Antenna Yagi 169 MHz per concentratori Smart Metering

09/05/2019

IMPORTANTE: tutte le informazioni e le esperienze riportate in questo articolo sono frutto dell'attività di progettazione, sviluppo e realizzazione di antenne custom professionali svolta da ElettroMagnetic Services Srl con il metodo AntennaSuMisura. Per saperne di più, clicca qui.

 

Come risolvere i problemi derivanti dall'utilizzo delle antenne direttive VHF standard in applicazioni Smart Metering

 

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Negli ultimi tempi abbiamo assistito ad una diffusione sempre più massiccia delle applicazioni Smart Metering per la lettura a distanza dei contatori di gas e acqua.

L’utilizzo della banda ISM 169 MHz ha portato, per quanto riguarda la parte relativa ai cosiddetti concentratori, all’impiego e all’installazione di antenne già presenti in commercio, progettate e realizzate per la banda civile 156-174 MHz, che presentano però significativi problemi che ne rendono sconsigliabile l’utilizzo in questa specifica applicazione.

Ecco un caso pratico di un Cliente che ha risolto i suoi problemi mediante l’utilizzo di un’antenna Yagi progettata ed ottimizzata per questo particolare utilizzo.  

 

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LA RICHIESTA DEL CLIENTE

 

La telefonata del Cliente può essere riassunta in questo modo:

E’ possibile realizzare un’antenna direttiva in banda 169 MHz, da installare su concentratori per telelettura e Smart Metering, ottimizzando il rapporto guadagno/dimensioni rispetto ai soliti prodotti presenti in commercio già in uso per la bande VHF civile (156 – 174 MHz)?

 

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ESIGENZE E REQUISITI

 

Nella prima riunione, organizzata via Skype, si pone subito in evidenza il fatto che, rispetto alle antenne di commercio utilizzate in quel momento dal nostro Cliente, sostanzialmente identiche a quelle dei concorrenti, la realizzazione di un prodotto custom con una banda ridotta, dimensioni più contenute e guadagno maggiore avrebbe portato notevoli vantaggi. Il Cliente avrebbe così potuto ridurre il numero di installazioni, da lui ritenuto troppo alto, con benefici sia dal punto di vista economico che dell’impatto visivo e ambientale, argomento a cui le amministrazioni locali sono molto sensibili.

Il Cliente riferisce inoltre di un problema di saturazione del ricevitore, dovuto all’esistenza di forti segnali adiacenti alla banda utilizzata. Si pone quindi la richiesta circa la possibilità di realizzare un filtro d’antenna o qualcosa di analogo per quantomeno ridurre i problemi.

Ulteriori richieste riguardano una meccanica robusta ed affidabile, al fine di evitare frequenti interventi per riparazioni o sostituzioni, ma allo stesso tempo con elementi e boom sottili per ridurre al minimo l’impatto visivo.

Non da ultimo si evidenzia la necessità di mantenere il costo di produzione inferiore a quello di un’antenna professionale utilizzata per servizio VHF civile. Al momento infatti è costretto ad utilizzare un prodotto utilizzato nel mercato radioamatoriale per rientrare nei costi, con evidenti carenze dal punto di vista delle prestazioni.

 

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L’ANALISI PRELIMINARE

 

Come in generale accade all’inizio di ogni attività di progettazione di un’antenna su misura, l’analisi preliminare si focalizza sulla fattibilità della richiesta e sull’individuazione di eventuali punti deboli dei prodotti in uso presso il Cliente da poter sfruttare per implementare le modifiche richieste.

Durante l’analisi si riscontrano sicuri margini di miglioramento, principalmente dovuti al fatto che la maggior parte delle antenne adoperate per lo Smart Metering sono state in realtà progettate e realizzate per una banda operativa più ampia, caratteristica che nel nostro caso si rivela controproducente.

Pertanto, progettando da zero il nuovo prodotto sulla specifica banda di utilizzo del Cliente (169 MHz), sarà sicuramente possibile operare un’ottimizzazione del rapporto guadagno/dimensioni, come richiesto.

Si propone pertanto di realizzare un’antenna direttiva di tipo Yagi a tre elementi, con specifiche elettriche e meccaniche differenti rispetto a quanto utilizzato fino ad oggi nelle installazioni.

A seguito della conferma del Cliente, si procede con la sviluppo di quanto previsto nell’analisi preliminare.

 

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CARATTERISTICHE TECNICHE DELL’ANTENNA SVILUPPATA

 

Nelle simulazioni svolte durante la fase iniziale del progetto, risulta subito evidente la possibilità non solo di mantenere invariata la lunghezza del boom, ma addirittura di implementarne una sensibile riduzione, passando da una lunghezza di 120cm ad 80cm.

Ecco gli altri criteri di cui si è tenuto conto durante il progetto:

- Ottimizzazione delle dimensioni dell’antenna per il massimo guadagno nella banda operativa di interesse

- Realizzazione di un sistema di alimentazione (balun e rete di adattamento) a banda stretta, realizzando in questo modo una sorta di filtro passa banda

- Integrazione del sistema di alimentazione nel boom dell’antenna, ottenendo così una diminuzione dell’impatto visivo, una semplificazione del montaggio e dell’installazione, una impermeabilizzazione dei cavi.

- Utilizzo di elementi sottili e robusti, con staffe di fissaggio a palo e bulloneria in acciaio inox.

 

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RISULTATI

 

Le misure di caratterizzazione del prototipo realizzato hanno innanzitutto fornito il dato relativo al guadagno: 9 dBi. Sicuramente un ottimo risultato considerando la richiesta di 7 dBi fatta dal Cliente. La scelta di realizzare un disegno a banda stretta, oltre all’ottimizzazione delle dimensioni e del guadagno, ha anche portato alla costruzione di un’antenna molto selettiva, con la conseguente soluzione del problema della saturazione del ricevitore a causa della forte presenza di segnali adiacenti fuori banda.

L’utilizzo di una meccanica robusta, con l’adozione di staffe e bulloneria in acciaio inox, ha permesso al Cliente di evitare inutili costi per operazioni di ripristino e/o sostituzione di eventuali antenne danneggiate. Infatti al momento, ad oltre due anni dalle prime installazioni del nuovo prodotto, non risulta nessuna operazione in questo senso. Il tutto garantendo un prezzo di produzione in linea con il budget previsto inizialmente.

Inoltre, la possibilità di installare un numero minore di antenne rispetto ai concorrenti, garantendo comunque un servizio ineccepibile, ha messo il Cliente in una posizione di netto vantaggio rispetto alle Aziende che continuano ad utilizzare le vecchie antenne.

In conclusione, è opportuno sottolineare come, anche in settori di applicazione diversi da quello qui in esame, si tenda spesso ad utilizzare prodotti non specifici, inizialmente pensati e progettati per altre applicazioni. Il fatto che questi prodotti siano utilizzati dalla maggior parte o dalla totalità dei tuoi concorrenti, non è garanzia della loro efficacia ed una periodica valutazione sulle loro reali prestazioni e su eventuali possibili alternative è sicuramente consigliabile ed opportuna.

 

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Flaminio Bollini

ElettroMagnetic Services Srl

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