Tratto da: RadioRivista 04/2008 pag. 76
ADATTATORE VARIABILE a T
per
ANTENNA VERTICALE a BANDA LARGA di I8SKG
L’ADATTATORE a T
(Teoria)
L’accoppiamento fra complesso antenne ad alta impedenza e a banda larga + trasformatore UN-UN ed RTX deve avvenire solo a mezzo di filtro adattatore a P-greco o a T, e non, pertanto, con accordatore d’antenna automatico o manuale chessia, in quanto, con questi ultimi, è impossibile accorgersi fino a quando una antenna è risonante e quindi bene accordata, tranne che il ROS è finalmente abbattuto, senza peraltro conoscere se la resa è buona, discreta, o assolutamente deficitaria.
Infatti i filtri a P-greco, o, equivalenti, a T, sono ambedue filtri passa-basso con adattamento di impedenza fra ingresso ed uscita degli stessi (Schema 2).
Per il calcolo e lo studio degli stessi consiglio la consultazione degli appositi testi di elettronica.
Quello a P-greco è stato in uso fino a pochi anni addietro per l’adattamento della alta impedenza di uscita degli stadi finali a valvole alla bassa impedenza delle antenne in uso, che erano comprese fra i 50 ohm ed i 75 ohm. Anzi, ai tempi della trasmissione in AM (Ampiezza Modulata), il P-greco adottato dagli antichi trasmettitori GELOSO giungeva fino ai 600 ohm per l’adattamento ad alcune antenne filari.
Il P-greco è, inoltre, attualmente in uso, per l’adattamento dovuto di uscita, e per il corretto ingresso sull’antenna, su tutti gli amplificatori lineari di potenza a tubi termoionici.
Perchè l’adattatore a T ?
I filtri adattatori passa-basso a P-greco e i filtri adattatori passa-basso a T sono filtri perfettamente equivalenti e la scelta sull’uso dell’uno o dell’altro viene determinata dall’utilizzazione pratica che se ne vuol fare.
Il filtro passa-basso a P-greco, di tipo variabile per l’adattamento di risonanza in frequenza, è provvisto di un condensatore variabile di ingresso verso massa, di una induttanza-serie, e di un condensatore variabile di uscita verso massa.
Il filtro passa-basso a T, di tipo variabile per l’adattamento di risonanza in frequenza, è provvisto di una induttanza-serie di ingresso, di un condensatore variabile verso massa, e di una induttanza-serie di uscita.
Ho preferito scegliere per l’utilizzo, quale adattatore di impedenza fra antenna verticale a banda larga / un-un ed il ricetrasmettitore, quello a T, perchè è molto più comodo manovrare un solo condensatore variabile per l’adattamento in frequenza, anzichè due (quelli del P-greco).
La copertura è, pertanto, continua con la capacità variabile, con una sola manopola, su tutto lo spettro delle nostre frequenze HF, e permette di portare, fino ai limiti consentiti dalla risonanza sulle singole frequenze della antenna, ad un accoppiamento ideale fra i circa 100 / 150 ohm di impedenza ingresso UN-UN / Antenna verticale a banda larga (visualizzabili dallo strumento Wattmetro / Rosmetro interposto fra uscita TX ed ingresso filtro-adattatore a T), ed i 50 ohm di impedenza della uscita TX
Quindi, l’antenna verticale a banda larga, ad alta impedenza nel punto di alimentazione, con la interposizione del trasformatore UN-UN 4:1 e degli adattatori di impedenza a P-greco o a T, non la si può più considerare a larga banda come tale (e quindi con basso guadagno rispetto al classico dipolo), ma diventa altamente selettiva, perfettamente flessibile nella risonanza sulle varie frequenze, e, di conseguenza, diventa elemento ricevente ed irradiante con consistente aumento del proprio guadagno, pari ad un dipolo risonante, cosa che, in effetti, non avviene per le antenne a larga banda accoppiate all’RTX con il solo UN-UN, anche se ben progettato.
Tale adattatore a T è altresì molto idoneo per ottimizzare, da TX con finali allo stato solido (50 ohm), l’ingresso su dipoli o verticali risonanti (50 ohm), in quanto permette, entro certi limiti, di spostare la risonanza, per cui l’antenna è tagliata, sulla frequenza operativa che si intende usare.
Per tali motivi l’ADATTATORE a T deve essere considerato elemento di interfaccia indispensabile per un uso corretto di qualunque antenna, con punto di alimentazione sia che sia ad alta impedenza (provvisto di trasformatore UN-UN 4:1) sia che sia a bassa impedenza, ricorrendo agli accordatori di antenna nei soli casi, disperati e di emergenza, di dovere ricorrere ad un qualsivoglia spezzone di filo elettrico per antenna.
L’ADATTATORE a T
(schema elettrico)
Per lo schema elettrico, credo, non vi siano difficoltà di interpretazione. In effetti in esso sono raffigurate (Schema 3):
Una induttanza di ingresso, una capacità variabile verso massa, e una induttanza di uscita per la porzione bassa (40 m. / 80 m.) delle nostre frequenze in uso.
Una induttanza di ingresso, una capacità variabile verso massa, e una induttanza di uscita per la porzione alta (10m. / 15 m. / 20 m.) delle nostre frequenze in uso.
Ambedue i filtri adattatori operano in tandem per i condensatori variabili, con ingressi commutabili per i due gruppi di frequenze, al fine di ridurre il numero delle commutazioni di radiofrequenza.
Le uscite dei due gruppi di bande radio sono separate, al fine di permettere l’uso di una antenna tribanda per i 10 / 15 / 20 metri, e di un dipolo bibanda per i 40 / 80 metri.
Nel caso dell’utilizzo della antenna verticale a banda larga in oggetto, che è unica per tutte le frequenze, si potrà optare per l’uso di un commutatore esterno, anche autocostruito (ad esempio quello pubblicato dal sottoscritto su RADIO KIT ELETTRONICA – Gennaio 2007 – pag. 38).
L’ADATTATORE a T
(Costruzione)
Il T – MATCH costruttivamente è molto semplice (Fig. 11,12,13,14,15,16).
Il materiale occorrente è:
CONTENITORE (Frontale 24 cm. x 12 cm. circa, profondità 30 cm. circa). Chi ha dimestichezza per i montaggi meccanici, il contenitore lo può costruire, come ha fatto il sottoscritto, con ritagli di profilati in alluminio usati dai costruttori di infissi, lamiera di alluminio da 1 – 1,5 mm., alcuni rivetti, e viteria autofilettante, con poca spesa complessiva.
Per le iscrizioni sul frontale e sul retro, si può usare una etichettatrice, o meglio, più elegante, stampare, con stampante laser, su acetato adesivo, i due frontespizi, anteriore e posteriore, e poi, con un poco di pazienza, stenderlo, evitando bolle d’aria, sui rispettivi pannelli.
FILO di RAME SMALTATO da 1,6 mm. o 2 mm., per avvolgere, su un supporto temporaneo da 22 mm. circa (eventuale manico di scopa):
n° 2 bobine di 14 spire leggermente spaziate.
n° 2 bobine di 40 spire serrate..
Le bobine di 14 spire, una volta sfilate dal supporto temporaneo, sono autoportanti, e quindi non bisognevoli di sostegno.
Le bobine di 40 spire, una volta sfilate dal supporto temporaneo, vanno fissate fra di loro con uno strato di resina epossidica, sì da irrigidire il tutto, data la lunghezza delle stesse.
I due gruppi di bobine, una da 14 + 14 spire, e l’altra da 40 + 40 spire, dopo essere supportate e fissate, con pagliette e viti, a idonee striscette di vetronite, o altro materiale isolante, (osservare le fotografie), vanno disposte sul telaio, ad angolo retto fra di loro.
CONDENSATORE VARIABILE DOPPIO da 470 pF con spaziatura fra le armature di 1,5 mm. o più (ad esempio: tipo GELOSO n° 763) + un CONDENSATORE a MICA ARGENTATA compreso fra i 330 pF ed i 220 pF (250 V) da porre in serie alla sezione collegata alle bobine da 14 +14 spire, sì da ridurne adeguatamente la capacità totale fra 200 pF e 150 pF .
Se è complicato reperire il condensatore a mica, si può optare per un compensatore a mica da 250 pF, così è possibile anche ottimizzare, con taratura, la escursione, sulle fequenze alte, della sezione del variabile.
O in alternativa:
CONDENSATORE VARIABILE (surplus) a 4 sezioni di 150 pF cadauno, in modo da usarne 3 sezioni poste in parallelo per le bobine da 40 spire + 40 spire (450 pF circa), e l’altra da 150 pF per le bobine da 14 spire + 14 spire (come ha fatto il sottoscritto, ed evidenziato nelle foto).
Le due soluzioni sono entrambe valide e paritarie sulle funzioni che devono svolgere.
Lo schema elettrico illustra l’opzione d’uso di un condensatore variabile da 470 pF + 470 pF.
Infatti, la capacità di variazione fino a 450 pF, è più che idonea alla copertura continua dai 3 Mc. agli 8 – 9 Mc. con le bobine da 40 spire + 40 spire poste in serie.
La capacità di variazione fino a 150 pF – 200 pF, è molto più che idonea alla copertura continua dai 10 Mc. ai 30 Mc., con le bobine da 14 spire + 14 spire.
E’ ovvio che i punti comuni dei due blocchi di bobine vanno collegati alle armature isolate dei variabili.
Le due sezioni del variabile agiscono, pertanto, in tandem sulle due coppie di induttanze nelle manovre di sintonia.
MINUTERIE VARIE
Commutatori a leva n° 2
Connettori di antenna n° 4
Manopola per condensatore variabile con demoltiplica n° 1
Ecc. Ecc.
WATTMETRO – ROSMETRO
Lo strumento di misura, se si decide di tenerlo fuori, lo si inserisce fra l’RTX e l’Adattatore a T.
All’uscita di esso adattatore, sul retro, ove vanno posizionati i bocchettoni delle antenne, va poi collegato il cavo coassiale che va al trasformatore UN-UN dell’antenna (o delle antenne).
Se si decide di includerlo nel contenitore dell’adattatore a T, si può praticare sul frontale dello stesso una adeguata finestra, e lo si blocca con squadrette e viti, interponendolo sempre fra uscita RTX ed ingresso adattatore stesso.
Se si decide di autocostruirlo, si può fare riferimento allo strumento di misura costruito e pubblicato dal sottoscritto sul n° 7 / 8 dell’anno 2002 di RADIORIVISTA a pag. 21 con titolo WATTMETRO – ROSMETRO, ove sono illustrati tutti i dati con il Circuito Stampato e la Scala.
L’ADATTATORE a T
(Come si usa)
Una volta collegati RTX + Wattmetro / Rosmetro + Adattatore + Cavo coassiale 50 ohm verso l’antenna + un-un + Antenna, si ruota la manopola di sintonia dell’ ADATTATORE a T sul massimo incremento di segnale o, in assenza di esso, di massimo fruscio in ricezione sulla frequenza operativa, poi si manda in tune o CW l’RTX, e con ulteriore piccolo ritocco sulla sopramenzionata manopola, si adatta, attraverso visualizzazione sul Rosmetro, per il minimo di SWR . Ed il gioco è fatto.
Qualora l’adattatore non riuscisse a ridurre in maniera decente l’SWR (1:1,7 massimi) sulla frequenza interessata, significa che l’antenna, per quella frequenza, comincia ad essere fuori risonanaza.
Per gli apparati con finali a tubi termoionici, consiglio di accordare preventivamente tale stadio, per la frequenza che si intende usare, su un carico fittizio da 50 ohm (bocchettone previsto, a mezzo commutazione, su retro dell’adattatore, alla voce AUX – DL), e poi adattare, a mezzo dell’ADATTATORE a T, il tutto sull’antenna.
L’ADATTATORE a T
(Test pratico dell’adattatore su due antenne verticali a banda larga)
Ed ora elenco i rapporti di ROS ottenuti con le menzionate antenne / un-un + Adattatore a T variabile + Wattmetro / Rosmetro + TX .
Il Trasmettitore DRAKE T-4XC utilizzato per le prove è stato, prima di ogni esito di rapporto ROS sulle singole gamme, accordato previamente, di volta in volta, su carico fittizio (50 ) B&W mod. 334-A.
ANTENNA VERTICALE a BANDA LARGA
lunghezza dell’antenna = 960 cm. complessivi
900 cm. di filo nella canna + 60 cm. di filo prolungantesi al di sotto della canna
(montata su palina di ferro zincato da 1” di 2,5 m. ancorata alla ringhiera metallica della terrazza – Calza del cavo coassiale non collegato alla massa della ringhiera)
3,500 Mc. = 1:1,8 3,600 Mc. = 1:1,2 3,700 Mc. = 1:1,4 3,750 Mc. = 1:2
7,000 Mc. = 1:1,3 7,050 Mc. = 1:1,1 7,100 Mc. = 1:1,1 7,200 Mc. = 1:1,4 14,000 Mc. = 1:1,8 14,100 Mc. = 1:1,4 14,200 Mc. = 1:1,2 14,300 Mc. = 1:1,1
18,012 Mc. = 1:1,1 18,120 Mc. = 1:1,1
21,000 Mc. = 1:1,4 21,100 Mc. = 1:1,3 21,200 Mc. = 1:1,3 21,300 Mc. = 1:1,3
28,000 Mc. = 1:1,1 28,500 Mc. = 1:1,2 28,750 Mc. = 1:1,2 29,000 Mc. = 1:1,8
ANTENNA VERTICALE a BANDA LARGA
lunghezza dell’antenna = 960 cm. complessivi
900 cm. di filo nella canna + 60 cm. di filo prolungantesi al di sotto della canna
(montata su palina di ferro zincato da 1” di 3 m. ancorata al parapetto di muratura della terrazza – Calza del cavo coassiale collegato alla massa della palina)
3,500 Mc. = 1: 1,5 3,600 Mc. = 1: 1,8 3,700 Mc. = 1: 1,6 3,800 Mc. = 1: 1,4
7,000 Mc. = 1: 1,1 7,050 Mc. = 1: 1,1 7,100 Mc. = 1: 1,1 7,200 Mc. = 1: 1,1
14,000 Mc. = 1: 1,3 14,100 Mc. = 1: 1,1 14,200 Mc. = 1: 1,1 14,300 Mc. = 1: 1,1
18,012 Mc. = 1: 1,3 18,120 Mc. = 1: 1,5
21,000 Mc. = 1: 1,7 21,100 Mc. = 1: 1,7 21,200 Mc. = 1: 1,6 21,300 Mc. = 1: 1,6
27,000 Mc. = 1: 1,1 27,500 Mc. = 1: 1,1
28,000 Mc. = 1: 1,2 28,500 Mc. = 1: 1,5 28,750 Mc. = 1: 1,6 29,000 Mc. = 1: 1,7
Trasmettitore per 50 Mc. a stato solido (70 W in fm-cw) con idoneo adattatore a T.
50,000 Mc. = 1: 1,2 50,500 Mc. = 1: 1,1 51,000 Mc. = 1: 1,2
Trasmettitore per i 144 Mc. a stato solido (70 W fm-cw) con idoneo adattatore a T
(Pubblicato su RADIOKIT ELETTRONICA – n° 7/8 – 2006 – pag. 51)
144,000 Mc. = 1: 1,1 145,000 Mc. = 1: 1,5 146,000 Mc. = 1: 1,1
CONCLUSIONI
I rapporti di risposta di risonanaza (per larghezza di banda ed SWR sulle singole frequenze) si sono rivelate complessivamente buone sia per l’antenna fissata alla palina ancorata al muro, sia per l’antenna fissata alla palina ancorata alla ringhiera metallica della terrazza.
E’ ovvio che la resa sulle VHF non può essere paragonata alle corrispettive antenne collineari, ma tale resa sarà quella di una verticale di 1/4 d’onda.
Bisogna tenere comunque in considerazione che ogni antenna, con punto di alimentazione ad alta impedenza, risulta molto sensibile agli effetti capacitivi, variamente distribuiti nei dintorni, delle strutture circostanti, ed in particolare misura per una filare a banda larga posta in posizione verticale, ove i piani di terra sono logicamente molto vicini e ad angolo retto da essa.
Tali rapporti di risposta in HF innanzi descritti, sperimentali e sperimentati con trasmettitore con stadi finali a tubi termoionici, possono essere anche leggermente diversi, sia a causa della ubicazione dell’antenna nei confronti di situazioni elettriche circostanti, sia se praticati con trasmettitori con stadi finali a stato solido, soprattutto se essi hanno avuto qualche scaldata sui condensatori dei filtri di uscita a toroidi, o, comunque non bene adattati ai 50 ohm per cattiva taratura originaria di fabbrica (ormai i collaudi nelle fabbriche non si praticano più da anni, causa abbattimento dei costi di produzione per maggior profitto !).
Desidero, inoltre, rammentare che le nostre antenne devono funzionare in regime di onde stazionarie.
Le uniche antenne che funzionano non in regime di onde stazionarie sono solo le antenne ad onde progressive.
L’inserzione fra TX ed Antenna di adattatori a P-greco o a T non arrecano assolutamente alcuna perdita di R.F., quella effettiva, ma servono solo, in conclusione, ad ottimizzare la resa di una antenna, sia in ricezione che in trasmissione, equilibrando le differenze di impedenze in gioco nel sistema, e portandole, nei limiti del possibile, ai fatidici 50 , rendendole, per altro, molto selettive.
L’apparente perdita di potenza deriva dalla eliminazione delle armoniche (con relativa inutile potenza connessa), che il filtro impedisce di irradiare nell’etere, consentendo la trasmissione del solo segnale utile (e che proprio per questo si chiama filtro passa-basso).
Quindi, per concludere definitivamente, e con chiarezza, l’argomento:
Un rapporto di ROS di 1:1,1 corrisponde ad una impedenza di antenna di 50 ohm con nessuna perdita di R.F., e con resa, quindi, del 100 %.
Un rapporto di ROS di 1:1,5 corrisponde ad una impedenza di antenna di 75 ohm con perdita di appena lo 0,5 % di R.F.
E così via di seguito, all’aumentare del valore di impedenza del punto di alimentazione dell’antenna, aumenta il valore di ROS in misura esponenziale.
Mi preme, al termine di questa mia esposizione, evidenziare e sottolineare che le antenne vanno quindi studiate e sperimentate sul campo, con molta pazienza e strumentazione adeguata (fra i quali un buon misuratore di campo, o, meglio ancora, per chi ne può disporre, un Voltmetro Selettivo), da veri OM, e non a tavolino con il solito supporto gratificante di fantasmagorici tracciati di diagrammi “di simulazione” da software su pc (ma che bravi !), come è ormai invalsa la brutta e poco radiantistica moda da parte di alcuni autori di articoli sulle antenne realizzate e recensite su riviste, a teorica giustificazione di garanzie per risultati che, alla fine, lasciano il tempo che trovano !.
Sperando di aver dato, con il nostro lavoro e con le nostre esperienze, un contributo di studio e di applicazione pratica agli OM autocostruttori, sperimentatori, ed in particolare modo agli OM che non possono disporre di spazi sufficienti, auguriamo buoni collegamenti con una antenna strana ed eminentemente pratica, sia per l’utilizzo della propria stazione, sia per l’utilizzo in portatile HF per le vacanze, quale è la ANTENNA VERTICALE a BANDA LARGA, filare, discretamente economica, della lunghezza complessiva (o altezza, come dir si voglia) compresa fra 940 cm. e 980 cm. issata con supporto di una canna da pesca in vetroresina di 900 cm..
Al termine di questa mia descrizione desidero precisare che ho ritenuto opportuno depositare, in data 26/07/07, il progetto di tale antenna a larga banda con relativo trasformatore UN-UN, costruita, sperimentata e innanzi descritta, presso la CCIAA di Benevento per procedura di BREVETTO.
A tale progetto è stato assegnato il n° BN2007A000003.
Il brevetto comprende, pertanto, il trasformatore UN-UN e la misura di lunghezza compresa nei due estremi indicati dal sottoscritto, e pertanto chi è interessato a raggirare tali estremi di misura, anche di un solo cm., per realizzazioni di lucro su larga scala, avrà la sgradita sorpresa di una antenna che potrà risuonare, per caso, solo su qualcuna delle frequenze radiantistiche, come la Ribakov, ma non su tutte !.
La realizzazione è pertanto destinata e dedicata ad uso esclusivo del singolo radioamatore autocostruttore e sperimentatore, ai quali auguro buon lavoro e buone esperienze di collegamenti.