Tutorial in lingua italiana, seconda puntata
Vedremo in questa seconda puntata alcune funzionalità di livello intermedio e avanzato. Naturalmente chi non lo avesse già fatto è caldamente invitato ad andare a leggersi la prima puntata, che potrà trovare consultando la home page del sito.
Il modello che userò oggi è quello di un’antenna non banale, si tratta infatti di una biquad in polarizzazione verticale con schermo posteriore che la trasforma a tutti gli effetti in una direttiva.
Eznec, all’avvio, cercherà di caricare l’archivio usato nella sessione precedente. Questo si traduce in una caratteristica che a me è sempre sembrata un po’ bizzarra, è praticamente impossibile partire con un modello vuoto.
Comunque, qualsiasi cosa Eznec abbia caricato, andiamo su Wires e cancelliamo tutto eccetto un unico wire, poi impostiamo le coordinate come si vede nell’immagine. Mi raccomando, Diameter 2mm. Il wire è un radiatore verticale di 1 cm, ci servirà solo per agganciare il resto dell’antenna e simulare la saldatura di centrale e calza in un’antenna reale.
Fate riferimento a quanto scritto nella prima puntata per impostare
- Frequency: 869 MHz
- Ground Type: Free Space
- Wire Loss: Copper
- Units: Millimeters
- Plot Type: Elevation
- Azimuth Angle 90°
Naturalmente sarà necessario anche dichiarare la Source sull’unico wire per ora esistente.
Salviamo il modello con il nome che preferite, magari scrivendo anche qualcosa di ragionevole nella stringa del titolo
Dovremmo avere insomma una situazione come vedete sopra.
Adesso andiamo a costruire il vero modello. Sì lo so che avrei anche potuto prepararvi un file già pronto, ma preferisco che facciate allenamento.
Scriviamo w1e1 come prime coordinate del secondo wire. W1e1 significa naturalmente wire 1 end 1. Il software si occuperà di inserire per noi le coordinate che corrispondono all’estremità in basso del primo wire. Dobbiamo costruire un radiatore quad ruotato di 45°, quindi come seconda estremità del secondo wire inseriamo x=-65, y=0, z=-65 e controlliamo con View Ant.
Eznec emetterà un paio di warnings. Per ora a noi interessa quello relativo ai segmenti. Andiamo su Wires – Wire e facciamo click su Auto Seg – Conservative. Per il concetto di segmenti fate riferimento alla prima puntata. Adesso accontentiamoci di constatare che il software provvederà a definire 6 segmenti sul wire due.
Per il wire 3 inseriamo w2e2 e -130, 0, 0
Sono certo che avete compreso perfettamente cosa stiamo facendo quindi saltiamo al risultato completo. Dovete ottenere questo modello per la biquad.
Salviamo, non sarebbe bello dover ricominciare daccapo per qualche stupido contrattempo. Poi facciamo un primo controllo con FF Plot.
Molto bene, il diagramma di radiazione è sostanzialmente quello che ci aspettavamo di ottenere, considerando che l’antenna è polarizzata in verticale. Se il diagramma non vi torna accertatevi di aver selezionato Elevation e 90°
Adesso Src Dat e
Anche l’impedenza non va male, ma sicuramente si può fare di meglio. Il fatto è che, per semplificare le cose nella definizione dei wires, abbiamo usato delle misure facili da inserire ma scelte un po’ a casaccio. Ma niente paura, faremo lavorare il software al posto nostro.
Ragioniamo, se la reattanza è capacitiva, -29, significa che le dimensioni dell’antenna sono troppo piccole per la nostra frequenza di 869 MHz. Andiamo su Frequency e proviamo con una frequenza più alta, per esempio 910 MHz. Mi raccomando, NON biffate Rescale in questo momento. E ok, ho barato, mi ci sono voluti un paio di tentativi per arrivare a 910, vi ho semplificato la vita indicandovi subito la frequenza opportuna.
Infatti …
Ok, adesso sappiamo che l’antenna risuona a 910 MHz, quindi? Quindi torniamo su Frequency, scriviamo 869 e stavolta biffiamo Rescale.
Molto bene, abbiamo usato le capacità di calcolo del software per ottenere le misure precise dell’antenna. Però, a ben vedere, un piccolo problema è rimasto, perché nell’operazione di rescale è stato modificato anche il valore del diametro del conduttore, che adesso è 2,09436. La differenza è minima e potremmo anche soprassedere, ma perché farlo quando abbiamo l’occasione per usare un’altra interessante funzionalità di Eznec? Andate su Wires – Wire e selezionate Group Modify.
Comparirà questo …
Scriviamo 2 sul primo campo della colonna Diameter e confermiamo con Invio. Attenzione a NON cambiare nulla altro se non il diametro, comunque c’è sempre la possibilità di fare undo.
Andiamo a togliere la biffatura su Group Modify per tornare in condizioni di editing normali. Src Dat e …
Come prevedibile non è cambiato poi molto rispetto a prima.
Ora, anche se non è l’antenna che vogliamo veramente progettare, già questo potrebbe essere un esemplare di un certo interesse. Il Ros però è un po’ alto e probabilmente può essere migliorato.
Approfittiamone per un breve excursus sulle linee di trasmissione a 1/4 lambda.
Una proprietà interessante delle linee di trasmissione lunghe un numero dispari di quarto d’onda elettrico è che modificano l’impedenza che la radio vedrà al capo della linea.
L’equazione fondamentale che descrive l’impedenza d’ingresso
di una linea di trasmissione di lunghezza pari a un quarto d’onda è
Dove:
- Zin è l’impedenza vista all’ingresso della linea.
- Z₀ è l’impedenza caratteristica della linea λ/4.
- ZL è l’impedenza del carico collegato all’uscita della linea.
In soldoni, per trasformare 85 ohms resistivi nei 50 ohms che piacerebbero alla nostra radio, dovremmo interporre 1/4 lambda di impedenza caratteristica pari a
radice quadrata di 85×50 = 65 ohms.
Purtroppo i cavi coassiali da 65 ohms tendono a non esistere. Però esistono quelli da 75
75×75/85 = 66, chè è già meglio di un dito in un occhio. Verifichiamo con Eznec, che è poi la cosa che veramente ci interessa in questo momento.
Andiamo sulla scheda Trans Lines e creiamo una linea di trasmissione che inizia dal centro del wire #1, dove adesso sta la nostra Source, e termina su V1, che non è altro che un segmento virtuale, un oggetto che ci serve solo per il calcolo. La linea avrà le seguenti ulteriori caratteristiche, lunghezza elettrica 90° e impedenza caratteristica 75 ohms.
Poi andiamo a spostare la source dal wire 1 al segmento virtuale V1. Source Data e
come previsto, l’impedenza è adesso 65 ohms. Ma tutta questa manovra ci è servita solo per illustrare la funzione Eznec di calcolo delle linee di trasmissione, adesso torniamo indietro e togliamo tutto perché dobbiamo proseguire con lo studio della biquad dotandola di uno schermo posteriore.
Rimettiamo la source sul wire fisico #1, facciamo delete della Transmission Line e salviamo. La prossima operazione infatti sarà delicata e ci farà comodo avere un eventuale backup.
Lo schermo riflettore della biquad che andrò effettivamente a costruire sarà realizzato con una lastra di aluminio di 40×30 centimetri. L’ho appena ordinata su Amazon. Inoltre intendo usare un tubo filettato da lampadari per la taratura fine dello spazio fra radiatore e riflettore.
Ma bando alle ciance, andiamo su Wires – Create – Wire Grid
Adesso facciamo conto di guardare da dietro la griglia che simulerà lo schermo
Bisogna inserire le coordinate degli angoli in alto a sinistra e in alto a destra e anche dell’angolo in basso a sinistra.
Inoltre, come primo tentativo, ho impostato la separazione fra radiatore e schermo a 50mm, il valore Y. Ho anche impostato a 2mm il diametro dei conduttori che costituiscono la gliglia. Se combinate casini, cosa del tutto probabile ai primi tentativi, c’è undo. E comunque prima di avventurarci nella creazione della griglia, salviamo il modello. Andiamo anche su View Antenna – View – Objecs e sbiffiamo Wire Numbers, altrimenti si vede poco.
Il risultato è
Salviamo il file e poi vediamo come siamo messi con il ROS.
Src Dat ci dice che
abbiamo reattanza induttiva e resistenza decisamente troppo alte.
Per sistemare la reattanza useremo il trucchetto già visto prima, quello di ricalcolare la frequenza. Però dovremo anche avvicinare lo schermo al radiatore, per ridurre la resistenza. Infatti, come abbiamo già visto accadere per le yagi, avvicinando il radiatore al riflettore si riduce la parte resistiva dell’impedenza. Vi anticipo tuttavia che in questo caso dello schermo della biquad tenderà a crescere un poco anche la componente di reattanza induttiva. Per semplificare le cose quindi potremmo già da subito ricalcolare la frequenza in modo di introdurre volontariamente una certa quota di reattanza capacitiva.
Andiamo su Frequency e impostiamo 760, poi facciamo rescale su 869.
Andiamo, come prima, su Wires – Group Modify, selezioniamo tutto e riportiamo a 2mm il diametro dei conduttori.
Secondo la mia esperienza un residuo capacitivo di una diecina di ohms ci tornerà utile quando andremo ad avvicinare la griglia al radiatore.
Selezioniamo i wires che compongono la griglia, cioé quelli da 10 alla fine. Andiamo su Wires – Wire – Move Wires XYZ e scriviamo 8,7284
Con questa operazione portiamo la griglia a 35mm esatti dal radiatore
L’impedenza prevista da Eznec è ora
Impedance = 49,14 – J 4,945 ohms
Power = 49,14 watts
SWR (50 ohm system) = 1,107
Ok, ho esagerato con il residuo capacitivo al passaggio precedente ma, vista la superdose massiccia che ci siamo sorbiti in questa puntata, direi che possiamo anche non fare troppo gli schizzinosi e accontentarci. Tanto l’antenna reale andrà comunque tarata sul campo con il nanoVNA.
Resta da valutare il diagramma di radiazione di questo sistema di antenna.
Sono quasi 10 dBi free space.
Andiamo per l’ultima volta su Wires Wire – Change Height by e alziamo l’antenna di 2 metri, cioè 2000 mm. Adesso possiamo impostare Ground Type su Real High Accuracy
FF Plot
L’avventura di oggi è terminata. A presto, spero, per la terza puntata, che avrà come argomento le verticali collineari.
Paolo