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Antenne active PCB 1090 MHz /  1090 MHz Active PCB antenna


  Pour améliorer les performances de l'antenne PCB 1090 MHz décrite précédemment, la solution la plus simple est d'ajouter un préamplificateur derrière l'antenne. Cependant compte tenu de la technologie de l'antenne sur circuit imprimé, il est possible de transformer cette antenne en antenne active en ajoutant sur le même circuit imprimé un amplificateur faible bruit avec un gain de 20 à 30 dB, et,  afin de s'affranchir des problèmes d'interférences avec les fréquences GSM, d'intégrer un filtre 1090 MHz de type SAW avec une bande passante de 30 MHz, ou moins. On arrive ainsi à avoir une antenne de faible dimensions - 160 mm de longueur - avec un gain important et permettant d'avoir un facteur de bruit de la chaine réception très faible -  inférieur à 1 dB-.

 
To improve the performance of the 1090 MHz PCB antenna  described above, the simplest solution is to add a preamplifier behind the antenna. However, given the technology of the antenna on a printed circuit, it is possible to transform this antenna in an active antenna by adding on the same printed circuit a low noise amplifier with a gain of 20 to 30 dB and, to avoid interferences problems with the GSM frequencies, to integrate a 1090 MHz SAW filter with a bandwidth of 30 MHz or less. We thus arrive at an antenna having small dimensions - 160 mm long - with a significant gain and a very low noise figure of the receiving chain - less than 1-dB.

ant active















Pour les essais et la validation, nous sommes parti de l'amplificateur faible bruit conçu par Vincent F1OPA, pour la bande amateur 1296 MHz. Cet amplificateur de facteur de bruit 0.8 dB et de 30 dB de gain est constitué de deux étages amplificateurs, avec un filtre à lignes imprimées entre les deux étages.

For testing and validation, we started with the low noise amplifier designed by Vincent F1OPA for the 1296 MHz amateur band. This amplifier, with noise figure of 0.8 dB and 30 dB of gain, consists of two amplifier stages, and a printed lines filter  between the two stages.

L'accord de ce filtre a été décalé vers les fréquences basses, afin de recevoir la fréquence de 1090MHz en début de bande passante, permettant ainsi de rejeter les fréquences GSM de 935 à 960 MHz.Ce filtre est cependant assez large, plus de 200MHz, mais donne d'xcellent résultats de couverture.

The tuning of this filter has been shifted to lower frequencies in order to receive the frequency of 1090MHz at the beginning of bandwidth, thereby rejecting the GSM frequencies 935-960 MHz.This filter bandwidth is wide, more than 200MHz , but it shows excellent coverage results.



LNA_BW
LNA_filtre_PCB PCB_seule
PCB_LNA

LNA Bandwidth
PCB antenna with LNA frequency response
Reception with PCB antenna alone, 7m above ground
Reception with PCB antenna and LNA with printed filter,
7m above ground



Le remplacement du filtre imprimé par un filtre SAW de 30 MHz ou de 12 MHz donne une courbe de réception antenne PCB+LNA beaucoup plus sélective, avec une réjection des fréquences GSM plus importante.

Replacing printed line filter by a 30 MHz or 12 MHz bandwidth SAW filter  gives a curve  PCB antenna with LNA much more selective, with higher rejection of GSM frequencies.

SAW30

SAW12

Pcb saw filter
Active PCB
LNA with 30MHz SAW filter Frequency response with a 30 MHz bandwidth SAW filter
Frequency response with a 12 MHz bandwidth SAW filter
Reception with PCB antenna and LNA with
 12MHz BW SAW filter, 7m above ground
Reception with PCB antenna and LNA with
 12MHz BW SAW filter, from hill top 360° clear view

  Comme on peut le voir sur les copies d'écran, les essais sur le sommet de la colline proche, avec un horizon dégagé sur 360°,   donnent une couverture supérieure à 225 nm et la réception simultannée de 206 avions. 

As one can see from the screenshots, testing from the top of the nearby hill with a clear horizon 360 °, give a coverage of more than 225 nm and 206 simultaneous received aircrafts.                               

 

Next step will be the re-design of the PCB including antenna, two stages LNA and the SAW filter



  Prototype design



layout

Active_Antenna    New Active antenna 1090 MHz or 868 MHz

   La courbe de réponse du prototype du LNA en bande étroite et en bande large est celle ci-dessous, et elle montre une réjection supérieure à 35 dB des fréquences hors bande passante du filtre SAW de 30 MHz de largeur de bande. Le facteur de bruit total mesuré est de 1.1 dB pour un gain total de 22 dB . On constate que les caractéristiques sont identiques en bande large  500MHz à 6 GHz

  The frequency response of the prototype LNA (narrowband and broadband ) is as below, and shows a greater than 35 dB rejection frequencies outside the SAW 30 MHz bandwidth filter. The total measured noise figure NF is 1.1 dB for an overall gain of 22 dB. It was found that the characteristics are identical from 500MHz to 6 GHz                                                 


LNA_response
LNA_wide

Résultats de tests / Test result


Des essais de l'antenne en station portable, au sommet d'une colline à 85 m d'altitude, et avec un horizon dégagé sur 360 degrés ont été effectués dans les conditions suivantes:

Récepteur dongle SDR R820T avec RTL 1090 , PlanePlotter et SBS Plotter

Tablette PC windows8 avec un port USB pour le dongle SDR et un port USB pour l'injecteur de tension pour le LNA via le câble coaxial

10 m de câble coaxial H155 entre l'antenne et le dongle SDR


Some test from a hill top, 85 m above sea level, and a clear line of sight over 360 degrees have been performed, with the following set-up

SDR dongle R820T receiver running with RTL1090 ,PlanePlotter and SBS Plotter.

A windows8 tablet PC with an USB port for the SDR dongle, and a second one for the USB bias T to power the LNA

10 m of H155 coaxial cable from antenna to receiver.





USB Bias-Tee for 5volts injection    USB Bias-Tee for 5volts injection and R820T dongle
Bias-Tee new design







Les résultats montre un couverture maximum de 250 nm pour un avion au niveau de vol 410, 194 avions reçus simultanément, et un débit de 556 messages par seconde. Il est à préciser que pour ces tests, le gain du tuner SDR a été réglé à 43 dB au lieu des 49 dB en automatique.

Results show a distance coverage of 250 nm for an aircraft flying at 41000 feet, while 194 aircraft were received simultanously, and a message rate of 556 msg/sec was reached.. It should be noted that the SDR tuner gain has been reduced down to 43 dB instead of the 49 dB automatic gain.



Ci-après un comparatif d'un dongle R820T avec RTL1090 et Globe-S RTL et l'antenne PCB standard ou active / Below is a comparison of a R820T dongle running with RTL1090 and Globe-S RTL and Normal or active PCB antenna

Antenne PCB, 7 m au dessus du sol avec 10m de cable H155
PCB antenna with 10m H155 cable and 7m above ground level
Antenne PCB active, 7 m au dessus du sol avec 10m de cable H155
Active PCB antenna with 10m H155 cable and 7m above ground level




Comparaison de la couverture avec l'antenne coaxcolinéaire de 8 dBi / Comparison against the coaxcolinear 8dBi gain antenna

L'écran suivant donne la comparaison de couverture de l'antenne diapason active avec 50m de câble coaxial (25m de RG-213 prolongés de 25m de câble TV satellite  17VATC), avec une perte totale de 13dB, avec l'antenne colinéaire coaxiale de 8dBi de gain, avec 11 m de câble 17VATC (pertes d' environ 2.5 dB). Les deux antennes sont situées à environ 12 m du sol.

The following screen shows the comparison of coverage of the active antenna  with 50m of coaxial cable (25m of R
G-213 extended with 25m  of satellite TV cable 17VATC ) with a total loss of 13dB, against the  coaxial colinear  8dBi gain antenna, with 11 m 17VATC (about 2.5dB loss) cable. The two antennas are located approximately 12 m above the ground.

La courbe bleue donne la couverture de l'antenne colinéaire coaxiale, et la courbe jaune la couverture de l'antenne PCB active. / The blue curve shows the coverage of the coaxial collinear antenna, and the yellow line coverage of the active antenna PCB.




On peut voir que les 10 dB de pertes supplémentaires  du câble coaxial de l'antenne active sont largement compensés, d'autant que l'antenne sans le LNA a seulement 2 dBi de gain, soit 6 de moins que la colinéaire./ We can see that the 10 dB additional losses of the active antenna coaxial cable are far outweighed, especially as the antenna without the LNA has only 2 dBi gain, 6 fewer than collinear.

La couverture maximum est de plus de 250 nm /
Max coverage is more than 250nm




Le kit commercial tel qu'il est commercialisé par la WebShop  de DL4MEA et Jetvision  http://www.jetvision.de/

Commercial  kit as it is sold by  DL4MEA and Jetvision  Web Shop  http://www.jetvision.de/


Commercial kit
LNA alone and bias-tee (Not commercial product)