Antenna Yagi Uda 403 MHz 7 elementi 330 grammi
di IW1GIS
Introduzione
Il primo passo da compiere per realizzare un'antenna adatta alla ricezione delle radiosonde è ovviamente vedere quello che gli altri radioamatori hanno già realizzato.
Sotto questo punto di vista il sito di radiosonde è sicuramente il punto di partenza e di riferimento principale.
Specifiche
Partiamo dalle specifiche: conto di utilizzare questa antenna prevalentemente fuori dal QTH, sia in altura (per esperimenti di ricezione segnale è tracking) sia sul campo (per il recupero delle sonde). Mi serve quindi una antenna direttiva che abbia un buon guadagno, non sia troppo ingombrante e che abbia un peso ridotto.
Dopo aver letto un poco di documentazione scelgo di realizzare una Yagi Uda in alluminio, 7 elementi a dipolo ripiegato.
In molte realizzazioni descritte in rete ho visto che il cavo di antenna viene collegato direttamente al dipolo: sebbene sia una scelta molto pratica la ritengo un poco più scomoda e meno pulita.
Preferisco utilizzare un connettore al quale collegare un cavetto: la scelta cade su SMA sia per questioni di dimensioni e peso, sia per comodità dato che è lo stesso tipo usato dal mio Yaesu VX7R.
Il materiale necessario alla realizzazione dell’antenna può essere facilmente reperito nei negozi di bricolage anche se per alcune cose potrebbe essere necessario utilizzare siti di vendita materiale on line. Dopo aver verificato la disponibilità del materiale scelgo di realizzare il boom usando uno scatolato di alluminio 15x15mm mentre per i direttori, il riflettore ed il dipolo ripiegato utilizzerò tondini in alluminio da 4 mm di diametro.
Progettazione
Le misure dei principali elementi che compongono l’antenna possono essere calcolate utilizzando il software Yagi calculator di VK5DJ. Nel mio caso ho impostato:
- Frequenza di lavoro 403 MHZ (più o meno centro banda per le sonde)
- Direttori e riflettore connessi elettricamente al boom
- Dipolo ripiegato isolato elettricamente
- Dimensioni del boom e diametro elementi (15mm x 15mm , 4mm)
- Nessun balun
Le misure dei direttori, riflettore , dipolo e boom sono riportate nelle immagini che seguono.
Img01: Misure Antenna
Img02: Misure Dipolo
Per quanto riguarda il posizionamento sul boom ho preferito accorciare la lunghezza della “punta” dell'antenna e lasciare più spazio possibile per il manico. Rispetto ai dati forniti da Yagi calculator, le posizioni riportate nel disegno sono tutte spostate in avanti di 57mm.
Modello 3D
I direttori ed il riflettore saranno fissati direttamente al boom ma non è ancora del tutto chiaro come fissare il dipolo e connetterlo elettricamente al connettore SMA.
Per comprenderlo realizzo una modello 3D dell’antenna in modo da poter verificare diverse soluzioni di montaggio.
La migliore e più facilmente realizzabile prevede di utilizzare un circuito stampato su cui posizionare il connettore SMA. Due piste lo connetteranno poi ai terminali del dipolo ripiegato il quale verrà fissato tramite due fissacavi metallici e relative viti.
Il circuito stampato verrà poi tenuto alla corretta distanza dal boom per mezzo di due viti e dadi che fungeranno anche da distanziali.
Il tutto verrà poi racchiuso all’interno di una scatola plastica 46x36x18mm che contribuirà ad aggiungere rigidità meccanica alla struttura.
La costruzione prevista è mostrata nella figure che seguono.
Img03: Modello 3D - Vista completa
Img04: Modello 3D - Dettaglio
Img05: Modello 3D - Scatola connessione - 1
Img06: Modello 3D - Scatola connessione - 2
Img07: Modello 3D - Scatola connessione - 3
Img08: Modello 3D - Scatola connessione - 4
Realizzazione
Al fine di ottenere il miglior risultato possibile si è riunito un team composto da esperti nel settore meccanico (mio papà) ed elettronico (io). Abbiamo reperito i materiali necessari ed è iniziata la costruzione dell’antenna.
Il tondino di alluminio è stato tagliato per ricavare i cinque direttori ed il riflettore. Successivamente abbiamo forato il boom ed inserito gli elementi precedentemente ricavati. L'accoppiamento meccanico è molto buono ma un poco di colla per metalli garantirà che gli elementi restino al loro posto.
Il dipolo si ricava partendo da un nuovo tondino da 4 mm di diametro. Prima di tutto è stata realizzata su carta una stampa in scala 1:1 del dipolo ripiegato: questa è stata poi usata come guida per piegare e tagliare il tondino.
Per il circuito stampato abbiamo utilizzato una basetta in vetronite presensibilizzata e il bromografo, ma data la semplicità del circuito si poteva anche usare una normale basetta ramata ed un buon pennarello.
Le piste ed i contatti sono stati stagnati: questa pratica è generalmente sconsigliabile ma l'ossidazione dei contatti potrebbe compromettere il collegamento elettrico col dipolo.
Se in futuro dovessero insorgere problemi sarà sempre possibile preparare un'altra basetta o saldare i terminali del dipolo direttamente ai contatti.
Successivamente abbiamo forato la basetta , saldato il connettore di antenna ed infine fissato il dipolo.
Siamo poi passati alla scatola di plastica: i bordi laterali sono stati forati per consentire la fuoriuscita del connettore SMA e dei due terminali del dipolo mentre sul fondo sono stati praticati due fori per permettere il passaggio delle viti che fisseranno il tutto al boom.
Ultimata la scatola siamo passati ad assemblare tutte le componenti preparate in precedenza.
I dadi montati sulle viti sono stati regolati per tenere la basetta in piano ed alla distanza corretta dal boom stesso; due dadi sul lato opposto del boom hanno permesso infine di fissare la scatola.
Il risultato finale è mostrato nelle foto che seguono.
Img09: Antenna - 1
Img10: Antenna - 2
Img11: Antenna - Scatola connessione 1
Img12: Antenna - Scatola connessione 2
Img13: Antenna - Scatola connessione 3
Img14: Antenna - Scatola connessione 4
Verifica del funzionamento
Non riporto nessuna simulazione sul guadagno o sulla direttività dell’antenna in quanto si tratta del tipico diagramma di una direttiva a 7 elementi, e purtroppo non posseggo strumenti in grado di fornire una misurazione oggettiva del guadagno.
Ho potuto però comparare i livelli di segnale ricevuti dalla direttiva rispetto a quelli ricevuti da una Diamond X300 a parità di sorgente (in movimento ed abbastanza distante) e devo dire che sono decisamente soddisfatto del risultato: sia in termini di livello di segnale ricevuto, sia di direttività dell’antenna.
Ora non resta che attendere le decisioni del vento per poter testare l’antenna sul campo nella ricerca a breve distanza.
Nel frattempo è in costruzione un attenuatore di segnale che sarà sicuramente oggetto del prossimo articolo.