Klon širokopásmové aktivní antény ARA-2000

A2000 - MaterialO anténách se obecně hovoří jako o jednom z nejdůležitějších prvků při bezdrátovém vysílání/příjmu elektrického signálu. Jejich fyzické parametry určují vlastnosti, jakými jsou zisk, směrovost, šířka zpracovávaného pásma atd. Pro použití jako přijímacího prvku SDR/skenerů budeme hledat vhodnou anténu umožňující příjem velkého rozsahu kmitočtů, s co nejmenšími rozměry. Pravděpodobně se vyhneme směrovým anténám a zaměříme se na typy umožňujícím příjem ze všech úhlů – „omnidirectional“. Právě takovým typem je anténa ARA-2000, kterou vyráběla firma Dressler.

Jedná se o anténu pokrývající nebývale široké kmitočtové pásmo 50 – 2000 MHz, nicméně je určena pouze pro příjem signálu. Skládá se z přijímacího prvku a integrovaného předzesilovače (LNA). Tělo antény má trubkový tvar o délce 405 mm a průměru 80 mm.

Popis ARA-2000 i s interním uspořádáním a LNA je možné nalézt na internetových stránkách nebo v dokumentu, který vytvořil Matthias Bopp. Právě tyto stránky byly mou předlohou pro sestavení vlastního klonu ARA-2000. Pro nedostatek vhodného stavebního materiálu jsem byl nucen přistoupit k určitému kompromisu. Ten se týká zejména umístění antény do vhodného tubusu. Rozměry mé antény jsou 560 x 90 mm. Bohužel jsem neměl jinou možnost než zakoupit polypropylénovou odpadní trubku o vnitřním průměru 70 mm (běžně dostupná v instalatérských potřebách i s krytkami jako DN 75×1,9/500 s hrdlem – délka 500 mm + hrdlo 60 mm; je důležité vzít v úvahu, že do tohoto průměru trubky má stočený anténní element délku cca 530 mm). V následujícím popisu budu uvádět rozměry pro můj specifický klon.

Součásti antény

Anténní element

A2000 - Antenna elementPřijímací prvek celé antény má přibližně trojúhelníkový tvar. Je vystřižen z měděné fólie o minimálních rozměrech 650 x 140 mm a síle 0,2 mm. Síla materiálu ale není kritická. Fólii lze zakoupit na eBay nebo je možné se zeptat na nějaký ústřižek ve firmách, kde vyrábí desky plošných spojů (PCB).

Měděný výstřižek se připevní na plastovou fólii o rozměrech 400 x 500 mm (originál ARA-2000: 405 x 405 mm). Opět je možné se zeptat ve výrobně PCB, zda nemají nějaký vhodný kus fólie zbylý po osvitu PCB (používá se při osvitu předlohy). Pokud se zdá, že je měděná fólie přilepena křivě, tak je to pravda. Při správném umístění dojde, díky malému průměru trubky, ke vzájemnému překryvu částí měděné fólie.

Tubus antény

A2000 - TubeJak jsem uvedl, tubusem je polypropylénová odpadní trubka DN 75×1,9/500 s hrdlem. Pokud si chceme ušetřit práci s výrobou vhodných krytek, zakoupíme hotové, které později upravíme pro naši potřebu.

Vysokofrekvenční konektor

A2000 - N connectorAnténa bude sloužit pouze pro příjem signálu, a proto by bylo vhodné použít napáječ o impedanci 75 Ω, který má oproti 50 Ω menší útlum. V mém případě postavím LNA pro 50 Ω a použiji anténní konektor typu N. Ten má výhodu, že je jedním z mála vodotěsných. Nestane se nám, že bude koaxiálním kabelem časem vzlínat vzdušná vlhkost. Konektor je současně velmi robustní.

Nízkošumový zesilovač

A2000 - LNA diskNízkošumový zesilovač (LNA) je umístěn ve spodní záslepce tubusu. Právě ten dělá z obyčejné antény anténu aktivní. Jeho použití je nutné, protože vlastní zisk anténního elementu je záporný. Deska plošných spojů (PCB) má kulatý tvar. Na PCB je přímo zapájen anténní element i RF konektor typu N (female). Integrovaný obvod zesilovače je napájen po koaxiálním kabelu, přes fantom (bias-t), napětím ± 5 – 16 V. Integrovaným obvodem je Mini-Circuits PSA4-5043+, viz Nízkošumový RF zesilovač s Mini-Circuits PSA4-5043+. Mezi anténním elementem a LNA není provedeno žádní impedanční přizpůsobení. Impedance antény mi totiž není známa. V některých případech je originální LNA ARA-2000 navrženo pro 75 Ω, v jiných pro 50 Ω.

Pokud chceme LNA ochránit před statickou elektřinou, připájíme na vstup dvojici schottky diod (viz schéma – D1; např. BAS70-04, BAV99W nebo jiné s minimální kapacitou C_d a vyšším reverzním napětím V_R). Místo odporu R1, sloužícímu pro odvedení vyššího potenciálu, můžeme použít GDT (Gas Discharge Tube; např. SE140 od Littelfuse). Kondenzátor C2 vybíráme s nejvyšším možným napětím, a to i za cenu zhoršení ESR.

A2000 - Schematic

Schéma zapojení LNA

A2000 - PCB

Deska plošných spojů LNA

Schéma obvodu a plošný spoj ve formátu CadSoft EAGLE 7.2

Sestavení antény

A2000 - Antenna element + tubeAnténní element připevněný na plastovém filmu stočíme do role o takovém průměru, aby ji bylo možné lehce zasunout do připraveného tubusu. Na několika místech ji slepíme. To proto, že se nám tím ulehčí zasunutí jak vlastního anténního prvku, tak i záslepky s připevněným LNA.

K měděné anténě přiletujeme pásek o šíři 5 mm. Nemá sice impedanci 50 Ω, ale alespoň jej při manipulaci neutrhneme.

 

 

A2000 - Tube assemblyVše důkladně pospojujeme a zasuneme záslepku s LNA do tubusu.

Závěr

Takto sestavenou aktivní širokopásmovou anténu je možné použít jak pro příjem FM rádia, DVB-T, ADS-B, tak všech ostatních služeb v pásmu od 50 MHz do 2 GHz. Je potřeba brát v potaz, že ji nelze použít pro vysílání (např. pro HAM).

Při upevňování na venkovní stožár použijeme po celé délce antény pouze nevodivých neferomagnetických materiálů. Vyhýbáme se umístění v blízkosti jiných vysílacích antén (GSM, LTE), jelikož by pravděpodobně docházelo k saturaci vstupu LNA. Použitý materiál tubusu není příliš odolný vůči UV záření. Pokud umístíme anténu ven, natřeme ji vhodným nátěrem poskytující tuto ochranu. Nesmí ovšem obsahovat částice bránící prostupu elektromagnetického signálu (zejména kov). Nejjednodušším způsobem jak tuto vlastnost otestovat, je vložení suchého předmětu do mikrovlnné trouby. Pokud se po cca minutě zahřeje nebo začne natavovat, pohlcuje mikrovlnné záření a není pro náš účel vhodný.

A2000 - Test

První testovací „hračka“ navynutá z alobalu na zcela nevyhovujícím průměru trubky. Neobsahuje LNA.

A2000 - Tube assembled A2000 - Tube assembled 2 A2000 - Tube assembly 2

1 komentář u „Klon širokopásmové aktivní antény ARA-2000

  1. Pingback: Apollo-NG - Another ARA-2000 rebuild and LNA approach

Napsat komentář