ANTENNA VERTICALE A BANDA LARGA (PRIMA PARTE)

Progetto depositato il 26/07/2007 per procedura di Brevetto n° BN2007A000003

(Alla fine del presente articolo è possibile scaricare l’Analisi Tecnica di dell’Ing. Elettronico Giuseppe Caruso IT9AET e la Relazione Tecnica del Dott. Giuseppe Balletta I8SKG )

PROGETTO, REALIZZAZIONE, ed ESPERIENZE PERSONALI

Molto è stato scritto sull’antenna verticale così detta “RYBAKOV”, costruita con il supporto di una canna da pesca, sia su Riviste Tecniche, sia, a profusione, sul Web.
Molti pareri, molti giudizi, e, purtroppo, anche molte imprecisioni e superficialità, tutte dettate da poco approfondimento di studio della stessa.
Infatti, alcuni autori scrivono, a ruota libera, sulla realizzazione delle loro antenne sia su riviste tecniche e sia, a profusione, sul Web (con omologazione del copia-copia), senza le indispensabili basi di una conoscenza approfondita della materia, divulgando informazioni non sempre veritiere dal punto di vista strettamente fisico-tecnico.
A me sembra che sia venuto il tempo di fare un poco il punto della situazione con un minimo di chiarezza al fine di sgombrare il campo dai molti equivoci.

Veniamo, in primo luogo, alla definizione etimologica del termine RYBAKOV:
In lingua Russa il termine RYBA significa PESCE.
In lingua Russa il termine RYBAK significa PESCATORE.
In lingua Russa il termine RYBAKOV o è un cognome o indica il genitivo DI PESCATORE (forse: Antenna del Pescatore ?).
Scusate la mia ignoranza, ma desiderei che qualcuno mi spiegasse, infine, sul perchè una antenna verticale, con supporto di una canna da pesca, è chiamata RYBAKOV, termine che non significa, a mio parere, proprio nulla, se non, probabilmente, un cognome (è, forse, l’inventore di questo tipo di antenna ?).
Il mio plauso va, comunque, a chi ha avuto la geniale idea di sfruttare, quale supporto di una antenna filare di considerevoli dimensioni in altezza, una canna da pesca, supporto leggero, robusto, ed autoportante.

A seguito di queste mie personali ed iniziali dissertazioni esposte in questo mio scritto, l’antenna proposta dal sottoscritto, anche essa con supporto di una canna da pesca, verrà  chiamata con un termine, una volta tanto, senza equivoci ed in lingua italiana (questa ormai in obsolescenza per ignoranza lessicale collettiva della nostra lingua da imbarbarimento delle nostre radici culturali di circa due millenni !): ANTENNA VERTICALE a BANDA LARGA (ad ALTA IMPEDENZA).

Essa, infatti, si discosta, per le dimensioni ed in particolare modo per le caratteristiche elettriche, da quella generalmente definita “RYBAKOV”.
Dopo queste premesse, desiderei precisare (non per sterile critica, ma per rendere, spero, un notevole contributo ai colleghi che già l’hanno costruita ed a coloro che si accingono a realizzarla), che le considerazioni di seguito svolte sono il frutto di un notevole studio ed una larga sperimentazione non solo da parte mia, ma anche dei colleghi I8PGO, Antonio, e IK8ESU, Domenico, che pure hanno speso molto del loro tempo libero per lo studio e la sperimentazione della stessa, trovandosi in condizioni geografiche e logistiche molto diverse.
In ogni caso, mi assumo pienamente la responsabilità delle dichiarazioni e delle conclusioni personali cui sono pervenuto, accettando anche critiche e rilievi tecnici, solo se ben motivati e con dati di fatto, che i miei colleghi OM vorranno evidenziare.

L’ANTENNA VERTICALE a BANDA LARGA (ad ALTA IMPEDENZA)

L’Antenna verticale “Rybakov” è stata stata definita, a ragione, antenna casuale (con termine di lingua inglese: Random).
Questa antenna, dalla letteratura consultata, è compresa fra i 700 centimetri e i 750 centimetri di lunghezza.
Tale misura, infatti, se ci decidiamo a fare qualche calcoletto, notiamo che può risuonare, in armoniche, sulla banda dei 10 metri, e ,a stento con un poco di fantasia, sulla banda dei 15 metri, mentre sulle altre nostre frequenze in HF è effettivamente non risonante, e, quindi, di lunghezza casuale = random (o meglio, un pezzo di filo elettrico appeso senza alcun requisito).
Qualcuno è arrivato, timidamente, alla misura di 800 cm.
Ma è mai possibile che non ci sia stato qualcuno, a proposito di questa Rybakov, che si sia premurato di fare qualche calcoletto sui rapporti che intercorrono fra le lunghezze d’onda e le frequenze, con l’applicazione delle note formulette che ogni radiomatore avrebbe il dovere sacrosanto di conoscere, prima di iniziare la costruzione della antenna e successiva pubblicazione ?.
Ma già, dimenticavo, ci pensano poi il trasformatore UN-UN (definito erroneamente da qualcuno BAL-UN, o peggio BALUM, o peggio ancora, su una pubblicità, BALOON – ma che lingua è ?) e l’accordatore automatico di antenna a ridurre il ROS, ritenendo l’antenna in questione accordata !
Come radioamatori, in verità, al giorno d’oggi, siamo messi proprio male, anzi, malissimo !.
Per esperienza personale, per potere operare decentemente sulle nostre frequenze europee, e con sufficiente ampiezza di risposta nelle singole bande, la lunghezza deve essere compresa fra i 940 cm. ed i 980 cm. cercando sperimentalmente la giusta misura di risonanaza che dovrebbe aggirarsi intorno ai 960 centimetri,  poco più o poco meno.
Il poco più o poco meno serve solo per determinare i limiti di risonanaza delle frequenze radioamatoriali più alte, e mi riferisco, in particolare modo ai 15 metri, agli 11 metri, ed ai 10 metri.
Proprio a causa di tale lunghezza, è, quindi, opportuno usare, quale supporto della antenna, come d’altra parte hanno fatto altri autori, una canna da pesca. Infatti essa, se fissata su un staffa di base di una vecchia antenna in alluminio (es. antenna CB), o su una staffa di base autocostruita (Fig.1, Fig.2, Fig.3 ,Fig.4),

essendo in vetroresina, per la sua elasticità e leggerezza, può benissimo essere autoportante, versatile per l’uso, e molto resistente a raffiche di vento.
Per tale uso va bene una canna da pesca della lunghezza di 9 m., e, per arrivare alla giusta misura operativa sulle nostre frequenze HF ed oltre, bisogna aggiungere, al termine di base, un prolungamento dell’antenna con filo di rame ricoperto, della lunghezza idonea, per la taratura di buon compromesso di risposta su tutte le nostre frequenze possibili.
I vari elementi coassiali di vetroresina sovrapposti vanno, alfine, fissati con collante cianoacrilico nelle giunzioni e, infine, nastrati.
Il filo di rame, da 1 mm. quadro o 1,5 mm. quadri, rivestito, proveniente dal cimino troncato dell’apice (fuoriuscito con aggiunta di mozzicone di rame smaltato da 0,6 dallo stesso e ivi fissato con resina epossidica), viene fatto scendere nella canna e fatto uscire, in basso, attraverso un foro, precedentemente praticato, del tappo di base (avvitato per il fissaggio della canna in vetroresina alla staffa a squadra del supporto palina), per circa 20 cm., ancorandolo, con un capocorda e a mezzo vite e dado, ad un supporto isolato fissato alla menzionata staffa supporto palina. A questa vite, a mezzo di altro capocorda, verrà fermato, con dado, un codino di filo di rame ricoperto, della lunghezza di circa 70 cm., che a sua volta terminerà fissato al trasformatore UN-UN (Fig.5, Fig.6, Fig.7).

In sede di taratura, tale codino di prolungamento dell’antenna (di 70 cm. circa) verrà lasciato tale, o verrà accorciato o allungato, fino alla corretta risonanza di compromesso su tutte le nostre frequenze HF.
Qualora si dovesse optare per una canna da pesca della lunghezza di 8 m., quindi più corta, per giungere alla misura precedentemente indicata, è necessario allungarla con un prolungamento di base ricavato un supporto con staffa e stilo (di circa 1 metro) di alluminio di una vecchia antenna, ponendo raccorderia idonea di interfaccia con la canna da pesca, sì da non spaccare il tubo di vetroresina e da permetterne contemporaneamente la continuità elettrica associata alla solidità meccanica (Fig.8, Fig.9),

oppure eventualmente, se non si vuole raccordare uno stilo di alluminio con la base della canna da pesca, si può ricorrere al codino di filo di rame ricoperto, ma, in questo caso, della lunghezza di 170 cm., utilizzando, ovviamente, una palina di supporto dell’antenna di una lunghezza maggiore.
In conclusione bisogna comunque giungere alla misura complessiva dell’antenna ai circa 960 come descritti innanzi.
Perchè  la misura di 960 centimetri ?
Presto detto :
Con tale misura, se la matematica non è una opinione, l’antenna in questione risuona, per armoniche, su tutte, o quasi tutte, le frequenze radiantistiche assegnateci (3,5 mc., 7 mc., 14 mc., 18 Mc., 21 mc., 27,500 mc. – 29,250 mc., 50 Mc.)
Con la misura indicata dal sottoscritto, l’antenna sugli 80 m. corrisponde ad 1/8 circa della sua lunghezza d’onda (a 3,650 Mc. la lunghezza d’onda intera corrisponde a 77,80 m., quella di 1/4 della sua lunghezza d’onda corrisponde  a 19,45 m., e quella di 1/8 della sua lunghezza d’onda corrisponde a 9,72 m.), includendo, nel calcolo, anche il fattore di velocità del conduttore, costituito dal filo di rame, coassiale alla canna da pesca in vetroresina, prolungantesi fino alla cima; per tal motivo, la risonanza dell’antenna, su questa frequenza (80 m.), non può essere perfetta se confrontata rispetto alle altre bande.
Il calcolo di approssimativa risonanza sulle altre frequenze viene da sè:
sul 1/4 d’onda circa per i 40 m., ed in 2a. 3a, 4a, ecc., armonica per le altre frequenze.
Il trasformatore di antenna UN-UN (di tipo: sbilanciato-sbilanciato) con rapporto 4:1, di interfaccia fra antenna ed RTX, farà il resto per rendere alquanto piatte e compatibili le risposte delle risonanze su tutte le nostre frequenze.
Qualcuno potrebbe dire:
Perchè non realizzarla di 972 cm. per l’1/8 di lunghezza d’onda degli 80 m. ?
Certo:
Con l’1/8 d’onda degli 80 m., le risonanze delle armoniche per le altre frequenze non si ritrovano pù compatibili con una lunghezza determinata specificamente per gli 80 m., ed il trasformatore UN-UN 4:1 non fa più il proprio dovere di allargare nei dovuti limiti gli spettri delle singole frequenze operative assegnateci.
Qualcun altro potrebbe anche dire:
Perchè non farla di 1006 cm.? Avremo una misura precisa di 1/4 d’onda per i 40 m.
Certo:
Con il 1/4 d’onda per i 40 m. avremmo solo una risonanza in armonica per i 20 m., ma per il resto delle frequenze come la mettiamo ?
Allora, se deve funzionare solo per i 40 m., si ponga un bel radiale accordato, ed avremo un’ottima monobanda con punto di alimentazione a 50 ohm. Perfetto !.
Tornando quindi alla misura indicata di circa 960 cm. della nostra antenna a banda larga, la banda passante su tutte le singole gamme è, pertanto, abbastanza larga, tranne che in 80 m. ove è leggermente più ridotta, ma sempre soddisfacente per operare dai 3,550 ai 3,750 con un limite di ROS appena accettabile.
La condizione di funzionamento di tale antenna è quella di issarla su una palina metallica della lunghezza di 3 m. ancorata ad un parapetto in muratura (qualora l’antenna non dovesse dare una risposta soddisfacente, si può provare a fare il tentativo di collegare, e solo in questo caso, la calza del cavo coassiale a 50 ohm (o meglio 75 ohm) alla massa della palina, oppure quella di issarla su una palina metallica, della lunghezza di 2,5 m., ancorata alla ringhiera metallica di una terrazza (SENZA ASSOLUTAMENTE COLLEGARE la calza del cavo coassiale alla ringhiera metallica).
Questa antenna, infatti, per condizioni elettriche e logistiche proprie, non deve avere alcun riporto di piano di terra di immediata vicinanza, sia sulla ringhiera metallica della terrazza, sia filare aperiodico, o sia, ancora peggio, filare accordato (come sentenziato da qualcuno !).
Anzi, se si vuole fare letteralmente impazzire l’antenna e con essa far andare per via diretta al manicomio un accorto OM operatore, si pongano pure i radiali accordati, o un efficiente piano di terra !
I piani di terra aperiodici o accordati sono propri di antenne con impedenza di 50 ohm, o giù di lì, nel punto di alimentazione.
Meglio, quindi, lasciarla sulla sua palina senza altri nefasti accrocchi.
I radiali, o altro tipo di piano di terra, sono quindi un non senso dal punto di vista elettrico e fisico su una antenna come la VERTICALE a BANDA LARGA, antenna ad alta impedenza nel punto di alimentazione (come, d’altra parte lo sono: l’antenna Windom o a presa calcolata, l’antenna long-wire, l’antenna Zeppelin, ecc., tutte funzionanti, tranne che per la fondamentale, sulle armoniche delle nostre frequenze).
Anzi, tale antenna, per il suo comportamento elettrico, la si può tranquillamente considerare come una Long-Wire, o una Windom, o una Zeppelin, accorciate e poste in polarizzazione verticale.
I radiali accordati sono radiali risonanti che si appongono ad una antenna anche essa risonanate, altamente selettiva, a banda quindi stretta, e, di conseguenza, con impedenza, nel punto di alimentazione, compresa fra i 75 ohm ed i 50 ohm, e, pertanto, senza alcuna particolare necessità di interporre un qualsivoglia trasfomatore adattatore di impedenza UN-UN.
Ma ciò non ha importanza. Tanto c’è, HI !, per la riduzione del ROS, con buona pace di ottusa coscienza dell’operatore, l’accordatore automatico tuttofare che ci pensa a far emettere poco, o quasi nulla, a R.F., da una antenna casuale sopra menzionata !

IL TRASFORMATORE  di ANTENNA  (tipo: SBILANCIATO-SBILANCIATO)
(UN-UN = 4:1)

L’indispensabile trasformatore UN-UN, interposto a questi tipi di antenna ad alta impedenza, quale trasformatore di interfaccia a banda larga, fra essa ed il cavo coassiale di alimentazione, deve essere costruito rigorosamente su bacchetta di ferrite, per avere una buona risposta per quanto riguarda la larghezza della banda passante su tutto il nostro spettro di frequenze assegnateci (e quindi non sul nucleo toroidale consigliato quasi da tutti : L’antenna si comporta molto male, malissimo !).
Il nucleo toroidale ha un Q molto elevato (banda passante stretta), e, per esperienza personale, la risposta totale del trasformatore siffatto per l’uso sulla ANTENNA VERTICALE a BANDA LARGA risulta per nulla raccomandabile, sia per quanto riguarda la resa di larghezza richiesta per banda passante sulle singole frequenze, sia per il flusso che richiudendosi in se stesso lo fa surriscaldare alterandone la risposta, sia per il deficit di resa complessiva a radiofrequenza per tale tipo di antenna.
D’altra parte ne sollecito la sperimentazione pratica agli OM volenterosi, in quanto la sostituzione fra il trasformatore avvolto su toroide e quello su bacchetta di ferrite, una volta costruiti, è oltremodo semplice e veloce per le prove (provare per credere !).
Per la bacchetta di ferrite va benissimo quella di recupero da radioricevitori per onde medie e lunghe, del diametro di 12 mm. La lunghezza di essa è determinata dalla dimensione dell’avvolgimento del filo bifilare del trasformatore di rappoto 4:1, dovuto al diametro del filo di rame bifilare che si intende usare (Fig. 10 – Schema 1).
Il numero delle spire bifilari avvolte con sezione rame da 1,5 deve essere rigorosamente di n° 10 spire esatte (intorno ai 4 microH circa per ogni braccio di avvolgimento : suggerimento di I8PGO).
Ho provato a costruire trasformatori con 8, 14, e 16 spire bifilari, ma, pur essendo sempre conservato il rapporto di trasformazione di 4:1, ho ottenuto una risposta di risonanaza complessiva non buona su tutte le nostre frequenze, o, in alcuni casi, solo su alcune.
Ho anche sperimentato l’uso di un trasformatore UN-UN con rapporto 6:1 con risultati finali complessivi assolutamente non soddisfacenti.

In conclusione esiste, in tale tipo di antenna, un rapporto diretto e complesso fra lunghezza dello stilo, trasformatore di adattamento (UN-UN), banda passante, e risonanza complessiva di tutto il sistema.

Nella prossima puntata – Parte seconda – verrà descritto un ADATTATORE VARIABILE a T per tale tipologia di antenna, accessorio con copertura continua, indispensabile per la stazione, e di applicazione fondamentale per la antenna sopra descritta, al fine di rendere perfettamente risonante una antenna multibanda ad alta impedenza per una ottimale resa sulle singole frequenze operative, sia in ricezione, sia in trasmissione.

Collaboratori alle prove dell’antenna a banda larga:

I8PGO – Antonio – Contrada (AV)

Dopo l’esaurientissima descrizione di I8SKG, Giuseppe, eccomi ad aggiungere queste brevi note per la realizzazione dell’antenna che potremmo definire “sinergica”, perchè frutto dell’apporto di più collaborazioni.
Innanzitutto, di concerto con I8SKG, ho sistemato l’antenna in una postazione diversa dalle sue, in modo da poterne studiare il comportamento:
Difatti, l’esemplare da me realizzato è stato posto su un paletto alto circa 2 m. all’estremità di una ringhiera metallica rettilinea lunga circa 7 m., a piano terra, e distante della stessa lunghezza dalla casa.
La definizione della lunghezza totale è stata effettuata a mezzo di tubi di alluminio coassiali e scorrevoli tra di loro al termine dei quali è stato sistemato, in basso, il box contenente l’un-un.
A questo proposito, sempre in accordo con I8SKG, ho realizzato e provato  diversi modelli di un-un sia su bacchetta di ferrite sia su toroide  Amidon T 200-2 con rapporti e configurazione diverse.
Le prove effettuate hanno confermato vincente la configurazione  con rapporto 4:1, 10 spire su bacchetta di ferrite, tenendo sollevata la massa del coassiale dalla ringhiera.
Il rapporto di ROS su tutte le gamme  HF va dall’1:1 all’ 1:1,7.
Buoni collegamenti a tutti da Antonio, I8PGO.

IK8ESU –  Domenico –  Maddaloni (CE)

Per motivi legati alla carenza di spazi aperti del mio QTH, nella scelta e montaggio delle antenne ho dovuto optare obbligatoriamente per quelle verticali, e, in particolare, di tipo multibanda, per cui mi sono lasciato allettare dalla verticale realizzata mediante una canna da pesca.
I numerosissimi articoli apparsi su Internet, per la verità, si somigliavano tutti e apparivano essere la copia l’uno dell’altro. Pertanto, ho pedissequamente costruito la mia antenna “tuttofare” mediante una canna da pesca da 9 metri, mettendo alla base della stessa un trasformatore UN-UN con rapporto 4:1 realizzato su toroide Amidon T200-2 rosso, fissandola ad una ringhiera. Ebbene, i risultati, a differenza di quelli ottenuti da I8SKG, sono stati per me disastrosi, nel senso che in circa un mese di prove sono riuscito a collegare in 80m una sola stazione, peraltro con segnale quasi al limite del QRM. Col senno di poi (cioè alla luce delle prove ed esperienze di I8SKG), ho capito, e ovviamente messo in pratica, quello che in nessun articolo era scritto (ma nemmeno accennato tra le righe), ovverosia:
a) che la calza del cavo coassiale va sollevata dalla massa (io la collegavo alla ringhiera);
b) quale deve essere la reale lunghezza del filo che passa all’interno della canna da pesca;
c) il fatto che il trasformatore UN-UN 4:1 realizzato si bacchetta di ferrite ha una resa di gran lunga superiore al toroide (che in presenza di eccessiva dissipazione di RF si spacca).
In definitiva, l’accordatore automatico del mio ricetrans ICOM IC 746 portava il ROS a livelli ottimali, ma la RF in effetti si disperdeva tra il cavo, la massa, l’antenna poco o niente accordata, il tutto, ripeto, con risultati disastrosi. Grazie a Giuseppe I8SKG, tutti i problemi da me incontrati nel realizzare questa antenna sembrano essere risolti.
Buon lavoro a coloro che si cimenteranno in questa costruzione. Domenico IK8ESU

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–> ANALISI TECNICA DI IT9AET E LA RELAZIONE DI I8SKG <–

Fonte:http://www.arinocera.it/index.php?option=com_content&view=article&id=55:i8skgantenna&catid=40:i8skg&Itemid=72