In questo articolo vi proponiamo il progetto di un’antenna “differente” che abbiamo costruito durante l’estate del 2023. Si tratta di un’antenna elicoidale per la banda satellitare 435 – 437 MHz. ad uso radioamatoriale. L’idea di creare questa antenna nasce dall’esigenza di provare una tipologia differente di polarizzazione da quella orizzontale e/o verticale, andando ad affrontare il tema della polarizzazione circolare destrorsa (RHCP), e il suo comportamento in ricezione e trasmissione. 

LA POLARIZZAZIONE CIRCOLARE DESTRORSA O SINISTRORSA

Per la ricezione di alcuni segnali abbiamo provato a sperimentare, effettuando degli esperimenti. La decisione di provare la RHCP nasce dalla necessità di ricevere meglio i segnali satellitari, volendo ridurre il più possibile il QSB.

La differenza principale rispetto a una comune Yagi (polarizzazione verticale o orizzontale) oppure una Turnstile (polarizzazione incrociata) è la seguente: la polarizzazione circolare permette di seguire il satellite e il suo segnale (che cambia spesso posizione di arrivo verso la stazione radio di terra “ground station” durante il periodo di acquisizione). Inoltre, anche in polarizzazioni intermedie tra verticale e orizzontale (dovute dalla rotazione di Faraday), le antenne elicoidali hanno una marcia in più. 

La tipologia di segnale che proveremo a ricevere proviene principalmente da Satelliti LEO (trovate ulteriori informazioni a tema satellitare e sulle polarizzazioni, visualizzando il nostro video presente a questo link). Per vedere direttamente gli effetti della variazione di polarizzazione, ti consigliamo la visione di questo video di analisi sulla ricezione del satellite RS-44. 

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PROGETTAZIONE CONCRETA DELL’ANTENNA  

Dopo aver condotto qualche studio e delle ricerche in rete, abbiamo stilato una lista di materiali per la costruzione e calcolato le misure necessarie per la realizzazione. Di seguito, visualizzate il calcolo e i primi bozzetti dell’antenna elicoidale. Queste sono le dimensioni effettive per la realizzazione, e un disegno iniziale. 

Immagine 1 – Dimensioni dell’antenna.

Immagine 2 – Disegno dell’antenna.

MATERIALI 

Per costruire questa antenna, abbiamo utilizzato i seguenti materiali: 

• Boom in alluminio (lunghezza 1,5 m. – sezione 1,5 cm x 1,5 cm);
• Boom quadro in alluminio circa  30 cm (ulteriore supporto); 
• Flangia stringi tubo per antenne;
• Riflettore circolare in alluminio, forato (diametro 55,1 cm);
• Supporti plastici per unire il boom alle spire;
• Tubicino in alluminio flessibile (diametro 6 mm); 
• Viti e dadi per il fissaggio M4 e M6;
• Tubo in rame con foro interno (lunghezza 17 cm e foro > di 6 mm);
• Barretta in alluminio (3 cm x 6 cm – con spessore 2 mm).
• 4 barre a L in alluminio (lunghezza 26 cm – 2 cm x 2 cm);
• Protezione in plastica per il connettore RF; 
• Connettore RF, tipologia N. 

Una volta reperiti tutti questi materiali, si può procedere con la costruzione, che ha un livello di difficoltà intermedio. Di seguito descriveremo passo per passo le fasi affrontate.

FASI DI COSTRUZIONE

1. Preparazione del riflettore

Con l’aiuto di un compasso o uno strumento circolare sul foglio di alluminio forato, fare un cerchio a misura (seguendo il diametro indicato Dd in cm – vedi immagine 1). Successivamente il foglio poi dovrà essere tagliato con l’aiuto di una smerigliatrice con disco da taglio. Smussate bene il taglio, rimuovendo tutte le sbavature. Fate molta attenzione!

Proseguite poi le lavorazioni sul riflettore, andando a creare un foro quadrato al centro del cerchio; servirà ad alloggiare il boom secondario. Realizzate un quadrato delle dimensioni di 2 cm x 2 cm circa. Dopo aver effettuato il foro, innestate e fissate il boom portandolo alla misura “L.tot” (vedi misure della figura 1). Una volta collocato il boom, lasciate momentaneamente la parte restante sul retro del riflettore. 

Arrivati a questo punto della lavorazione, predisponete le 4 barre a L in alluminio sul retro del riflettore, andandole ad avvitare al riflettore stesso. Lo scopo sarà quello di rinforzare ulteriormente il sistema. 

2. Preparazione delle 7 spire

Possiamo iniziare ora con il preparare il tubicino flessibile in alluminio da 6 mm, che rappresenta la parte più importante dell’antenna. Il tubicino che abbiamo utilizzato è stato acquistato su Amazon (a questo link), ma in alternativa si può usare anche un tubo per serpentine in rame. 

Iniziare a svolgere la matassa di filo, per una lunghezza di 7 metri (per stare tranquilli, noi ne abbiamo acquistata una di lunghezza maggiore). Dopo aver predisposto e steso il tubicino, bisogna procedere con la formatura che servirà a creare una prima bozza di elica, che poi dovrà essere fissata al boom. Per svolgere il tubicino e completare in sicurezza questo passaggio, procuratevi un qualsiasi oggetto cilindrico (possibilmente un tubo) che abbia il diametro Ds uguale a quello indicato nelle quote (vedi immagine 1). 

Una volta reperito un tubo simile a quello visualizzato qui sopra (tubo idraulico in plastica) cercare di creare 7 spire le più circolari possibile. Tale operazione servirà per facilitare la preparazione alle fasi successive (vedi immagini sotto per il risultato da noi ottenuto). 

Mettiamo ora da parte il tubicino appena formato, per dedicarci ai supporti di fissaggio del boom. 

3. Progettazione dei supporti di fissaggio

Per fissare le spire occorre preparare dei supporti plastici che possano sostenere saldamente l’elica al boom. Per il fissaggio di possono utilizzare tubicini in materiale plastico o altri oggetti che fungano da distanziale (purché non assorbano la radio frequenza). Nel nostro caso, abbiamo optato per un’operazione più precisa e necessaria per ottenere un solido risultato. Dopo varie prove e riflessioni, abbiamo optato per costruire dei supporti in PETG. Nella progettazione si è tenuto conto della distanza Ds/2 in cm (vedi immagine 1 e quella qui sotto) considerando il centro boom e la sua distanza con il foro di passaggio della spira. 
IMPORTANTE: Ricordatevi di calcolare il valore di Ds/2, in quanto sarà necessario per ottenere la corretta distanza tra il boom e la spira.

I supporti devono avere i seguenti requisiti: 

• Non assorbire la radiofrequenza;
• Essere molto solidi; 
• Resistere alle intemperie e ai raggi solari;
• Isolare il boom dalle spire; 
• Poter essere comodamente avvitabili al boom. 

Il progetto del supporto è stato creato tramite una prima progettazione CAD al computer. Seguono alcune foto del modello, realizzato da Mattia IV3JTH.

Sono stati stampati circa una trentina di supporti, che poi dovranno essere fissati al sistema. Abbiamo optato per la stampa 3D a filamento, andando a usare del PETG bianco, in quanto molto resistente ad agenti atmosferici e agli sforzi meccanici. Come supporto si può tranquillamente ricorrere a diverse soluzioni, usando materiali plastici (anche di recupero).

NOTA BENE: Il componente realizzato non assorbe in alcun modo la radiofrequenza. Prima dell’installazione sono stati eseguiti degli appositi test. 

4. Unione delle spire al boom

Procedete a forare il boom in alluminio con il trapano, e utilizzando la minuteria nella lista, avvitate il tutto. Prima di forare, spaziate gli elementi in modo tale che rispettino la distanza indicata nell’immagine 1 (valore Ps in cm).

    

Terminato di fissare i supporti, possiamo iniziare quindi a inserire le spire dall’alto verso il basso e in senso orario, per realizzare la polarizzazione RHCP; questo facendo passare il tubicino per i fori esterni dei vari supporti. Partire dal supporto più lontano dal riflettore. Armatevi di pazienza, in quanto dovrete più volte raddrizzare il tutto per completare la procedura.

 

5. Saldatura del connettore N e adattamento di impedenza

Forare il riflettore in corrispondenza di dove cade l’inizio della spira; predisporre in quel punto il polo caldo e fissare la flangia del connettore N a massa sul riflettore, utilizzando le viti (assicurarsi che il polo caldo del connettore non abbia nessun contatto con la superficie del riflettore).

Preparare il tubicino forato in rame (λ/4 – lunghezza 17 cm), curvandolo leggermente. Una volta pronto, dovrete inserirlo nella spira (avvolta in precedenza) per tutta la sua lunghezza. Successivamente, procedete con la stagnatura del tubetto, utilizzando molto stagno e uno stagnatore molto potente (vedi immagine sotto).
ATTENZIONE: Non appoggiarsi in alcun modo alla spira durante la stagnatura – pericolo di ustione grave. 

Predisporre ora l’adattamento di impedenza tra il riflettore e il tubicino appena saldato. L’adattamento consiste in una piastrina mobile di alluminio, che fungerà da condensatore variabile. Muovendo la piastrina, si potrà effettuare l’accordo, portando l’impedenza dell’elica da 140 Ω ai classici 50 Ω (vedi immagine sotto).
Saldate tutta la spira al polo caldo del connettore N, e sigillare poi il tutto con plastica liquida, reperibile a questo link di Amazon (altre tipologie simili di sigillatura possono andare bene).

Infine, proteggete l’attacco al connettore N, utilizzando una scatolina di plastica e una buona dose di silicone. 

NOTA: Utilizzate SEMPRE connettori RF di tipologia N per questo tipo di frequenze.

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Dopo un paio di mesi di lavoro a questo progetto, effettuato durante il tempo libero e le serate estive, l’antenna è finalmente completata. Che soddisfazione!

TEST E MISURAZIONI SULL’ANTENNA

L’antenna è finalmente pronta. Non ci resta che iniziare a fare le prime misure, controllare il suo ROS e vedere come e dove risuona. Abbiamo effettuato alcune misure con l’aiuto del analizzatore Rig Expert AA-600 e siamo rimasti stupiti positivamente dai grafici ottenuti per questa antenna.  

Dopo questo ottimo risultato, non ci resta che provare l’antenna in ricezione e trasmissione. Il risultato ottenuto è molto interessante e siamo curiosi di provarla. In futuro studieremo inoltre il lobo di irradiazione e gli altri parametri.

NOTA BENE: Una realizzazione effettuata utilizzando dei materiali differenti, potrebbe dare dei risultati diversi da quelli da noi ottenuti.

FISSAGGIO DELL’ANTENNA 

Per il test dell’antenna e le normali attività fissare l’antenna ad un tubo orizzontale, utilizzando un morsetto stringi tubo. In questa realizzazione abbiamo optato per questo tipo di fissaggio, che è risultato ottimo sia per installazione su palo e anche per rotore. 

CONCLUSIONI

Abbiamo anche pubblicato un video su YouTube, contenente la procedura di realizzazione e anche alcune considerazioni iniziali. L’antenna è pronta e sarà oggetto di prove con radio SDR. In futuro condurremo ulteriori test strumentali più accurati. 

Ci auguriamo che la realizzazione di questa antenna possa essere uno spunto per coloro che vogliono addentrarsi in questo mondo, oppure per gli sperimentatori in cerca di nuovi stimoli.

Grazie per la lettura.