faisceau hexagonal G3TXQ

hexbeam est une antenne directionnelle filaire qui combine les principes de yagi a Moxon antény. Verziu G3TXQ, produit par Anthony MW0JZE depuis 2009Cette antenne est aujourd'hui utilisée par de nombreux radioamateurs comme alternative aux antennes Yagi ou quad multibandes classiques, notamment sur les terrains où l'espace est limité. Cet article décrit son principe de fonctionnement, sa structure mécanique, son historique, l'ajout de la bande des 40 mètres, la solution de balun et un retour d'expérience sur la construction d'une antenne similaire en milieu domestique.

Avantage de l'antenne à faisceau hexagonal

Le principal avantage de l'antenne hexabeam réside dans sa combinaison de gain directionnel et de dimensions réduites. Sa conception permet d'atteindre un gain d'environ 5 à 6 dBi et un rapport avant/arrière pouvant atteindre 20 dB, la rapprochant ainsi des performances d'une antenne Yagi à deux éléments. Composée de six bras parallèles, elle permet de couvrir jusqu'à six bandes de fréquences distinctes sur une seule colonne centrale. Chaque bande fonctionne alors comme une antenne indépendante à deux éléments, sans bobines ni filtres passe-bande, et donc sans les pertes habituellement engendrées par ces composants.

Le principal avantage pratique de l'antenne hexbeam G3TXQ par rapport à une antenne Yagi classique réside dans sa taille. Son rayon de courbure est de seulement 3,25 m, tandis qu'une antenne Yagi à deux éléments comparable pour la bande des 20 mètres nécessite une envergure de 10,75 m et un rayon de courbure de 5,75 m. Grâce à ces dimensions réduites, l'antenne hexbeam s'intègre facilement dans un jardin standard et peut être orientée même avec un rotor moins puissant.

La conception originale de l'antenne hexbeam des années 1990 présentait des caractéristiques à bande étroite et nécessitait un réglage. La version G3TXQ, quant à elle, est conçue pour être à large bande : correctement assemblée, elle ne requiert pas de coupleur d'antenne et le TOS reste faible sur toute la gamme des bandes individuelles.

Caractéristiques de l'antenne Hexbeam

L'antenne Hexbeam G3TXQ est une antenne Yagi à deux éléments de taille standard, composée d'éléments en fil métallique courbé. Vue de dessus, l'élément actif a une forme en M, tandis que le réflecteur est en forme de U. Cette antenne peut être assemblée en version monobande ou multibande sans dégradation significative de ses performances, car les différentes bandes de fréquences sont pratiquement indépendantes : la déconnexion ou la modification d'un élément n'a quasiment aucun impact sur les autres bandes.

La largeur totale de l'antenne six bandes est de 6,5 m et sa hauteur, de la plaque de base au sommet de la colonne centrale, est de 107 cm. Le poids de la version actuelle, avec des inserts plus épais, est de 12 kg (données de 2014), tandis que l'ancienne version, avec des inserts plus fins, pesait 9,5 kg.

Le fabricant indique que l'antenne est testée au Royaume-Uni jusqu'à 400 W, certains utilisateurs l'utilisant couramment en BLU jusqu'à 2 kW et en CW et modes numériques jusqu'à 1 kW. La résistance mécanique a été testée jusqu'à des vents de 120 km/h, mais cette valeur n'est valable que si le mât de support peut supporter la même charge.

Les valeurs indiquées ont été publiées par le fabricant pour la version HD six bandes de l'hexabeam G3TXQ ; le gain est donné en dBd, pour le convertir en dBi, il faut ajouter 2,15 dB.

Histoire de l'antenne hexbeam

Le concept d'antenne hexbeam a été conçu pour la première fois par Mike Traffie, N1HXA, qui a publié son projet dans Communications Quarterly en 1996. Ce modèle original, désormais appelé modèle « classique », avait un rayon de braquage d'environ 2,9 m et couvrait les bandes 20, 17, 15, 12 et 10 m.

Le radioamateur britannique Steve Hunt, G3TXQ, a examiné de plus près la conception originale, constatant des divergences dans les valeurs de gain, de bande passante et de rapport avant/arrière fournies par différents constructeurs. Il a publié les résultats de sa modification dans le magazine en ligne AntennaX fin 2007 sous le titre « Hexbeam à large bande », et à partir de 2008, cette version à large bande a commencé à se répandre parmi les constructeurs. Il a modifié les dimensions et la forme des éléments afin que l'antenne fonctionne à large bande sans nécessiter de réglage, tandis que l'élément excité conservait sa forme en M, mais que le réflecteur adoptait une forme plus semi-circulaire. L'extension de la bande passante a eu pour prix un rayon de courbure porté à 3,25 m.

La production commerciale de la version haut débit de l'antenne G3TXQ a débuté en juillet 2009 sous l'impulsion d'Anthony, MW0JZE, initialement suite à une demande d'antenne pour l'activité portable IOTA. La production est dirigée par Steve Hunt, G3TXQ, et opère sous le nom commercial Hexbeam UK depuis le 31 mars 2013. Selon le fabricant, plus de 3 000 unités de cette antenne ont été vendues à ce jour dans plus de 65 pays.

Conception d'antenne hexabeam multibande

Pilier central

L'élément central de la structure est la colonne coaxiale aérienne MW0JZE, de notre conception et fabriquée depuis août 2012. Le conducteur extérieur est un tube en aluminium de 35 mm de diamètre et de 3,5 mm d'épaisseur. Le conducteur intérieur est une tige rigide placée sur des entretoises en nylon au centre du tube. La colonne elle-même ne contient aucun câble coaxial. La structure est conçue pour une impédance de 50 ohms et est symétrique, ce qui améliore l'équilibre de l'alimentation et l'isolation par rapport aux autres composants. Le sommet de la colonne est fermé par une goupille en nylon pour assurer l'étanchéité. Le connecteur d'alimentation est un SO-239, et un connecteur N est également disponible sur demande. 

plaque de base

La plaque de base est usinée CNC dans une tôle d'aluminium T6 de 6 mm d'épaisseur, avec des repères gravés pour un positionnement précis des entretoises. Tous les boulons en U et les fixations sont en acier inoxydable. La bride inférieure est dimensionnée pour un diamètre maximal de tube support de 50 à 40 mm (1 7/8 à 1 5/8 pouce), avec une épaisseur de paroi minimale recommandée de 2,5 mm.

revêtements en fibre de verre

Chacun des six bras est constitué de trois sections de profilé en fibre de verre extrudée, dont l'une mesure 353 cm de long une fois pliée.

Les extrémités des sections sont renforcées par des manchons en aluminium afin d'éviter leur fissuration lors du cintrage des entretoises pour former l'antenne. Chaque bras est fixé au poteau et au bras adjacent par des câbles de tension Mastrant P2 d'une résistance à la traction de 95 kg, qui maintiennent les entretoises dans l'arc correct. Les conducteurs sont guidés sur les entretoises par des supports en PEHD, que le fabricant a remplacés par le modèle original, moins durable, lors de la révision de janvier 2025.

Éléments de fil

L'antenne est fournie de série en version cinq ou six bandes pour une portée de 6 à 20 m. Chaque élément étant indépendant, l'ajout ou la suppression d'une bande n'affecte quasiment pas les performances des autres. Les conducteurs sont en fil de cuivre à sept conducteurs isolé par du PVC ; des entretoises en corde de polyester sont placées entre l'élément actif et le réflecteur.

Depuis janvier 2013, tous les éléments sont équipés d'isolateurs spécialement conçus pour prévenir les arcs électriques lors d'un fonctionnement prolongé à haute puissance en modes CW et données, notamment lors de compétitions ou d'expéditions DX. Toutes les connexions sont isolées par une gaine thermorétractable.

D'après le fabricant, le montage complet de l'antenne prend environ une heure. La hauteur optimale se situe au-dessus de 10,7 m, mais l'antenne offre des performances satisfaisantes dès 6 m au-dessus d'un terrain dégagé, sans obstacles à proximité, le TOS diminuant avec la hauteur.

Extension de la bande des 40 mètres

Pour les possesseurs de l'antenne Hexbeam six bandes G3TXQ, un kit d'extension pour la bande 40 m est disponible, composé d'un élément dipôle unique. Ce kit comprend six bras d'extension avec accessoires, un bras d'extension vertical et un adaptateur. Balun pour le raccordement direct d'une alimentation de 50 ohms avec une charge de puissance jusqu'à 1,5 kW et de l'élément filaire lui-même pour la bande des 40 m.

Ce kit remplace l'ancien modèle d'antenne hexabande à sept bandes, abandonné en raison de sa grande complexité et du travail qu'il nécessitait. Le nouveau kit peut être installé sur des antennes six bandes existantes, n'ajoute que quelques kilogrammes et son assemblage prend environ une heure.

D'après la modélisation du logiciel EZNEC, l'élément atteint un gain de 3,77 dBi à 40 m en espace libre, tandis que le dipôle de référence présente un gain de 2,14 dBi dans les mêmes conditions. Installé à 10 m du sol, l'élément adjacent présente également, selon la modélisation, une augmentation du gain directionnel à 15 m (de 9,12 dBi à 10,35 dBi), un gain avant/arrière accru (de 16,51 dB à 16,94 dB) et un faisceau plus étroit avec une meilleure atténuation latérale, mais avec des lobes arrière plus marqués.

La bande passante de l'élément 40 m est, selon le fabricant, inférieure d'environ 175 kHz à la limite de ROS de 2:1, ce qui correspond à la plage de fréquences de la plupart des coupleurs d'antenne intégrés aux émetteurs-récepteurs modernes ; la fréquence centrale peut être spécifiée lors de la commande en fonction de la portion de bande souhaitée. Le rayon de courbure de l'antenne avec le kit 40 m passe à 4,1 m et le kit pèse environ 3,5 kg.

balun

L'Hexbeam est alimenté par une seule ligne de 50 ohms et, selon le fabricant, nécessite un balun ou une inductance 1:1 placée aussi près que possible du point d'alimentation – en pratique, généralement à 20 m près du sommet de la colonne centrale – pour supprimer les courants de mode commun sur la gaine du câble coaxial.

Outre les antennes, MW0JZE fournit également son propre balun d'isolation en ligne, basé sur le concept W1JR et doté d'un noyau toroïdal FT240-43. L'enroulement est constitué de 70 cm de câble coaxial RG-303 enroulé en huit spires autour du noyau. L'ensemble est logé dans un boîtier étanche en résine polyester, équipé de connecteurs SO-239 de chaque côté. Le balun est testé à la puissance maximale autorisée au Royaume-Uni ; le noyau FT-240 supporte jusqu'à 1 kW en BLU (SSB) avec un ROS idéal de 1:1, mais pas en modes à rapport cyclique maximal tels que la CW (ondes continues) ou les données.

Pour le choix d'une solution d'inductance spécifique, le fabricant se réfère à une étude menée par Steve Hunt, G3TXQ, qui a comparé l'impédance de différents noyaux et le nombre de spires nécessaires à la suppression des courants de mode commun. Parmi les options recommandées figurent, par exemple, huit spires de câble RG58, ou RG142, sur un noyau FT240-43, ou encore six noyaux de ferrite FB-31-1020 montés sur un câble RG213.

expérience dans le secteur de la construction

J'ai construit moi-même une antenne Hexbeam pour trois bandes. Malgré son apparence simple, sa fabrication est laborieuse, mais elle n'est pas coûteuse en matériaux, sa taille est acceptable et elle est fonctionnelle.

J'ai utilisé une plaque de base en duralumin. Un tube en duralumin y est fixé par des équerres ; ce tube supporte les extrémités des radiateurs, les connexions coaxiales entre eux et les œillets de fixation des câbles de tension. Il est important de veiller à l'étanchéité de cette connexion.

Les éléments servent de supports à la structure, constitués de simples cannes à pêche en fibre de verre dont on utilise des parties plus épaisses. Chaque joint est renforcé par un collier de serrage muni d'une rondelle en caoutchouc – une vieille chambre à air de vélo, par exemple. L'intérieur des cannes est également rempli de mousse PUR ; avec une chambre à air plus longue, il est possible de remplir entièrement la canne, ce qui la rend plus résistante.

Fabriquer les éléments de fil d'antenne était facile : il suffisait de les mesurer, de les sertir et de souder les cosses d'extrémité ou d'installer des isolateurs.

Le plus difficile a été de les fixer et de les serrer à la structure porteuse. Je l'ai fait dans le jardin, en hiver, et ce n'était pas une mince affaire : il y a une multitude de fixations, de raccords et de câbles. Il a même fallu faire preuve d'un peu d'agilité, car il faut parfois accéder à une fixation dissimulée derrière les fils tendus, et il y a vraiment beaucoup de connexions.

Après l'assemblage, j'ai procédé au réglage. Dans mon cas, l'antenne était légèrement désaccordée et a nécessité un ajustement fin. Comme j'avais raccourci les éléments rayonnants, certains supports ont également dû être déplacés. Cependant, le réglage s'est effectué parfaitement, ce qui témoigne de la qualité de conception de l'antenne.

En fonctionnement, l'antenne hexbeam s'est comportée exactement comme prévu. Comparée à l'antenne moxon, son gain était légèrement inférieur, mais la différence restait minime. En termes de rapport avant/arrière et de rapport avant/arrière, l'antenne moxon s'est avérée nettement supérieure.

Après ces expériences, je dirais que l'antenne hexbeam est une bonne antenne pour un petit espace, mais sa fabrication est très laborieuse et il est plus pratique d'opter pour un produit fini, dont le réglage et la mise en œuvre sont déjà vérifiés.

Malheureusement, j'ai déménagé quelques mois après la fin des travaux de l'antenne, qui a donc dû déménager avec moi.

Vidéo de la construction d'une antenne hexagonale

Une idée du montage de l'antenne G3TXQ originale du fabricant MW0JZE est fournie par la vidéo d'instructions officielle publiée directement sur le site web du fabricant, qui montre le montage de la colonne centrale et de la plaque de base dans la révision actuelle du modèle.

Où acheter une antenne hexbeam

Le fabricant d'origine de la version haut débit du G3TXQ est une entreprise britannique. Hexbeams Royaume-UniGérée par Anthony, MW0JZE, qui fabrique et vend l'antenne directement depuis son atelier au Pays de Galles depuis 2009, la société propose sur son site web www.g3txq-hexbeam.com, outre la version HD six bandes de base, une version portable légère pour les expéditions DX, un kit supplémentaire pour la bande des 40 mètres, un balun séparé, une plaque inclinable pour l'entretien de l'antenne et d'autres accessoires. L'acheteur initial bénéficie d'une garantie à vie et le fabricant assure un support technique par e-mail et WhatsApp. Le paiement peut être effectué par virement bancaire, carte bancaire ou PayPal.

Pour les personnes intéressées en Italie, le fabricant indique que Giorgio, IZ3KVD, qui gère le site web Hamproject.it, est un distributeur agréé ; une liste actualisée des autres revendeurs agréés est disponible dans la section Distributeurs du site web du fabricant.

Les constructeurs qui souhaitent fabriquer eux-mêmes l'antenne G3TXQ peuvent également utiliser le site web. hex-beam.com, ktorú vedie K4KIO (LEO Shoemaker) et qui propose des instructions de montage détaillées, une liste de matériaux et des composants individuels plus complexes, tels qu'une colonne centrale ou une plaque de base, pour ceux qui ne veulent pas ou ne peuvent pas tout fabriquer eux-mêmes.