Augmenter la portée d'une radiocommande 2,4 GHz (exemple d'une Spektrum DX9)

De nos jours, qu'ils soient pilotes de drones, d'avions ou de planeurs, les aéromodélistes modernes ont délaissé les anciens systèmes à 26 MHz, 35 MHz, 41 MHz ou 72 MHz au profit de la bande des 2,4 GHz (meme bande de fréquence que les équipements Wifi, voila tout l'intéret de la choisi pour notre article). Les systèmes de radiocommande 2,4 GHz ont été très bien mais ont parfois leur limite de manière brutale: en effet, leur portée limitée peut conduire à perdre la liaison radio dans certaines conditions, ce qui peut entraîner la perte de contrôle du modèle réduit, avec les conséquences que cela implique: perte du modèle, crash du modèle, voir accident. Ce sont des problèmes qui se demandent de plus en plus avec le développement des drones et du vol en FPV (immersion) par exemple.

Aujourd’hui nous allons nous intéresser à la manière d’améliorer la portée d’une radiocommande 2,4 GHz, en utilisant comme exemple une radio Spektrum DX9 qui sera modifiée pour l’occasion. Nous allons utiliser des pigtails, des antennes, des pièces sur mesure en ABS noir réalisé sur imprimante 3D, des câbles coaxiaux réalisés sur mesure, des amplis… Tout le système pourra être installé simplement, il n'y a pas d'élément à souder dans la radiocommande donc pas de risque de détériorer le circuit imprimé à l'intérieur.

Comment fonctionne la partie 2,4 GHz d'une radiocommande?

Pour le savoir, nous allons ouvrir notre radio.

Voici les emplacements des vis à démonter sur la DX9 (il n'est pas nécessaire de démonter la poignée pour ouvrir la coque):

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On commence par enlever le cache d’antenne, et on découvre l’antenne principale:

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Cette petite antenne dipôle n'est pas forcée ce qui y est et de mieux niveau portée… On enlève toutes les vis et on retire la coque de la radio:

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On découvre le «chipset» 2,4 GHz de la radiocommande, et on peut voir qu'il y a deux sorties, c'est donc un système MIMO, ou Diversity. Ce sont des connecteurs aux normes UFL (IPEX). C'est à ce niveau qu'on peut intervenir pour améliorer la portée de la radio. La connectique de droite est celle de l'antenne principale, et la connectique de gauche est celle de l'antenne secondaire qui est en fait intégrée dans la poignée de maintien qui se situe à l'arrière de la radio. La raison de la présence de cette antenne secondaire est simple, l’antenne principale étant de type dipôle / omni, elle va avoir un diagramme de rayonnement activé un «effet beignet», ou «beignet», en raison de sa forme. Pour mieux comprendre, voici comment va rayonner l’antenne:

5-effet-beignet

On voit bien sur ce diagramme de rayonnement en 3D que la partie centrale directement dans l’axe de l’antenne n’est pas couverte. En gros, si l’antenne est dirigée exactement dans l’axe du modèle, il y a un risque de perdre le lien radio. C’est pour remplir cette zone qu’une seconde seconde antenne, dans une autre position, d’un autre type et ayant un diagramme de rayonnement différent, a été montée. Ce type de système réduit le risque de perdre la liaison radio, mais la portée ne s’en trouve pas réellement améliorée dans les faits.

Remplacement de l’antenne principale

L’antenne principale peut être remplacée par une antenne omnidirectionnelle ayant un gain plus élevé, c’est très simple à faire et c’est vraiment la base pour améliorer une radio 2,4 GHz.

Eléments nécessaires:

-un support pour un connecteur d’antenne imprimé en 3D: Cache antenne avec emplacement en queue de cochon pour Spektrum DX9 (antenne simple)

-une antenne Omni 9 dBi RP-SMA

-un Pigtail UFL vers RP-SMA 10cm

Sur débranche l’antenne d’origine, et sur la retraite. On présente notre ensemble support et pigtail, puis on branche le pigtail:

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Sur remonte la coque, sur visse le support et voici ce que ça donne:

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Le résultat, avec l’antenne en place:

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Sur une déja une amélioration notable des performances, pour un cout modique. Dans cette configuration sur la conservation de l’antenne secondaire d’origine. C’est bien, mais on peut faire mieux.

Remplacement des deux antennes

Sur l’a vu, la radio est équipée de deux antennes. Pour avoir un système vraiment performant en terme de portée, l’idéal est de remplacer les deux antennes d’origine au profit de deux antennes 9 dBi.

Eléments nécessaires:

-un support pour deux connecteurs d'antenne imprimé en 3D: Cache antenne avec 2 emplacements pigtail pour Spektrum DX9 (antenne double)

-deux antennes Omni 9 dBi RP-SMA

-deux Pigtails UFL vers RP-SMA 10cm

Pour le montage, c'est très simple. Sur débranche nos antennes d'origine, sur retraire l'antenne principale, sur met un isolant type chatterton sur le connecteur de l'antenne secondaire qui va rester dans la radio (pour éviter tout risque de provoquer un court circuit avec le connecteur métallique) , et on présente notre support avec les deux pigtails en place:

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Le branchement en détail:

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Avec la coque de la radio remontée:

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Le résultat, avec les deux antennes 9 dBi en place:

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Il est important de ne pas placer les deux antennes de manière parallèle, pour éviter l’effet donut et assurer la meilleure portée possible. Là sur un déja un système clairement plus performant et une portée s'accumulent. Les connectiques d’antennes externes permettent d’utiliser d’autres types d’antennes, par exemple Panel ou directionnelle comme la Yagi pour une portée encore plus importante.

Ajout d'un ou de deux amplificateurs boosters 3W 2,4 GHz

Quand on est au sommet coté antenne, on peut encore améliorer la portée en amplifiant. Il est important de noter que les normes concernant les puissances d’émission maximales autorisées varient selon les pays, donc vous devez vous préparer avant d’utiliser ce type de matériel afin de vous conformer aux règlements en vigueur là ou vous résidez.

On peut voir ici l'illustration avec un montage à deux amplis, mais il est possible de ne monter qu'un seul ampli sur le support, soit en conservant l'antenne secondaire d'origine, soit en utilisant une antenne 9 dBi en branchement non amplifié.

Eléments nécessaires:

-un support pour deux connecteurs d'antenne imprimé en 3D: Cache antenne avec 2 emplacements pigtail pour Spektrum DX9 (antenne double)

-un support pour amplis imprimé en 3D: support boosters 2,4 GHz pour Spektrum DX9

-un cache de batterie modifié: Cache batterie modifié pour Spektrum DX9

-deux antennes Omni 9 dBi RP-SMA

-deux Pigtails UFL vers RP-SMA 10cm

-deux amplis RC spécial 2,4 GHz

-deux cables coaxiaux RF240 RP-SMA male vers SMA male longueur 37cm (pour les cables sur mesure: contact)

-une batterie Lipo 4000 mAh pour que la radio garde une bonne autonomie meme en alimentant les amplis: Turnigy 4000mAh Spektrum Compatible

-un faisceau d’alimentation pour les amplis

Pour ce qui est du faisceau, voici le détail de celui que nous avons réalisé pour ce test, sur un simple relié en parallèle la sortie de la batterie, le prix d'alimentation de la radio, et 2 connecteurs JST pour alimenter 2 amplis.

Eléments nécessaires pour fabriquer un faisceau:

–Fil électrique silicone 20 AWG

-De la gaine thermo

–Connecteurs JST EH (format de connecteur de batterie pour radio Spektrum)

–Connecteurs JST (pour l’alimentation des amplis)

Voici le faisceau qui a été réalisé:

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Nous allons utiliser deux nouveaux éléments imprimés en 3D, il s’agit d’une trappe de batterie spéciale et d’un support pour les amplis:

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Le support pour les amplis vient se fixer au niveau des 2 vis qui tiennent la poignée à l’arrière. Voici la radio avec les éléments imprimés en 3D en place:

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Le support d’amplis en détail:

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Les amplis doivent tout d’abord être insérés dans les logements du support, puis on monte le support en le vissant.

Ensuite, on commence par installer les cables coaxiaux. Chaque câble coaxial partie de la sortie d’antenne (connecteur RP-SMA en haut de la radio) vers l’entrée de l’ampli qui se situe en bas de l’ampli. Afin d’avoir accès aux connectiques d’alimentation sur les cotés gauche et droit des amplis (il y a des découpes prévues exprès sur le support), sur une positionné un ampli à l’endroit et un ampli à l’envers. On peut ensuite monter les deux antennes, puis cabler l’alimentation (surtout ne jamais brancher l’alimentation d’un ampli sans antenne!). Voila ce que ça donne quand tout est en place:

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Quelques photos des détails de l'installation:

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Dans cette configuration, cette radiocommande est certainement l’une des radios 2,4 GHz les plus performantes au monde en terme de portée. Avec une installation de ce type, on repousse vraiment les limites du système et on ne risque plus de perdre la liaison radio en entrainant un passage en failover suivi d'un crash, d'une perte du modèle ou d'un accident, on peut faire évoluer son modèle réduit sereinement.

Objectif atteint, la portée de la radio a été améliorée! 🙂

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