cubical quad 8 elements 144MHz *** new ***


Je decris ci dessous une antenne compacte pour la bande 144MHz, de type cubical quad 8 elements. Un premier protoptype a ete construit cet hiver et donne des resultats de SWR et directivite tres encourageant. Il manquait cependant de rigidite mecanique, j'ai donc decide de le repenser completement mecaniquement parlant et de mettre en ligne cette nouvelle version.
I describe below the 2nd version of a  compact cubical quad antenna optimized for the 144MHz band.



Les dimensions :

le boom de 2.5m est un tube rectangulaire  de 20x35mm que l'on trouve facilement en magasin de bricolage (L. M. pour ne pas le citer)
La distance entre le reflecteur et le dernier directeur est de 2.47m afin de garder 3cm de marge pour pouvoir fixer les entretoises sur le boom.

Les elements sont des profiles plats d'aliminium de section 15x2mm plies a angle droits a l'aide d'un etau et refermes en boucle par un point de soudure TIG . Contrairement a la quad 432, ils sont fixes au boom par des entretoises en fibre de verre de trype "cerf-volant" .
Il est important de respecter scrupuleusement les dimensions, l'espacement et  le nombre d'elements pour un fonctionnement correct.

Elements size :

The boom is a rectangular aluminium tube 20x35mm , 2.50m long.

The distance between the reflector and the last director is 2.47m in order to get 3cm marging for fixing the elements on the boom.

The elements are flat aluminium profiles, section 15x2mm making square loops with 90 degree angles. The loops are closed with a TIG welding point to guarantee a low resistance to avoid corrosion , but could also be closed throug something else like a screw.

The aluminium squares are fixed to the boom through fiber glass rods , diameter 6mm. Do not use Carbon fiber rods , due to their high conductance.














































La construction des boucles - Building the loops :


Pour eviter les soucis de corrosion et de mauvais contact au raccordement des boucles, j'ai opte pour un point de soudure TIG a l'aide de baguettes AG5. Cette technique permet de faire la chasse aux milli-ohms en reduisant les pertes ohmiques dans les elements.

To avoid corrosion and bad electrical contacts , I prefered a TIG point on each quad loops:





































La photo ci dessous montre le detail de la fermeture des boucles. Les plats d'alu d'aluminium sont serres sur une tole d'inox le temps de la soudure afin de les maintenir en place.








































les profiles plats de 2.50m au depart sont coupes au mm pres au perimetre indique. Ensuite en partant d'une extremite ils sont marques de 4 traits de crayon a 0.125, 0.375, 0.625 , 0.875  fois leur longueur  pour etre ensuite plies a l'equerre dans un etau a angles vifs.

les entretoises:

Elles sont realisees a l'aide de tubes de fibre de verre de cerf-volants de diametre 8mm exterieur et 5mm interieur. Les tubes sont coupes a 0.25 fois le perimetre et leur extremite est bouchee a l'araldite puis percee a 3mm pour recevoir les vis parker de fixation des boucles. Ils sont enmanches a angles droit dans le boom prealablement perce au diametre 8mm, avec le moins de jeu possible. Les trous horizontaux du boom sont legerement decales par rapport aux trous verticaux pour eviter la collision entre les entretoises.









































 





































le radiateur:

L'impedance de l'antenne etant de 50 ohm , le coaxial est connecte directement sans dispositif d'adaptation d'impedance. Une petite piece en nylon en forme de T permet de recevoir l'extremite du coaxial tou en ecartant legerement les deux extremites de la boucle, et une piece en forme de omega , obtenue par moulage de fibre de verre et de resine epoxy permet de se relier aux croisillons en fibre de verre pour rigidifier l'ensemble.

The radiator:

The coaxial is directly fed to the radiator since the antenna impedance is 50ohm + j*0 , thanks to the MMANA optimisation. For mechanical considerations , I built an insulating spacer made of 2 parts : A  "T"  piece of teflon is used to fix the coaxial to the ends of the radiator. Another piece "Omega" in fiber glass molded is used to the fixing on the vertical rod and for the rigidity.















































Les simulations:
Les performances simulees a l'aide de MMANA sont:
Similations with MMANA gives:

Gain = 12.7dBi (free space)
F/B = 21dB
impedance = 50 ohm + j*0

Les lobes lateraux sont aux alentours de -18dB, le lobe arriere presente un zero a -40dB dans l'axe de l'antenne bien visible sur le diagramme en 3D
Side lobes are approx. -18dB due to the short boom with a zero at -40dB on the rear side of the antenna.


Le diagramme en 3D a 145MHz:



Les  mesures :

Le SWR est mesure au ras de l'antenne a l'aide d'un SWR-meter Daiwa CN-801. Les courbes ci dessous correlent bien a la simulation MMANA . La courbe "MMANA segmented 1" correspond a la simulation avec les parametres par default du simulateur. La courbe "MMANA segmanted 2" est obtenu en splitant le segment alimente du radiateur en 3 troncons et colle un peu mieux aux mesures.

The curve below  compares the SWR simulated with the measurements. The segmented1 curve used the default segmentation settings of MMANA. In the segmented 2 curve, I split the bottom segment of the radiator ( the one which connect to the coaxial) in 3 parts , and fits a little bit better to the measurements.
































La mesure du diagramme de rayonnement :
Cette mesure a ete faite sur le relai de Vintimille, au NE du QRA. Comme pour la quad 432, j'utilise le pupitre du rotor pour les mesures d'angles, et le S-metre du IC706 MK2G pour les mesures d'amplitude, donc la precision est tres approximative. L'echelle ci dessous est en dB, obtenus en supposant q'un point S du recepteur equivaut a 6 dB.
L'environnement urbain du QRA et ses reflections ne facilite pas les choses, cette mesure est donc a relativiser:

Measuring the radiation pattern:

I did this measurement using the Italian repeater of Vintimiglia, at approx. 30-40km North East of my home.
I used the S-meter of the IC706 , assuming that  each S-meter point is equivalent to 6dB. Also I live in an urban area so the measurement should be read carefully.

 

















































Le fichier MMANA:
( faire copie / paste et sauver en NomDeFichier.maa)

F6ITS 145 8elts 2m50 boom
*
145.0
***Wires***
34
0.0, -0.281177, -0.281177, 0.0, 0.281177, -0.281177, 0.003, -1
0.0, 0.281177, -0.281177, 0.0, 0.281177, 0.281177, 0.003, -1
0.0, 0.281177, 0.281177, 0.0, -0.281177, 0.281177, 0.003, -1
0.0, -0.281177, 0.281177, 0.0, -0.281177, -0.281177, 0.003, -1
0.377, -0.03, -0.266603, 0.377, 0.03, -0.266603, 0.003, -1
0.377, -0.266603, -0.266603, 0.377, -0.03, -0.266603, 0.003, -1
0.377, 0.266603, -0.266603, 0.377, 0.03, -0.266603, 0.003, -1
0.377, 0.266603, -0.266603, 0.377, 0.266603, 0.266603, 0.003, -1
0.377, 0.266603, 0.266603, 0.377, -0.266603, 0.266603, 0.003, -1
0.377, -0.266603, 0.266603, 0.377, -0.266603, -0.266603, 0.003, -1
0.899, -0.258972, -0.258972, 0.899, 0.258972, -0.258972, 0.003, -1
0.899, 0.258972, -0.258972, 0.899, 0.258972, 0.258972, 0.003, -1
0.899, 0.258972, 0.258972, 0.899, -0.258972, 0.258972, 0.003, -1
0.899, -0.258972, 0.258972, 0.899, -0.258972, -0.258972, 0.003, -1
1.274, -0.261254, -0.261254, 1.274, 0.261254, -0.261254, 0.003, -1
1.274, 0.261254, -0.261254, 1.274, 0.261254, 0.261254, 0.003, -1
1.274, 0.261254, 0.261254, 1.274, -0.261254, 0.261254, 0.003, -1
1.274, -0.261254, 0.261254, 1.274, -0.261254, -0.261254, 0.003, -1
1.97, -0.258341, -0.258341, 1.97, 0.258341, -0.258341, 0.003, -1
1.97, 0.258341, -0.258341, 1.97, 0.258341, 0.258341, 0.003, -1
1.97, 0.258341, 0.258341, 1.97, -0.258341, 0.258341, 0.003, -1
1.97, -0.258341, 0.258341, 1.97, -0.258341, -0.258341, 0.003, -1
1.606, -0.253688, -0.253688, 1.606, 0.253688, -0.253688, 0.003, -1
1.606, 0.253688, -0.253688, 1.606, 0.253688, 0.253688, 0.003, -1
1.606, 0.253688, 0.253688, 1.606, -0.253688, 0.253688, 0.003, -1
1.606, -0.253688, 0.253688, 1.606, -0.253688, -0.253688, 0.003, -1
2.47, -0.258841, -0.258841, 2.47, 0.258841, -0.258841, 0.003, -1
2.47, 0.258841, -0.258841, 2.47, 0.258841, 0.258841, 0.003, -1
2.47, 0.258841, 0.258841, 2.47, -0.258841, 0.258841, 0.003, -1
2.47, -0.258841, 0.258841, 2.47, -0.258841, -0.258841, 0.003, -1
2.246, -0.258341, -0.258341, 2.246, 0.258341, -0.258341, 0.003, -1
2.246, 0.258341, -0.258341, 2.246, 0.258341, 0.258341, 0.003, -1
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*** Source ***
1, 1
w5c, 0.0, 1.0
*** Load ***
0, 1
*** Segmentation ***
800, 40, 2.0, 2
*** G/H/M/R/AzEl/X ***
0, 40.0, 4, 50.0, 0, 0, 0.0

 
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