L’antenna Patch Dual Band, visibile di seguito nelle prime tre figure, è stata realizzata dai nostri Soci Sandro IW3REM e Roberto IV3CYF per ricevere il segnale a 10 GHz. del satellite Oscar 100 (downlink) e per trasmettere a 2.4GHz (uplink).
Per maggiori dettagli sulla costruzione dell’antenna, si rimanda alla pagina web https://uhf-satcom.com/blog/patch_antenna .

Le fotografie e il testo di questo articolo, sono del Socio Massimo IV3FHH

Questa antenna viene montata come illuminatore di una parabola prime focus. Il tubo di rame agisce da guida d’onda per i 10 GHz., mentre i dischi di rame trasmettono la frequenza a 2,4 GHz.

Fig 1 Antenna vista posteriore

Fig. 2 Antenna vista frontale

Fig. 3 Antenna vista laterale

 

All’interno del tubo di rame viene installato un LNB TV commerciale, modificato in modo da poter ricevere un segnale di clock dall’esterno.
In fig. 4 è visibile l’antenna con l’ LNB montato e la predisposizione per l’uscita/ingresso dei segnali. 
La fig. 5 mostra l’antenna già installata su una parabola.

Fig 4 Antenna con LNB

Fig 5 Antenna montata su parabola.

 

 

 

 

 

 

La procedura di verifica

La verifica dell’impedenza e dei lobi di radiazione dell’antenna Patch Dual Band è stata fatta grazie all’amico radioamatore Franco IU3ADL, che ha reso disponibile sia la strumentazione di misura professionale che la camera anecoica.

In fig. 6 si vede il setup di misura in camera anecoica, per la caratterizzazione dei lobi di radiazione dell’antenna Patch Dual Band.

Fig. 6 Setup di misura lobi di radiazione antenna patch

 

L’antenna patch, visibile a sinistra della fig. 6 e sotto in fig.7, è stata installata su un supporto rotante e collegata ad un generatore RF.
A 3 metri di distanza, sulla destra, è stata installata un’antenna di misura, collegata ad un analizzatore di spettro professionale.
Le antenne sono state posizionate alla stessa altezza e allineate orizzontalmente.

Fig. 7 Antenna Patch su base rotante

 

Le prime misure

Usando la formula:
Prx = Ptx + GantRx – Atratta – Acavi + GantTx

dove:
Prx = potenza misurata dall’analizzatore di spettro, -36 dBm
Ptx = potenza del trasmettitore, 0 dBm
GantRx = guadagno antenna rx, 12 dB
Atratta = attenuazione di tratta, 49,6 dB
Acavi = attenuazione dei cavi rx e tx, 2,5 dB
GantTx = guadagno antenna Tx, valore incognito

inserendo i valori conosciuti nella formula, si ottiene:
-36 = 0 + 12 – 49.6 – 2.5 + GantTx

Di conseguenza il guadagno effettivo dell’antenna Patch è 4.1 dB

 

La misura del diagramma di radiazione

La misura del diagramma di radiazione è stata ottenuta facendo ruotare l’antenna patch e misurando la corrispondente potenza ricevuta dall’antenna di misura.
La fig. 8 mostra l’analizzatore di spettro usato per la misura della potenza ricevuta.
La fig. 9 mostra il diagramma di radiazione rilevato.

Fig. 8 Analizzatore di spettro usato per misurare il segnale ricevuto dall’antenna da testare

Fig. 9 Diagramma di radiazione antenna patch

 

Caratterizzazione della impedenza dell’antenna

Per la caratterizzazione della impedenza dell’antenna patch è stato utilizzato l’analizzatore di reti Elad PNA 4500.
La fig. 10 mostra l’analizzatore di reti Elad, utilizzato per misure. 

Fig. 10 Analizzatore di reti Elad VNA per caratterizzazione impedenza

 

Misure risultanti

L’antenna patch in prova presenta 2 frequenze di risonanza: una a 1.84 GHz. e l’altra a 2.40 GHz. . La fig. 11 visualizza il return-loss dell’antenna patch in prova.

Fig.11. Return loss dell’antenna Patch

Le frequenze di risonanza sono i picchi negativi visualizzati in fig. 11, dove il segnale riflesso dall’antenna (return loss) è minimo.
Il return loss a 1.84 GHz. è -37,7 dB e corrisponde a 1,03:1, ossia praticamente ad un rapporto 1:1.
Il return loss a 2.4 GHz è -20 dB e corrisponde ad un rapporto di 1,2:1.

 

Modifiche meccaniche all’antenna

La fig. 12 mostra Franco IU3ADL intento a modificare la struttura dell’antenna patch, per cercare di migliorarne le prestazioni, mentre la fig. 13 mostra l’antenna patch dopo la “modifica“.

Fig. 12 Modifica a “mano libera” dell’antenna patch

Fig. 13 Antenna Patch modificata

NOTA: Le prove effettuate successivamente alle modifiche meccaniche apportate, non hanno mostrato un effettivo miglioramento della resa dell’antenna in prova.