cas’).

On voit très bien l’effet de « cutoff » du guide @>1300MHz

@23cm on a 30dB d’adaptation ( cool ! )

@21cm on a 15dB d’adaptation

Donc en raisonnant purement en terme d’adaptation , la source pourrait marginalement servir « en 2ème usage » à de la radioastronomie MAIS le fonctionnement radioélectrique, le lobe, la circularité seraient à caractériser et mes tripes me disent que ça doit être horrible (normal ce n’est pas fait pour ça).

Pour être optimale en réception sur la parabole de la Villette présumée être en F/D de 0,45 il faudrait construire des « flares » en sortie de guide pour diminuer un peu l’ouverture du guide pour limiter les lobes en bordure du réflecteur à moins de -10dB/faisceau central.

Pour rappel, avec 10m de réflecteur on est à l’optimum angle solide de la lune vs ouverture de l’antenne, et avec PLEIN de gain (à titre de comparaison on détectait nos échos avec 2m de parabole et 150w en intégrant les signaux retournés sur 3 périodes d’émission de 1,5s, là sur l’ A/R tu as 20dB en plus …). Donc après d’un point de vue tactique, il faut se poser la question de l’objectif et si c’est pour concourir avec les HB9Q ou similaires, le jeu est d’aller chercher des stations avec des petites paraboles ‘tropo’ ou même des yagis et là … il faut peaufiner le RX d’abord et avoir du jus ensuite …

22-03-2021

Nous venons de recevoir la source septum CIR1296 commandée chez RF Hamdesign destinée à remplacer la source actuelle sur le radiotélescope. L’intérêt de cette source c’est la polarisation circulaire apportée par la conception septum et la double alimentation qui procure une polarisation droite et gauche séparées pour l’émission et la réception.

Cette source est par construction prévue pour la fréquence 1296 MHz et un f/D compris entre 0,35 et 0,45. La simulation du modèle indique que le comportement est encore très bon sur la fréquence 1420 MHz. Nous devrons probablement étudier et réaliser une couronne pour l’ajuster au f/D de l’antenne et améliorer ainsi le rendement de l’antenne. La règle adoptée est de mesurer un gain -10 à -12 dB sur le bord de l’antenne.

Il est prévu de connecter un relais coaxial directement sur la sortie de manière à la diriger soit sur une charge fictive de 50 Ohms soit sur le préamplificateur. Il faudra également étudier un système de fixation et quatre bracons en aluminium pour la maintenir au foyer. Voilà du pain sur la planche pour l’année à venir !

Spécifications constructeur de la source qui remplacera la source actuelle

  • Connector: RX/TX N-Female (Option CIR1296 TX 7/16 DIN)
  • 50 ohm
  • Return loss > 35dB @ 1296MHz
  • Isolation RX/TX port >20dB
  • Useable F/D: 0.40 – 0.45 (Prime Focus)
  • RF Power: N-connector 750W (option: 7/16DIN 1500Watts)
  • Weight: CIR1296 2.9 Kg
Source septum RF Hamdesign
section de la source septum
Protection du préamplificateur par relais émission / réception

25-03-2021

Patrick a mesuré la nouvelle source septum CIR 1296 RF Hamdesign sur un analyseur à l’Electrolab afin de mesurer le RL (return loss) sur 1296 MHz et 1420 MHz.

Le résultat montre un RL de -24,69 dB à 1296 MHz et -11,83 dB sur 1420 MHz. Il faut savoir qu’un RL de -20 dB est considéré comme excellent en matière d’ondes stationnaires. Patrick estime qu’il sera possible de retoucher le réglage de la source de manière à déplacer la réponse un peu plus haut en fréquence afin de mieux favoriser la bande radioastronomie. Des vis de réglage des capacités ajustable sont disposées à l’arrière de la source septum.

Système de fixation

Les dimensions d’une source septum OK1DFC

Le monopôle donné par F2CT est plus court et de diamètre supérieur à ceux d’origine de la source septum de RF Hamdesign. L’échange du monopôle du côté réception permettra d’élargir la bande passante de manière à recevoir sur la fréquence de l’EME (1296 MHz) et de la raie H1 (1420 ,4 MHz).

Bibliographie :