Principi di funzionamento della Beverage bidirezionale


Il lavoro difficile lo fanno i trasformatori T2 e T3 che si rinviano l' un l' altro i segnali tramite i due lunghi fili che compongono la Beverage, i quali svolgono contemporaneamente la funzione di antenna e di linea bilanciata a 450 Ohm. Dò per scontato che tutti sappiano cosa sia una linea bilanciata, in ogni caso qui trovate informazioni: http://it.wikipedia.org/wiki/Linea_bilanciata

In pratica i due fili costituiscono una linea attraverso la quale il segnale transita esattamente come se viaggiasse dentro un cavo coassiale, anzi, un po' meglio perchè la linea bilanciata se è ben fatta ha meno perdite ed è meno sensibile ai disturbi: il rumore che vi si introduce è lo stesso in ognuno dei due fili, e siccome alla fine c'è un trasformatore se fra i due estremi dell' avvolgimento il segnale è lo stesso nell' avvolgimento non scorre corrente, quindi dall' altra parte del trasformatore il rumore non c'è più. Il cavo coassiale, essendo invece sbilanciato, non ha questa fortuna e ci fa impazzire con RF-choke, ferriti, toroidi e arnesi del genere. Ma ora andiamo avanti e vediamo nel dettaglio cosa succede quando arriva un segnale alla nostra antenna. Come vedete il trasformatore T3 è all' estremità remota della Beverage, lontano dal punto di alimentazione. Immaginiamo un segnale che viaggi in questa direzione:









cioè da sinistra verso destra. Il trasformatore T3 all' estremità dell' antenna vede arrivare lo stesso segnale dai due fili paralleli, in questo modo:







a questo punto cosa succede? Niente. Assolutamente niente. Nei due fili abbiamo lo stesso segnale, quindi non c'è differenza di potenziale fra gli estremi dell' avvolgimento secondario del trasformatore, sicchè il trasformatore non lavora proprio per nulla. Semplicemente il segnale esce dalla presa centrale del secondario, come mostrano le frecce rosse.
Però dopo che il segnale è uscito, dove va a finire? Va ad una estremità dell' altro avvolgimento, cioè del primario. Siccome a un' estremità di questo avvolgimento c'è segnale e l' altra estremità è a massa, a questo punto comincia a scorrere corrente, e il trasformatore comincia a lavorare.
Così ora torniamo a esaminare il secondario. Qui ritroviamo il segnale trasformato, che è sfasato di 180 gradi: se nel primo filo c'è la semionda positiva, nello stesso momento avremo quella negativa nel secondo e viceversa. Qui vedete il segnale sfasato rappresentato dalle frecce blu:







il nostro segnalino comincia a viaggiare lungo i fili, che in questo momento lavorano anche come linea bilanciata a bassa perdita (sempre se è fatta bene) e arrivano all' altra estremità della Beverage, quella alimentata.
A questo punto entra in azione il trasformatore T2







al quale arriva il segnale sfasato di 180 gradi che qui è rappresentato dalle frecce blu. Siccome il segnale è appunto sfasato, fra i due estremi dell' avvolgimento secondario scorre corrente e il trasformatore lavora: siccome sul primario abbiamo un estremo a massa, nell' altro estremo avremo il nostro segnale ricostruito che ho indicato con la freccia verde. A questo punto lo possiamo inviare al terzo trasformatore, quello che adatta l' impedenza dell' antenna da 450 a 50 Ohm poi finalmente al ricevitore. Da qui in avanti sono affari vostri.
Ora parliamo del segnale indesiderato, quello che proviene dalla direzione opposta, cioè da destra verso sinistra:









però occorre prima capire la differenza fra segnale in fase e segnale sfasato: quello in fase (rappresentato dalle frecce rosse) è uguale nei due fili che compongono la Beverage, non c'è nessuna differenza di potenziale fra di essi quindi il trasformatore non lavora; quello sfasato (rappresentato dalle frecce blu) ha i picchi positivi e negativi opposti fra i due fili e quindi c'è differenza di potenziale e il trasformatore lavora.









Così il segnale in fase arriva dai due fili ed esce dalla presa centrale del trasformatore, quello sfasato arriva anch' esso dai due fili ma esce dall' altro avvolgimento del trasformatore, qui rappresentato da una freccia verde.
Il trucco è tutto qui: con un relè si prende il segnale che ci interessa e lo si manda verso il ricevitore (dopo averlo fatto passare per il trasformatore di impedenza, perchè abbiamo sempre a che fare con 450 Ohm che devono diventare 50), mentre il segnale che non ci interessa lo mandiamo con lo stesso relè a una resistenza da 450 Ohm verso massa, che si incarica di dissiparlo senza che vada a disturbare la ricezione.

Ora esaminiamo la parte relativa alla commutazione e al trasformatore di impedenza. Abbiamo visto che i segnali che arrivano al trasformatore T2 (quello all' estremità della Beverage dove c'è il punto di alimentazione) sono di due tipi: in fase o sfasati. I segnali in fase arrivano direttamente al trasformatore seguendo la direzione dei segnali di una Beverage tradizionale, nel nostro esempio seguendo la direzione della freccia:









e dopo essere arrivati al trasformatore T2 escono dalla presa centrale del secondario di questo trasformatore (frecce rosse). I segnali sfasati arrivano dalla direzione opposta, vanno nel trasformatore T3 situato all' estremità non alimentata dell' antenna poi tornano indietro viaggiando lungo i due fili che in questo frangente svolgono la funzione di linea bilanciata (frecce blu); dopodichè escono dal primario del trasformatore T2 (freccia verde).









A questo punto bisogna decidere quale segnale ci interessa: quello che viaggia da destra verso sinistra o quello che segue la direzione opposta? Per selezionare il segnale giusto, e nel contempo mandare quello indesiderato a dissiparsi su una resistenza, è sufficiente un relè a due scambi:









Con il relè diseccitato come nella figura, la Beverage funziona in modo normale e viene ricevuto il segnale che viaggia da destra verso sinistra, cioè dall' estremità remota verso quella alimentata esattamente come nella Beverage tradizionale. Le frecce rosse rappresentano il segnale, che arriva in fase al trasformatore T2 ed esce dalla presa centrale, poi attraverso il relè giunge al trasformatore T1 che porta l' impedenza da 450 a 50 Ohm per adattarla al cavo.
Se il relè viene eccitato la Beverage funziona in modo reverse (conviene iniettare i 12 V nel cavo coassiale, occorre solo una manciata di componenti in più) e il segnale che va al trasformatore di impedenza non è più quello che arriva in fase ed esce dalla presa centrale di T2 ma quello che arriva sfasato (frecce blu) esce dall' altro avvolgimento, il primario (freccia verde). Questo segnale viene inviato al trasformatore di impedenza e da qui al ricevitore, mentre l' altro segnale (che ora è quello indesiderato) va alla resistenza da 450 Ohm e viene dissipato verso massa.

Questa parte della discussione non vale solo per la Beverage, ma in generale per quasi tutte le antenne filari per sola ricezione. Il problema infatti è lo stesso: trasferire più segnale possibile tenendo fuori il rumore. Per ottenere questo risultato occorrono nuclei di ferrite di adeguate caratteristiche, non si può prendere il primo che capita, ma per fortuna ci sono diversi siti nei quali possiamo trovare informazioni. Occorre soprattutto una tabella dove sia indicato il range di frequenza coperta dal toroide, la sua permeabilità e le sue dimensioni, come per esempio qui:
http://www.sentex.net/~mec1995/circ/toroids.htm
http://www.palomar-engineers.com/Iron_Powder/iron_powder.html
Poi occorre avvolgerlo in modo da avere il giusto rapporto di trasformazione, e qui basta contare accuratamente le spire o usare un MFJ259b, infine occorre tenere presente il problema del rumore. Fra il primario e il secondario ci deve essere la minima capacità possibile, per questo conviene usare nuclei ad alta permeabilità che consentono di avere una maggiore induttanza con lo stesso numero di spire, e nel nostro caso si può usare per esempio una ferrite binoculare BN 73-202 o un FT50-43 come in questo trasformatore che avevo costruito in uno dei primi test:









ma vediamo all' atto pratico come si avvolge il trasformatore. Occorre del filo smaltato da 0,4 o 0,5 mm di diametro (la misura non è critica) e bisogna passarlo 4 volte dentro la ferrite binoculare:









in questo modo abbiamo la parte ad alta impedenza. Poi passeremo un altro spezzone di filo dentro alla ferrite facendo un solo giro. Quest' ultima sarà la parte a bassa impedenza, quella che va verso il ricevitore.
Poi per verificare il risultato prenderemo una resistenza da 450 Ohm (tipicamente si usano 6 resistenze da 2700 Ohm in parallelo) alla quale salderemo i due fili dell' avvolgimento ad alta impedenza. Con l' MFJ collegato all' avvolgimento a bassa impedenza dovremo vedere un basso livello di stazionarie, una R attorno a 50 e una X il più possibile vicina a zero.
Una considerazione: non c'è niente che riesca bene al primo colpo, se non troviamo un buon accoppiamento basta rifare gli avvolgimenti, ma non c'è bisogno di ottenere per forza un rapporto di 1:1 di stazionarie, è sufficiente anche un 1:1,4 perchè in questo caso la perdita di segnale è irrisoria: appena il 3% quindi non c'è da preoccuparsi minimamente. Quello che conta in realtà non è l' accoppiamento, ma il modo in cui lo abbiamo ottenuto. Meno spire significa meno capacità fra primario e secondario del trasformatore, quindi meno rumore. Per questo non c'è bisogno di raggiungere il rapporto di 1:1 di stazionarie, ma bisogna invece cercare la minima capacità, così da ottenere segnali il più possibile puliti. Lo scopo della Beverage è questo.



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