Antennes/FR5EC Dragonfly
Beam
Liminaire.
 Début 2026 a vu la naissance d'une nouvelle antenne : un modèle hybride
directionnel inspiré de trois concepts : Moxon, W8JK et log-périodique.
La
« FR5EC Dragonfly Beam », est une antenne directionnelle compacte
principalement destinée à la bande des 20 mètres, avec une possibilité
d'extension aux bandes des 15 et 10 mètres.
Le
concept repose sur la synthèse de trois principes d'antennes
directionnelles :
-
Couplage et alimentation symétriques inspirés de la W8JK,
-
Compacité et éléments repliés inspirés de la Moxon,
-
Comportement large bande similaire à celui d'une structure
log-périodique.
L'objectif est d'obtenir une antenne directionnelle légère et
performante, dotée d'un boom court, d'une mécanique épurée, d'une bande passante
améliorée, d'un excellent rapport avant-arrière et d'un balun
intégré sans perte.
Principe de fonctionnement :
L'antenne se compose de deux éléments principaux, tous deux alimentés.
L'alimentation s'effectue en opposition de phase (180°) via deux
conducteurs parallèles formés par les deux tubes carrés constituant le
boom. Cette géométrie garantit une bonne symétrie électrique et limite
les courants de gaine sur le câble coaxial, tout en assurant robustesse
et légèreté. L'ajout d'un balun de type « sleeve balun » sans perte,
rendu possible par le passage du câble coaxial à l'intérieur du tube
inférieur, élimine tout courant de gaine résiduel.
Concepteur :
Concept développé par FR5EC – La Réunion – 2026.
At
the beginning of 2026, a new antenna was born: a directional, hybrid design
inspired by three concepts: Moxon, W8JK, and log-periodic.
The "FR5EC Dragonfly Beam,"
as it is officially named, is a compact directional antenna primarily intended
for the 20-meter band, with the possibility of extending it to the 15-meter and
10-meter bands.
The concept is based on a synthesis of three
directional antenna principles:
-
Symmetrical coupling and feed inspired by the W8JK,
-
Compactness and replica elements inspired by the Moxon,
-
Wideband behavior similar to a log-periodic structure.
The goal is
to obtain a lightweight, high-performance directional antenna with a
short boom, streamlined mechanics, a wide bandwidth, an excellent
front-to-back ratio, and an integrated lossless balun sleeve.
Operating
Principle: The antenna comprises two main elements, both driven.
Feeding is achieved in opposite phase (180°) via two parallel
conductors formed by two square tubes that constitute the boom. This
geometry ensures good electrical symmetry and limits gain currents
on the coaxial cable, not to mention the overall robustness and
lightness.
The addition
of a lossless "sleeve balun", thanks to the coaxial cable being
routed internally within the lower tube, eliminates all residual
sheath currents.
Designer:
Concept
developed by FR5EC – La Réunion - 2026.
Historique
Première version
du concept, la "Moxon/W8JK hybride by
FR5EC" (dans les années 2006). J'ai développé cette antenne hybride, il y a
plus de 20 ans déjà !
Vous pouvez voir une ancienne publication de cette antenne,
en cliquant sur ce lien.
Aujourd'hui
(en 2026)
A noter : Ce dessin n'est pas à l'échelle.
Les vis de fixation (en fibre de carbone) entre les deux plaques
en fibre de verre ne figurent pas sur le dessin.
20 années plus tard...
Apport de solutions inédites et originales au niveau de
la conception, et notamment de l'alimentation de l'antenne, qui s'appelle
désormais "FR5EC Dragonfly
Beam" :
-
une alimentation en câble coaxial 50 ohms,
plus pratique qu'une ligne bi-filaire,
-
émetteur et réflecteur
alimentés par une ligne parallèle avec un déphasage de 180°,
-
un boom inédit, élégant, intégrant un balun
infini (sans pertes), inspiré de... l'antenne log-périodique,
-
une construction super
légère, facilement transportable, pratique en période
cyclonique, ici à La Réunion, ou en portable (SOTA)
-
un QSJ raisonnable.
-
etc.
A force d'étudier les antennes existantes, et
notamment l'antenne log-périodique, je me suis dit, voilà donc "LA" solution
élégante à transposer et à mettre en œuvre !
J'ai choisi d'utiliser le boom en aluminium anodisé
noir (voir les précautions à prendre plus loin).
Deux tubes carrés espacé de 8mm,
forment la colonne
vertébrale de l'antenne, et assurent la ligne de transmission
avec un déphasage de 180° entre le réflecteur et
l'émetteur.
Ainsi la structure est beaucoup plus simple qu'une W8JK, avec la disparition de ces fils croisés, si disgracieux et
si fragiles !
Quelques
remarques,
d'après la littérature, on oubliera pas que
-
pour une
antennes Log-périodique, l'impédance sera de 50 Ohms au point
d'alimentation, si au niveau du boom, l’espacement entre les deux
tubes carrés est égal à 20% de la largeur des tubes en vis à vis.
Si les
deux tubes carrés font 40 mm de côté, l’espace entre les deux tubes
sera donc de 40/5 = 8 mm.
-
pour la W8JK les
deux éléments sont
alimentés en opposition de phase (180°),
donc :
-
les
courants sont de sens opposé,
-
le
champ rayonné s’additionne dans une direction et se soustrait dans
l’autre,
-
on
obtient un
diagramme directif
sans réflecteur classique.
-
la W8JK,
est une forme de
réseau
à deux éléments couplés
plutôt qu’une Yagi.
-
Évolution
de mon concept vers une structure "quasi log-périodique"
:
-
les
éléments ne sont plus strictement identiques,
-
leurs longueurs et espacements peuvent être optimisés sur plusieurs
bandes,
-
le
système se rapproche alors
fonctionnellement
d’une
log-périodique à deux éléments actifs.
-
même si ce
n’est pas une vraie log-périodique,
le
comportement large bande et la stabilité d’impédance
rappellent clairement la logique LP, en effet :
-
il
n’y a pas de progression géométrique stricte (τ, σ),
-
il
n’y a pas d’alimentation alternée progressive sur une ligne bifilaire.
-
Pourquoi le boom constitué de
2 tubes
carrés isolés
est
une astuce fondamentale et inovante :
-
chaque tube sert de
support
mécanique,
aux éléments rayonnants,
-
le
boom ne rayonne pas,
il est
"électriquement neutre"
-
on se
rapproche de la
philosophie des LPDA à
boom isolé :
-
donc
moins de courants parasites,
-
un
diagramme de rayonnement plus propre,
-
une
meilleure reproductibilité.
-
Choix de la matière des tubes :
-
j'ai fait le choix
de l’aluminium anodisé noir, pourquoi ?
On sait que les deux tubes 40×40 mm forment une ligne
d’alimentation symétrique, ce n'est pas un élément rayonnant
principal, donc le champ RF est confiné entre les deux
tubes et le rayonnement est très faible vers l’extérieur.
Comme le boom ne rayonne pratiquement pas, son état de
surface (brut ou anodisé) n’influence quasiment pas le
rayonnement !
-
Un seul point critique
(très important), il faut optimiser tous les contacts
électriques aux différents points de connexion : PL
point chaud, PL masse, connexion des quatre éléments
filaires rayonnants (connexions à l'intérieur des tubes)...
A cet effet, il faut enlever l’anodisation en ponçant les
zones de contacts au papier abrasif (ou grattage), préférer
utiliser des rondelles éventail (qui s'incrustent dans
l'aluminium) et de la graisse conductrice (le top).
-
Avantages de ce choix :
-
Protection contre la corrosion
-
Aspect esthétique (antenne
“pro”)
-
Moins d’oxydation à long terme
-
Pas d’entretien, très bon
choix pour une antenne extérieure
-
Aucun impact sur le
fonctionnement de l'antenne (à condition de soigner les
contacts électriques)
-
Pour faire plus simple, il est toujours possible de choisir
de l'aluminium brut.
Le boom, de l'antenne
Explication :
au point d'alimentation du coaxial situé vers l'avant,
le point froid, (masse
de la PL de châssis) est fixé sur le tube jaune inférieur, et
le point chaud de la PL est connecté sur le tube orange supérieur, le coaxial
entre par l'arrière du tube jaune inférieur et chemine à l'intérieur
de celui-ci au centre par des entretoises...
Un... balun
sans pertes, et "invisible"...
J'ai fait le choix de faire passer le coaxial à
l’intérieur du tube inférieur du boom, ainsi l'ensemble se comporte comme
un "sleeve Balun" et donc comme un “balun
quasi infini”, sans perte mesurable de gain, si la géométrie est bien
maîtrisée.
Schéma de
principe d'un Sleeve Balun -
Sources
Comment ça marche, et où sont les pièges.
Pourquoi ça fonctionne (théorie)
Quand le boom est symétrique (2 tubes
identiques) l’antenne est alimentée en opposition de phase (180°), si le
coaxial est parfaitement confiné à l’intérieur du tube conducteur
inférieur, alors le champ externe du coaxial est annulé. Le tube agit
comme un blindage total, une gaine conductrice à potentiel constant, et
un chemin de retour parfaitement défini. Aucun courant de mode commun ne
peut se développer sur la gaine externe.
Note : C’est exactement le même principe que les
antennes Yagi professionnelles à boom creux, les log-périodiques
broadcast et certaines antennes militaires.
D’où le terme parfois utilisé (un peu
abusivement) de "balun infini".
La littérature sérieuse (ARRL), nous dit
que :
- Gain : identique à un balun
parfait
- Diagramme : strictement inchangé
- F/B : stable
- ROS : indépendant de la longueur
du coaxial
- Aucune perte mesurable, surtout
en HF, c’est encore plus tolérant qu'en UHF/VHF
Attention aux règles nécessaires à un
fonctionnement correct (sinon ça ne marchera pas) :
-
Le coaxial doit être entièrement à
l’intérieur du tube carré, depuis son entrée par l'arrière, jusqu’au point
d’alimentation à l'avant.
Important : le coaxial, fixé plus bas sur le mât vertical,
monte donc à la verticale en formant un "S"
avant d'entrer par l'arrière du boom et
doit arriver perpendiculairement à celui-ci, pour éviter tout
couplage.
-
Il est préférable que le coaxial ne touche
pas le tube, la gaine doit être intacte et
centrée avec soin avec des entretoises disposées tous les 30 cm.
Dans notre choix, c’est un cas quasi
idéal, le tube inférieur devient un "sleeve balun parfait" avec une
impédance de choc très élevée (>10 kΩ), donc aucun choke balun
supplémentaire n’est requis !
Vérification simple à faire sur le
terrain, pour se rassurer :
-
mesurer le ROS,
-
déplacer la main le long du
coaxial,
-
changer la longueur du coaxial,
si rien ne change, c’est OK, le mode
commun est en principe nul.
L'alimentation de l'antenne
La PL de
châssis est montée sur le haut du tube inférieur (la pine centrale passe au
travers d'un trou en partie basse du tube supérieur, celle-ci (la pine) sera reliée
électriquement à
l'intérieur du tube via un fil soudé et relié au tube par une cosse et une
vis de 3mm inox), le câble coaxial de l'alimentation sera soudé à la prise
coudée.
PL coudée vissée sur PL de
chassis
Premiers achats à prévoir
Sintofer
-
deux tubes carrés de 40 mm de section
(40mmx40mmx2mm) sur
2.50 m de long en aluminium (anodisé ou brut selon votre choix)
-
deux plaques en fibre de verre
de : 28x12x0.8 (en cm),
-
une plaque que j'appelle
HUB, qui permettra - après collage au "sintofer" - d'une
part, de solidariser les deux tubes carrés espacés de 8 mm
qui constituera le boom et d'autre part les supports des
cannes en fibre de verre.
-
une seconde plaque, qui
permettra de fixer l'antenne au mât.
-
Colle résine et
fibre de verre, Sintofer (Répare métal)
-
Quatre cannes en fibre de
verre (*),
(*) A l'achat
prévoir des cannes plus longues (environ 6 à 8 m) pour une meilleure
rigidité, vous pourrez utilement enlever 2 ou 3 brins terminaux
en trop ! Ne coupez pas les cannes en longueur avant que l'antenne
soit terminée et réglée.
etc.
Montage du boom
Préparation du tube
supérieur du boom (point chaud de l'alimentation de l'antenne) :
-
(B) un trou de 3mm pour
le passage des fils rayonnants émetteur
-
(H) un trou de 3mm pour
le passage des fils rayonnants réflecteur
-
(A) un trou de 3mm pour
les fixations des fils à l'intérieur du tube (émetteur)
-
(G) un trou de 3mm pour
les fixations des fils à l'intérieur du tube (réflecteur)
-
(C) un trou de 8mm pour le
passage du fil soudé au point chaud de la PL vers le tube du haut
Préparation du tube
inférieur du boom :
-
(D) un trou pour la
fixation de la PL diamètre de 16 mm
-
(E) un trou de 3mm pour
le passage des fils rayonnants émetteur
-
(I) un trou de 3mm pour
le passage des fils rayonnants réflecteur
-
(F) un trou de 3mm pour
les fixations des fils à l'intérieur du tube (émetteur)
-
(J) un trou de 3mm pour
les fixations des fils à l'intérieur du tube (réflecteur)
Préparation du HUB en fibre
de verre : cette pièce permet, d'une part, de supporter les
quatre cannes
en fibre de verre, et d'autre part, de maintenir les deux tubes carrés à la
bonne distance pour permettre l'alimentation de l'antenne avec un coaxial de 50
Ω.
Les cannes s'emmanchent
dans les encoches. Pour préserver l'intégrité physique du support,
ces encoches s'arrêtent 6 cm environ avant le boom, vous noterez pour
que les cannes puissent s'enfiler jusqu'au boom il faudra usiner des
encoches (6 cm) sur les cannes.
Version
définitive :
Vous pouvez
télécharger le plan gabarit, (au format pdf), à l'échelle en cliquant sur ce
lien
Vous pouvez
télécharger le plan gabarit, (au format pdf), à l'échelle en cliquant sur ce
lien
A noter que : toute l'antenne est
entièrement assemblée par collage, et que cette plaque est
la seule pièce à être fixée avec quatre vis M6 de 55mm de long
en fibre de verre. Le tube carré inférieur (point froid) est
donc pris en sandwich entre les deux plaques de fibre de verre.
Par ailleurs, prévoir deux chutes
en fibre de verre pour caler les deux tubes carrés coté émetteur
et côté réflecteur.
Ce qu'il faut dire :
Le fait de laisser un ajustement légèrement « lâche » entre les cannes
en fibre de verre et le hub n’est pas un défaut : c’est volontaire pour
faciliter l’alignement final avant collage définitif.
L’astuce consiste à utiliser
le petit jeu mécanique comme possibilité de réglage angulaire.
Voici le principe :
Les 4 cannes doivent
former une géométrie parfaitement symétrique. Si l’emmanchement est trop
serré dès le départ : impossible de corriger un léger décalage, les
pointes ne tombent pas exactement au même plan, la beam peut vriller
légèrement, la tension des fils rayonnants devient inégale. Avec un
ajustement un peu libre : on monte les 4 cannes à blanc, puis on fait tourner ou coulisser très
légèrement chaque canne dans le hub, jusqu’à obtenir : une croix
parfaitement centrée,
des diagonales égales, un plan bien plat, une tension identique sur les
éléments filaires.
Personnellement, je
préfère mettre l'ensemble sur un mât (fixé sur table), de faire les mesures nécessaires pour vérifier si l'antenne est
bien symétrique et
"belle à voir", puis de faire mon premier collage provisoire
avec quelques points de colle de type "cyanolite".
En cas de "plantage"... quelques coups de cutter
suffiront pour corriger les erreurs, puis de procéder au collage
(colle époxy) définitif.
C’est une méthode
classique de construction d’antennes en fibre de verre pour éviter au
final : les
contraintes mécaniques, les déformations permanentes, et les désaccords
dus à une géométrie dissymétrique.
En option, éliminer les (courants) statiques en
reliant le tube inférieur du boom au mât
En observant l'antenne on voit
qu'elle est isolée de la terre, contrairement aux antennes du type "tout à
la masse", dont je suis fan.
L'idée... pouvoir relier le tube inférieur à la terre sans provoquer de
désordre au niveau du fonctionnement de l'antenne.
En mettant le montage qui suit
dans une boîte étanche métallique fixée au plus près du tube carré aluminium inférieur,
la fixation de la boîte fixée sur le mât par la bride inox inférieure de la
fixation de l'antenne au mât, à la masse du mât.
C’est une solution mécanique et RF proche des pratiques professionnelles HF.
Connexions très courtes, bonne robustesse, protection climatique,
comportement RF plus stable.
Le montage :
-
deux selfs de 5 µH en
série (valeur totale de 10 µH) montées à 90° l'une de l'autre (pour éviter
tout couplage) , solution plus élégante
en HF par rapport à une
seule self de 10 µH. En effet on réduit
la capacité parasite de chaque bobine (pas de risques de résonance parasite
sur 10 m).
-
deux résistances en
série de 220k, soit un total de 440k
(2w 500v ou + en métal film) à monter en parallèle aux deux selfs.
Attention :
-
fixez les deux selfs à
1 à 2 cm minimum, par rapport aux parois de la boîte métallique.
-
la taille idéale du boîtier
: 10 × 6 × 4 cm suffit largement. (pas trop grand, sinon gare aux
résonances internes, de plus les connexions seraient trop longues.
-
là encore, le contact
métal/métal doit être franc. (graisse conductrice légère indispensable
ou
pâte antioxydant alu/inox pour éviter toute corrosion galvanique)
-
boîte étanche métallique
-
fixée directement au mât
-
connexions très courtes
Dimensions d’une self 5 µH
:
-
diamètre bobine : 25 mm
-
fil cuivre :
Simulations
mathématiques dans
MMANA-GAL Basic (télécharger)
Note : Le boom est supprimé de la simulation.
A la création de la simulation MMANA va automatiquement créer une
source d'alimentation (émetteur), mais il faudra créer manuellement une
seconde source d'alimentation (réflecteur) avec un déphasage de 180
degrés.
Dimensions
provisoires (Bande des 20 mètres)
- Longueur du Boom : 2,5 mètres.
- Envergure totale (Largeur) : 8,60 m
- Repli émetteur : 1,0 m
- Repli réflecteur : 1,40 m
- Le GAP latéral : 10 cm
(Le GAP c'est l'espace entre l'extrémité du fil émetteur et
l'extrémité du fil réflecteur) Si le GAP est trop faible l'antenne se
désaccorde ; s'il est trop grand, elle perd de sa directivité.
Captures d'écrans de la simulation :
Aujourd’hui:
En arrivant au bout de cette première étude avec MMANA-GAL Basic, le
vieux routier de la radio que je suis (né le 5 juillet 1945) ne peut
s'empêcher de saluer la formidable souplesse de ce logiciel. Pour
dégrossir une idée, aligner quelques tubes virtuels et valider un
concept de base, c'est un outil pratique qui fait gagner un temps
précieux.
Mais comme tout bon outil, il a ses limites. Lorsqu'on veut passer de
la théorie de l'écran à la réalité du toit, MININEC (le moteur de MMANA)
avoue ses faiblesses.
Il oublie que dans le monde réel, notre antenne
possède un boom métallique qui perturbe les éléments, que le sol sous
l'antenne n'est pas parfait, et que nos éléments rayonnant sont
filaires.
Vouloir construire une antenne définitive sur ces seules données,
c'est prendre le risque de passer plus de temps à jouer de la pince sur
le toit qu'à faire des QSO.
Donc, en route vers l'optimisation avec 4NEC2 !
Le logiciel gratuit est téléchargeable sur le site de Arie Voors à l’URL
suivante :
https://www.qsl.net/4nec2/
Pour transmettre une expérience qui tienne la route et vous éviter
les pièges que j'ai moi-même endurés par le passé, j'ai décidé de
pousser l'analyse un cran plus loin.
J'ai donc installé le logiciel gratuit 4NEC2.
Grâce à son moteur NEC-2 et son modèle de sol réaliste
(Sommerfeld-Norton), nous allons pouvoir habiller notre antenne avec son
boom et simuler son comportement exact avant même de donner le premier
coup de scie.
C'est le point de départ du prochain article.
Nous
verrons ensemble comment dompter ce logiciel, modéliser ce fameux boom
et optimiser les dimensions au millimètre près.
À tous les passionnés, les curieux, et surtout à la relève : ne
reculez jamais devant la construction personnelle !
Rien ne remplace la fierté d'entendre un report "59" dans l'océan
Indien, ou ailleurs, avec une antenne sortie tout droit de votre
atelier.
Préparez les outils, affûtez vos crayons, et rendez-vous au prochain
chapitre pour peaufiner notre copie, la mienne, mais aussi peut-être la
votre ?
Suite et fin, simulation dans 4NEC2
|
