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MeshCore ITA · Antenne

Ground plane 1/4 d'onda con 4 radiali 869 MHz

Stilo verticale da 77,5 mm in filo da 2 mm, con 4 radiali inclinati a 45° lunghi 1,05 volte lo stilo. Impedenza vicina a 50 Ω senza alcun adattamento aggiuntivo: la scelta più semplice per un nodo omnidirezionale.

Nuovo alle antenne? Leggi la guida per capire guadagno, ROS, impedenza e polarizzazione.

Ground plane a quarto d'ondaProgetto di riferimentodi MeshCore ITAspazio liberoVerticale
2.2guadagno dBi
0.0avanti/dietro dB
1.01ROS a 869,618
49.5 − j0.2impedenza Ω
870ROS minimo MHz

Cosa dicono questi numeri

Guadagno

2.2 dBi = 0.1 dBd: nella direzione migliore questa antenna concentra circa 1.0 volte la potenza di un dipolo a mezz'onda alimentato allo stesso modo.

Avanti/dietro

0.0 dB: differenza minima. Su questo asse l'antenna irradia quasi allo stesso modo avanti e indietro — di fatto omnidirezionale. Il rapporto avanti/dietro ha senso solo per antenne direttive.

ROS

ROS 1.01: circa 0.0% della potenza torna indietro verso il trasmettitore invece di irradiare (perdita per disadattamento 0.00 dB). Verdetto: ottimo.

Impedenza

Z = 49.5 − j0.2 Ω a 869,618 MHz: la parte reattiva è quasi zero: qui l'antenna è già in risonanza. La frequenza di minimo ROS di questo modello è a 870 MHz.

Polarizzazione

Verticale: il filo alimentato è prevalentemente verticale (asse z): polarizzazione verticale, la stessa di quasi tutti i nodi MeshCore.

ERP e potenza TX

In Italia il preset MeshCore limita l'ERP a 27 dBm (500 mW). Con 0.1 dBd di guadagno, questa è la potenza massima da impostare sul trasmettitore (prima del cavo) per restare nel limite:

Perdita cavoTX maxTX max
dBdBmmW
026.9491
127.9619
228.9779

* supererebbe 30 dBm: i moduli LoRa non arrivano così in alto (un SX1262, il più diffuso, si ferma a 22 dBm). Restare entro l'ERP consentito è comunque responsabilità di chi gestisce il nodo — vedi la normativa.

Trascina per ruotare, rotella o pizzico per lo zoom. Il punto verde è l'alimentazione; la geometria è ingrandita per stare dentro il diagramma.

Come leggere la vista 3D

Il raggio della superficie colorata, in ogni direzione, è proporzionale al guadagno: più il diagramma si allontana dal centro in una direzione, più energia irradia l'antenna verso quel punto.

I colori seguono la legenda in basso a destra: dal blu (−30 dB sotto il massimo) al verde, al giallo, fino al rosso (2.2 dBi, il massimo di questo modello).

I lobi sono le "bolle" del diagramma. Il lobo principale è la direzione in cui punta l'antenna; i lobi laterali e posteriori, più piccoli, sono energia irradiata altrove — vedi il diagramma di irradiazione.

Il punto verde sui fili è il punto di alimentazione, dove si collega il cavo.

La griglia orizzontale rappresenta il piano dell'orizzonte, con cerchi ogni 10 dB e raggi ogni 30°: aiuta a capire quanto il lobo principale è inclinato verso il suolo o verso il cielo.

Adattamento e diagrammi

12345855865875885
ROS su 50 Ω, 855–885 MHz. In verde la sub-banda 869,4–869,65 — la curva deve toccare il minimo dentro la fascia verde.
-107.52542.560855865875885
Impedenza: R e X in Ω — nella fascia verde R deve avvicinarsi a 50 Ω e X a 0.
0-10-20
Taglio conico a θ = 90°, dB rispetto al massimo — quanto è largo il lobo principale girando intorno all'antenna (diagramma).
0-10-20
Taglio verticale a φ = 0° (θ = 0 in alto) — quanto il lobo principale punta verso l'orizzonte o verso il cielo.

Simulazione NEC-2 (PyNEC) a 869,618 MHz, spazio libero. I valori reali cambiano con supporto, cavo e ostacoli.

Come funziona

Una ground plane è, elettricamente, metà di un dipolo: uno stilo verticale lungo circa λ/4 al posto di uno dei due bracci, e al posto dell'altro braccio un gruppo di radiali (fili o tondini che partono dallo stesso punto e vanno verso il basso/lateralmente) che fanno da riferimento di massa artificiale, al posto di un piano di terra reale che in cima a un palo non esiste.

L'angolo dei radiali non è un dettaglio estetico: è la manopola principale per regolare l'impedenza al punto di alimentazione. Con 4 radiali inclinati a 45° verso il basso, come in questo modello, l'impedenza simulata cade quasi esattamente su 50 Ω, senza bisogno di nessun adattamento aggiuntivo — motivo per cui questa è la geometria scelta come riferimento.

Misure

Elemento Lunghezza Diametro Note
Stilo verticale 77,5 mm 2 mm (rame) ≈ λ/4 accorciato del 10,1% rispetto al teorico (86,19 mm, vedi Lunghezza d'onda)
Radiali (× 4) 81,375 mm (1,05 × stilo) 2 mm (rame) Inclinati a 45° sotto il piano orizzontale, a 90° uno dall'altro

Simulazione NEC-2 a 869,618 MHz, spazio libero, polarizzazione verticale:

Grandezza Valore
Impedenza 49,5 − j0,2 Ω
ROS su 50 Ω 1,01
Guadagno 2,2 dBi (~0,1 dBd)

Materiali

Costruzione passo per passo

Lista di taglio: 1 stilo da 77,5 mm + 4 radiali da 81,4 mm, tutti in tondino di rame da 2 mm (scorta di qualche decimo di mm su ogni pezzo per la rifinitura finale).

  1. Salda o avvita lo stilo (77,5 mm) al piedino centrale del connettore, verticale, in asse con il connettore.
  2. Fissa i 4 radiali (81,4 mm) al corpo/flangia di massa del connettore, distribuiti a 90° l'uno dall'altro, inclinati a 45° verso il basso rispetto al piano orizzontale (non dritti in orizzontale: vedi l'esperimento sotto per capire perché conta).
  3. Verifica che stilo e radiali siano tutti alla stessa altezza di partenza (lo stesso punto elettrico, il connettore) e che lo stilo resti verticale una volta montato (vedi Polarizzazione).
  4. Se il connettore da solo non regge meccanicamente lo stilo, aggiungi un piccolo supporto isolante (plastica) alla base per irrigidirlo.
  5. Misura con un NanoVNA il più vicino possibile al connettore: se il minimo ROS non cade vicino a 869,618 MHz, accorcia lo stilo (non i radiali) di un paio di decimi di millimetro alla volta.
  6. Impermeabilizza le saldature con nastro autovulcanizzante o resina prima di installarla all'esterno.

Esperimenti da provare

Radiali orizzontali invece che a 45°. È l'esperimento più istruttivo su questa antenna. Si legge spesso che una ground plane con 4 radiali perfettamente orizzontali abbia un'impedenza intorno a 36 Ω — il ragionamento di solito citato è che un piano di terra infinito dimezza esattamente l'impedenza di un dipolo (73 / 2 ≈ 36,5 Ω, per teoria delle immagini). Abbiamo verificato questo numero rifacendo la simulazione invece di fidarci a memoria, ritarando la lunghezza dello stilo per tornare in risonanza con i radiali orizzontali (mantenendo lo stesso rapporto radiali/stilo di 1,05): il risultato è una resistenza intorno a ~25 Ω, non 36 Ω.

La differenza ha una spiegazione precisa: i 36,5 Ω "da manuale" valgono per un piano di terra infinito e continuo, cioè l'immagine perfetta di un dipolo. Quattro radiali discreti, per quanto orizzontali, non sono un piano infinito: si comportano da riferimento di massa più "debole", e la resistenza al punto di alimentazione scende sotto quel valore teorico. Inclinare i radiali verso il basso (drooping) è esattamente la tecnica che i costruttori usano da decenni per risalire verso 50 Ω partendo da quella resistenza più bassa — coerente con i 49,5 Ω che questo stesso modello, con i radiali a 45°, raggiunge già senza nessun adattamento aggiuntivo.

In pratica: se costruisci questa antenna con radiali orizzontali invece che a 45° e trovi un ROS più alto del previsto, non è un errore di costruzione: è la geometria che lo spiega. Prova a piegare gradualmente i radiali verso il basso e a rimisurare: dovresti vedere l'impedenza salire avvicinandosi ai 50 Ω via via che l'angolo si avvicina ai 45°.

Altri esperimenti:

Errori comuni

Note

Antenna omnidirezionale: utile come riferimento per confrontare la copertura reale di antenne direttive (le Yagi di questa galleria) rispetto a un'antenna che non concentra energia in nessuna direzione particolare (vedi Guadagno).

Il file NEC spiegato

Il modello NEC-2 di questa antenna, riga per riga. Per il significato generale delle schede (variabili SY, fili GW, alimentazione EX...) vedi la guida alle schede NEC.

RigaCosa fa
CM Ground plane un quarto d'onda con 4 radiali inclinati di 45 gradiCommento descrittivo del modello (ignorato dal simulatore).
CM Stilo e radiali in filo da 2 mm, radiali lunghi 1.05 volte lo stiloCommento descrittivo del modello (ignorato dal simulatore).
CEFine dei commenti: da qui iniziano le schede di geometria.
SY L=0.0775Variabile L = 0.0775.
SY R=1.05*L*0.7071Variabile R = 0.0575403.
GW 1 15 0 0 0 0 0 L 0.001Filo 1: 15 segmenti, da (0, 0, 0) mm a (0, 0, 78) mm — diametro 2.0 mm, lunghezza 78 mm.
GW 2 15 0 0 0 R 0 -R 0.001Filo 2: 15 segmenti, da (0, 0, 0) mm a (58, 0, -58) mm — diametro 2.0 mm, lunghezza 81 mm.
GW 3 15 0 0 0 -R 0 -R 0.001Filo 3: 15 segmenti, da (0, 0, 0) mm a (-58, 0, -58) mm — diametro 2.0 mm, lunghezza 81 mm.
GW 4 15 0 0 0 0 R -R 0.001Filo 4: 15 segmenti, da (0, 0, 0) mm a (0, 58, -58) mm — diametro 2.0 mm, lunghezza 81 mm.
GW 5 15 0 0 0 0 -R -R 0.001Filo 5: 15 segmenti, da (0, 0, 0) mm a (0, -58, -58) mm — diametro 2.0 mm, lunghezza 81 mm.
GE 0Fine della geometria.
EKKernel per fili spessi (extended thin-wire kernel): più preciso quando il diametro non è trascurabile.
EX 0 1 1 0 1 0Alimentazione: sul filo 1, segmento 1.
FR 0 1 0 0 869.618 0Frequenza nel file originale: 869.618 MHz — la galleria la ignora e simula sempre a 869,618 MHz (preset italiano), con una scansione 855–885 MHz.
ENFine del file.

File del modello

Scarica antenna.nec

Si apre con xnec2c, 4nec2 o EZNEC.