Antennes/FR5EC Dragonfly
Beam
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patience
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 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) :
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)
|
Le boom, de l'antenne "FR5EC Dragonfly
Beam"
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"...
Pour l'antenne "FR5EC Dragonfly
Beam", 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
La
simulation :
Simulation avec
le logiciel
MMANA (lien pour télécharger)
Important :
Le boom ne rayonnant pas, je peux le
supprimer, mais pour que la simulation soit correcte, je dois créer deux sources
d'alimentations avec un déphasage de 180°.
COMMENT CRÉER LA SOURCE 2 (MMANA)
Couper le fil du REF au milieu (2 segments séparés)
dans Géométrie, sélectionner le fil du réflecteur
Ajouter la source dans géométrie, après Source 1 (DE), ajouter Source 2 :
Paramètres de la source 2, renseigne Wire (fil), numéro du fil du REF, segment
au centre, Voltage (V) : 1.0, Phase (deg) : 180°
cf simulation
CONTRÔLE FINAL, avant simulation, on doit voir :
- Emetteur = source 1 (ajout automatique) :
- phase = 0°
- amplitude = 1 V
- Réflecteur = source 2 (ajout manuel) :
- phases = 180°
- amplitudes identiques = 1 V
Première simulation :
(provisoire)
Je publie avant l'heure cette simulation
cohérente pour vous faire patienter. Sachez que l'approche finale est
très fine et c'est laborieux... Dors et déjà, vous pouvez vous lancer
dans la construction et être sûr que cette antenne fonctionne presque du
premier coup !
Rappel : Le boom central peut être réalisé
avec de l'aluminium anodisé noir (aspect pro) moyennant quelques
précautions pour les contacts ou en aluminium brut
suivant votre envie !
Dimensions provisoires car
le ROS est encore élevé,
il faudra peaufiner... le GAP
Rôle du gap, ce petit écart
est essentiel car :
-
il contrôle le couplage
électromagnétique entre les deux éléments ;
-
influence l’impédance
d’entrée de l’antenne ;
-
agit sur la résonance et
le rapport avant/arrière.
En pratique, dans une Moxon
rectangle, les extrémités sont repliées vers l’intérieur sans se toucher.
La distance qui les sépare s'appelle le gap.
Importance du réglage :
-
Gap trop petit → couplage
trop fort, désaccord possible ;
-
Gap trop grand → perte
d’efficacité directionnelle.
En résumé :
A noter la symétrie
des courants
A noter le rapport
avant/arrière de 20.1 dB
Premiers achats à prévoir :
- deux tubes carrés de 40 mm de section
(40mmx40mmx2mm) sur
2.50 m de long en aluminium (anodisé ou brut selon votre goût)
- une plaque en fibre de verre
de 8mm d'épaisseur de 30cmx20 cm.
Après découpe vous obtiendrez deux pièces (que j'appellerai
hub). Dimension du hub : 30cmx4cmx8mm, il permet, d'une part, de solidariser
les deux tubes carrés espacés de 8 mm ce qui constituera le boom et
d'autre part les
supports des cannes en fibre de verre.
NB : La chute de la
plaque en fibre de verre nous servira à la fixation du boom sur le
mât.
- Colle résine et
fibre de verre Sintofer (Répare métal)
A noter : l'assemblage des deux tubes sera réalisé uniquement par collage
(pas de vis).
- Quatre cannes en fibre de
verre
etc. |
Sintofer |
Montage de l'antenne
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.
Détail du hub (côté réflecteur)
NB : les 4 encoches sont tracées à 7 mm du bord,
laisser une marge de 1.5 cm entre l'extrémité de la canne
et le boom afin de ne pas trop fragiliser le hub
Détail du hub (côté émetteur)
A noter, le trou permettant le passage de
la PL de châssis au droit du boom
Ce qu'il faut dire :
Sur une FR5EC Dragonfly Beam,
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, on installe
provisoirement les fils/haubans, 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.
Ensuite seulement :
on repère la position
finale (feutre, scotch, trait), on démonte une par une, puis collage
époxy définitif dans la position repérée.
Une autre raison
importante : l’époxy lubrifie un peu au moment du montage, donc un tube
déjà très serré peut se déplacer brutalement pendant le collage, alors
qu’un ajustement contrôlé permet un repositionnement précis avant prise.
En pratique, sur ce type
de beam légère : on cherche un emboîtement « glissant sans jeu excessif
», pas flottant, mais pas bloqué non plus.
Beaucoup de constructeurs
ajoutent aussi : un montage à blanc complet sur table, mesure des diagonales, contrôle
visuel en regardant la beam de face, puis collage définitif seulement
quand tout est parfaitement aligné.
C’est une méthode
classique de construction d’antennes en fibre de verre pour éviter : les
contraintes mécaniques, les déformations permanentes, et les désaccords
dus à une géométrie asymétrique.
Assemblage du HUB et des cannes par collage
(côté réflecteur)
Assemblage du HUB et des cannes par collage
(côté émetteur)
stand by pendant la simulation...
.... patience pour le
final....
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