Esistono delle cose che complicano la vita ma che piacciono; per un radioamatore che si dedica all’autocostruzione e che non si accontenta di cose semplici, realizzare un’antenna a loop magnetico è senz’altro una bella esperienza e sorgente di soddisfazione.
Sulle antenne a loop magnetico è stato scritto e realizzato molto, ed ancora si continua. In questa descrizione non affronto l’aspetto teorico di questa tipologia di antenne che tra l’altro è anche un po’ complesso, ma cercherò di rendere accessibile a tutti questa mia realizzazione.
Ho provato questo tipo di antenna per la prima volta negli anni Ottanta e vorrei analizzare alcuni motivi che mi hanno portato ad affrontarne la costruzione: in primo luogo, il poco spazio che avevo disponibile per montare delle antenne a dipolo.
Ho provato diverse soluzioni con antenne verticali, ma già allora il rumore di fondo ricevuto era molto alto. Si descriveva l’antenna a loop magnetico, idonea nell’impiego in zone urbane perché una delle caratteristiche salienti era quella di essere sensibile al solo campo magnetico dei segnali radioelettrici.
Questo è risultato subito vero già alla prima realizzazione; devo precisare che il rumore ricevuto anche con questa tipologia di antenne non è totalmente eliminato, specialmente oggi con la presenza nelle nostre case e dintorni di una infinità di marchingegni con alimentazione a switching ma, in ogni caso, risulta notevolmente attenuato. Altro elemento, le cose elettroniche con un po’ di meccanica attirano la mia attenzione, non è un genere di antenna semplice ed il fatto che cambiando frequenza la si deve sintonizzare per molti diventa un’antenna antipatica, questo è uno dei principali inconvenienti.
Ho sentito in radio molti amici che vorrebbero realizzare questa antenna, la maggior parte dei casi non ne intraprende la costruzione perché non ha le idee chiare, in modo particolare sui materiali da impiegare. Nelle mie precedenti esperienze per costruire il radiatore ho usato della guida d’onda in rame corrugata flessibile e condensatori variabili sotto vuoto.
Questi componenti purtroppo non sono accessibili a tutti, mentre in questa ultima realizzazione è tutto autocostruito, i materiali sono reperibili sul mercato con un costo contenuto che non è cosa da poco ed anche la costruzione del condensatore variabile si può affrontare con una modesta attrezzatura.
L’antenna a loop magnetico è costituita principalmente da quattro blocchi funzionali. Primo il radiatore che è l’elemento principale, il quale trasmette e capta i segnali; il condensatore variabile che ci consente di realizzare il circuito risonante LC da sintonizzare sulla frequenza che interessa; un dispositivo che agendo sul condensatore variabile ci permette di modificarne la capacità (dispositivo che il più delle volte è costituito da un motorino con relativa elettronica e scatola di controllo); ultimo elemento, ma non meno importante è il circuito di accoppiamento necessario per collegare l’antenna all’utilizzatore, che può essere di tipo a link oppure a gamma match, che sono i più comunemente impiegati.
Come ho detto su queste antenne è stato scritto molto e per chi ne vuole sapere di più la documentazione non manca, mentre per chi volesse cimentarsi in questa realizzazione per la prima volta è bene che prenda visione e faccia esperienza con un software dedicato. Io impiego il software di KI6GD Magnetic antenna loop calculator V 1.4 -c-2009 che trovo semplice ed idoneo. E’ opportuno fare qualche calcolo su varie frequenze per rendersi conto delle caratteristiche e delle differenze che si vengono a generare cambiando tipo di materiale e dimensioni, quindi decidere in merito; la soluzione da me adottata è estendibile per tutte le frequenze e tipologia di materiale.
Elemento radiatore
L’elemento radiatore nell’antenna a loop magnetico ne determina le principali caratteristiche. La frequenza impiegabile con il migliore rendimento è data dalla sua circonferenza che normalmente corrisponde ad un quarto della lunghezza d’onda e non c’è dubbio che la costruzione in rame offre i migliori risultati.
Altro elemento che contribuisce a migliorarne le prestazioni è il diametro esterno del radiatore; questi particolari possono essere approfonditi consultando e lavorando con il software dedicato.
Volevo realizzare un’antenna da utilizzare anche in trasmissione per i 40, gli 80 metri e senza nessuna pretesa sui 160 metri. Consultando il software risulta evidente che un radiatore da 3 metri di diametro ha un ottimo rendimento sui 40, un medio rendimento sugli 80 ed uno minimo sui 160 metri, ho constatato che impiegando una capacità d’accordo di basso valore il radiatore si sintonizza anche sui 10 MHz con un ottimo rendimento.
Ancora una volta mi sono recato nel magazzino di materiale idraulico dove sono considerato un cliente che spende poco ma di tutto rispetto ed ho chiesto di vedere i vari tubi multistrato in vendita, ho constatato che il diametro massimo di questo genere di tubo venduto in rotolo è di 32 mm, è molto leggero, pesa circa 300 grammi al metro, costa poco e si lavora facilmente. Ho chiesto anche notizie sul più nobile tubo di rame, purtroppo il diametro massimo del tubo venduto in rotoli è di 25 mm e lasciamo perdere il costo ed il peso, quel giorno non ho fatto nessun acquisto.
Tramite software ho consultato i parametri che si ottengono costruendo un radiatore da tre metri di diametro con i due tipi di materiale reperibili sul mercato. La differenza di efficienza riscontrata tra il tubo di rame e quello di alluminio impiegando i diametri sopra elencati è minima.
Anche trascurando il maggior costo che dovevo affrontare impiegando il rame, dovevo considerare l’aumento del peso di tutta la struttura. Ho quindi deciso che per realizzare l’elemento radiatore di questa antenna a loop avrei impiegato del tubo multistrato di alluminio, con un diametro di 32 mm ed i particolari che più mi hanno coinvolto in questa scelta sono stati, il costo contenuto del tubo (10 m circa euro 25) e la sua leggerezza (9 m circa 3 Kg).
Costruzione elemento radiatore
Nella foto di fig. 1 si vede l’antenna in postazione, gli amici esperti noteranno subito che tutto il dispositivo di sintonia (contenuto nella scatola di plastica) è posto nella parte bassa del radiatore, su questo argomento ritornerò nella fase di assemblaggio.
Dovremmo quindi procurarci circa m 9,30 di tubo multistrato da 32mm di diametro e dal momento che questo tubo è commercializzato in rotoli non è difficile farne un bel cerchio da tre metri di diametro.
Date le dimensioni si sagoma facilmente, il tubo è composto da tre strati, quello interno e l’esterno sono di materiale plastico molto resistente, mentre il centrale è di alluminio che nella versione da 32 mm di diametro è spesso circa 0,5 mm.
Le due estremità devono essere liberate dallo strato di plastica esterna fino allo strato di alluminio per una lunghezza di circa 7 cm, questa operazione da farsi con un taglierino è noiosa ma dovremmo eliminare ogni residuo di plastica e rendere lo strato di alluminio lucido, dopo essere state ben pulite le due estremità si devono schiacciare per renderle piatte, questo si può fare con l’uso di una morsa. Su queste estremità viene collegato il condensatore variabile dove avremmo una tensione a radio frequenza ed una corrente molto elevata.
Condensatore variabile con dielettrico aria
Avevo dei condensatori variabili sotto vuoto che ho impiegato come campioni per provare il funzionamento del radiatore, diciamo che questo non fa testo, era troppo semplice, per rendere la cosa interessante dovevo realizzare un condensatore con le mie mani.
Tramite il software dedicato possiamo calcolare i principali parametri che riguardano il condensatore. Se non ci si vuole complicare la vita e disponiamo di un idoneo condensatore variabile sotto vuoto la cosa finisce qui e si può passare all’assemblaggio; io intanto passo alla descrizione del condensatore variabile da me realizzato.
Trascurando momentaneamente la frequenza degli 1,8 MHz, la capacità teorica massima che il condensatore deve avere è di circa 260 pF ed una minima inferiore ai 17 pF per consentirne l’accordo anche sulla gamma dei 10 MHz. Se prendiamo in esame una potenza trasmessa di 200 W, la tensione di isolamento dovrebbe essere di circa 6000 Volt, senza trascurare il parametro corrente.
Devo precisare che il condensatore variabile unitamente ad un buon sistema meccanico elettronico, necessario per la sua regolazione, sono elementi importanti per ottenere una sintonia perfetta. Dai calcoli si può notare che l’antenna è molto selettiva e che la variazione di capacità di un solo pF. provoca lo spostamento della sua sintonia di diverse decine di kHz.
Calcolato il valore di capacità massima che nel nostro caso è di 260 pF, non è il caso di costruire un condensatore con una capacità maggiore, è opportuno tenere il rapporto spostamento meccanico dell’armatura mobile-capacità variata il più basso possibile, questo parametro contribuisce ad una sintonia precisa ed accurata.
Per costruire un condensatore con un così alto valore di isolamento con i miei modesti mezzi, ho preso in considerazione e provato diversi prototipi, non c’è dubbio che il parametro principale da tenere in considerazione fosse la tensione di lavoro e la bassissima resistenza di inserzione.
Ho iniziato usando del teflon come dielettrico ma con risultati deludenti Fig. 2, anche perché quello in commercio non è per uso elettronico, costa molto, quando si genera una scarica si brucia e diventa inutilizzabile. Non prendo in considerazione il vetro perché giudico il lavoro da effettuare molto complicato, escludo totalmente l’uso di isolanti più nobili perché difficilmente reperibili e non so a quale costo.
Le lampadine che un cervello antico come il mio alimenta sono ancora ad incandescenza, ho dovuto consumare una notevole quantità di energia per arrivare al prototipo finale. Il lavoro finito è visibile nella fig. 3. Ho pensato di chiamarlo condensatore variabile a sandwich. Il radiatore è collegato tramite flange direttamente alle due armature fisse, mentre la capacità viene modificata facendo scorrere le armature mobili che sono distanti 2,5 mm da quelle fisse, in questo caso non esistono contatti striscianti e la resistenza inserita nel circuito è senz’altro bassissima, mentre il dielettrico è costituito dall’aria.
Poiché intendevo usare come protezione esterna dei vari componenti un contenitore plastico a tenuta stagna da cm.32x25x12, per calcolare il numero delle piastre e le sue dimensioni ho dovuto tener presente lo spazio che avevo disponibile e regolarmi di conseguenza, in principio ho usato la formula tradizionale ma successivamente come mia consuetudine ho proceduto con misure pratiche.
Ho realizzato le armature in ottone con lo spessore di 1 mm mentre per i supporti ho usato del plexiglas sul quale ho realizzato tramite fresa delle guide dove inserire le armature fisse ed altre per lo scorrimento di quelle mobili. Un’asse filettato da 6 mm collegato ad un motorino passo passo con relativa elettronica è utilizzato per spostare le armature mobili consentendo di variare la capacita del condensatore.
A lavoro ultimato il condensatore ha una capacità minima di circa 20 pF (quindi non idoneo alla frequenza dei 10 MHz) e la massima di circa 280 pF con il dielettrico di 5 mm costituito dall’aria che in condizioni climatiche normali dovrebbe raggiungere un valore di isolamento superiore ai 6000 Volt. Le piastre che compongono le due armature fisse sono 16, mentre per la mobile ne vengono impiegate 8 per un peso totale superiore ai 7 kg. Il condensatore ha superato tutte le prove sia in 40 metri che in 80 con dei risultati superiori alle aspettative.
Pensavo fosse la soluzione definitiva ma, durante un qso un amico mi domanda se al posto dell’aria come dielettrico non fosse possibile utilizzare il vetro, cosa che in precedenza avevo scartato, a questo punto le lampadine subiscono una sovralimentazione ma per fortuna non si bruciano, prendo in considerazione il maggior valore della costante dielettrica e di isolamento del vetro nei confronti dell’aria e dopo qualche calcolo decido di realizzare un’altro condensatore sullo stesso principio ma con dielettrico vetro.
Condensatore variabile con dielettrico vetro
Il principio di funzionamento, i materiali impiegati e la capacità massima di questo condensatore, non si diversificano dalla versione realizzata con l’aria per dielettrico, anzi la costruzione di questo prototipo è semplificata perché non è necessario realizzare sui supporti le guide utili per distanziare le varie piastre. Come dielettrico vengono adoperate delle lastrine di vetro da 3 mm di spessore, mentre degli spessori in materiale plastico inseriti alle loro estremità consentono di mantenerle distanziate quanto basta per inserirvi le piastre di ottone, che costituiscono le armature sia fisse che mobili senza provocare danni.
Il condensatore è composto da due armature fisse con 5 piastre ciascuna fig. 4, armatura mobile con 5 piastre fig. 5, 9 lastrine di vetro per il dielettrico con supporto in plexiglas fig.6, asse filettato necessario per il movimento dell’armatura mobile, viti ed accessori vari.
Il sandwich che compone il condensatore partendo dal basso è così formato: prima piastra mobile con distanziatori ai lati in teflon, lastra di vetro, due piastre fisse con flangia di connessione e distanziatori ai lati, lastrina di vetro, seconda piastra mobile con distanziatori ai lati in teflon, lastrina di vetro e cosi di seguito per il raggiungimento della capacità massima che a noi interessa.
Le piastre di ottone che costituiscono le armature sia fisse che mobili sono distanziate tra di loro di 7,4 mm, mentre per le lastrine di vetro lo spazio tra lastrina e lastrina è di 1,4mm.
Tutti i componenti sono assemblati su di un supporto di plexiglas, un motorino con riduttore di giri è collegato meccanicamente ad un asse filettato, durante la sua rotazione produce lo spostamento dell’armatura mobile, con la conseguente variazione di capacità.
Interruttori di fine corsa ed un potenziometro multigiri completano i componenti inseriti nella scatola del condensatore, che a sua volta è collegata con un cavetto multifilare al controllo remoto posizionato nella stanza dei bottoni.
FIGURA 6
Particolari per la costruzione
Per l’approvvigionamento dei materiali necessari si può far riferimento alle foto di fig. 6-7-8-9-10, tutte le misure sono in mm e preciso che tutte le viti usate hanno un diametro di 4 mm e come tutti gli altri elementi che compongono la parte condensatore sono di ottone.
Per le armature ho impiegato della lastra di ottone spessa 1 mm, mentre per il telaio plexiglas da 10 mm, le lastrine per il dielettrico sono di vetro spesso 3 mm e misurano mm 178×83, senz’altro per molti amici, uno dei principali inconvenienti consisterà nel taglio del materiale, per quanto riguarda il plexiglas ed il vetro si può richiedere il taglio a misura direttamente al fornitore e se fortunati si può provare anche per le armature dal rivenditore del metallo, altrimenti per queste dovremmo impiegare una buona taglierina e tanta pazienza.
Consiglio a chi intende intraprendere questa esperienza di procedere a step, di provare i vari componenti singolarmente durante l’avanzamento del lavoro, come si usa dire per le cose importanti.
La preparazione del telaio di supporto e dell’asse filettato è il punto di partenza per la costruzione. Nella fig. 7 vediamo le misure delle piastre in plexiglas e le forature da effettuare, i particolari A di fig. 6 e di fig. 7 evidenziano una serie di fori utilizzati per l’unione del telaio tramite viti con i corrispondenti fori filettati sulla fiancata.
L’asse filettato utilizzato per il movimento dell’armatura mobile, D di fig. 10 ha un diametro di 8 mm (passo MA), le due estremità sono adattate tramite tornitura per essere inserite su due piccoli cuscinetti con il foro da 6 mm, questo per consentirgli un preciso movimento privo di attrito, al posto dei cuscinetti si possono impiegare due boccole di bronzo.
Montare per prova il telaio con l’asse filettato e controllare che questo giri bene e senza sforzo.
Consiglio di procedere con la costruzione delle piastre mobili e la preparazione dei componenti per il dielettrico.
Le cinque piastre devono essere perfettamente levigate e gli spigoli lavorati come visibile nelle foto, per le misure e la forature da eseguire vedere la foto di fig. 8. Le piastre che compongono l’armatura mobile con i rispettivi distanziatori vengono fissate al “supporto di trascinamento” tramite quattro viti, questo supporto è costruito impiegando un quadrello di materiale plastico da 15 x 15 mm particolare E di fig. 10, l’asse che trasmette il movimento all’armatura è inserito ed avvitato su di un foro filettato da 8 mm (passo MA), particolare F di fig. 10
Si completa il telaio con i particolari C di fig. 7 realizzati con del quadrello in materiale plastico da 10 x 10 mm, questi svolgono la funzione di supporto e consentono lo scorrimento dell’armatura mobile, sono fissati alle fiancate laterali con tre viti ciascuno, mentre i particolari B della stesa figura servono ad evitare lo spostamento delle piastre, sono incollati direttamente alle fiancate laterali e sono realizzati con spezzoni di materiale plastico da 4 x 4 mm.
Come già detto le lastrine di vetro sono distanziate tra di loro di 1,4 mm questo per consentire alle piastre delle armature spesse 1 mm. dinon provocare danni al vetro. La distanza è ottenuta utilizzando degli spessori posti alle estremità delle lastrine di vetro che servono anche per tenere le piastre sia fisse che mobili lontane dalle fiancate laterali di circa 5 mm.
Gli spessori da utilizzare per le piastre fisse sono ottenuti impiegando dei piccoli spezzoni di materiale plastico A di fig. 10, mentre per le piastre mobili gli spessori di 1,4 mm sono ottenuti utilizzando due spezzoni di teflon per ogni spessore, uno da 1 mm B di fig. 10 (che per renderlo visibile nella foto è di colore nero) è inserito al centro di un foglietto spesso 0,2 mm e ripiegato, C della stessa figura.
Questi spessori vengono posizionati alle estremità delle piastre mobili che a loro volta sono inserite al centro del foglietto, lo spessore di 1 mm corrisponde a quello delle piastre e le mantiene distanziate circa 5 mm dalle fiancate laterali, mentre quello da 0,2 mm le distanzia dalla superficie del vetro, permettendogli un facile scorrimento senza attrito, vedi particolare A di fig. 11.
Si procede montando il “supporto di trascinamento” ed in modo provvisorio la prima piastra con i suoi distanziatori laterali, per tenerli in posizione inseriamo sopra di essi una lastrina di vetro. Controllare il perfetto movimento della piastra e la sua distanza di sicurezza con la lastrina di vetro, (se disponibile si può usare uno spessimetro) se necessario apportare le opportune modifiche magari inserendo un piccolo spessore tra la piastra ed il supporto di trascinamento.
Si monta ora il sandwich composto dalle lastrine di vetro come visibile in fig. 6, partendo dal basso è così composto: distanziatori da 0,2 mm di teflon ripiegati su quelli da 1 mm posizionati alle estremità particolare C di fig. 6, lastrina di vetro, distanziatori di materiale plastico da 1,4 mm, lastrina di vetro, distanziatori da 0,2 con quelli da 1 mm e così di seguito per tutte le nove lastrine.
Il particolare B di fig. 6 consente di mantenere unite le lastrine di vetro con una piccola pressione esercitata tramite due viti.
Per provare la precisione del lavoro fatto completare il montaggio dell’armatura mobile fig. 5, poiché non è necessario il contatto elettrico tra le varie piastre, la distanza di 7,4 mm è ottenuta impiegando degli spezzoni di materiale plastico particolare C di fig. 8, se possibile serrare le piastre usando viti da 4 mm in materiale plastico.
Inserire l’armatura mobile all’interno delle lastrine di vetro facendo attenzione di porre ciascuna piastra al centro del foglietto di teflon da 0,2 mm, fare tutte le prove necessarie controllando in modo particolare che il movimento dell’armatura avvenga senza attriti e senza provocare danni alle lastrine di vetro, quando siamo certi che tutto funziona bene si passerà alla costruzione delle due armature fisse.
Nella fig. 4 si vedono le due armature montate, mentre nella fig. 9 i particolari con le misure, le prime piastre sono dotate di flangia per la connessione al radiatore mentre le altre sono tutte uguali. La forma data a queste piastre ha lo scopo di ottenere una capacita parassita minima molto bassa per consentire l’accordo dell’elemento radiatore sui 10 MHz.
Anche queste piastre devono essere ben levigate e gli angoli lavorati come visibile nelle varie foto, in questo caso le piastre devono essere fortemente serrate tra di loro e la conduzione elettrica tra piastra e piastra deve essere perfetta, la distanza di 7,4 mm. è ottenuta impiegando due spessori da 3 mm, uno da 1 mm ed uno da 0,4 mm come visibile nel particolare A di fig. 9.
Per stringere le piastre che compongono l’armatura vengono impiegate quattro viti, le due centrali sono saldate tramite lega direttamente sul primo spessore di 3 mm mentre le laterali fissano le armature al telaio.
Inserire le armature ben serrate e senza le viti laterali nello spazio a loro riservato al centro del dielettrico. Controllare che non siano causa di attrito con il vetro e che l’inserimento avvenga con precisione, spingerle a contatto con il distanziatore laterale, fissarle con le due viti da avvitare nei fori filettati praticati sul telaio, D di fig. 11. Porre molta attenzione nello stringere le viti e curare in modo scrupoloso l’integrità del vetro.
Arrivati a questo punto parte del grande lavoro è finito, ci si può concedere un po’ di riposo che dedicheremmo alla misura della capacità ed ai controlli meccanici. Nel prototipo la capacità massima misurata è di 270 pF. la minima di circa 13 pF., mentre l’escursione capacitiva totale è ottenuta con 58 giri dell’asse.
Se tutto funziona a dovere si può passare al montaggio degli accessori già in precedenza elencati. Il motorino impiegato per il movimento dell’armatura è del tipo ad induzione, funziona a 12 Vcc ed è dotato di riduttore che porta il suo asse a compiere circa 60 giri al minuto.
L’asse del motorino è collegato meccanicamente all’asse delle armature fig. 13-14, alcuni ingranaggi di plastica recuperati da vecchie stampanti, sono impiegati per adattare i giri dell’asse al potenziometro multigiri usato per il controllo della sintonia, questo potenziometro ha un valore di 10 k. e compie la sua escursione in 10 giri.
Due interruttori del tipo microswitch visibili nelle foto vengono attivati dall’armatura mobile quando raggiunge i limiti della sua escursione, bloccando l’alimentazione verso il motorino.
Il condensatore e gli accessori sono fissati su di una piastra di materiale plastico da 5 mm molto rigida, che a sua volta è inserita e bloccata internamente alla scatola di plastica a tenuta stagna (da cm 32x25x12), fig. 15. Sulla scatola si devono realizzare due asole per consentire l’uscita delle flange fig.16, nella foto sono visibili anche i particolari usati per rinforzare le flange e le estremità del radiatore.
Una contro piastra in alluminio da 3 mm di spessore è montata all’esterno della scatola, serve per rinforzarla e per consentire il suo fissaggio tramite due staffe ad U al palo di sostegno. I collegamenti elettrici sono portati all’esterno tramite una spina a sei poli. Il peso del condensatore tutto compreso è circa 5 Kg.
Elettronica di sintonia
La scatola condensatore è collegata al controllo remoto tramite un cavetto a cinque conduttori più schermo, lo schema del circuito è visibile in fig. 17. Il circuito realizzato può consentire al motorino la sua rotazione continua, oppure a step necessaria per la sintonia fine.
Tramite i pulsanti P1 e P2 si attiva il movimento del motorino che varia il senso di rotazione in base al pulsante premuto e stabilito in fase di messa a punto.
Se viene premuto il pulsante P1 e subito rilasciato, il circuito costituito da IC1a/b genera un impulso con una durata stabilita dal valore di C1 ed R2 che attiva il motorino per un breve periodo, mentre se il pulsante viene mantenuto premuto il circuito costituito da IC1c/d invia una tensione che imprime al motorino la sua rotazione continua.
I criteri generati dall’integrato IC1 tramite i diodi D2 e D3 attivano il passaggio della corrente in Q2 che a sua volta eccita il relè K2 posto nella scatola condensatore, il relè chiudendosi alimenta il motorino, quando viene premuto il pulsante P2 vengono generati ancora gli stessi criteri ed inoltre si attiva la chiusura del relè K1 il quale inverte la polarità della corrente inviata al motorino modificandone il senso di rotazione.
L’avvolgimento del motorino è collegato ai due contatti comuni del relè K2 mentre i contatti n.c. del relè sono collegati assieme. Questa condizione mette in corto circuito l’avvolgimento del motorino quando il relè non è attivato e serve ad evitare la sua rotazione per inerzia nel momento che gli viene tolta l’alimentazione.
Agli estremi del potenziometro multigiri è presente una tensione di 5 Vcc, la sua presa variabile riporta allo strumento posto nel controllo remoto una tensione di riferimento, che dopo opportuna calibrazione ci consente di sapere la frequenza su cui è sintonizzato il radiatore.
Con i valori di C1 e R2 usati in questo circuito e con il motorino impiegato, per effettuare un giro completo del suo asse si devono inviare circa 50 impulsi, questo è più che sufficiente per una ottima sintonia.
Link di accoppiamento
Per trasferire il segnale radio ho realizzato un link di accoppiamento induttivo a spira, ho escluso il sistema a gamma match perché richiedeva il collegamento elettrico con l’elemento radiatore, questo comprometteva l’integrità del rivestimento plastico esterno del tubo. I sacri testi che descrivono questo genere di antenne consigliano che il diametro del link di accoppiamento corrisponda ad 1/5 il diametro del radiatore, quindi 60 cm circa.
Il link è costruito impiegando 2 m di tubo di rame da 8 mm di diametro sagomato nella forma circolare, una estremità del tubo va schiacciata e resa piatta per circa 1 cm, qui si deve realizzare un foro da 4 mm dove inserire e saldare le spina centrale del connettore coassiale.
L’altra parte del tubo, la parte fredda del link è collegata alla massa del connettore impiegando una fascetta di ottone, tramite questa fascetta in fase di messa a punto si può variare il diametro del link per ottimizzare il rapporto delle onde stazionarie sulle frequenze di nostro interesse.
Ho impiegato un connettore femmina da pannello del tipo piegato a 90° come visibile nella fig. 18.
Assemblaggio dell’antenna
Da molto tempo uso montare il condensatore di sintonia delle antenne a loop nella parte bassa della struttura, i teorici scrivono che per motivi di impedenza questo si deve posizionare in alto e su questo non esistono dubbi.
La mia scelta è il risultato di una notevole quantità di prove impiegando soluzioni diverse, non ho mai ottenuto delle differenze apprezzabili di una versione nei confronti dell’altra. Poiché il condensatore variabile in queste antenne è elemento di primaria importanza e se autocostruito necessita di accurati controlli. Posizionandolo in modo accessibile si può montare e smontare facilmente per apportarne delle modifiche, inoltre il suo peso non influenzerà sulla stabilità del radiatore.
Scegliendo di montare il sistema di sintonia in basso, dal momento che il radiatore non è autoportante ma molto leggero per il suo ancoraggio basta un sostegno di dimensioni contenute ma di materiale isolante. Avevo disponibile ed ho usato, un palo di vetroresina lungo 4 m da 6 cm di diametro, il centro del radiatore (che impropriamente chiamerò vertice) deve essere posizionato nella parte alta del palo che a sua volta si può ancorare ad un muro con delle staffe.
Un trespolo a mia disposizione è risultato ideale per questo impiego, consentendomi di tenere la parte bassa dell’antenna a circa 150 cm dal piano calpestabile del terrazzo, distanza minima consigliata, mentre la scatola contenente il condensatore verrà fissata a 3 m dal vertice.
Le flange del condensatore vanno collegate e ben strette alle due estremità del radiatore che in precedenza abbiamo rese piatte, ho impiegato cinque bulloni di ottone da 6 mm e dei rinforzi come visibile nella foto di fig. 16 e19.
Chi ha avuto la pazienza di arrivare a questo punto dell’articolo osserverà che l’unione delle flange in ottone con il radiatore di alluminio è cosa totalmente sconsigliata, francamente non ho trovato altra soluzione, alla conclusione di tutto il lavoro e di tutte le prove ho applicato all’insieme alcuni strati di grasso protettivo recuperabile nei kit che accompagnano le antenne blasonate, ho poi sigillato il tutto con nastro gommato vulcanizzante e silicone augurandogli lunga vita.
Altra osservazione: hai voluto mettere il condensatore in basso, ora come lo monti e come fai l’allineamento del link a quattro metri e mezzo di altezza? Ho lavorato un po’ ma ne è valsa la qualità dei risultati ottenuti; l’antenna è molto leggera e non è complicato alzarla ed ammainarla, ho fissato in modo provvisorio con delle fascette il link al vertice del radiatore, dopo le varie prove e trovato il punto giusto della sua regolazione ho effettuato la sistemazione definitiva.
Allineamento del link e prove
Il rendimento di questa antenna e la sua frequenza di risonanza sono determinati esclusivamente dalle misure fisiche dell’elemento radiatore, spetta al circuito di accoppiamento il compito di trasferire la RF con le minori perdite possibili, questo si ottiene con un buon adattamento di impedenza delle varie componenti, riscontrabile come tutti sappiamo con la misura del rapporto delle onde stazionarie.
La massa a punto consiste esclusivamente nel variare entro piccoli limiti il diametro del link e la sua posizione al vertice del radiatore, per ottenere un rapporto di onde stazionario il più basso possibile e lineare sull’intera gamma di sintonia dell’elemento radiante, eventualmente ottimizzandolo sulla frequenza che più interessa.
Per chi dispone di un moderno ed efficiente analizzatore d’antenna il lavoro è semplificato e l’allineamento è fattibile direttamente vicino all’antenna.
Altrimenti si collega l’antenna al misuratore di ROS ed all’apparato RTX, si porta il condensatore variabile alla capacità minima, (tutto aperto) si sintonizza l’apparato trasmittente sulla frequenza di 10,1 MHz per iniziare i controlli.
Azionando il movimento del variabile si può presintonizzare in modo approssimativo l’antenna controllando l’intensità del rumore ricevuto, quando ci si avvicina al punto di sintonia ne noteremmo un incremento, l’intensità dipende dalle condizioni ambientali, se abbiamo la fortuna di trovarci in zona non inquinata l’aumento del rumore è appena percettibile, in ogni caso questa operazione ci consente di portare la sintonia dell’elemento molto vicina all’ottimo.
A questo punto si procede con il controllo del ROS, consiglio di usare una bassa potenza di trasmissione, prendere nota del valore misurato e proseguire i controlli sulle frequenze di 7,1 e di 3,6 MHz registrando sempre i valori riscontrati. (Per la frequenza di 1,8 MHz vedremmo in seguito.)
Dopo la prima serie di misure avremmo un’idea di come si comporta la nostra antenna per programmare gli interventi successivi, che consistono nel variare di poco il diametro del link e di ripetere le misure, dopo qualche prova avremmo chiaro il diametro e la posizione dove fissare definitivamente il link di accoppiamento. Nella fig. 20 è visibile il diagramma del ROS misurato sul prototipo da me realizzato.
Ottimizzato e sistemato il link si devono fare altre prove, prendendo come riferimento il valore di ROS misurato in bassa potenza fare altre misure con potenze crescenti, il rapporto misurato non deve variare, se questo si verifica significa che una resistenza si prende il nostro segnale e lo trasforma in calore; questo in teoria, nella pratica e con realizzazioni non professionali è quasi impossibile da ottenere ed un aumento del ROS di qualche decimo è da considerarsi normale.
Dopo almeno un’ora di trasmissione dovremmo controllare che al condensatore non sia venuta la febbre, andiamo al cospetto dell’interessato, apriamolo e controlliamo che la sua temperatura non abbia subito aumento.
Nelle prove di trasmissione con potenze superiori ai 200 W è necessario tenere sotto controllo gli strumenti, nel caso si verificano degli aumenti repentini del ROS significa che si stanno verificando delle scariche nel condensatore, non è il caso di proseguire ma di controllarne le cause.
Tramite il software dedicato si può consultare il rendimento sulle gamme di nostro interesse, per la frequenza di 1,850 MHz abbiamo il 2,3% (veramente poco), mentre il valore di capacità necessario per ottenerne la sua risonanza è di circa 1087 pF.
Per provare il comportamento dell’antenna su quella frequenza ho collegato in parallelo alle flange del condensatore e del radiatore una capacità di circa 900 pF, che ho realizzato impiegando dei condensatori ad altissimo isolamento collegati in serie-parallelo.
Senza apportare nessuna variante al link, il ROS misurato nel segmento di frequenza che da 1,8 arriva a 1,9 MHz risulta limitato come visibile nel diagramma di fig. 21. La sintonia del radiatore si ottiene facilmente, le prove radio considerando il basso rendimento e la mia modesta potenza di trasmissine sono da considerarsi eccellenti, ottima è la ricezione con un noise molto contenuto essenziale per la ricezione di segnali di scarsa entità.
Diagramma di rendimento
Nei testi ed in altri casi, si quantifica in un valore superiore ai 20 dB la differenza di rendimento che l’antenna a loop magnetico può assumere tra il lobo di radiazione massimo e minimo, senz’altro è un valore notevole e da prendere in considerazione.
Per provare quanto asserito e per prendere in considerazione l’impiego di un eventuale rotore, durante i molti collegamenti variavo l’orientamento del loop per constatare in modo approssimativo se questo corrispondeva ai dati teorici. Durante un collegamento radio le variabili che contribuiscono a determinarne l’intensità del segnale sono molte, in primo luogo l’evanescenza che non consente riferimenti affidabili, l’intervento del controllo automatico di guadagno e la scarsa definizione ottenibile dallo strumento di bordo del ricevitore, questi elementi mi hanno convinto ad effettuare delle misure più affidabili.
Ho collegato l’antenna all’analizzatore di spettro e tramite un piccolo trasmettitore posto ad una distanza di circa 500 metri ho cercato di capire cosa si verificava variando la direzione del radiatore.
Il diagramma del rendimento ottenuto corrisponde in modo approssimativo a quanto rappresentato in fig. 23, la differenza di intensità del segnale riscontrato tra il punto A ed il punto B ha un valore di circa 22 dB rilevato su diverse frequenze. Penso che questo parametro sia da tenere in considerazione nella fase finale della posa in opere del radiatore.
Conclusioni
Considerando la mia modesta attrezzatura meccanica ed i materiali usati molto economici, è stata una bella e faticosa realizzazione, ma con dei risultati pratici molto gratificanti.
Per chi ne ha volontà ed attrezzature, non c’è dubbio che possa apportarne delle migliorie, provo ad elencarne alcune. Le piastre fisse si possono saldare dal lato delle viti con lega a base di argento, e si può pensare alla loro argentatura. Le lastrine di vetro (commerciale) si possono sostituire con materiali isolanti più puri e più leggeri, si può pensare ad inserire la capacità supplementare necessaria per il funzionamento su 1,8 MHz internamente alla scatola ed alla sua commutazione quando serve.
Non sarebbe neanche male prevedere l’uso di un rotore che ne consentirebbe di sfruttare al massimo le sue caratteristiche.
Un errore che riconosco è stato lasciare la giunzione radiatore-condensatore all’esterno, modificando l’assemblaggio dei componenti senz’altro si riesce a portare questa giunzione all’interno della scatola, dando quindi maggior stabilità al sistema.
Mi auguro che la descrizione di questa mia esperienza sia uno stimolo per quegli amici indecisi e che da molto tempo avevano idea di intraprendere la costruzione di una antenna a loop magnetico, ed aggiungo che non resteranno delusi.
Per il momento finisco così, chi desidera ulteriori informazioni o chiarimenti può scrivermi direttamente all’indirizzo Email.
izerozan@libero.it
Elenco dei componenti per la FIGURA 17
R1-R6-R11 22 k
R2 68 k
R3-R4 10 k
R5 15 k
R7 5,6 k
R8 8,2 k
R9-R10 3,3 k
R12 2,2 k
R13 trimmer 47 k
R 14 potenziometro 10 giri 10 k
C1 2,2 mF 25 V
C2 47 mF2 5 V
C3 100 mF 25 V
C4 47 mF 25 V
C5-C6-C7-C8-C9-C10 10 nF
D1-D2-D3- 1N4148
D4 diodo zener 5V
D5-D6 1N4007
IC1 CD 4081
Q1-Q2 2N2222
K1-K2 relè 12 Vcc due scambi
SW1-SW2 interruttori micro microswitch
P1-P2 pulsanti