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Antenna PMR446
by Sigmund - 1IHPC
FX-10 - modifiche e sperimentazione




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Nella sezione antenne proponiamo soluzioni che comportano la modifica dell'apparato, ricordando che si tratta di attivita' non legittima, e anche soluzioni non invasive consistenti nell'utilizzare un accuratamente studiato sistema di amplificazione passiva dei segnali.
Eccovi di seguito quello che abbiamo raccolto:

Antenne richiedenti modifica

Antenna 1/4 d'onda
Antenna 1/4 d'onda con radiali
Antenna 3/4 d'onda
Antenna 3/4 d'onda con radiali
J-Pole
J-pole con piattina da 450 Ohm
Moxon Rectangle
Moxon Stack 2x2
Yagi-Uda 4 elementi

Antenne non richiedenti modifica

Yagi-Uda Passiva

Modelli d'antenna per il programma MMana

Li trovate qui!



Antenna 1/4 d'onda


1/4Una veloce modellazione su EZNec ci svela immediatamente che la piccola molla chiamata con molto coraggio "antenna" originale, non e' altro che una sorta di pezzo di filo messo a caso, dal guadagno fortemente negativo.
Sostituire questa con un'antenna di adeguata misura ci permette di migliorare l'efficienza di trasmissione del nostro apparato.
Una veloce soluzione consiste nel trovare del tubetto d'alluminio che si adatti al diametro interno della molla, tagliarne un tratto da 160 - 155mm e inserirlo a fondo dopo aver tolto il cappuccio di gomma.
un quarto d'onda su adattatore BNC - RCAQuesta soluzione risulta pero' poco pratica, per cui un migliore approccio sarebbe quello di limare via una parte del tubo, alla base, e poi forare quella rimasta in modo da realizzare un occhiello che ci permetta di fissare il tubo al posto della molla dopo averla dissaldata.
Rimane il problema del foro, che e' troppo largo, ma che puo' essere ovviato tramite strati multipli di guaina  termorestringente, in piccoli pezzi sull'apertura e infine in un unico tratto a coprire tutto il tubo.
Ovvio che la modifica BNC descritta nella sezione Modifiche permette una maggiore liberta' nella realizzazione di antenne dal facile innesto.
Le specifiche di un'antenna come questa, realizzata con tondo d'ottone da 2mm di diametro, sono descritte dal grafico qui sopra. In foto, invece, un'antenna da 1/4 d'onda costruita con un adattatore BNC - RCA e del tondo d'alluminio da 4mm di diametro.
Non fatevi ingannare dal guadagno negativo, e' comunque ben maggiore di quello della molla originale, per cui possono esserci solo miglioramenti!

Antenna 1/4 d'onda con radiali

1/4+rAggiungere dei radiali ad un'antenna come questa porta a migliorare sia l'efficienza che il ROS, ma crea problemi pratici per il fatto che i radiali poco si prestano all'utilizzo in portatile.
Pertanto un'antenna come questa potra' essere efficacemente utilizzata come antenna da base, meglio se posta convenientemente in alto, ma utilizzando meno cavo possibile.
E' possibile utilizzare direttamente un connettore SO-239 a pannello su cui saldare del tondo d'ottone da 2mm di diametro direttamente al polo centrale, per poi fissare i radiali con quattro bulloni ai quattro occhielli dela flangia.





Antenna 3/4 d'onda

3/4Allungare l'antenna fino a 3/4 d'onda (ossia il successivo multiplo dispari del quarto d'onda) ci porta a dei vantaggi e degli svantaggi contemporaneamente. Come lato negativo troviamo il fatto che l'angolo di massima irradiazione si alza, rendendola meno adatta al dx, ma al contempo il guadagno rispetto al quarto d'onda semplice e' maggiore, ed utilizzabile anche in portatile. inoltre, proprio per il fatto di essere tenuta in mano, inclinare leggermente il pmr nella direzione voluta ci permette una certa direzionalita' ed uno sfruttamento migliore dell'antenna. La maggiore lunghezza, inoltre, porta ad un miglioramento in ricezione, essendo maggiore la superficie che riceve il segnale.


Antenna 3/4 d'onda con radiali
3/4+r

Aggiungere dei radiali anche a questa antenna migliora la situazione ma ancora una volta ad essere sacrificato e' l'utilizzo in portatile, anche perche' in questo caso i radiali sono orizzontali e non inclinati verso il basso.





J-Pole

j-poleLa J-Pole e' un'antenna verticale facilmente realizzabile e dallo stesso guadagno di un dipolo a mezz'onda. La si puo' realizzare con tubo, tondo d'alluminio, di rame, di ottone, persino con gli appendiabiti della lavanderia.
Ne esiste perfino una versione realizzata con della piattina da 450 Ohm, tagliata strategicamente e saldata ad un connettore e uno spezzone di coassiale.






Moxon Rectangle

moxonVolevate un'antenna compatta, dal buon guadagno, leggera e facilmente realizzabile? niente di meglio di una Moxon. Questo tipo d'antenna e' mutuato direttamante da una Yagi col vantaggio del minore ingombro e della maggiore robustezza meccanica. La si puo' facilmente realizzare con del tondo d'ottone su un connettore SO-239 o anche (come in figura) su un BNC.
Il rettangolo Moxon e' sostanzialmente una Yagi due elementi (driven e riflettore) con le estremita' piegate a novanta gradi in orizzontale in modo da somigliare a una loop rettangolare orizzontale.
moxonUna breve ricerca usando "moxon rectangle" come chiave vi togliera' ogni dubbio.
Che ha di meglio un Moxon rispetto alla Yagi? presto detto: ha un'impedenza di circa 50 Ohm, al contrario di tante Yagi in commercio dove l'impedenza puo' anche scendere sotto ai 20 e quindi vanno accordate in qualche modo.
moxonHa un guadagno di oltre 11dB (undici, avete letto bene) e rapporto fronte/retro di oltre *venti* decibel!
un guadagno del genere porterebbe la potenza irradiata equivalente a quella dell'accoppiata dipolo/4W, praticamente un CB! Il tutto per un ingombro di pochi centimetri, circa venti.
La moxon, poi, e' decisamente semplice da costruire.
Si trova facilmente il programma moxgen, per ambienti windows, che data la frequenza e il tipo di filo fa tutti i calcoli necessari e ci dice le varie lunghezze.
moxonLa cosa inquietante, a questo punto, qual'e' direte voi?
Semplice: quando l'ho provata in condizioni nelle quali l'antenna normale non ce la fa, la comunicazione era abbastanza chiara, qualche probema di fading a tratti, ma nel complesso migliore del dipolo.
Peccato che stessi usando la moxon *nel verso contrario* !!!
Avete capito bene, la direzione di massima irradiazione/ricezione non era di fronte a me, ma verso le mie spalle! Questo la dice lunga sull'efficienza della piccola molla che viene usata come antenna standard!
Una volta girata nel verso giusto, il QSO si e' fatto pulito e stabile.

Alcune immagini di una moxon fatta con tondo di alluminio da 4mm:
alugiuntoattacco

Moxon stack 2x2

moxon stack 2x2Ora che abbiamo realizzato una pratica e semplice moxon per i 446 MHz, perche' non realizzare uno stack? Uno stack non e' altro che un'insieme di antenne identiche pilotate in fase tramite opportune e calcolate linee di trasmissione che permette di aumentare la direzionalita' del modello e di conseguenza aumentare il guadagno dell'insieme.
Montare quattro moxon in matrice quadrata, alla distanza di mezz'onda l'una dall'altra (ovvero 33.6 cm tra i punti di alimentazione) permette di ottenere interessanti risultati.
Primo punto, l'angolo di irradiazione si abbassa a 4.4 gradi.
Secondo punto, il guadagno passa clamorosamente a 15.65 dBi!!!
Nelle due figure potete vedere sia il posizionamento reciproco delle antenne sia un far field plot che illustra il lobo verticale di irradiazione.
moxon stack far fieldLa realizzazione dell'insieme va curata e resa stabile. Avremo bisogno di un telaio che ci permetta di fissare solidamente le quattro antenne alla giusta distanza oltre a un adeguata feed line.
Infatti, non pensate di alimentare queste quattro antenne soltanto con spezzoni a 50 Ohm! Per le proprieta' delle linee di trasmissione, l'impedenza data da uno stack di quattro antenne identiche in parallelo non equivale all'impedenza di una di queste, bensi' ad un quarto dell'impedenza di una delle quattro.
Per cui, collegando con quattro spezzoni di cavo a 50 Ohm tutte e quattro le antenne allo stesso punto, otterremmo un'impedenza di 12.5 Ohm. Per collegare questo punto all'uscita a 50 Ohm della nostra radio potremmo fare uso di un trasformatore a lambda/4 utilizzando la seguente formula:

Zo = sqrt ( Zi * Zu)

dove Zo e' l'impedenza dello spezzone lungo 1/4 d'onda che fa da trasformatore, Zi e' quella della radio e Zu quella della linea di discesa.
eseguendo il calcolo otteniamo che

Zo = sqrt (50 * 12.5) = 25 Ohm

Quindi, per collegare il nostro stack avremmo bisogno di uno spezzone di cavo da 25 Ohm lungo 1/4 d'onda (moltiplicato per il fattore di velocita' del cavo).
Ma, direte voi, dove diavolo lo trovo un cavo da 25 Ohm di impedenza tipica?
Questo e' un problema all'apparenza insormontabile.
E allora, torniamo un attimo a monte: perche' non applicare le proprieta' del trasformatore a lambda/4 gia' dall'inizio?
Che significa? Significa che se per unire le quattro antenne usiamo degli spezzoni da 1/4 d'onda di cavo ad un'impedenza diversa da quella dell'antenna stessa, otterremo un effetto di trasformazione. Per esempio, ammettiamo di avere cavo a 75 Ohm:

Zi = Zo^2 / Zu

Zi = 75^2 / 12.5 = 450 Ohm

Quindi la trasformazione di ciascuno dei quattro spezzoni porta verso la radio un'impedenza di 450 Ohm. Ma come abbiamo gia' visto, questa va divisa per quattro, per via del fatto che sono in parallelo, e quindi si giunge ad un'impedenza di 112,5 Ohm.
A questo punto abbiamo bisogno ancora di un trasformatore. E che impedenza dovra' avere il cavo per portare il tutto ai nostri bravi 50 Ohm?
Ce lo dice la stessa relazione:

Zo = sqrt (50 * 112.5) = 75 Ohm

Per cui, con un quinto spezzone di cavo sempre a 75 Ohm e lungo 1/4 d'onda avremo collegato con efficacia le nostre quattro moxon all'ingresso a 50 Ohm datoci dalla nostra radio.
Questa tecnica si applica ovviamente anche ad altri tipi di antenne come ad esempio la Yagi-Uda che passiamo a descrivere.

Yagi-Uda 4 elementiyagi 4 elementi

Con un'antenna del genere si puo' iniziare a pensare ad una seria attivita' dx.
Questa Yagi-Uda 4 elementi ha un guadagno stimato su terreno di media conducibilita' di oltre 15dBi !!!
Usando questa Yagi e' frequente, nelle zone costiere della Toscana, sentire QSO in francese...il punto piu' vicino della Corsica e' a piu' di ottanta chilometri.
Un collegamento a circa venti chilometri e' stato effettuato con qualita' telefonica tra una stazione con quest'antenna e un PMR446 non modificato.
Le misure in mm sono le seguenti:


Distanza dal riflettore Lunghezza dell'elemento Diametro dell'elemento
Riflettore 0
320
6
Radiatore 135
300
6
Direttore1 300
290
6
Direttore2 430
290
6



Il tutto e' stato realizzato con del tondo d'alluminio da 6mm recuperato da vecchie antenne televisive.
Si raccomanda di non variare le misure,specialmente il diametro, poiche' si rischia un disadattamento di impedenza che puo' danneggiare l'apparato.
il ros valutato tramite il programma MMana e' di poco superiore a 1.1:1 su una banda quattro volte piu' ampia di quella dei PMR446 e il guadagno, come detto, oltrepassa i 15 dBi.
Questo significa che corrisponderebbe ad usare un dipolo con oltre 8Watt in uscita...



Yagi-Uda Passiva

yagi passivaQuesta antenna e' stata pensata e realizzata sia dal gruppo di utilizzatori spagnoli sia da appassionati finlandesi, che con una versione a sei elementi sono riusciti a stabilire il QSO record tra Estonia e Finlandia di ben 209km!!!
Il principio su cui si basa e' che se non si possono modificare i PMR446 nessuno ci vieta di usarli come radiatore di una Yagi-Uda appositamente costruita per accoglierli. Certo, immagino che in un'eventuale contestazione da parte di chi di dovere potremmo trovarci in difficolta', ma all'atto delle cose non c'e' nessuna modifica effettiva.
Quindi, se proprio non vi va giu' l'idea di aprire le vostre radio e metterci le mani, avviate i vostri modellatori e cercate di ideare la Yagi-Uda che piu' vi piace!



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