visite(s)

compteur
 Antenne Strip-line1090 MHz      28/04/2011
Recherchant une solution de réalisation d'une antenne 1090MHz facilement reproductible, je me suis orienté vers la réalisation d'un prototype strip-line

Looking for an easy and reproducible means of buiting a 1090MHz antenna, I started to make a prototype of a strip-line one
Cette antenne est réalisée à partir d'une bande d'époxy cuivré double face, et est basée sur le principe de l'antenne colinéaire coaxiale.
Elle est constituée de huit lignes demi-ondes d'impédance 50 Ohms, et alternées sur une bande d'époxy de 20mm de large
L'impédance des lignes et leur longueur dépend des caractéristiques du matériaux utilisé, constante diélectrique et coeff de vélocité.
Ignorant la constante diélectrique de l'époxy FR4 en ma possession (normalement compris entre 4,2 et 4,8), j'ai du réaliser plusieurs lignes, avant d'arriver à des cotes donnant des caractéristiques satisfaisantes de SWR et résonnace.
 
This antenna is built from an FR4 piece of dual side PCB, and is based on the colinear principle
It is composed of 8 half wave /50 Ohms elements, alternate on a 20mm wide PCB band.
Line impédance and lenght is dependant of the material caracteristics, and mainly of the dielectric constant and velocity factor.
Not knowing the exact dielectric constant of the PCB in my hand, (normaly supposed to be between 4.2 and 4.8), I had to built several lines before getting a convenient one as regard to SWR and resonnant frequency

Les dimensions retenues sont les suivantes pour de l'époxy avec un substrat de 1,5 mm d'épaisseur:
longueur de ligne : 72 mm
largeur de ligne : 2,7mm

Dimensions for an epoxy PCB  of 1.5 mm substrat thickness are :
Line lenght :72 mm
Line width : 2.7 mm

Pour ce premier prototype, la réalisation a été faite, en deux parties, sur ma machine à graver CNC (de construction OM)avec une largeur de gravure de 1/10 mm. Ensuite j'ai pelé avec un cutter le cuivre à enlever.

This first prototype was done in two parts , on my home made CNC engraving machine, with a width of etching of 1/10mm . After engraved,
superfluous copper has been peeled using a cutter
 

Une fois les deux parties assemblées, et le quart d'onde de tête mis en place,  les dimensions de l'antenne sont Hauteur 75cm et largeur 2cm

Once the two parts assembled, and the top 1/4 wave line in place, overall dimensions of the antenna are 75 cm high and 2 cm wide

ant strip-line
Antenne strip-line 1090 MHz
Bande passante et ROS de l'antenne  / Band-pass and SWR of the antenna
SWR antenne strip-line



 Photo de l'antenne pendant les essais / Antenna picture during testing

strip-line

 

 

Couverture de l'antenne, sans préampli, avec 4 m de câble coaxial RG58, et situé à l'extérieur, à 7m au dessus du sol

Antenna coverage, with a 4m coax cable to the FPGA receiver, without any preamplifier, and located 7m above ground level.

 couverture stri-line


La distance entre cercles pour toutes les cartes est de 25NM, le cercle extérieur est à 200NM

Distance between circles is 25NM, and the external circle is the 200NM limit

On constate que le rayon de couverture est de + de 200 NM vers le sud, avec un débit de + de 300 messages par seconde, pour 71 avions reçus.

One can see that the coverage area is more than 200 NM on the south side, with a message rate of more than 300 messages/second, for 71 aircraft in view.

Compte tenu de la hauteur de l'antenne par rapport au sol et de son dégagement côté nord et est - 150NM malgré tout -(masque de la toiture du QRA), ces résultats sont très encourageants.

Considering the low elevation of the antenna, and its poor clearance on North and East side (obstruction by the house roof), results are very acceptable.

Des essais ont été effectués sur une colline située à 3 km du QRA, antenne située à 2m au dessus du sol -85 m d'altitude-, et relié par un cable coax RG58 de 4m au récepteur FPGA. Ces essais ont donnés les résultats suivants:
205 avions reçus, 755 messages /seconde et 232 NM de distance maximum d'acquisition d'avion.

Some test have been performed on one hilltop located 3km from my QRA, elevation of 85m. The antenna was 2m above ground level, and connected to the FPGA receiver by a 4m RG58 coaxial cable. Theese tests have shown the following results:
205 aircraft received, frame rate of 755 messages/second, and a maximum distance of 235NM for aircraft acquisition.

strp-line-east


strip-line-south

J'envisage de faire des test avec du CI Téflon, ayant des caractéristiques RF meilleures..... à suivre

I have in mind now to consider use of Teflon material, having better RF caracteristics, instead of epoxy..... to be continued

N'ayant pu trouver de téflon à un prix raisonnable, et compte tenu des résultats obtenus avec de l'époxy FR4, résultats montrant des performances de l'antenne comparable à ceux de l'antenne colinéaire Coaxiale, ou de la G7RGQ, je donne ci-après toutes les indications pour réaliser cette antenne. Une protection par vernis est recommandé avant mise en place dans un tube PVC.


Having not found Teflon material at a reasonable price, and given the results obtained with epoxy FR4, results showing antenna performance  similar to those of the collinear Coaxial antenna , or the G7RGQ, I give following all instructions for completing this antenna. A protective varnish is recommended before placing the antenna in a PVC tube.

REALISATION.


La réalisation de cette antenne est en soi très facile, mais demande de la précision dans le tracé. La plus grande difficulté réside dans la dimension de l'antenne, car il n'est pas aisé de trouver une plaque d'époxy cuivrée double face de près de 600 mm de long.
Une réalisation en deux segments de 4 lignes demi-onde est cependant possible, sans dégradation notable des performances. Les deux segments étant ensuite assemblés à l'aide de baguette de soudure en laiton.
Le type de raccordement vers le câble coaxial est libre, et peut être une embase Type BNC, SMA ou autre, ou directement une longueur de câble coaxial 50 ohms soudée sur le CI, avec prise coaxiale à l'autre extrémité.
Cette antenne étant très flexible, il est recommandé de la placer dans un tube PVC gris de 25 mm de diamètre extérieur.

The realization of this antenna is quite easy, but requires precision in the layout. The greatest difficulty lies in the size of the antenna, because it is not easy to find a PCB with copper on both sides of about 600 mm long.
A realization of two segments of 4 half-wave lines is possible without significant performance degradation. The two segments are then assembled using brasswelding rod.
The type of connection to the coaxial cable is free and can be a BNC or SMA socket or another, or a length of 50 ohm coaxial cable soldered to the PCB, with coaxial plug at the other end.
This antenna being very flexible, it is recommended to place it in a gray PVC tube 25 mm in diameter.

Plan de réalisation / Drawning of the antenna (stripline.pdf)

Détails montage connecteur BNC et jonction de deux segments

BNCjonction

Des Essais de réalisation avec 2 ou 4 elements ont été faits et donnent des résultats intéressants.
Some tests have been done with 2 or 4 elements, and show interesting results

Avec l'antenne deux éléments
(240mm de dimensions max) à 7m du sol, sans pré-ampli, et avec 3m de cable coaxial RG58 pour le raccordement au récepteur FPGA,on a une distance de couverture de 175NM
With the 2 elements antenna (240mm overall lenght)
7meters above ground level, without any amplifier, and with a 3m RG58 coaxial cable to the FPGA receiver, we can reach a coverage distance of 175NM.
2el strip-line
2el strip-line-b



couverture 2el strip-line

Antenne à un seul élément (15 cm de haut) / One element antenna (15cm high)

Un essai avec une antenne 1 element strip-line donne des résultats inattendus. Cet essais a été effectué sur la colline proche du QRA, ayant un très bon dégagement sur 360°. L'antenne située à deux mètres du sol est raccordée au récepteur FPGA par 2m de câble coaxial RG58. On atteint 200NM de distance.

A test as been performed with a one element only strip-line antenna, gave unexpected results. Test position was at the hill-top, near my home location, with a 360° azimut clear view
.Two meter of RG58 coaxial cable connect the antenna to the FPGA receiver, and antenna is 2m above ground level. Max distance coverage is 200NM



stripline 1element