Le antenne sono un elemento cruciale per ottenere buone prestazioni in un sistema di comunicazione LoRa. La scelta dell’antenna corretta può fare la differenza tra una trasmissione efficace e una connessione inaffidabile.
Anche il posizionamento dell’antenna è fondamentale: in questa guida vedremo le migliori antenne utilizzabili sia per 868 MHz che per 433 MHz, oltre ad uno strumento di simulazione di copertura radio molto utilizzato.
Spostare l’antenna in alto aiuta molto: sopra un palo, all’estremità di una canna da pesca o su un tetto/terrazzo
Riguardo ai cavi coassiali bisogna stare più corti possibili specialmente per gli 868 MHz, preferendo cavi a bassa perdita.
Se anche una volta migliorata l’antenna non riuscite a ricevere nodi che avete vicino, l’ultima incognita che rimane da eliminare sono le interferenze causate da trasmettitori vicini (celle telefoniche, emettitori radio commerciali, ecc). Le schede LoRa soffrono molto di queste interferenze, soprattutto in città.
Per eliminare i disturbi si può installare un filtro da pochi euro tra l’antenna e la scheda LoRa.
Simulazione di copertura
Iniziamo prima di tutto dalla simulazione della copertura radio: è inutile spendere soldi per acquistare la migliore antenna che esiste, se poi non sappiamo dove posizionarla!
Esistono degli strumenti gratuiti molto utili che permettono di fare simulazioni a partire dalla posizione dell’antenna e dalla sua altezza dal terreno.
Uno dei più usati è HeyWhatsThat, utilizzabile direttamente dal browser: dopo esservi collegati basta cliccare su “New Panorama“, inserire le coordinate (in gradi decimali) al punto 1 e cliccare su “Find“.
Le coordinate si possono vedere da Google Maps semplicemente cliccando sul punto di interesse e copiandole dal popup che appare in basso.
Non toccate il punto 2 e passate direttamente al punto 3, che chiede di inserire l’altezza dell’antenna in piedi (1 piede = 0,3 metri).
Infine scrivete un titolo del progetto al punto 4 e cliccate “Submit request“: in un paio di minuti avrete grafici e mappe utilissimi per stimare la copertura radio dalla posizione che avete inserito.
Un esempio della mappa che vi può uscire come output la trovate nella pagina i nostri nodi, dove c’è mostrato il nodo sul Monte Ucia (BS).
Antenne da acquistare
Ecco alcune delle soluzioni maggiormente utilizzate, attenzione a selezionare la frequenza corretta in fase di acquisto:
- Antenne a stilo, vanno bene per dispositivi mobili (eccone una per gli 868, per i 433 MHz va bene qualsiasi antenna per i portatili);
- Antenne per hotspot MMDVM: da poter riutilizzare per dispositivi mobili in 433 MHz;
- Antenne collineari con guadagno tra 3 dBi e 5 dBi (come questa per gli 868, oppure una X-30 o una X-50 per i 433 MHz), perfette per installazioni fisse;
- Antenne ground plane o dipolo: a basso costo, con buone performance sia in 433 che in 868;
- Antenne Yagi per applicazioni direzionali e collegamenti punto-punto (eccone una per i 433 MHz);
- Antenne magnetiche da auto (per i 433 MHz)
Autocostruzione
Costruirsi le proprie antenne è divertente e porta (quasi) sempre grandi soddisfazioni. Un’antenna non è altro che un filo o un altro materiale conduttivo, assemblato in maniera diversa a seconda del risultato che si vuole ottenere.
Il miglior materiale per costruire antenne sarebbe il rame per via della sua alta conducibilità, facilità a saldare e malleabilità, ma si ossida facilmente: per questo, il rame viene spesso sostituito da alluminio od ottone.
Pezzi di filo o rottame vario sono una miniera d’oro per gli appassionati: vanno benissimo per costruire la maggior parte delle antenne che vedremo.
Dipolo
Un dipolo mezz’onda può essere realizzato con un cavo coassiale usando la maglia e l’elemento centrale come bracci (la cui lunghezza dev’essere calcolata) con alimentazione centrale e montaggio verticale per radiazione omnidirezionale.
Può essere un dipolo semplice (straight dipole) oppure ripiegato (folded dipole), l’unica differenza è che il secondo ha un’efficienza maggiore rispetto al primo.
Per calcolare le misure riferirsi a questo sito.
Ground Plane
Una delle antenne più semplici da costruire e che porta buoni risultati, le misure possono essere calcolate usando questo sito.
Yagi
La Yagi è un dipolo con aggiunti altri elementi metallici per “dirigere” la ricezione e la trasmissione verso una direzione specifica. Più sono gli elementi più l’antenna diventa direttiva, aumentando il guadagno in quella direzione.
È utile per fare link lontani direttivi o anche in montagna (magari con solo due o tre elementi) per dirigere il segnale a un versante specifico.
Per calcolare le misure degli elementi di una Yagi si può sfruttare questo sito oppure quest’altro.
J-Pole
Costruita con ottone o rame, ha una buona efficienza e guadagno superiore rispetto alla ground plane, ma è più difficile da sintonizzare (bisognerebbe usare un Nano VNA). In Rete si trovano numerosi progetti da utilizzare: bisogna seguirli alla lettera per poter avere una J-Pole funzionante.
Progettazione di antenne con NEC2
Per approfondire l’argomento antenne e scoprire cosa si cela dentro la plastica di AliExpress, consiglio di leggere questo ottimo articolo introduttivo alla teoria delle antenne.
Per chi vuole ottimizzare la progettazione di antenne, NEC2 (Numerical Electromagnetics Code) è uno strumento fondamentale. Consente di simulare il comportamento delle antenne e affinare i parametri per migliorare la performance.
- Definire la geometria: inserire le dimensioni e la disposizione dei conduttori.
- Specificare i parametri di alimentazione: posizione del feedpoint e impedenza.
- Impostare il suolo e le condizioni ambientali: altezza di installazione, terreno riflettente.
- Simulare il diagramma di radiazione: visualizzare il guadagno e il pattern di emissione.
- Ottimizzare la struttura: modificare le dimensioni e la posizione degli elementi per massimizzare l’efficienza.
Per chi volesse approfondire, software open-source come 4NEC2, NEC2++ o Eznec permettono di effettuare simulazioni dettagliate e testare diverse configurazioni prima della realizzazione fisica.