BEACON CERCAMODELLI A 868 Mhz
 

25-02-2015

 BEACON CERCAMODELLI A 868 Mhz




Questo progetto ha avuto origine dalle molte richieste che ho ricevuto da parte di alcuni amici aeromodellisti che avevano avuto la sventura di smarrire i loro preziosi velivoli.

Lo scopo di questo dispositivo è proprio quello di ritrovare gli aeromodelli, alianti o razzomodelli che per vari motivi cadono lontani dalla portata visiva del pilota.

Il metodo alternativo già usato da qualcuno consiste in un beeper piezoelettrico che guida il "cercatore" con il suono messo.

Purtroppo questo sistema ha molte limitazioni a causa della scarsa portata del segnale acustico.

Ad esempio nel caso di alianti da pendio la zona di atterraggio è molto distante dal punto di lancio e non sempre è facile stimare il punto di atterraggio con una precisione sufficiente per riuscire a sentire il beeper.

Per esperienza personale, in un campo di grano è sufficiente una schermatura di 20 metri di vegetazione per non sentire più nulla.

Il segnale radio emesso da questo beacon è ricevibile in condizioni reali fino a 500/600 metri ed anche oltre se non ci sono ostacoli di una certa entità.

Nel caso di alberi, arbusti, argini, granoturco, siepi oppure se il modello finisce in acqua o nel fango il segnale risulta leggermente deteriorato ma la portata è comunque sufficiente a tracciare la sua posizione.

Una precedente versione di questo sistema beacon è stata da me costruita alcuni anni fa, impiegando un trasmettitore in banda UHF e come ricevitore un palmare "dual band" della ICOM.

Pur funzionando perfettamente, il difetto principale di questo sistema era il requisito del possesso della licenza di ministeriale di radioamatore, necessaria per detenere un ricetrasmettitore, mentre se ci si accontentava di un ricevitore scanner il costo rimaneva comunque elevato.

Questa nuova versione è invece dotata di un ricevitore dedicato, opera su frequenze omologate per i radiocomandi e la potenza è nei limiti di legge.

E ciliegina sulla torta, il costo è davvero ridotto.




L'EMETTITORE BEACON





In sostanza è il dispositivo radioemettitore che va installato nell'interno della carlinga e viene acceso prima di iniziare il volo.

La sua frequenza è un pò particolare rispetto al quelle tradizionali, opera infatti a 868,3 Mhz, ma proprio per questo presenta notevoli vantaggi.

E' infatti una frequenza di recente omologazione e perciò poco trafficata, aumentando in questo modo la portata ad di là delle più ottimistiche previsioni.

Il fattore sicurezza nell'aeromodellismo è fondamentale, perciò ho verificato personalmente la totale assenza di interferenze e disturbi con i radiocomandi comunemente usati e non ho riscontrato in nessun caso malfunzionamenti di questi ultimi.

Ad ogni modo, per evitare il rischio di saturazione dello stadio di entrata del radiocomando è consigliabile installare il radioemettitore distante almeno 20 cm dall'antenna ricevente.
Le dimensioni sono molto contenute ed il peso totale (senza batteria) è di soli 8 grammi.

L'intero circuito può essere racchiuso in un contenitore leggero, possibilmente rivestito internamente di gommapiuma per attutire l'eventuale urto della caduta. Una soluzione semplice e a basso costo potrebbe essere il contenitore cilindrico usato per i rullini fotografici.


Il cuore della trasmittente è un modulo SMD di produzione industriale, usato normalmente per radiocomandi, trasmissione dati, telemetria ecc.

Sul mercato italiano possiamo trovare i moduli prodotti da Mipot, Aurel e Telecontrolli, anche se con sigle diverse le caratteristiche e prestazioni sono simili.

La diversa piedinatura richiede in alcuni casi delle semplici modifiche al circuito stampato.

Su di una piastrina di allumina di piccole dimensioni è costruito un completo trasmettitore digitale con ottima stabilità di frequenza (usa un risuonatore SAW) e una discreta potenza RF. Il segnale emesso ha infatti una potenza di 7 dBm, corrispondenti a circa 5 mW.

Il segnale di modulazione è generato da un classico timer NE555 in configurazione oscillatore di bassa frequenza.

Con i valori indicati nello schema genera un'onda quadra alla frequenza di circa 800/1000 Hz, a scelta possiamo variare questa frequenza modificando il valore della resistenza R2 oppure del condensatore C3. La frequenza non è critica, una qualsiasi nota acustica tra i 500 e i 1500 Hz può andar bene.

La tensione di alimentazione ha un range molto ampio, può andare dai 4 volt ai 12 volt senza problemi.

L'integrato stabilizzatore 78L05 ha la funzione di limitare a 5 volt la tensione massima fornita al modulo SMD, ma questo può essere alimentato anche a 3 volt, con una leggera perdita di potenza RF.

L'assorbimento complessivo del dispositivo si aggira sui 50 mA, perciò l'alimentazione può essere prelevata anche dagli accumulatori del radiocomando installato sul modello (generalmente a 4,8 volt), anche se è raccomandabile un'alimentazione autonoma per evitare problemi in caso di atterraggi particolarmente disastrosi (schianti veri e propri).

A tale scopo possiamo usare una batteria alcalina da 9V oppure una pila da 6V per usi fotografici.

L'antenna trasmittente consiste in un semplice filo elettrico da cablaggio tagliato esattamente a 87 mm.

Il montaggio avviene sul circuito stampato predisposto e non richiede alcuna taratura o strumentazione, il circuito funziona immediatamente appena alimentato.

I circuiti stampati del mio prototipo richiedono il montaggio direttamente sul lato rame, senza la foratura della piastra, ma con poche modifiche il disegno può essere adattato al montaggio tradizionale.

Nel caso si scelga il montaggio "SMD" da me consigliato, i reofori dei componenti devono essere tagliati molto corti prima della saldatura e vengono fissati con una piccola goccia di stagno.
Solo il modulo SMD richiede la foratura in quanto è montato a "wafer" sul retro del circuito stampato.

Al termine del montaggio possiamo inserire il circuito e l'eventuale batteria all'interno di un piccola scatola in metallica o in plastica, possibilmente dotata di un interruttore "sicuro", ovvero che non si spenga accidentalmente nel caso di "sinistro", sono da escludersi perciò i classici interruttori a levetta.

Per la realizzazione degli stampati consiglio il metodo della fotoincisione a raggi UV, seguito dallo sviluppo con idrossido di sodio diluito al 2% e corrosione con acido cloridrico e perossido d'idrogeno a 90 volumi. In questo modo in meno di mezz'ora disporremo di tutto quello che ci serve.

IL RICEVITORE





Anche il ricevitore è costruito intorno ad un modulo ibrido a film spesso con montaggio superficiale, più precisamente il complementare del trasmettitore.

Si tratta di un ricevitore supereterodina con frequenza intermedia di 10,7 Mhz, con buone sensibilità e selettività.

L'uscita digitale del ricevitore è applicata ad un piccolo amplificatore di bassa frequenza realizzato con un integrato LM386.

L'onda quadra in uscita dal ricevitore è "addolcita" da una rete RC per ottenere un'onda pseudo sinusoidale e migliorare così il suono emesso.

Il trimmer P1 serve a regolare la potenza in uscita emessa dal piccolo altoparlante da 8 ohm ma per risparmiare spazio il trimmer può essere sostituito da una semplice resistenza da 10 ohm, come in effetti è predisposta sullo stampato.

Il circuito fa parte integrante dell'antenna ricevente ed è installato in un contenitore plastico fissato solidalmente allo schermo posto dietro il riflettore con due viti passanti 3 MA.

Sul contenitore è installato anche il portabatteria da 9V, un interruttore a slitta e un diodo led che segnala l'accensione.

All'interno del coperchio è montato un piccolo altoparlante fissato con collante cianacrilico (Attack e affini).

Sul pannello sono praticati dei fori da 3 mm per consentire la diffusione del suono all'esterno.

Opzionalmente può essere prevista l'installazione di un jack da 3,5 mm per il collegamento di una cuffia.





L'ANTENNA RICEVENTE





Il componente più importante di tutto il sistema è l'antenna ricevente.

Dalla sua accuratezza costruttiva e precisione dimensionale dipende il buon funzionamento del sistema beacon-cercamodelli.

Ho progettato un'antenna YAGI a 7 elementi che offre un guadagno di 12 dB, è molto compatta ed ha una buona direzionalità.

Il "boom" è realizzato con un'asta di alluminio diametro 8 mm, lunga circa 60 cm. Avevo a disposizione una freccia per arco "compound" e l'ho usata soprattutto per motivi estetici (è anodizzata di colore blu) ma qualsiasi tondino di alluminio da 8 mm può andar bene.

Il diametro del boom dev'essere proprio di 8 mm, a meno che non siate in grado di ricalcolare le misure dei radiali.

Il motivo è che essendo quest'ultimi collegati elettricamente al sostegno centrale è necessario considerare il "fattore di allungamento" proporzionale al diametro dello stesso. Una misura inferiore o superiore costringerebbe a modificare la lunghezza di tutti i radiali.

 I suddetti sono invece costruiti con tubetto di ottone da 3 mm reperibile a basso costo presso qualsiasi rivenditore di materiale modellistico.

I radiali devono essere tagliati esattamente nelle misure indicate sul disegno ed infilati nei fori da 3 mm praticati sull'asta del boom.

Raccomando di non allargare i fori ma di forzare i radiali con decisione fino a farli sporgere simmetricamente dall'asta centrale.

La simmetria e il perfetto allineamento sono fondamentali per ottenere buone prestazioni da questa antenna.

Una volta montati i radiali, per fissarli stabilmente potremo usare una goccia di cianoacrilato posta sull'incrocio con l'asta del boom.

Sul lato destro del radiatore (il secondo radiale) è saldato l'adattore di impedenza "gamma match", che serve a trasformare l'impedenza di 20 ohm (tipica di questa versione di Yagi) nei 52 ohm necessari alla discesa in caso coassiale per il collegamento con il ricevitore.

Consiste in una "L" in filo di rame o di ottone da 2mm con il lato lungo di 22 mm e quello corto di 10 mm.

L'estremità più corta viene saldata a stagno sul radiale, come da disegno.

La calza schermo del cavo coassiale viene fissata con una vite e una rondella di ottone al boom, nei pressi del radiale, mentre il conduttore centrale viene saldato al lato libero dell'adattore di impedenza.
Per il cavo d'antenna dev'essere usato uno spezzone di coassiale per radiofrequenza da 52 ohm, ad esempio il tipo RG174 da 3 mm di spessore. Tutti i dettagli sono visibili nei disegni.
Per usare questa antenna in trasmissione sarebbe necessario inserire anche un compensatore da 10 picofarad tra il gamma match e il centrale del cavo coassiale, in questo modo possiamo tarare perfettamente l'impedenza, ma nel nostro caso non è necessario, l'antenna assolve le sue funzioni in modo accettabile anche senza il compensatore.

Sull'estremità posteriore ho fissato un'impugnatura ergonomica ricavata da un vecchio joystick in disarmo.

Per il fissaggio meccanico esistono varie possibilità da valutare caso per caso.

Dietro il radiale posteriore, detto riflettore, è fissata una piastra di vetronite ramata che ha lo scopo di migliorare il rapporto avanti/dietro dell'antenna e quello di supportare il circuito della ricevente e la relativa batteria. Il peso totale della mia antenna completa di ricevitore, batteria, impugnatura ed accessori è di 210 grammi.



COME SI USA


Per usare questo beacon nel migliore dei modi è utile conoscere qualche trucco che ho appreso durante i vari test effettuati per valutarne l'affidabilità.

Per prima cosa ci rechiamo in una zona adatta (un parco, un campo o il miniaeroporto dove abbiamo la nostra "base") e facciamo nascondere a qualcuno il radioemettitore in un punto da noi sconosciuto.
La distanza ideale potrebbe essere di circa 400/500 metri.

Non serve specificare che il trasmettitore deve essere acceso e con la batteria in condizioni decenti.

Accendiamo il ricevitore e con tutta probabilità non sentiremo nessun rumore. Il ricevitore non è dotato di circuito squelch, ma funzionando in modalità digitale in assenza di modulazione non sentiremo il classico soffio del rumore bianco tipico del ricevitori audio.

Giriamo lentamente l'antenna intorno a noi seguendo un cerchio completo. Ad un certo punto l'altoparlane emetterà la nota caratteristica a 800 Hz. La direzione in cui è puntata l'antenna rappresenta con buona precisione la direzione da seguire per ritrovare il beacon.

Spostando di poco l'antenna il segnale sparirà.

Mentre ci avviciniamo noteremo che il segnale perderà la sua direzionalità.

Arrivati a 20 o 30 metri sarà difficile discriminare la direzione perché l'antenna sarà saturata. Ricorriamo perciò ad un simpatico trucchetto: Giriamo l'antenna di 90 gradi in modo da presentare i radiali verso la direzione presunta dell'emettitore.

Facendo molta attenzione ci accorgeremo che in una determinata posizione il segnale sparirà del tutto.

Abbiamo trovato il "punto cieco" della nostra antenna, che sarebbe l'angolo di 90 gradi rispetto al boom nel quale l'antenna non riesce a ricevere nessun segnale.

A distanze ridotte la precisione risulta sufficiente a rintracciare il beacon anche se il vostro amico l'ha nascosto sotto un mucchio di paglia. Se necessario è possibile usare anche il metodo della triangolazione :

Si traccia un'immaginaria linea con un primo rilevamento, poi se ne traccia una seconda dopo essersi spostati lateralmente di una decina di metri e all'intersezione troveremo la radiosorgente.

In alcuni casi mi è capitato per riuscire a discriminare persino l'altezza del beacon (ad esempio nascosto tra il fogliame di un albero.

Dopo aver stabilito la direzione approssimativa si deve ruotare l'antenna sull'asse orizzontale fino a trovare l'inclinazione dove il segnale sparisce. Osservando la direzione dei radiali troveremo la posizione esatta del radioemettitore.

Per trovare al primo tentativo il beacon è necessaria pò di pratica ma avremo la sicurezza che quando sarà il momento di cercare il nostro modello disperso in mezzo ai campi lo troveremo senza difficoltà.