Antenna J-Pole per ricevitore ADS-B

Da parecchi anni la passione del volo, latente sin da ragazzo, si è aggiunta ai miei tanti interessi. 

La passione per la radiotecnica ha invogliato a ricevere i segnali del radar secondario ADS-B (Automatic Dependent Surveillance - Broadcast, mode S transponder), un sistema automatico che trasmette sulla frequenza di 1090 MHz i principali parametri di volo degli aeromobili che ne sono equipaggiati. 

Il radar primario è quello classico che illumina il bersaglio e ne riceve il segnale riflesso deducendone posizione e velocità mentre quello secondario è trasmesso dall'aeroplano e consente di associare le informazioni sul velivolo e caratterizzare completamente il "puntino" anonimo rilevato dal radar primario. Un aeromobile che procede con il transponder spento è rilevabile (a meno che non sia di tipo Stealth) soltanto dal radar primario e l'ente di controllo del traffico aereo (ATC) lo contrassegna come "Zombie" ovvero sospetto.

La nota rete Flightradar 24 è basata sulle informazioni del radar ADS-B ricevute da amatori che sono messe in rete, elaborate ed infine rese disponibili sul sito di Flightradar 24. E' degno di nota il fatto che, stante la diffusione sul territorio delle stazioni riceventi amatoriali, le informazioni raccolte sono, in alcuni casi, superiori a quelle che gli enti di controllo del traffico aereo possono disporre e sono spesso utilizzate in occasione delle indagini relative ad incidenti aerei in cui quota di volo e distanza dalle stazioni di controllo li rendono di fatto invisibili.

Le informazioni che riporto su questa pagina sono state pubblicate nel 2013 sul gruppo Yahoo RTL1090 e - stante la situazione della antenne ancora proposte oggi per quest'impiego nonché la cessazione del servizio dei gruppi di discussione di Yahoo - le ripropongo integralmente qui con le didascalie originali in inglese.

Dopo aver fatto diverse prove con le varie antenne sperimentate da altri appassionati mi sono concentrato sulla J-Pole che ha un angolo di radiazione praticamente nullo, caratteristica importante per ricevere segnali che provengono dall'orizzonte. La semplicità realizzativa ed il basso ingombro (praticamente unidimensionale) nonché l'agevole taratura ne fanno, a mio giudizio, una scelta ottimale.

Tutta l'antenna è costruita su un connettore SMA da circuito stampato a 90° sul quale sono saldati a stagno i due elementi ricavati da bacchette di ottone per saldatura da 3 mm; vista d'insieme e dimensioni sono riportate nella figura seguente.

L'antenna J-Pole è sostanzialmente un radiatore verticale a mezz'onda, caratterizzato pertanto da una distribuzione di corrente che rende il diagramma di radiazione con angolo zero ed un'impedenza di alimentazione altissima essendo questo alimentato da un'estremo e non al centro come per il dipolo.

Per adattare l'impedenza di molti kilo ohm del radiatore ai 50 ohm del cavo si fa uso di una linea bilanciata ad 1/4 d'onda messa in corto al lato opposto ed alimentata da un cavo coassiale a poca distanza dal corto; la linea bilanciata costituisce quindi la sezione  adattatrice d'impedenza della J-Pole che quindi non partecipa alla radiazione. 

Un aspetto quasi sempre trascurato nella fabbricazione delle antenne J-Pole è la connessione del cavo coassiale, mezzo trasmissivo sbilanciato, alla linea bifilare, mezzo bilanciato per eccellenza, che è realizzato mediante connessione diretta mentre sarebbe opportuno l'utilizzo di un semplice balun. Io ho optato per alimentare con un cavetto RG188 di lunghezza opportuna (lambda/4) che, messo a massa da un lato, offre impedenza altissima alla corrente di modo comune.

Nelle figure seguenti i dettagli costruttivi della base dell'antenna e del balun.

Per la taratura occorrerà spostare il punto di alimentazione del RG188 trovando il miglior adattamento mediante un ponte riflettometrico ed un generatore o un analizzatore di reti; la curva di RTL seguente è stata rilevata con un meraviglioso Wiltron 60A50.

Nella figura seguente l'antenna completata e connessa con uno spezzone di RG58 al piccolissimo ricevitore SDR Hama Nano con il suo connettore coassiale MCX. 

Il lato SMA del raccordo è ricoperto da un nastro 3M Dual Lock (il sistema di fissaggio richiudibile usato nel Telepass) tenuto in posizione da un sottile filo in nylon da pesca che interseca i "funghetti"; un tassello dello stesso nastro è posizionato sul coperchio del PC portatile in modo da potervi fissare l'antenna verticalmente in condizioni operative ed orizzontalmente, a schermo abbassato, quando in stand-by.

Conservo ancora lo scambio di messaggi su Yahoo Groups con WB8CJW che, stante l'insuccesso con una ground plane, ha voluto provare il mio progetto rimanendo impressionato dalle prestazioni: una volta assemblata l'antenna, e senza neanche affinarne la taratura, ha iniziato a ricevere i segnali degli aerei già nel seminterrato di casa dove si trovava il suo laboratorio.

Se utilizzata con un corto spezzone di cavo coassiale, come nel mio caso, non sarà necessario  usare alcun preamplificatore perché il ricevitore SDR ha una bassa cifra di rumore e consentirà di ricevere senza problemi segnali anche molto distanti.

Il sistema ricevente che utilizzo fa uso del software RTL1090 reperibile su https://rtl1090.com

ed ADSBScope https://www.sprut.de/electronic/pic/projekte/adsb/adsb_en.html#downloads che consentono di gestire rispettivamente lo stick RTL SDR ed il posizionamento su carta geografica dei velivoli e le informazioni di volo.

Per tutte le informazioni sul sistema ADS-B rimando all'ottima pagina di WIkipedia in versione inglese, idem per l'antenna J-Pole, sempre nella versione inglese, dove è illustrato molto bene il modo di funzionamento di quest'antenna ingegnosa.