Radio Club TIGULLIO



Antenna in cavo coassiale
(da un elaborato di Nuova Elettronica)


di IZ1TQI Aldo "de Roderigo" - RCT #030

L'antenna di cui parlo è singolare per il materiale e il modo con cui può essere realizzata: tutta in cavo coassiale RG.213 o altro cavo, tranne lo stilo, pertanto si adatta benissimo ad essere racchiusa in un tubo di plastica per impianto elettrico, tanto più che può anche essere alimentata senza neanche interrompere il cavo coassiale. La particolarità più versatile è di non dare problemi di impedenza, in quanto assume l'impedenza del cavo con cui viene costruita.
Tuttavia è certamente consigliabile, in ambito UHF,  usare cavi di discesa a bassa perdita, perchè a cercarli esistono (Inflex RX5020- Westflex 103-Belden 9913-Eupen 5280-Andrews Ldf 1250 eccellenti sia per la sezione (come RG213) sia per la flessibilità; anche la serie RG.xx conta cavi a bassa perdita: RG.35, RG.177, RG.218, RG.220, ma con sezione e rigidità proibitive), interrompere l'antenna nel punto, più avanti, indicato e proseguire appunto con cavo a bassa perdita. Dico questo anche perchè moltissimi, per la discesa, si affidano al cavo RG.8 mini, che tuttavia a 400 mHz ha un'attenuazione, non precisamente lusinghiera, 22,2 dB/100 metri, per il solo  pregio della sua flessibilità. Vi ricordo che con soli 10 metri di RG.8 mini si perdono 2,2 dB.

 

Figura 1  da Nuova Elettronica

Il guadagno dichiarato da Nuova Elettronica è di 6dB, senza specificare se dBi o dBd; l'antenna consta di tre mezze lunghezze d'onda, messe in fase con lo scambio che, da uno spezzone all'altro, avviene tra filo coassiale e calza irradiante.
E' intuitivo che la realizzazione può riguardare le gamme VHF e UHF, già anche per  i 10 metri diviene proibitiva, problematica per i 6 metri, a meno che non la si ponga in orizzontale, perdendo l'omnidirezionalità.
Riporto, subito sotto, le formulette in centimetri per il calcolo di ogni elemento, suggerite da N.E.:

Tratto A    = 7500 : MHz ;  * 0,95: il fattore di correzione 0,95 l'ho introdotto io, N.E. non lo cita. 
Tratto B    = ( 7500 : MHz )  * 0,66:  0,66 è il fattore di velocità del cavo RG.213, usando altri cavi accertarsi del fattore velocità;
Tratto C    = ( 15000 : MHz )   * 0,66 ;
Tratto D    = ( 7500 : MHz )    * 0,66 ;
Tratto E    = 7500 : MHz ;    * 0,95: dovrà essere realizzato, come in figura 1, con uno spezzone di filo da 1mm, della lunghezza indicata e saldato sia sulla calza del cavo coassiale che alimenta l'antenna, sia sul filo interno dello stesso.
Come si può vedere, i singoli spezzoni di cavo sono uniti, tra di loro, filo coassiale con calza e calza con filo coassiale; l'ultimo tratto,  prima dello stilo, resta cortocircuitato. La lunghezza da considerare è quella ricoperta dalla calza, onde sarà necessario tagliare gli spezzoni, da una parte e dall'altra, circa 1,5 cm più lunghi , per poter effettuare le saldature. Si raccomanda un saldatore ben caldo che agisca rapidamente, prima che il calore si trasmetta troppo all'isolante e senza dover insistere troppo sulla saldatura. Non dimenticate di cortocircuitare calza e filo coassiale ( spezzone B ), prima dello stilo e non dimenticate il tratto E, che può correre aderente al cavo. Se userete un bocchettone femmina, ponetelo subito dopo la saldatura del tratto E con la calza, vi permetterà di usare un cavo coassiale di alimentazione a bassa perdita, molto meglio sarebbe usare un cavo coassiale a bassa perdita per tutta l'antenna e proseguire con il cavo coassiale intero.



Nella Figura 3 bis, i tratti più marcati rappresentano la calza irradiante e quelli nemo marcati il filo coassiale, che trasportano il segnale senza irradiare.          
Partendo dal principio che, se la lunghezza fisica di un'antenna risuona su di una certa frequenza, dev'essere necessariamente un multiplo intero ( da 1 a n ) di mezze lunghezze d'onda ai cui estremi è un nodo di corrente, allora il tratto finale partecipa all'antenna, imponendo un nodo di corrente al suo estremo libero ed il tratto "E" partecipa, imponendo parimenti un nodo di corrente al punto di contatto con la calza. L'alimentazione avviene sul punto di saldatura tra il coassiale e il tratto "E", ossia su di un numero disperi di quarti d'onda (in questo caso 5)  come in figura a. L'elemento radiante è la calza, mentre il tratto E crea il completamento a 6 x 1/4 λ; il filo coassiale, che non irradia, trasmette alla calza dei tratti C e B l'onda della corrente in fase con i tratti D ed E, con lo stesso principio illustrati in figura b, col vantaggio di poter omettere le appendici.
Ricordo a me stesso che la collineare canonica sarebbe formata da tre mezze lunghezze d'onda sullo stesso asse, distanziate ciascuna di mezza lunghezza d'onda
per la messa in fase (le appendici), cosa che normalmente si ottiene con un tratto di cavo coassiale di 1/4 d'onda cortocirciutato all'estremo, che unisce ciascuna mezza onda d'antenna, come chiaramente mostrato nelle Figure a, b, c., anch'esse desunte da Nuova Elettronica.

       





In sostanza, nel caso della presente antenna, si ottiene la messa in fase, come già descritto, senza ricorrere all'artificio delle illustrazioni di cui sopra, anzi sarebbe quasi da provare ad adottarla, in polarizzazione orizzontale, anche in HF.

Per vostra praticità vi do le misure già calcolate per i 145, i 433 MHz e i 430-431 per i ponti radioamatoriali, Nuova Elettronica non parla di ampiezza di banda, ma si può presumere che tra 430 e 436 MHZ non debba esserci un ROS esagerato.


145 MHz433 MHz431 MHz
A49,116,4516,53
B34,111,4311,48
C68,322,8622,96
D34,111,4311.48
E49,116,45 16,53

                     
Nella realizzazione farete gli arrotondamenti del caso, tenuto conto che, per 1/4 d'onda di 145 MHZ, un millimetro più o meno rappresenta uno spostamento di 70 KHz, quindi è inutile affannarsi a rispettare il millimetro, se poi usate un metro di metallo o di legno ed operate la misura d'Estate o d'Inverno, oppure il filo dell'antenna è sottoposto o meno a trazione, così come, per 1/4 d'onda dei 433 MHz, è assurdo cercare di apprezzare il decimo di millimetro, correggerete, se avete un Ros-metro adatto, alla fine. Mi fanno "cachinnare", sbellicare dal ridere le misure d'antenna, in HF o VHF, riportate al millimetro o addirittura al decimo di millimetro, perchè, innanzitutto, necessiterebbero, per tutti, metri assolutamente identici, per evitare gli errori sistematici; sarebbe indispensabile, poi,  disporre il filo teso, ma non troppo, su di un piano perfettamente orizzontale e, per tutti, alla stessa temperatura,  per evitare gli errori accidentali; sarebbe, ancora, tassativo abolire le escursioni stagionali di temperatura e l'accelerazione di gravità, allorquando l'antenna fosse a posto e, in buona sostanza, sarebbe pretendere delle precisioni tra 1 e 0,1 per mille, cosa che, in elettronica e in fase progettuale, non esiste neanche alla NASA. Lo stesso ragionamento (sempre in HF e  VHF) vale anche per il tondino, il tubetto o il profilato. Insomma la precisione di un millimetro su di un metro, in buona sostanza, è come quella di un metro su di un chilometro, peggio quella di 0,1 mm su di un metro e come quella di dieci centimetri su di un chilometro.... meditate!     
Seguono le ultime istruzioni per la realizzazione, in figura 2, 3, 4.
N.B.: trattandosi praticamente di collineare, presumo che nulla vieti di replicare lo spezzone a 1/2 onda, al centro, in numero anche di due, tre, aumentandone il guadagno; non dimentichiamo che una collineare può arrivare a guadagni di tutto rispetto. 

                                            
Illustrazioni desunte da Nuova Elettronica

Nella realizzazione di questo tipo d'antenna per i 430-431 MHz, mirata ai ponti ripetitori, mi sono strettamente attenuto alla descrizione delle figure di sopra, unica variante: ho avvolto alcune spire di filo di rame nudo da 0,3-0,4 mm sulla calza metallica che  fuoriesce dalla guaina, allo scopo di non farla sfilacciare e le ho compattate con la calza tramite saldatura.  Tutti i punti di giunzione sono stati protetti con guaina termorestringente e l'esito della realizzazione è quello dell'immagine sottostante.
                  
 

Ho poi inguainato il tutto entro un tubo per impianto elettrico da 25 mm di diametro esterno, facendo entrare a pressione, nel tubo, e stringendolo con una fascetta metallica, anche il bocchettone da pannello con dado e paglietta metallica di contatto per la massa. L'esito appare nella successiva immagine. Un flacone in plastica forato, adatto al diametro del tubo plastico, dal quale fuoriesce lo stilo, fa da tappo.


 




Il raccordo plastico, inserito in modo da coprire il bocchettone, ha lo scopo di proteggere il Pl maschio del cavo d'alimentazione, dopo averlo avvitato, magari aggiungendo un tratto di tubo di prolunga.
Dal momento che la posizione dell'antenna dev'essere verticale, dovremo dare un po' di silicone nei punti critici, per assicurare un'ottima impermeabilizzazione, alcune fonti Internet, che parlano di questo tipo d'antenna, consigliano di non trascurare un foro, in posizione opportuna per il drenaggio della condensa... mah!!... qui lo dico e qui lo nego, ... sarebbe un po' come dire esce la condensa ed entra l'aria umida, secondo me quelle fonti hanno poco curato l'impermeabilizzazione e hanno scambiato l'acqua piovana per condensa, ecco come nascono le leggende metropolitane.
L'antenna si può ancorare, con alcuni collarini a pressione, ad un tratto di tubo della stessa natura e il tutto può essere innestato su di un palo metallico.

 



Considerazioni:
In teoria più è lunga l'antenna, meglio dovrebbe rendere, questa è lunga tre mezze lunghezze d'onda ed ha più lobi di propagazione di un dipolo 1/2 onda, in più la polarizzazione verticale la rende omnidirezionale. Poichè ogni mezza onda di antenna emette un lobo di radiazione, questa dovrebbe emetterne tre, in fase, con il beneficio che quello centrale, il principale, è molto più nutrito dei due secondari. La lunghezza totale, dallo stilo al bocchettone, è di circa 82 cm. Una fascetta di 10 centimetri in lamina di alluminio (stagnola), scorrevole lungo il tubo plastico aiuta sicuramente a migliorare il ROS, di cui non so dirvi nulla poichè non posseggo strumenti adatti per queste frequenze. Quindi sto andando con le misure teoriche e a lume di naso, avendo posizionato la fascetta (visibile in una delle foto) nel punto in cui mi dà migliore ricezione sulle emittenti più deboli, ma sicuramente non sto andando nelle condizioni migliori. Per di più, in barba alla reversibilità delle antenne, non è detto che la posizione della fascetta migliore per la ricezione sia anche la migliore per la trasmissione.
Il collaudo: 
In verità ho provato, con un misuratore di campo autocostruito, a comparare questa antenna con la ground plane ad innesto diretto al palmare, descritta in altro articolo, tuttavia è difficilissimo stabilire il campo generato sia dall'una sia dall'altra, in quanto, al solo modificare le inclinazioni delle antenne, si ottengono letture assai diverse, non parliamo poi delle eventuali riflessioni favorevoli, che fanno salire la lettura da zero fin quasi a fondo scala, lo strumento inoltre è posto a poche decine di metri, per cui una comparazione è assolutamente problematica, senza contare che, nella migliore delle ipotesi, trattandosi di potenza ERP doppia (avendo considerato per la ground-plane un guadagno medio di 3 dBi e di 6 dBi "su dipolo isotropico" per l'altra) le letture non disterebbero che di 1/2 Santiago.
D'altro canto con guadagni d'antenna fino a 6 dBd ( rispetto al dipolo semplice) mi appaiono strane le grida trionfalistiche di taluni colleghi che vantano collegamneti favolosi!! Se la potenza ERP emessa dall'antenna osannata è appena quadrupla rispetto al dipolo semplice, al massimo possono aver guadagnato un Santiago, quindi se hanno collegato l'Australia con S9, con il dipolo semplice l'avrebbero collegata con S8. Se poi ciò non avviene, la cosa è dovuta unicamente ad diverso percorso e alle riflessioni più o meno favorevoli dell'onda elettromagnetica emessa dalla due antenne. Pertanto collegamenti a Santiago 3 con un'antenna e Santiago 9 con l'altra o sono fortunose riflessioni dovute ad angoli diversi di propagazione o sono leggende metropolitane, unicamente dovute al non aver fatto i dovuto paragone con il dipolo semplice: infatti la calotta sferica sottesa da un certo angolo solido a distanza 2x, rispetto a quella a distanza x, presenta una superficie quadrupla e tale dev'essere la potenza del Tx per presentare lo stesso campo a distanza 2x rispetto a x; esattamente quello che accade con un guadagno di 6 dBd: se l'antenna che guadagna 6 dBd a cento chilometri determina  un Santiago 9, l'antenna a dipolo semplice determina un Santiago 9 a metà distanza (50 Km), mentre a 100 Km determina un Santiago 8, a parità di potenza del trasmettitore.
Come accennato non sono in grado di dirvi se il guadagno dell'antenna in predicato sia effettivamente di 6 dB (teoricamente non lo escludo); quel che ho accertato è che, in taluni casi, fa cose leggermente superiori alla Ground-Plane: premesso che il mio QTH è in Ruta di Camogli, in altura ( oltre 300 m ), con spazio aperto tutt'attorno e il mare sottostante; stando entro le mura domestiche, il cui spessore perimetrale è di 80 cm, con 0,4 W apro i ponti RU1a del monte Beigua a circa 57 Km di distanza ottica, ma passo con molto fruscio, apro perfettamente l'RU7 di Sestri Levante a 20 Km di distanza ottica, altrettanto bene l'RU12a del monte Faudo a 115 km ottici con entrambe le antenne, ma, con la collineare, ho molta difficoltà ad aprire l'RU5 del Monte Fasce a 11 Km,  schermato da altri monti, e con la ground-plane assolutamente niente. Particolare quanto mai deprimente e scoraggiante è che l'RU12a del monte Faudo riesco, incredibilmente, ad aprirlo bene anche con il gommino, però la ricezione con la collineare è migliore, di più non so dirvi, è certo che la possibilità di una buona taratura migliorerebbe le cose. Ultimo particolare: non ho effettuato ancora prove con la collineare, situata all'esterno e in posizione elevata.
Se non possedete una direttiva, realizzatela e confrontatela con quella che possedete, ma non aspettatevi miracoli, tutto sommato il costo del materiale vale il rischio: si tratta di un metro di cavo RG 213, uno stilo di 16,5 cm, un bocchettone femmina e un po' di tubo plastico; se userete i raccordi, mostrati nell'elaborato della ground-plane a innesto diretto sul palmare, potrete innestare direttamente anche questa, ma, durante le prove, non dimenticate che pesa molto di più di uno stilo della stessa lunghezza, quindi, con un po' di equilibrismo, o sostenendola alla base, va tenuta in verticale. Se anzicchè l'RG 213 userete altri cavi migliori, (però non vorrei che modificassero troppo la resistenza intrinseca di radiazione) accertatevi del fattore velocità: per esempio il Westflex 103 ha 0,85, pertanto l'antenna risulterà più lunga che con l'RG 213.
In chiusura vi do le caratteristiche dei cavi citati all'inizio:
--Inflex RX5020 a 400 MHz perde 9,3 dB per 100 metri, fattore velocità 0,80, diametro 10,3 mm;
--Westflex 103 a 432 MHz perde 7,5 dB per cento metri, fattore di velocità 0,85, diamtro 10,3 mm;
--RH 200 a 432 MHz perde 7,9 dB per 100 metri, fattore di velocità 0,84, diametro 10,3 mm;
--Belden 9913 a 100 MHz perde4,43 dB per 100 metri, fattore velocità 0,84, diametro 0,405";
--Eupen 5228 a 1000 MHz perde 4,1 dB per 100 metri, fattore di velocità 0,88, diametro 0,875"; 
--Andrews Ldf 4,5-50 a 1000 MHz perde 5,38 dB per 100 metri, fattore velocità 0,89, diametro 0,325".
Non mancate di provare questa antenna, il rischio di un insuccesso ( difficile se realizzata con cura ) vale i 6 dB promessi: quasi una potenza ERP quadrupla con il guadagno di un Santiago.
                                                                                 

elaborato 5.9.2010 - pubblicato 30.10.2010

Memento audere semper - Ricordati di osare sempre



Best 73's de IZ1TQI Aldo "de Roderigo" - RCT #030

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