QUATTRO  COSETTE SUGLI AEREI (Antenne), POCO IN USO

 Rimettendo in ordine i numerosi pezzi di carta, ritagli di giornali, fotografie, articoli di riviste etc, che regolarmente conservo “ a futura memoria”, sui vari argomenti radiantistici e che giudico meritevoli di tanto onore, ivi compresi gli argomenti riguardanti le antenne amatoriali, ho osservato che si parla sempre o quasi delle solite antenne o meglio di certi tipi d’antenne e mai o quasi di altre che sperimentatori OM di molti decenni or sono, hanno usato e con soddisfazione per le loro Radio fin dalle origini.

Se è facile trovare sulle riviste del settore, scritti, monografie, pubblicità (in parte veritiere) su direttive, quad, verticali accorciate dalle prestazioni superbe, quasi da mille e una notte, altrettanto non si trova ad esempio su modelli d’aereo tipo Zepp, Marconi, Hertz, etc., vuoi per la complessità delle realizzazioni, vuoi per i presupposti che non sono o sarebbero facilmente allocabili in condomini o appartamenti d’ultima generazione, vuoi perché quelle sono già pronte e acquistabili, le altre richiedono calcoli, un minimo d’attrezzatura, reperimento di materiali e un po’ di buona volontà per realizzarle, tararle bene, preparandole e sistemandole secondo le nostre esigenze, per poi goderne i frutti o costatarne ahimè la totale inefficienza e domandarsi: l’errore dov’è?

 Se ancora avete questa voglia, siamo in sintonia, e se volete potete continuare a seguirmi, se no…… ciao e i migliori 73.

Con queste poche righe voglio permettermi di riportare riassunte le caratteristiche salienti d’alcuni modelli d’antenne meno conosciuti, meno realizzati,   che necessitano, è vero, di un po’ più di spazio, ma che ricambiano con eccellenti risultati e soddisfazioni, sia in trasmissione, e soprattutto in ricezione; infine cosa non trascurabile, anzi: le spese in resistenza Ohmica per la loro realizzazione, che sono alla portata di tutti e irrisorie se paragonate a certe bestie da 3-4.000 €, traliccio e rotatori esclusi.

 

LE ZEPPELIN

Prima di  andare avanti vorrei ricordare poche cose che  devono sempre accompagnarci in questo sommario e sintetico excursus.

1-Intendiamo per antenna un qualsiasi conduttore elettrico o insieme di conduttori elettrici atti ad irradiare nello spazio  libero la radiofrequenza generata dalla nostra apparecchiatura, trasformandola in onde elettromagnetiche, onde che si propagano nello spazio libero alla velocità della luce (Circa  300.000 Km/s).

2-Le antenne si dividono sommariamente in orizzontali, verticali, miste: possono essere omnidirezionali,  e direzionali o direttive.

    Circa la loro alimentazione distinguiamo  antenne alimentate ad un estremo, antenne alimentate al centro,  e a un   terzo, e tutte  possono essere  a mezz’onda o a onda intera, con tutte le varianti possibili (1/2,  1/4,  ¾, 5/8, 3/8, 1+1/4,   di  lunghezza d’onda che s’indica comunemente e per comodità con la lettera greca l Lambda)

3-Il dipolo a mezz’onda alimentato al centro è l’antenna principe di riferimento per tutte le altre antenne e i suoi parametri sono quelli che esprimono i rapporti veritieri da adottare nei nostri calcoli; così altezze dal suolo, guadagni, impedenze, alimentazioni, apertura dell’antenna, area di cattura, attenuazione, larghezza, carico, ROS(Swr), rapporto A/R, intensità di campo, lato caldo e lato freddo, lobi di radiazione, nodi e ventri di corrente e di tensione, polarizzazione, adattatore a T, a Delta, etc, sono sempre e solo riferiti al dipolo, che per questo è, per definizione, il dipolo classico, ossia antenna lunga mezza lunghezza d’onda, costituita in genere di due tronconi simmetrici di qualsiasi materiale conduttore, (filo, tubo) alimentata al centro o in piattina o in cavo coassiale, disposto a conveniente altezza dal suolo, nello spazio libero, lontano da ostacoli, con impedenza caratteristica di circa 75 Ohm.

Per ogni   frequenza  da noi utilizzata, possiamo dire che vi è un tipo di antenna caratteristica che meglio risponde alle esigenze e ha un miglior rendimento rispetto a tutte le altre, e ne deriva   che certe antenne vanno meglio e sono più ricercate per le frequenze basse, altre per le medie, altre ancora per le alte o le altissime.

Va da se che a frequenze basse corrispondono lunghezze d’onda  di notevoli dimensioni, mentre per le frequenze medie e alte risultano lunghezze d’onda man mano più corte.

Le antenne Zeppelin sono dette tali perché derivano, guarda caso, dal famoso dirigibile di fabbricazione tedesca detto appunto Zeppelin dal nome dei costruttori che lo realizzarono per primi e lo usarono ai primordi dell’aviazione per trasporti di persone e cose fino all’infausto disastro che costò la vita a  passeggeri e addetti in fase di atterraggio, quando l’Idrogeno di cui era pieno esplose creando centinaia di vittime.

Quest’aeromobile aveva a bordo una radio che utilizzava un’antenna costituita da un solo filo radiante, molto conveniente perché operava su diverse frequenze e stando sospeso in aria, in navigazione consentiva collegamenti facili.

Il sistema era formato da un filo lungo ½ l  della frequenza più bassa in utilizzo per esempio MT. 80, tale misura è adatta per operare sia in 80 sia in 40 MT.; la linea di trasmissione dall’apparato all’antenna vera e propria avviene tramite una linea  di trasmissione con impedenza da 300 a 600 Ohm  non risonante; quest’antenna è facile da accordare con un comune sistema di accordo detto accordatore d’antenna che ha la funzione di adattare       la parte radiante dell’antenna e il trasmettitore. La parte dell’antenna che misura ¼ l  risulta accordata su quella frequenza e l’alimentazione tramite linea non risonante (nota comunemente come scaletta, dalla rappresentazione grafica simile ad un scala da elettricista) .

Questa linea di alimentazione a impedenza caratteristica, é costituita da due conduttori paralleli, separati da  distanziatori isolati o distanti svariati cm tra loro. Il dielettrico nel primo caso è dato da materiale isolante, nel secondo caso dall’aria. Lungo tale linea vi è una distribuzione uniforme di  tensione e corrente.

Tale linea é collegata all’antenna in un punto, ad un estremo, in cui le onde stazionarie sono o dovrebbero essere minime. Per effettuare una giusta regolazione di un tale sistema dobbiamo stabilire il tipo di linea di trasmissione che intendiamo utilizzare.

E’ appena il caso di ricordare che  all’estremo del tratto di antenna  vi è certamente una altissima impedenza  dell’ordine di  svariate centinaia di Ohm (300-600) o anche molto di più, fino a 5.000.

Le alternative sono diverse:

--Alimentare in Piattina a 600 Ohm direttamente  ad un  accordatore opportunamente tarato e l’efficienza o rendimento che dir si voglia risulta discreto, medio, con rapporti di onde stazionarie alti, se non opportunamente corretti con adattatore, ma soddisfacenti soprattutto in ricezione; per contro abbiamo, data la difficoltà di adattamento, una piccola banda passante e l’accordo deve essere continuamente corretto; né va sottovalutato che una parte di RF rientra nei locali  in cui è ubicata la stazione e disturbi vari alle luci, altoparlanti, stereo, TV e via dicendo. La cosa non è critica in luoghi isolati, lontani dai centri abitati, per esempio in caso di contest o escursioni di fine settimana.

--Alimentare sempre in piattina,  a impedenza caratteristica, (300-600 Ohm)  cercando lungo la discesa, prima di arrivare ai locali della stazione, il miglior punto in cui il valore di onde stazionarie sia il più basso possibile e da qui con altro spezzone di piattina collegare all’adattatore di impedenza. Il tratto di discesa dopo il punto di adattamento può essere o no cortocircuitato.

 Il metodo è più macchinoso, ma i risultati sono più esaltanti, il rendimenti elevato e così pure la soddisfazione di aver ben operato. Nei sacri testi sono riportati valori   di massima che danno ben precise indicazioni delle distanze  espresse in  l /4 su cui inserire l’adattatore secondo la lunghezza d’onda in cui si opera e conseguentemente  la tratta di spezzone che serve per adattare al meglio del rapporto di onde stazionarie. E’ molto importante ricordare che vi è un rapporto da rispettare tra la lunghezza dell’antenna vera e propria e la discesa in piattina o bifilare; e che tale rapporto influenza notevolmente l’adattamento e conseguentemente la resa del complesso antenna-discesa.  Opportune tabelle o abachi possono aiutare ed evitarci perdite di tempo.

Se fino a poco tempo fa le piattine a varia impedenza erano facilmente reperibili sul mercato, oggi risultano pressoché introvabili e se si trovano a prezzi decisamente elevati, tant’è che risulta, consultando un  buon abaco, calcolarsene le misure che necessitano tenendo conto naturalmente di tutti i parametri necessari, diametro del filo, resistività del medesimo, lunghezza dei distanziali, isolanti, isolatori e quant’altro.

La scaletta di adattamento deve stare lontano  il più possibile da ostacoli come muri o pali di ferro e questo ne limita molto l’utilizzo, ma non necessariamente.

 La semplicità con cui fin qui abbiamo trattato l’argomento non c’induca in errore a voler trascurare altri fattori che grandemente influiscono su tutto il complesso di adattamento di quest’antenna con linee in piattina,  il tipo di alimentazione ed il punto di alimentazione sono correlati con la lunghezza elettrica del sistema del tronco di adattamento; il radiatore alimentato in corrente o in tensione ha un diverso comportamento a seconda che il tronco di adattamento é lungo ad esempio ½ o ¼ l, così pure se sia in cortocircuito o in linea aperta.

Chi volesse approfondire non ha che da aprire un testo  qualificato sulle antenne  e in italiano e in inglese.

--Adattamento in linea coassiale.

Per definizione il cavo coassiale è una linea di alimentazione sbilanciata,(al contrario della linea bifilare parallela), costituita da due conduttori coassiali, separati da un isolante di materiale plastico che costituisce il dielettrico, ed un conduttore esterno in genere formato da una maglia o calza di rame o rame argentato che deve essere collegata a massa, il tutto ricoperto da un altro isolante di maggiore consistenza con funzioni protettive.

Questo cavo con nomenclature diverse, ma tutte ascrivibili ad una normativa internazionale  ha un’impedenza caratteristica di 50-75 Ohm, ma se ne trovano anche a 90 e più. Secondo la bontà del dielettrico  e del diametro dei conduttori, sopporta potenze di svariate centinai di Watt e secondo l’accuratezza dei materiali ha bassissime perdite di inserzione.

Il cavo coassiale riduce notevolmente le interferenze  derivante dai campi di RF, rendendo più accessibile il trasferimento di energia dal trasmettitore all’antenna, non soffrendo particolarmente per curve, correndo parallelo al muro e risulta meno vulnerabile al vento e alle vibrazioni, potendo essere fissato con opportune graffette; rimane più leggero, di rapida e facile reperibilità.

La sua caratteristica di linea sbilanciata, mal si adatta ad alimentare un’antenna tipo la Zepp, e anche con opportuni accorgimenti, leggi adattatori in serie o in parallelo, tratti di linea bifilare risonante etc.  non permettono di ottenere  risultati apprezzabili e soddisfacenti.

Con un tratto di linea bifilare ben calcolata, (si può operare sia a linea aperta sia a linea chiusa, quindi cortocircuitata) si adatta l’antenna e si porta l’impedenza a valori dell’ordine di 3-400 Ohm e da qui  sempre con opportuni simmetrizzatori-adattatori (Balun, in cavo coassiale, toroidali, a barre di ferrite, con avvolgimenti di filo in aria), con rapporto di trasformazione 4-6/1, si completa la discesa in cavo coassiali impedenza 52-75 Ohm. Adattatori a Q, a tronco di linea,   Johnson Q, a quarto d’onda etc,  sono soluzioni alternative e tra loro combinabili, per OM dallo spirito di sperimentatori; ho potuto costatare che spesso funzionano. Ci vuole buona volontà, un minimo di strumentazione, pazienza, manualità e tempo.  

Per concludere possiamo dire che data la possibilità di operare su frequenze basse (1,8  3,5  7,0) con un’unica antenna e la sua versatilità (multibanda), necessitando di solo due supporti di sostegno, spesso uno, il secondo essendo dato dalla parete della casa, ne fanno un’antenna  da tenere in considerazione, soprattutto per coloro che disponendo di un po’ più di spazio, come tanti OM che vivono in periferia o in case con giardini ampi, antenna che una volta tarata bene darà grandi soddisfazioni.

 Per la  sua efficienza, il rendimento, le difficoltà costruttive,  è un’antenna da collocare nella parte medio-alta  della scala delle valutazioni, non paragonabile certo a consorelle più blasonate, ma economica e sicura certamente, con l’etichetta scritta in grassetto  Autocostruita.

Un altro tipo di Zepp è la doppia Zepp anch’essa multibanda.

Essa nasce dalle difficoltà di adattamento della Zepp semplice e dal fatto che un’antenna alimentata al centro e simmetrica a due bracci, meglio risolve i problemi di disadattamento, e rimane più versatile nell’uso multibanda. I due bracci uguali e simili sono di per sé un sistema bilanciato e se opportunamente tarato risultano di ben lunga superiori ad altre antenne.

Se a questo si aggiunge la maggiore semplicità nell’adattamento con opportuno adattatore e la buona reiezione alle armoniche di un ordine elevato che disturbano causando TVI etc. si capisce perché sia meglio accettata dagli OM.

La sua alimentazione  al centro è sempre con  elemento bifilare da circa 600 Ohm, ma  anche a 300 Ohm soprattutto se  si dispone di un buon adattatore di impedenza che ben compensi le variazioni di tensione e corrente che si creano al variare delle frequenze operative dell’antenna. Quest’adattatore deve avere caratteristiche di accordo che consentano la risonanza e in serie e in parallelo sì che  vadano a compensare le escursioni elevatissime di impedenza che si creano al variare della frequenza di lavoro.

La discesa in  bifilare opportunamente calcolata, costituisce parte risonante dell’antenna stessa e richiede particolare cura nella sua realizzazione. Se non si usano particolari potenze e si rimane nell’ordine dei 100-200 Watt la piattina del commercio o quella comunemente usata per le vecchie Tv va bene, al contrario, per alte potenze, sarebbe meglio autocostruirsela, ricorrendo ai sacri testi che danno precise indicazioni e risulta relativamente semplice da realizzare. La sua lunghezza in rapporto alla lunghezza dei due bracci è critica e a quest’ultimo valore è correlata.

Nel testo di N. Neri, (I manuali del radioamatore, Antenne progettazione e costruzione, 1° e 2° vol.),  si trova un’ampia disamina di quest’antenna favolosa con teoria e pratica e riferimenti vari. Per chi volesse approfondire rimando a ARRL: Antenna Book, varie  edizioni, Antenna Impedance, Antenna compendium, Practical antennas, Data Book antennas, Tansmission line, oppure a RSGB: HF Antennas, Radio Data,  senza dimenticare Radiorivista, e le sue varie pubblicazioni, Rkit, CQ, di questi ultimi 25-30 anni.

Una variante alla doppia Zepp è la doppia ZEP allungata (E.D.Z acronimo di Extended double Zepp).

Tralasciando la  teoria e venendo subito al sodo, e partendo dal concetto che in un’antenna tipo dipolo vi è una correlazione  positiva tra l’intensità di campo elettrico ed il guadagno di essa antenne al variare  della sua lunghezza,   e consultando i risultati degli sperimentatori, si può vedere che a lunghezze in l variabili da 0,5 a 1,3 corrispondono valori diversi di intensità di campo (Vxm) e soprattutto guadagni rispetto al famoso dipolo classico di un certo interesse, e che questo valore risulta massimo quando la lunghezza dei bracci è pari a 1,27 l, cui corrisponde un guadagno di circa 3,0 dB, sempre paragonato al dipolo.

Un’antenna così conformata ha due bracci di circa 0,64 l per parte e data la sua  lunghezza 0,27  l + 1 l è assimilabile ad un’antenna di tipo  collineare.

Una perfetta descrizione la si trova sul volume di R. Briatta e  N. Neri, Costruiamo le antenne filari ed. C&C, Faenza.

Per risolvere  facilmente il problema dei 150 Ohm di impedenza ai capi del tratto bifilare di adattamento dell’antenna,   il consiglio   dell’autore (I1 UW  R. Briatta) è quello riportato su Rkit Elettronica in cui suggerisce di trovare un punto della linea bifilare  di adattamento a circa 0,12 l   dal centro, con cavo coassiale 52 Ohm, o in alternativa un simmetrizzatore 1:1 o lasciando un tratto di cavo coassiale di circa ¼ l pendulo in verticale dopo l’attacco alla scaletta o linea bifilare.

Anche questo tipo di antenna ho realizzato in diversi esemplari e per frequenze diverse sia per i 160 sia per gli 80 e 40 metri con ottimi risultati e paragonata ad altri tipi di antenne sulle medesime frequenze, debbo dire che la differenza si sente, soprattutto in ricezione.

Chiaramente sono dei mostri in lunghezza e richiedono ampi spazi,  ma a partire dai 40 metri in su, 20, 18,15 ed anche 12 metri occupano poco più di un dipolo e rendono quanto una due elementi Yagi. Il suo diagramma d’irradiazione ha due lobi  principali a 90° rispetto alla direzione del filo con altri 4 lobi più piccoli a circa 45° si da descrivere due V contrapposte per i vertici che stanno rispettivamente a 45°, 315°, 225°, 135° sul piano orizzontale.

Il solito problema degli adattamenti sulle frequenze medio alte ma certo più abbordabile e spesso spezzoni di cavo e stub cortocircuitati hanno risolto facilmente il problema, che rimane sempre, essendo i 150  Ohm di impedenza non facilmente adattabili con i comuni mezzi a disposizione, leggi balun e simmetrizzatori vari.

Per chi ha dimestichezza con la carta di Smith sarà tutto un po’ più  semplice.

Mi scuso per le troppe semplificazioni e per le omissioni non volute che però serviranno ai più attenti per meglio approfondire l’argomento di per sé bello, affascinante e ostico per le perplessità che crea .

I  molto più attenti e preparati di me scuseranno e perdoneranno le molte leggerezze e qualche  mia crassa ignoranza.

Molti 73 a tutti e … a presto.

Antonio UAI 

 

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Aggiornata  al  venerdì 04 marzo 2005.