UNO SPAZIO DEDICATO ALLE VOSTRE SPERIMENTAZIONI APERTO A CHIUNQUE VOGLIA PROPORRE UN PROGETTO DA CONDIVIDERE … INVIARE MATERIALE A it9hwm@gmail.com
Accogliamo e pubblichiamo, inaugurando la sezione del sito di Conca D’oro Radio Club, la proposta del nostro socio IT9IBL Riccardo, con una sperimentazione semplice ma veramente efficace, e a bassissimo costo, che strizza l’occhio al riciclo creativo in ambito radioamatoriale. Di seguito la sua descrizione del progetto:
Progetto di una direttiva 4 elementi con materiale da riciclo per la banda
dei 2 metri
Ho il piacere di condividere questo progetto che mi sono divertito a portare a termine con risultati abbastanza soddisfacenti. Lungi da me volerlo presentare con dovizia scientifica: sono solo un appassionato radioamatore.
Obiettivi della realizzazione
Realizzare un’antenna direttiva in banda 2m che non necessitasse di adattamento di impedenza, al fine di evitare l’utilizzo di trasformatori, gamma match o stub.
Utilizzare materiale povero alla portata di chiunque, rispettando però il requisito di facile trasportabilità dell’antenna.
Verificare la precisione del software MMANA-GAL Basic. Il software, infatti, ragiona per mezzo dell’utilizzo di elementi di forma cilindrica, di cui si impone il raggio della sezione in fase di scrittura delle misure degli elementi. Io utilizzerò invece un metallo di forma piana
(descriverò meglio in seguito).
Materiale a disposizione:
Un vecchio metro estendibile rotto, lunghezza 5m e larghezza 15mm;
Un quadralino di legno misure 28x20x1000mm;
Uno spezzone di cavo coassiale.
Primi calcoli
Per prima cosa ho simulato online le misure dell’antenna 4 elementi, usando il calcolatore del
collega americano K7MEM Martin E. Meserve, reperibile al link
https://k7mem.com/Ant_Yagi_VHF_Quick.html.
Frequenza di centratura scelta 145.000 Khz
L’annoso rapporto tra il conduttore a fettuccia e quello cilindrico di riferimento
In questa fase ho rapportato la larghezza della fettuccia del metro al diametro degli ipotetici
elementi cilindrici equivalenti. Per meglio spiegarmi:
La larghezza della fettuccia metallica è pari a 15mm.
Tale misura rappresenterebbe geometricamente la circonferenza di base di un cilindro ottenuto
avvolgendo su se stessa la fettuccia. Pertanto, con un semplice calcolo…
L(fettuccia)=2*π*r
2*r (Diametro dell’elemento cilindrico) = L(fettuccia)/ π =15mm/ π = circa 4.7mm
Tenendo conto, tuttavia, delle supposizioni fatte dal collega radioamatore KV0A, nel post
https://www.reddit.com/r/rfelectronics/comments/ebncg0/antenna_elements_best_way_to_s
imulate_flat_strips/?tl=it, secondo cui l'effetto pelle potrebbe rendere approssimativamente
simili un’antenna costruita con elementi cilindrici a quella costruita con barre conduttrici di
larghezza pari al diametro (e non al raggio) dell’equivalente conduttore cilindrico, ho scelto
di tentare la progettazione, utilizzando come raggio del cilindro simulato proprio i 4.7mm
prima calcolati, pari addirittura al doppio del raggio stesso. Una misura abbondante,
sperando che potesse quanto più avvicinarsi alla realtà!
La larghezza della barra, infatti, influenza il comportamento elettrico e necessita di
dimensioni maggiori rispetto al diametro di un cilindro per compensarne la diversa forma e
ottenere un effetto simile.
Simulazioni
Inserendo i dati relativi al materiale in mio possesso, ho ottenuto le seguenti misure:
Simulazioni
Inserendo i dati relativi al materiale in mio possesso, ho ottenuto le seguenti misure:
A questo ho utilizzato il software MMANA-GAL Basic per procedere alla simulazione, considerato
che nulla potevo ancora sapere in merito all’impedenza, alla risonanza e alla larghezza di banda di
un’antenna avente tali misure.
In questa sede non mi dilungherò sul funzionamento del software, la cui documentazione è
facilmente reperibile online, però è necessario sottolineare l’importanza della funzione
“Optimization” fornita dal programma.
Una volta inserite le misure prima simulate, all’interno della griglia “Geometry”, imponiamo il raggio
prima calcolato e sulla scheda “View” vedremo un’anteprima grafica del nostro progetto.
Spostandoci sulla scheda “Calculate” e indicando la frequenza su cui dovrà essere centrata
l’antenna, otterremo attraverso il tasto “Start” il calcolo della risposta in frequenza.
Pigiando su “Plots” e quindi su “SWR”, attraverso il tasto “Details” vedremo il grafico di andamento
del ROS e la larghezza di banda utile su cui l’antenna potrà lavorare. Altre funzioni permettono di
verificare anche l’impedenza, il gain e il rapporto fronte-retro dell’antenna.
Entra ora in gioco il tasto “Optimization”. Assodato che intendevo centrare l’antenna sui 145Mhz
con un’impedenza quanto più vicina ai 50Ohm, utilizzando tale funzione ho chiesto al software di
rivalutare tutti e quattro gli elementi dell’antenna. Le misure degli elementi sono cambiate rispetto
alla simulazione fatta sul calcolatore web prima indicato.
Attenzione, questo non vuol dire che quelle generate con il calcolatore online fossero errate.
Queste antenne hanno solitamente bisogno di un adattamento di impedenza raggiungibile per
mezzo di un gamma match o di uno stub, che, era premessa del mio progetto, volevo cercare di
non utilizzare, chiedendo al software di ottimizzare le misure e di avvicinarsi per quanto possibile ai
fatidici 50Ohm dei nostri abituali coassiali.
Ecco il risultato:
Distanze tra gli elementi:
D1 – Riflettore/Dipolo: 35.350cm
D2 – Dipolo/Direttore 1: 16.106cm
D3 – Direttore 1/Direttore 2: 38.116cm
L’impedenza calcolata sui 145Mhz è pari a circa 37 Ohm, a 146Mhz è pari a circa 56 Ohm.
IL ROS minimo dovrebbe aggirarsi intorno a 1.3:1.
La simulazione sposta la centratura dell’antenna più in alto di 500 Khz.
REALIZZAZIONE E TEST FINALE
Ho avvitato gli elementi al boom.
Ho scartavetrato gli elementi del dipolo per poi
saldarvi il polo caldo e la massa del coassiale.
Ho realizzato un piccolo choke avvolgendo il
coassiale a un’anima cilindrica di plastica.
A questo punto ho testato la risposta in frequenza dell’antenna con il NanoVNA:
Il testo effettuato in FM sulla fetta di banda 145 – 146Mhz, attraverso collegamenti diretti con altre
stazioni e con aggancio di ponti radio della zona 9, ha dimostrato la buona direttività dell’antenna e
del suo guadagno. Il ROS risulta mediamente stabile su 1.3:1 su tutta la banda di interesse
radioamatoriale.
CONSIDERAZIONI FINALI
L’antenna ha dimostrato che la progettazione attraverso il software MMANA fornisce un modello
virtuale di molto aderente ai risultati sul campo.
La trasposizione da forma cilindrica a piana non ha compromesso i risultati della simulazione e
della conseguente realizzazione.
L’antenna è sicuramente un giocattolo, tutt’altro che un esempio virtuoso di progettazione e
costruzione. Lo spirito era proprio questo: materiali poveri, alla portata di tutti e per la realizzazione
di un accettabile compromesso.
Ci sono tanti tantissimi progetti molto più accurati sul web. Ho comunque voluto condividere il
ragionamento che sta dietro la costruzione del mio modello per ispirare l’appassionato o il giovane
radioamatore. Bisogna sperimentare per comprendere!
È stata soprattutto l’occasione per condividere conoscenze, opinioni e prove con i colleghi IT9HRL
Rosario, IT9IRH Toti e in ultimo, ma certamente non per minore importanza, IT9HWM Enzo, che
mi ha motivato a scrivere queste pagine e a condividerne le riflessioni.
Ringrazio anticipatamente tutti coloro vogliano dedicare qualche minuto del proprio tempo alla
lettura o al miglioramento del progetto stesso.
’73 de IT9IBL (Riccardo)