Antenne verticali in fase


Per fare una buona attività nelle bande basse non sempre è indispensabile avere antenne enormi: un semplice dipolo teso abbastanza in alto e in posizione aperta spesso è sufficiente per togliersi diverse soddisfazioni, ma per chi desidera ottenere qualcosa di più specialmente in termini di direzionalità un array di due verticali in fase può rappresentare un ottimo compromesso fra il guadagno e l'ingombro, specialmente in banda 40 metri.
Bisogna però capire esattamente come funzionano le antenne in fase: la configurazione più semplice è quella broadside.



Prendiamo due verticali appoggiate a terra su due isolatori e fornite di un opportuno sistema di radiali (minimo 30) accuratamente stesi sul terreno.
Nella foto vedete una delle quattro verticali in fase per gli 80 metri, che è incernierata alla base in un picchetto a Y piantato per terra con attorno una flangia di alluminio alla quale sono fissati i radiali tramite viti inox e capicorda. La parte nera è un isolatore di nylon tornito ricoperto di nastro isolante, i fili per terra sono i radiali non risonanti, il tizio infangato e malridotto sono io, Paolo Zaffi. Ma col tempo riuscirò a peggiorare.



In questo esempio calcoleremo l' array per la banda dei 40 metri. Le due antenne dovranno essere poste su di una linea retta che abbia l'orientamento che ci serve, per es. est-ovest, e distanziate fra di loro di un esatto quarto di onda (a 7050 KHz sono m 10,64).
Come mostra la figura le due antenne sono collegate al ricevitore mediante due linee di identica lunghezza, che terminano in un divisore accordato di qualsiasi tipo, io ho optato per il sistema Wilkinson che qui vedete descritto:



Non c'è nessun problema ad adottarne altri anche meno ingombranti, o al limite a sostituirli con un accordatore (sebbene questa ultima soluzione sia un po' una barbarie...). Per descrivere brevemente questo sistema, che è semplicissimo e molto affidabile dirò che è sufficiente prendere un connettore a T il cui ramo centrale sia connesso all' apparato, e i due laterali a due segmenti di cavo coassiale lunghi un quarto d'onda (m 10,64 in 40 metri) moltiplicato per il coefficiente di velocita' della RF nel cavo con dielettrico normale (0,66), (il che da' m 7,02), questi due segmenti (da 75 Ohm) terminano con le masse in comune ed i centrali saldati ai capi di una resistenza (possibilmente del tipo a mattonella, il più robusta possibile!) da 100 Ohm. Ai capi di questa resistenza sarà presente esattamente lo stesso segnale emesso dal trasmettitore, con l' impedenza di 50 Ohm, ma diviso per due. Le antenne alimentate in questo modo, cioè senza introdurre nessuno sfasamento, lavorano in configurazione broadside, irradiando bidirezionalmente con un guadagno teorico di 4 db rispetto ad una verticale singola, il che già non è male, ma con la semplice aggiunta di uno spezzone di cavo ed un paio di relè possiamo rendere ancora più direttive le nostre antenne. Infatti, fra l'uscita di uno dei due rami del divisore Wilkinson e il cavo che alimenta una delle antenne, diciamo quella di SINISTRA, interponiamo un cavo da 50 Ohm lungo anch'esso un quarto d'onda moltiplicato per il coefficiente di velocità (i soliti m 7,02) che chiameremo "linea di ritardo".



A questo punto che succede: il segnale che arriva da SINISTRA giunge prima all' antenna di quel lato, come vedete qui sopra, poi all'antenna di DESTRA. Entrambi i segnali vanno poi verso il ricevitore, ma siccome abbiamo messo una linea di ritardo, il segnale dell' antenna di SINISTRA viene ritardato di quel quarto d' onda che aveva di vantaggio essendo arrivato per primo all' antenna, e quindi i due segnali giungono perfettamente in fase al ricevitore SOMMANDOSI.



In questo disegno vedete invece il segnale che arriva da DESTRA e ovviamente la prima antenna interessata è quella di DESTRA, alla quale il segnale arriva anticipato di 90 gradi rispetto a quella di SINISTRA, ma siccome il segnale dell' antenna di SINISTRA è ritardato di altri 90 gradi, i due segnali arrivano esattamente sfasati di 180 gradi al ricevitore, ANNULLANDOSI.
In questo modo il lobo di irradiazione teorico è a forma cardioide, con un marcato "buco" in corrispondenza del "retro" delle antenne, ciò che porta ad un guadagno teorico di 3 db maggiore di quello di una singola verticale, ma soprattutto ad un ottimo rapporto fronte-retro, estremamente utile nell'attività DX. Con un relè a quattro scambi si può commutare la linea di ritardo fra le due antenne, ottenendo così due direzioni, per esempio EST-OVEST, che costituiscono l'orientamento della retta che fa da base alle antenne, e con un altro relè a uno scambio si può bypassare la linea di ritardo e avere una irradiazione contemporanea nelle due direzioni NORD-SUD.




Ecco lo schema per commutare due direzioni oppure broadside.
Un paio di considerazioni di ordine pratico: le due antenne si "vedono" fra di loro, cioè esiste un mutuo accoppiamento che sposta in basso la frequenza di risonanza, in modo tale che per ottenere un buon rapporto di onde stazionarie occorre accorciare leggermente le antenne di un valore che andrà trovato empiricamente, a titolo indicativo possiamo situarlo attorno ai trenta cm, ma occorrerà naturalmente un buon lavoro di rosmetro. Volendo usarle anche in ricezione si renderà necessario l'uso di un attenuatore da piazzare prima dell'ingresso del ricevitore.




Questo è uno schema di assemblaggio della scatola per commutare due direzioni oppure broadside, i cavi delle linee di ritardo e di accoppiamento sono connessi con dei PL259 in modo da poterli sostituire facilmente se si desidera modificare il sistema per esempio da 40 a 80 metri.



Ecco lo schema per commutare quattro direzioni, secondo quanto progettato da W1CF
Per chi desiderasse approfondire l' argomento consiglio: Low Band DXing di John Devoldere, ON4UN, ed. ARRL, del modico prezzo di una trentina di dollari più spedizione. Questo volume, unitamente a "Yagi Antenna Design" di W2PV, (ed. RSGB) costituisce il fondamento di ogni seria trattazione sulle antenne.
Buon DX'ing e buon divertimento.

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