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Riprendiamo l'antenna a 'barattolo':
dati e realizzazione pratica

Simone Branchini , 25/9/2003

Introduzione

Riprendiamo il discorso cominciato tempo addietro riguardo la semplice antenna che si realizza con un barattolo anche in vista di un suo utilizzo come illuminatore di una parabola.
Desidero subito fare delle chiarificazioni riguardo le caratteristiche di questa antenna, doti e difetti.
E allora cominciamo con il dire che questa antenna non fa miracoli come spesso si legge su Internet.
Con l'avvento del Wi-Fi molti si sono cimentati nella sua costruzione spesso utilizzando materiali di recupero sebbene in molti casi non adatti, uno per tutti il barattolo di patatine Pringles che non lo ? ne a livello di materiali, ne, e questo ? molto pi? importante, a livello di dimensioni.
A livello di irradiazione l'antenna va considerata per quello che ?, una struttura molto semplice, quindi un guadagno tutt'altro che quello riportato da 'ottimisti' o verificato con metodi empirici e poco scrupolosi.
D'altra parte proprio questa sua semplicit? rende questa antenna comoda sotto certi aspetti:

• un costo nullo
• facilit? costruttiva
• grande compattezza
• facolt? di essere parte di un sistema pi? complesso, come illuminatore di una parabola ad esempio, e qui meno guadagno ha e, in un certo senso, meglio ?!

Mi sono allora preso la briga

Visto il notevole interesse mi sono allora cimentato nella stesura di un modello matematico che la rappresentasse e che fosse modificabile per valutare come i parametri dimensionali influenzino le caratteristiche elettriche e radiative.

Per i calcoli ho utilizzato il software 4NEC2 di Arie nella versione 5.3.3
Questo programma non fa altro che interpretare in via grafica i dati forniti dal motore di calcolo NEC2

E qui apro una piccola parentesi, il NEC2 - Numerical Electromagnetics Code doppia precisione (il primo NEC ? del 1977) ? un calcolo con il Metodo dei Momenti di antenne e strutture metalliche, ? stato sviluppato da Jerry Burke e A. Poggio ai Lawrence Livermore Labs nel 1981 sotto contratto della US navy, originariamente era segreto militare, ora il codice del NEC2, che ? in Fortran, ? disponibil? e gira su molte piattaforme di computer. Esistono anche il NEC3 e NEC4, quest'ultimo se non erro ? ancora segreto.
A noi non cambia nulla e serve il solo NEC2 che con la incredibile evoluzione dei PC oggi gira migliaia di volte pi? veloce di come una volta girasse sui mainframe dei laboratori!
A questo link trovate tutto:
Archivio non ufficiale del NEC
e qui integrate tutta le teoria e manualistica che manca:
http://www.nec2.org

Torniamo a noi

A questo link trovate il mio file descrittivo della struttura del barattolo,
barattolo80211_125mm.txt
dentro ci sono anche dei commenti, capisco che potreste dire 'ma che ? sta robba' , ma capirete anche che niente cozzare-niente imparare! quindi aprite questo file con il sopracitato 4NEC2 di Arie e modificatelo se volete prendere dimestichezza con il NEC2. Rimane fondamentale dare una letta al manuale NEC User's Guide che trovate sul secondo link per apprendere il significato di CARD, le carte con cui si inseriscono i dati (si chiamano cos? perch? una volta erano cartoncini veri e propri, qualcuno ricorder?!)

Passiamo ai risultati:

Ho inserito i dati di un barattolo di caff? che avevo e ho ottimizzato i parametri in funzione pi? che altro dell'adattamento di impedenza tra cavo e antenna e questi sono i risultati del modello matematico, pi? avanti, nella sezione realizzativa, riporto i dati costruttivi:

questa ? la rappresentazione matematica del barattolo, composto di superfici rettangolari, trapezoidali e generiche (le quattro al centro sul fondo), e il monopolo che nel calcolo ? diviso in 5 sezioni.

eseguendo un'ottimizzazione, impostando come variabili

• la distanza dal fondo
• la lunghezza del monopolo,

e centrando la frequenza sui 2,440 GHz (circa il centro del canale 6 Wi-Fi) tra 2,400 GHz e 2,500 GHz ho ottenuto questi risultati

L'adattamento di impedenza (SWR sul grafico) che si ? riusciti ad ottenere, ? quindi buono senza utilizzare altri accorgimenti di taratura. Si nota infatti che la distanza dal fondo non ? il canonico 1/4 di lunghezza d'onda in guida che spesso si legge sulla letteratura, perch? questa distanza ? stata variata per ottenere gi? l'adattamento di impedenza. Ovviamente in fase realizzativa vanno rispettate bene le misure, altrimenti il discorso non vale.

questa ? la visione tridimensionale del diagramma di irradiazione che ne risulta

e in una sua vista laterale si nota benissimo che nel piano che contiene il monopolo ? tutt'altro che simmetrico!

ed eccoci appunto alle sezioni del diagramma di irradiazione nel piano che contiene il monopolo radiante e in quello che gli ? ortogonale.

Come vedete riportato il guadagno massimo ? circa 6.5 dBi, e si nota anche chiaramente che l'irradiazione posteriore non ? trascurabile.

Infine la realizzazione pratica

Allora, ci muniamo di un barattolo di caff? che troviamo in vendita hai supermercati. Il barattolo ha misure 125mm di lunghezza e 100mm diametro. Realizzeremo al suo interno un monopolo cilindrico di ottone di diametro 6 millimetri, io lo ho realizzato con una filettatura che mi consente di regolarne la lunghezza per eventuale taratura.
Il monopolo verr? montato su un connettore N da pannello con flangia.

Ecco i pezzi necessari:

• connettore da pannello N

• viti a testa conica e dadini, in ottone o ferro

• pezzo di tondino di ottone da 6mm o vite a cannocchiale da 6mm

• il barattolo del caff?

Per il monopolo potere comprare una vite a 'cannocchiale' in ferramenta, serve a fissare insieme i mobili.

lavorando l'ottone ho realizzato questi due pezzetti di cui uno verr? saldato al centrale del connettore e quello pi? piccolo gli si avviter? sopra. Come ho detto lo ho realizzato in questa maniera per poterne regolare la lunghezza, ma se usate un tondino tagliato a misura prima saldatelo e poi tagliatelo che tutta l'antennina sporga dalla fine della cassa del connettore per 26 mm

in questa maniera

Questo ? il risultato finale. Quando saldate il connettore al cilindretto di ottone ? buona abitudine calzare dalla parte dei contatti un p? di carta igenica tra il centrale e la cassa. Questo, una volta bagnato con un po' d'acqua prima di saldare il monopolo eviter? che il connettore di deformi e finisca rovinato.

ora passiamo al barattolo e segniamo bene le quote dove dovremo praticare i fori. Il centro del coassiale deve essere a 28 mm dal fondo. Ovviamente per le distanze fanno sempre fede le superfici interne.

con un trapanino realizziamo i fori (il materiale ? abbastanza morbido e i fori si possono rifinire con una punta a mola). Pulite poi asportando la vernice del barattolo con un po' di carta abrasiva per consentire un buon contatto elettrico tra barattolo e flangia del connettore.

Vista dei fori dall'interno.

Ora possiamo mettere il connettore e le viti, queste con la testa dal lato interno. Le teste meno sporgono e meglio ?.

Ecco il risultato finale!

E subito appresso due foto d'insieme dopo una spruzzatina di vernice nera. Buon lavoro.