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Paolo ha caricato nella galleria la collineare a due elementi che ha ricavato da uno sleeve dipole commerciale, e sul suo blog racconta sia il modello EZNEC sia la costruzione e la taratura con il NanoVNA.
Una collineare è una pila di radiatori a mezz'onda, uno sopra l'altro sullo stesso asse. Perché i loro campi si sommino, le correnti nei vari elementi devono essere in fase. Due mezz'onde semplicemente in fila non lo sono: tra l'una e l'altra serve qualcosa che sfasi il segnale di 180°. Nella versione di Paolo questo compito lo svolge una bobina di filo di rame.
Il risultato è un'antenna verticale e omnidirezionale, come il dipolo di partenza, ma con un lobo più schiacciato verso l'orizzonte. Quello che si perde verso il cielo, dove a un nodo MeshCore non serve, si guadagna verso i nodi vicini.
Paolo non è partito da zero. La base è uno sleeve dipole LoRaWAN con radome in fibra e connettore N, comprato online e già recensito sul suo blog. Il piano è semplice: aprire il radome in cima, saldare sulla punta del dipolo la bobina e un secondo radiatore verticale, poi richiudere il tutto in un radome allungato.
La scheda di Paolo contiene il modello NEC esportato da 4nec2. Le parti sono queste:
| Parte | Misura nel modello |
|---|---|
| Dipolo di base | 161 mm, filo da 2 mm, alimentato al centro |
| Bobina di sfasamento | 7,65 spire, diametro 11 mm, alta circa 77 mm |
| Secondo radiatore | 184 mm, fino a 421 mm di altezza totale |
Il dipolo del modello è di filo da 2 mm, mentre quello vero è un tubo da 10 mm. Paolo lo spiega nel tutorial: EZNEC rifiuta di collegare la bobina, fatta di filo sottile, a un elemento cinque volte più grosso. Il dipolo è stato quindi ricalcolato come se fosse anche lui di filo da 2 mm, con la lunghezza corretta per restare risonante.
A 869,618 MHz, in spazio libero, il simulatore della galleria dà:
Qui c'è la parte più istruttiva. Il modello originale di Paolo in EZNEC include un pezzo che il motore della galleria non sa simulare: la linea di trasmissione dentro lo sleeve dipole. Il cavo che va dal connettore N al centro del dipolo è un coassiale lungo circa 19 cm, che a 869 MHz vale grosso modo tre quarti d'onda.
Una linea a quarto d'onda (o a tre quarti) è un trasformatore di impedenza. I circa 75 Ω di un dipolo a mezz'onda, visti attraverso 3/4 d'onda di cavo a 50 Ω, diventano circa 33 Ω. Paolo aveva misurato 30,5 Ω al connettore dello sleeve dipole originale e all'inizio non tornava nulla: con questo modello torna tutto.
La regola che ne esce è utile per chiunque usi un NanoVNA:
Una linea della stessa impedenza del sistema (50 Ω) cambia l'impedenza letta, ma non cambia il ROS.
Nel tutorial c'è una tabella che lo mostra: facendo variare la lunghezza elettrica della linea da 180° a 370°, l'impedenza gira da 75 Ω a 33 Ω e indietro, con la reattanza che passa da capacitiva a induttiva, mentre il ROS resta sempre 1,506. La conseguenza pratica è che, misurando attraverso un pigtail di lunghezza ignota, il segno della reattanza può ingannare: si può credere che il radiatore sia lungo quando è corto, e viceversa.
Per il ROS, la scheda della galleria non sbaglia: 1,66 è il valore del modello con o senza linea. Il prototipo, però, ha fatto meglio.
La costruzione è descritta in Trasformazione in collineare dello sleeve dipole Arceli. Il materiale:
Il radome originale si apre in cima con un Dremel e si allunga con la canalina fino a circa 55–60 cm.
La bobina si avvolge lunga, una dozzina di spire distese su circa 8 cm, e si salda da sola in testa al dipolo. Poi la si accorcia poco alla volta, sempre con il radome infilato, finché il NanoVNA a 869 MHz legge un'impedenza puramente resistiva, senza reattanza. In questa fase il ROS non conta: conta che la bobina sfasi davvero di 180°. Solo allora si salda il radiatore superiore, anche lui lungo, e lo si accorcia allo stesso modo.
| Modello | Prototipo | |
|---|---|---|
| Spire | 7,65 | circa 9 |
| Altezza bobina | ~77 mm | 66 mm |
| Radiatore superiore | 184 mm | poco meno di 170 mm |
Il prototipo vuole più spire e un radiatore più corto, ed è normale: il radome rallenta l'onda e allunga elettricamente tutto quello che contiene, e nessun modello a fili lo può rappresentare.
Le misure finali:
| Collegamento | Impedenza | ROS |
|---|---|---|
| NanoVNA direttamente sul connettore N | 42 + j5 Ω | 1,23 |
| Attraverso il pigtail SMA in dotazione | 38 − j1 Ω | 1,31 |
| Attraverso un cavo N di qualità | 40,6 − j2,75 Ω | 1,24 |
Con il cavo buono la reattanza cambia segno ma il ROS resta quasi uguale, esattamente come prevede la teoria. Lo scarto con il pigtail SMA va attribuito al cavo o ai connettori, non all'antenna.
Il ROS reale, quindi, è intorno a 1,3, contro l'1,66 della simulazione. Nella prova sul campo, scrive Paolo, la collineare si è comportata "nettamente al di sopra" del classico sleeve dipole economico.
Con 2,7 dBd di guadagno, il limite di 27 dBm ERP del preset italiano (vedi la normativa) lascia molto margine:
| Perdita nel cavo | TX massima |
|---|---|
| 0 dB | 24,3 dBm (267 mW) |
| 1 dB | 25,3 dBm (336 mW) |
| 2 dB | 26,3 dBm (423 mW) |
Un SX1262 si ferma a 22 dBm, quindi con questa antenna lo si può usare al massimo senza superare il limite. Chi usa moduli con amplificatore più potente deve invece fare il conto.
È un'antenna da nodo fisso: un ripetitore su un tetto, un room server, un nodo di casa che deve coprire tutto attorno. Rispetto a una direttiva come la biquad di Paolo non va puntata, e rispetto a uno sleeve dipole semplice guadagna qualche dB sull'orizzonte. Il prezzo è la lunghezza, circa 60 cm, e un lobo più stretto in verticale: un nodo in cima a una collina che deve raggiungere la valle molto più in basso può trovarsi meglio con un dipolo semplice.
Le collineari, avverte Paolo già nella descrizione della scheda, "sono sempre complesse da costruire e da tarare". La parte delicata è la bobina, e il metodo per tararla è spiegato a fondo nell'articolo Verticali collineari, la storia infinita.
La scheda con la vista 3D, i grafici di ROS e impedenza e il file NEC spiegato riga per riga è qui: Collineare 2 elementi. La teoria, compresa la parte sulle linee di trasmissione, è nella terza puntata del tutorial di Paolo, EZNEC, chi era costui (3); per gli strumenti open source equivalenti c'è il nostro articolo sulle antenne NEC senza Windows.
Hai una tua antenna? Le istruzioni sono nell'articolo sulla galleria, oppure mandala nel gruppo Telegram MeshCore ITA.
Grazie a Paolo.
