Inmarsat-Antenne: Halterung und Wetterschutz für LPDA-Platinenantenne (Teil 3)

Nach entsprechenden Überlegungen und Skizzen habe ich mir vorgenommen, die recht dünne obere Radome-Wandung (1,2mm) durch parallele Verstärkungsstreben mechanisch fester zu machen – dadurch wird dieser „Deckel“ in etwa einem „Deckel“ aus 3mm Material entsprechen.

Zur konstruktiven Auslegung habe ich in diesem Konstruktionsgrundlagen-Tutorium zur Auslegung von Kunststoffteilen hilfreiche Tipps gefunden. Den dort gemachten Ratschlägen folgend (S.29&30) habe ich den Rippenquerschnitt an der Wurzel mit 0,75mm dimensioniert, die berechnete Rippenhöhe (H) beträgt 4,5mm. Die „Decke“ des oberen Radomes wird mit sieben parallel positionierten Rippen verstärkt, die gleichmäßig über die Breite des Bauteils verteilt sind.

Im Inneren der oberen Hälfte habe ich zudem drei Kabelklemmen eingefügt, um das RG-174-Kabel entsprechend zu führen. Leider sind diese Klemmen von mir aber zu klein dimensioniert worden – eine ist schon gebrochen. In einer neuen Konstruktionsversion des Bauteils werde ich das entsprechend korrigieren.

Die untere Radome-Hälfte ist flacher gehalten, da sie im Gegensatz zur oberen Hälfte, keine SMA-Buchse aufnehmen muss, daher kommt die ohne Streben aus.

Hier mal die wesentlichen Druckdaten:

Material: PLA, 4043D, 1.75mm

Layerhöhe: 0,2mm

Drucktemp.: 185°

Heizbett-Temp.: 55°

Füllung: 20%

Druckgeschwindigkeit: 20mm/s

 

Hier einige Eindrücke aus der Bastelkammer zum Projekt:

Skizzen müssen sein: Konstruktive Vorüberlegungen...

Skizzen müssen sein: Konstruktive Vorüberlegungen…

CAD-Konstruktion: Radome-Oberteil, Innenansicht.

CAD-Konstruktion: Radome-Oberteil, Innenansicht.

CAD-Konstruktion: Radome-Unterteil

CAD-Konstruktion: Radome-Unterteil

CAD-Modell: Wetterschutz komplett. Radome-Oberteil in rot, Radome-Unterteil in türkis, der Rahmen ist blau.

CAD-Modell: Wetterschutz komplett. Radome-Oberteil in rot, Radome-Unterteil in türkis, der Rahmen ist blau.

Modell-Ansicht des Radome-Oberteils in Cura. Der Dichtungsrand wird im Druck später durch eine Stützstruktur gehalten.

Modell-Ansicht des Radome-Oberteils in Cura. Der Dichtungsrand wird im Druck später durch eine Stützstruktur gehalten.

Radome-Oberteil in der Layer-Ansicht in Cura. Die Wabenstruktur am Rand stellt die Stützstruktur für Überhänge dar.

Radome-Oberteil in der Layer-Ansicht in Cura. Die Wabenstruktur am Rand stellt die Stützstruktur für Überhänge dar.

Radome-Oberteil im Drucker. Hier sind sowohl die Rippen gut zu erkennen wie auch die entstehende wabenförmige Stützstruktur. Leider hat sich ein Bauteil-Ecke vom Druckbett gelöst. Beim nächsten Druck werde ich auf jeden Fall mit Brim drucken.

Radome-Oberteil im Drucker. Hier sind sowohl die Rippen gut zu erkennen wie auch die entstehende wabenförmige Stützstruktur.
Leider hat sich ein Bauteil-Ecke vom Druckbett gelöst. Beim nächsten Druck werde ich auf jeden Fall mit Brim drucken.

Radome-Oberteil von innen. Leider sind die Kabelklemmen zu klein konstruiert - ein Klemme ist bei der Kabelanprobe schon gebrochen. In der Bauteileüberarbeitung werde ich die Klemmen vergrößern.

Radome-Oberteil von innen. Leider sind die Kabelklemmen zu klein konstruiert – ein Klemme ist bei der Kabelanprobe schon gebrochen. In der Bauteileüberarbeitung werde ich die Klemmen vergrößern.

Radome-Oberteil (links). Gut zu erkennen sind die Verstärkungsrippen. Rechts die Platinenantenne mit Halterahmen.

Radome-Oberteil (links). Gut zu erkennen sind die Verstärkungsrippen. Rechts die Platinenantenne mit Halterahmen.

2/3 des Wetterschutzes sind fertig gedruckt. Es fehlt noch die untere Radome-Hälfte. An der linken Ecke des Radomes erkennt man die abgesenkte Kante, dies ist das Resultat der mangelnden Druckbetthaftung an der Stelle...

2/3 des Wetterschutzes sind fertig gedruckt. Es fehlt noch die untere Radome-Hälfte. An der linken Ecke des Radomes erkennt man die abgesenkte Kante, dies ist das Resultat der mangelnden Druckbetthaftung an der Stelle…

Nun werde ich die Platine bohren, die Platinenantenne innen mit RG-174 verkabeln und die SMA-Buchse verlöten. Anschließend gilt es Dichtungsgummis zuzuschneiden und dann die Grundmaße für die Konstruktion von Schnapphaken zu ermitteln, um auch dieses Bauteil zu konstruieren und zu drucken.

Fertig zur Konfektionierung: Radome-Oberteil ist entgratet, SMA-Buchse montiert. Nun muss nur noch das RG-174-Koax-Kabel angelötet werden.

Fertig zur Konfektionierung: Radome-Oberteil ist entgratet, SMA-Buchse montiert. Nun muss nur noch das RG-174-Koax-Kabel angelötet werden.

 

So, nun schau ich mal, was der Druck der unteren Radome-Hälfte macht…

 

Horrido und stay tuned.

 

Inmarsat-Antenne: Halterung und Wetterschutz für LPDA-Platinenantenne (Teil 2)

Vor dem Frühstück habe ich mich auf die Socken gemacht und den gedruckten Halterahmen in Augenschein genommen – sieht gut aus:

Der Halterahmen (rechts) nach dem Druck. Noch ist der breitere Bodenlayer zur Vergrößerung der Haftungsfläche (BRIM) zu erkennen. Der BRIM wird mit dem Cutter entfernt. Links neben dem Halterahmen ist die LPDA-Platinenantenne zu sehen.

Der Halterahmen (rechts) nach dem Druck. Noch ist der breitere Bodenlayer zur Vergrößerung der Haftungsfläche (BRIM) zu erkennen. Der BRIM wird mit dem Cutter entfernt. Links neben dem Halterahmen ist die LPDA-Platinenantenne zu sehen.

 

Nach dem Entgraten habe ich die Platinenantenne gleich mal eingepasst…

Anprobe: Platinenantenne in Halterahmen (Oberseite).

Anprobe: Platinenantenne in Halterahmen (Oberseite).

Anprobe: Platinenantenne im Halterahmen (Unteransicht)

Anprobe: Platinenantenne im Halterahmen (Unteransicht).

Zur entgültigen Fixierung der Platinenantenne im Halterahmen muss ich noch entsprechende Bohrungen in der Platine anbringen und diese dann mit dem Rahmen mit M3-Schrauben verbinden.

Ich habe auch gleich einmal eine Anprobe des Ensembles an der Sat-Antenne gemacht:

LPDA-Platinenantten im Halterahmen an der Sat-Schüssel zur Probe montiert.

LPDA-Platinenantten im Halterahmen an der Sat-Schüssel zur Probe montiert.

LPDA-Antenne zur Probe an der Sat-Schüssel montiert.

LPDA-Antenne zur Probe an der Sat-Schüssel montiert.

 

Jetzt werde ich mir überlegen, wie ich die Radome-Hälften konstruieren muss, wie das Koax-Kabel im Inneren geführt wird, wo ich eine SMA-Buchse positioniere und wie ich die beiden Radomehälften am Halterahmen fixiere (ich tendiere zu einer Schnapphaken-Lösung) und das Ganze abdichte (vermutlich mit zugeschnittenen Gummidichtungen – da bietet sich Dichtungsflachmaterial von Kautasit oder Klinger an).

Bei meinen Recherchen zur konstruktiven Auslegung von Radomen habe ich diesen sehr lehrreichen Artikel gefunden. Demnach empfiehlt es sich, bei einer einwandigen Radomehülle die Wandstärke mit 0.5 Lambda der jeweiligen Sende oder Empfangsfrequenz auszulegen, um die zwangsläufig auftretenden Dämpfung gering zu halten.

Das bedeutet für die RX-Frequenz von 1541 MHz eine Wellenlänge von 19,45 cm. Damit würde sich, wenn man der o.g. Empfehlung folgt, eine Radome-Wandungsstärke von 97mm passend sein – das ist natürlich für diese Konstruktion föllig überdimensioniert. Ich werde daher die Wandungsstärke um ein Vielfaches des Wertes  reduzieren, entweder auf 2,4mm (Faktor 40 kleiner) oder 1,2mm (Faktor 80 kleiner). Bei einer Layerhöhe von 0,2mm würden sich entweder 6 oder 12 gedruckte Layer ergeben. Auch wenn 20% Infill eingestellt sind, würde bei einer 1,2mm-Wandungstärke ein Single Layer Radome entstehen, bei 2,4mm ein Sandwich-Radome – also werde ich die Radomehülle mit einer 1,2mm starken Wandung drucken.

Als Drukmaterial werden die Radome, wie auch den Halterahmen, aus PLA gedruckt. Dieses Material hat eine verhältnismäßig  geringere Dielektrizitätszahl (ich habe im Netz Informationen gefunden, wonach \varepsilon von PLA bei ca. 2.8 liegen soll), ganz im Gegensatz zu ABS (\varepsilon=>4). Ein niedriger Wert wirkt sich ebenfalls positiv auf eine niedrige Dämpfung des Radomes aus.

Nun gilt es eine richtige Geometrie zu finden und dann an die Konstruktion zu gehen.

Also, horrido und stay tuned.

 

Inmarsat-Antenne: Halterung und Wetterschutz für LPDA-Platinenantenne (Teil 1)

Meine Sommerpause beende ich mit einem neuen Projekt: Einer Halterung für eine LPDA-Platinenantenne, die zum Empfang von Inmarsat-Signalen an eine ausgediente Sat-Schüssel montiert werden soll. Die Idee mit der Platinen-Antenne habe ich mir in diesem Film abgeschaut.

Die LPDA-Platinenantenne selbst gibt es für 19 $ inkl. Porto bei WA5VJB .

 

Neben der reinen Befestigungsfunktion soll die Halterung zusätzlich als Wetterschutz für die Platinen-Antenne dienen.

Heute habe ich mich zunächst daran gemacht, einen Halterahmen zu konstruieren. Um den Halterahmen will ich in einem zweiten Schritt ein Art Radome konstruieren, der aus zwei Halbschalen besteht und später mittels Verklebung oder einer Klemmkonstruktion auf die Halterung, die ich als Rahmen ausgelegt habe, montiert wird.

 

LPDA in Platinenform von WA5VJB mit Entwurfsskizze für einen Wetterschutz.

LPDA in Platinenform von WA5VJB mit Entwurfsskizze für einen Wetterschutz.

 

So sieht der entwickelte Halterahmen als 3D-CAD-Modell aus:

Konstruierter Halterahmen für die LPDA.

Konstruierter Halterahmen für die LPDA.

Bevor ich jedoch die Radome-Schalen konstruiere, möchte ich zunächst den zentralen Halterahmen auf Passung hin überprüfen. Daher habe ich heute schon einmal den 3D-Drucker angeworfen. Vorher habe ich das STL-File in Cura gesliced…

Rahmen nach dem slicing in Cura.

Rahmen nach dem slicing in Cura.

 

Druck des Halterahmens: PLA, 20% infill, 0.2mm Layerhöhe, Druckdauer ca. 4h.

Druck des Halterahmens: PLA, 20% infill, 0.2mm Layerhöhe, Druckdauer ca. 4h.

 

Laut Cura braucht der 3D-Druck knapp vier Stunden, d.h. wenn alles klappt, werde ich bei morgigen Frühstück ein ersten Prototypen in der Hand halten.

Also, horrido und stay tuned.