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MeshCore ITA · Antenne

Yagi 3 elementi (riflettore + direttore) 869 MHz

Riflettore, alimentato e direttore in tubo da 4 mm, spaziature 0,30 λ e 0,25 λ scelte per restare vicini a 50 Ω senza reti di adattamento. Un compromesso didattico tra guadagno, rapporto avanti/dietro e impedenza.

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

Yagi 3 elementi, riflettore + alimentato + direttoreProgetto di riferimentodi MeshCore ITAspazio liberoVerticale
8.1guadagno dBi
5.9avanti/dietro dB
1.23ROS a 869,618
40.7 − j0.3impedenza Ω
874ROS minimo MHz

Cosa dicono questi numeri

Guadagno

8.1 dBi = 5.9 dBd: nella direzione migliore questa antenna concentra circa 3.9 volte la potenza di un dipolo a mezz'onda alimentato allo stesso modo.

Avanti/dietro

5.9 dB, cioè circa 3.9 volte più potenza avanti che indietro. Vale solo per antenne direttive: orienta il lato "avanti" verso il nodo che vuoi raggiungere.

ROS

ROS 1.23: circa 1.1% della potenza torna indietro verso il trasmettitore invece di irradiare (perdita per disadattamento 0.05 dB). Verdetto: ottimo.

Impedenza

Z = 40.7 − j0.3 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 874 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 5.9 dBd di guadagno, questa è la potenza massima da impostare sul trasmettitore (prima del cavo) per restare nel limite:

Perdita cavoTX maxTX max
dBdBmmW
021.1129
122.1162
223.1204

* 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.

Corrente0max
Guadagno−30 dB8.1 dBi

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

Diagramma. Il raggio della superficie colorata, in ogni direzione, è proporzionale al guadagno: più si allontana dal centro, 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 rosso (8.1 dBi, il massimo di questo modello). I lobi sono le "bolle": il lobo principale è dove punta l'antenna (la freccia bianca, con il guadagno), gli altri sono energia irradiata altrove — vedi il diagramma di irradiazione. Passa il mouse (o tocca) sulla superficie per leggere θ, φ, guadagno e dB sotto il massimo.

Scala. dB comprime la dinamica e mostra anche i lobi deboli; Lineare usa la potenza: i lobi secondari quasi spariscono e resta il fascio principale. La griglia sul piano dell'orizzonte ha raggi ogni 30° e cerchi con i livelli indicati.

Correnti. Ogni segmento dei fili è colorato in base all'intensità della corrente: grigio-blu quasi zero, arancio e giallo massima. Fase anima la corrente nel tempo: i tratti sfasati pulsano in momenti diversi. Il punto verde è l'alimentazione, dove si collega il cavo; le linee tratteggiate, se presenti, sono linee di trasmissione.

Tagli 2D. I due anelli sulla superficie sono i tagli dei grafici qui sotto: il taglio conico (azimut, a θ fisso) e quello verticale (elevazione, nel piano del lobo principale).

Antenna e file NEC. Passa sopra un filo per vedere numero di filo, riga e corrente; un clic ti porta alla sua riga nel file NEC spiegato più in basso, e viceversa passando o cliccando sulle righe GW o EX il filo si illumina nel 3D. La geometria è ingrandita per stare dentro il diagramma.

Comandi. Trascina per ruotare, rotella o pizzico per lo zoom, tasto destro per spostare. I pulsanti cambiano punto di vista (di fronte e di lato sono rispetto al lobo principale), fermano la rotazione, azzerano la vista o aprono lo schermo intero.

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.
-200204060855865875885
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

Questa Yagi ha tutti e tre gli elementi che si trovano separati nelle due Yagi a 2 elementi di Fabrizio di questa galleria: un dipolo alimentato, con un riflettore dietro (come in fabrizio-yagi-2el-riflettore) e un direttore davanti (come in fabrizio-yagi-2el-direttore) insieme sullo stesso boom. Il riflettore rimanda in avanti l'energia che andrebbe irradiata all'indietro, il direttore concentra ulteriormente in avanti quella che uscirebbe di lato: insieme danno più guadagno e più rapporto avanti/dietro di ciascuno dei due da solo, restando comunque un progetto semplice, alimentabile a 50 Ω senza reti di adattamento.

Guardando le lunghezze sembra un controsenso: il direttore (148,2 mm) è più lungo dell'elemento alimentato (145,0 mm), mentre nella scheda "Impedenza" della guida abbiamo spiegato che un direttore deve essere più corto del dipolo risonante. Non è un errore: è l'elemento alimentato a essere più corto del normale, non il direttore a essere anomalo. Un dipolo isolato in un tubo da 4 mm risuonerebbe intorno ai 160 mm (vedi Lunghezza d'onda); qui è stato accorciato apposta a 145,0 mm perché l'accoppiamento con riflettore e direttore, entrambi vicini, induce sull'alimentato una reattanza induttiva che va cancellata accorciandolo. Il risultato netto, verificato in simulazione, è un'impedenza quasi puramente resistiva (40,7 − j0,3 Ω): la reattanza indotta dai parassiti è compensata quasi esattamente dall'accorciamento.

Misure

Elemento Lunghezza In λ Distanza dal riflettore
Riflettore 172,4 mm 0,50 λ 0 (origine del boom)
Alimentato (driven) 145,0 mm — (accorciato per l'accoppiamento) 103,4 mm (0,30 λ)
Direttore 148,2 mm 0,43 λ 189,6 mm (0,55 λ, cioè 86,2 mm / 0,25 λ dopo l'alimentato)

Tubo/tondino da 4 mm di diametro per tutti e tre gli elementi. Boom totale 189,6 mm.

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

Grandezza Valore
Impedenza 40,7 − j0,3 Ω
ROS su 50 Ω 1,23
Guadagno 8,1 dBi (5,9 dBd, vedi dBi/dBd)
Avanti/dietro 5,9 dB (~3,9× in lineare)
ROS minimo a 874 MHz
Apertura azimutale a −3 dB ≈ 70° (vedi Diagramma)

Un ROS di 1,23 è comodamente sotto la soglia "ottima" di 1,5 (vedi ROS): questa geometria si alimenta direttamente a 50 Ω, senza gamma match, hairpin o trasformatori.

Materiali

Tubo o tondino conduttore da 4 mm di diametro (rame o alluminio, la simulazione non distingue il materiale se la conducibilità è alta e non viene modellata una perdita esplicita). Boom non conduttivo (plastica, legno trattato, vetroresina) per non introdurre l'effetto "boom metallico" descritto nella scheda della Yagi a 10 elementi.

Costruzione passo per passo

Lista di taglio (tubo/tondino da 4 mm):

Posizioni sul boom (dall'estremità del riflettore):

Passi:

  1. Taglia i tre elementi alle lunghezze sopra, con qualche decimo di millimetro di scorta da rifilare dopo la misura.
  2. Segna sul boom le tre posizioni (0, 103,4 e 189,6 mm) e monta riflettore e direttore passanti, isolati elettricamente dal boom, centrati e verticali (vedi Polarizzazione).
  3. Monta l'alimentato allo stesso modo, ma con un piccolo gap centrale (1–2 mm) per il punto di alimentazione, come nel dipolo di riferimento.
  4. Collega il cavo coassiale al gap dell'alimentato, con il cavo il più perpendicolare possibile agli elementi per un tratto prima di scendere verso il boom, e alcune perline di ferrite (choke) vicino al punto di alimentazione (vedi Adattamento).
  5. Misura con un NanoVNA il più vicino possibile al punto di alimentazione: se il minimo ROS non cade vicino a 869,618 MHz, ritara leggermente la lunghezza dell'alimentato (non gli elementi parassiti).

Esperimenti da provare

Spaziature strette: il compromesso guadagno / avanti-dietro / impedenza. Le spaziature scelte qui (0,30 λ tra riflettore e alimentato, 0,25 λ tra alimentato e direttore) non sono casuali: sono un compromesso pensato per restare alimentabile direttamente a 50 Ω. Restringendo le spaziature a 0,20 λ e 0,15 λ, mantenendo invariata la lunghezza dell'alimentato (145,0 mm), la simulazione dà Z ≈ 12,9 − j38,1 Ω, cioè un ROS oltre 6 su 50 Ω: la resistenza crolla e la reattanza cresce molto, esattamente il comportamento descritto in Impedenza. Spaziature più strette tendono infatti ad aumentare l'accoppiamento tra gli elementi — più guadagno e più rapporto avanti/dietro sono possibili in linea di principio, ma solo se si accetta di dover recuperare l'impedenza con un adattamento più aggressivo: un gamma match (che alza la resistenza vista dal cavo, vedi Adattamento) insieme a un condensatore o a un dipolo ripiegato (che parte da un'impedenza più alta, più comoda da riportare a 50 Ω) invece della semplice alimentazione diretta usata qui.

In pratica: prima di stringere le spaziature per rincorrere più guadagno, chiediti se sei pronto a costruire (e tarare) anche l'adattamento che ne consegue. Questa scheda usa spaziature più larghe apposta per restare un progetto "senza sorprese" da costruire.

Altri esperimenti:

Errori comuni

Note

Progetto di riferimento pensato per questa galleria, per fare da ponte didattico tra le Yagi a 2 elementi di Fabrizio e la Yagi a 10 elementi: stessa logica additiva (riflettore + direttori), spinta un passo alla volta.

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. Passa il mouse su un filo o sull'alimentazione per vederli evidenziati nella vista 3D.

commentivariabili SYgeometriaalimentazione e carichicontrolloignorate

1CM Yagi 3 elementi per 868 MHz - progetto di riferimento MeshCore ITACommento descrittivo del modello (ignorato dal simulatore).
2CM Riflettore 0.50 lambda, alimentato 145 mm, direttore 0.43 lambda
3CM Spaziature: riflettore-alimentato 0.30 lambda, alimentato-direttore 0.25 lambda
4CM Elementi verticali lungo z (polarizzazione verticale), boom lungo x, fascio verso +x
5CM Tubo da 4 mm
6CM Alimentazione: al centro dell'elemento alimentato (filo 2 - segmento 11 di 21)
7CM Simulato a 869.618 MHz: circa 8.1 dBi - avanti/dietro circa 6 dB - Z circa 41 ohm
8CM Spazio libero; conduttori ideali (nessun LD: perdite del metallo trascurate)
9CEFine dei commenti: da qui iniziano le schede di geometria.
10
11' --- Lunghezze degli elementi (m) ---
12SY lam=299.792458/869.618 ' lunghezza d'onda alla frequenza di progettoVariabile lam = 0.34474.
13SY Lrif=0.5*lam ' riflettoreVariabile Lrif = 0.17237.
14SY Lali=145/1000 ' elemento alimentatoVariabile Lali = 0.145.
15SY Ldir=0.43*lam ' direttoreVariabile Ldir = 0.148238.
16SY dia=4/1000 ' diametro del tuboVariabile dia = 0.004.
17
18' --- Posizioni lungo il boom (m, dal riflettore) ---
19SY Pali=0.3*lam ' elemento alimentatoVariabile Pali = 0.103422.
20SY Pdir=0.55*lam ' direttore (0.25 lambda dopo l'alimentato)Variabile Pdir = 0.189607.
21
22' --- Geometria ---
23' Riflettore
24GW 1 21 0 0 -Lrif/2 0 0 Lrif/2 dia/2Filo 1: 21 segmenti, da (0, 0, -86.2) mm a (0, 0, 86.2) mm — diametro 4.0 mm, lunghezza 172.4 mm. ↑ 3D
25' Alimentato
26GW 2 21 Pali 0 -Lali/2 Pali 0 Lali/2 dia/2Filo 2: 21 segmenti, da (103.4, 0, -72.5) mm a (103.4, 0, 72.5) mm — diametro 4.0 mm, lunghezza 145.0 mm. ↑ 3D
27' Direttore
28GW 3 21 Pdir 0 -Ldir/2 Pdir 0 Ldir/2 dia/2Filo 3: 21 segmenti, da (189.6, 0, -74.1) mm a (189.6, 0, 74.1) mm — diametro 4.0 mm, lunghezza 148.2 mm. ↑ 3D
29GE 0Fine della geometria.
30
31' --- Spazio libero ---
32GN -1Nessun terreno: simulazione in spazio libero.
33EKKernel per fili spessi (extended thin-wire kernel): più preciso quando il diametro non è trascurabile.
34
35' --- Alimentazione: 1 V al centro dell'alimentato (filo 2 - segmento 11 di 21) ---
36EX 0 2 11 0 1 0Alimentazione: sul filo 2, segmento 11 — qui si collega il cavo. ↑ 3D
37
38' --- Frequenza di progetto (preset italiano 869.618 MHz) ---
39FR 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.
40
41' --- Diagramma di irradiazione (ignorato dalla galleria: utile in 4nec2) ---
42RP 0 37 73 1000 0 0 5 5Ignorata dalla galleria: il diagramma di irradiazione lo calcola il generatore del sito.
43ENFine del file.

File del modello

Scarica antenna.nec

Si apre con xnec2c, 4nec2 o EZNEC.