di I0ZAN Florenzio Zannoni
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Fig 1 antenna in postazione fissa Fig 2 scatola contenente l’elettronica
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Ho sintonizzato più
volte il mio ricevitore sulle onde lunghe, ho ricevuto stazioni di radiodiffusione,
radiofari, segnali strani e tantissimi rumori: per me quella banda era la “banda
dei rumori”. In questi ultimi anni ho notato un aumento di interesse
nell’ascolto delle onde lunghe e lunghissime, vuoi per il pezzettino di frequenza
dedicato ai radioamatori, per l’interesse nel ricevere quegli strani segnali magari
nella speranza di scoprire qualche cosa di nuovo, oggi reso possibile con
l’ausilio del computer. Ho provato di recente a fare ascolto nella banda, i
rumori erano ancora presenti e con intensità anche superiore. Naturalmente
l’antenna usata aveva le sue colpe e se volevo ricevere qualche cosa di buono, quei
rumori dovevano essere notevolmente ridotti, quindi dovevo realizzare
un’antenna migliore magari sintonizzandola sulla frequenza da ricevere; ho
quindi deciso di costruire un’antenna a loop schermato, accordata sulla
frequenza da ricevere e con preamplificatore.
Finalmente a lavoro ultimato, anche dalla
città mi è stato possibile fare degli ottimi ascolti, le stazioni di
radiodiffusione (tutte straniere) ed i radiofari che ricevo non si contano, e
quegli strani segnali ora li ricevo puliti anche se la maggior parte resta
indecifrabile e sono pronto a ricevere i segnali trasmessi dai colleghi
radioamatori sul pezzettino di frequenza a noi assegnato.
L’antenna è
costituita da quattro blocchi funzionali : antenna a loop con un diametro di 70 cm, il condensatore di accordo variabile statico,
la logica di commutazione ed il preamplificatore a valvola. Un cavo coassiale
collega l’antenna al ricevitore, ed un cavo multipolare lo collega al dispositivo
”posto nella stanza dei bottoni” che genera i criteri necessari per il
funzionamento della logica di commutazione. È necessario precisare che il nome
di condensatore variabile statico
l’ho inventato di sana pianta ma nel seguito della descrizione appariranno
chiari i motivi. La realizzazione del condensatore
variabile statico è
stato per me l’elemento trainante del progetto: senza questa soluzione, per
accordare l’antenna su una banda cosi bassa e che comporta l’impiego di
capacità di alto valore, sarebbe stato senz'altro difficoltoso.
ANTENNA
LOOP
- Caratteristiche
- Frequenza sintonizzata….20 kHz 400 kHz
- Fattore di amplificazione del preamplificatore:… circa 7 in alta impedenza,
- Alimentazione 13-15 Volt c.c.
- Assorbimento compreso unità comando….300-500 mA
- Uscita del segnale a radio frequenza in bassa impedenza
- Conduttori necessari per il funzionamento:…4 più massa.
Per realizzare
l’antenna, ho impiegato 200
cm di tubo di rame con un diametro di 1,6 cm del tipo normalmente
impiegato in idraulica, realizzando quindi un cerchio aperto alle estremità con
un diametro di circa 70 cm,
le cui estremità sono fissate ad una scatola di plastica a tenuta stagna
contenente nel suo interno il condensatore
variabile statico, la logica di commutazione ed il
preamplificatore.
Armato di una
notevole dose di pazienza ho inserito internamente al tubo di rame del filo
unipolare flessibile isolato tipo AWG 22 realizzando a lavoro ultimato un primo
avvolgimento di 12 spire ed un secondo
avvolgimento di 18 spire; un’estremità del tubo di rame è collegato alla linea
di massa comune che a sua volta verrà collegato alla linea di terra, mentre
l’altra deve restare isolata. In questo caso, la funzione d’antenna viene svolta dall'avvolgimento che inserito internamente al tubo di rame verrà eccitato solo dalla componente magnetica dei radiosegnali riducendo quindi il passaggio della
componente elettrica che normalmente è portatrice dei rumori di origine
elettrostatica.
Per coprire un segmento di frequenza che parte
da circa 20 kHz a 400 kHz, si è reso
necessario realizzare due avvolgimenti e tramite un relè azionato dalla logica di commutazione è possibile prelevare
una sezione dell’avvolgimento oppure le due sezioni collegate in serie per
accordare l’antenna nella parte bassa della banda; l’avvolgimento selezionato
viene posto in parallelo al condensatore
variabile statico realizzando quindi un circuito risonante parallelo avente
la frequenza di risonanza data dal valore dell’induttanza dell’avvolgimento,
dal valore della capacità inserita in parallelo costituita dal condensatore statico e dalle varie
capacità parassite. La componente magnetica del
segnale a radio frequenza indotta nelle spire dell’avvolgimento e trasformata
in energia radioelettrica viene quindi incrementata in corrispondenza del punto
di risonanza, ed inviata alla griglia controllo del preamplificatore che
lavorando in alta impedenza non influenza il
fattore di merito dell’antenna. Con questa soluzione portando in risonanza
l’avvolgimento posto internamente al tubo di rame, otteniamo una prima ed
importante selezione del segnale che intendiamo ricevere inviando all’ingresso
del preamplificatore un segnale “pulito”, ottimizzando quindi il rapporto
segnale-rumore.
Il condensatore
variabile statico è costituito da due sezioni; nella scatola alla base
dell’antenna trova posto la logica di commutazione, mentre l’altra sezione, la
logica comando, è inserita all'interno di un contenitore posto nella “stanza
dei bottoni”. Nella logica di commutazione per realizzare il condensatore variabile, ho impiegato otto relè
miniatura a due scambi separati; i contatti comuni dei relè sono collegati alla
massa, mentre tra i contatti normalmente aperti di ciascun relè ed il lato
caldo dell’antenna vengono collegati dei condensatori fissi con un opportuno
valore di capacità che a sua volta viene selezionato dal relè RY 10.
Ciascun relè viene eccitato tramite un transistor
ed è collegato al circuito che io ho chiamato “logica
di commutazione” che è costituito da tre integrati
del tipo CD 4029.
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| Fig 3 Scheda logica di commutazione |
Il circuito integrato 4029 è un contatore,
binario oppure BCD, avanti-indietro e presettabile: il tipo, il senso di
conteggio ed il reset vengono fissati dai livelli logici presenti su appositi
ingressi. Il contatore viene incrementato in corrispondenza del fronte di
salita di un impulso ricevuto dal pin di ingresso del primo integrato: il pin
che abilita il tipo di conteggio in questo caso è predisposto per il conteggio
decimale, mentre i pin di reset, avanti-indietro ed ingresso, vengono collegati
tramite cavo multipolare alla logica comando; Il dispositivo logica di comando,
è posto nelle vicinanze del ricevitore e dispone di tre pulsanti necessari alla
generazione dei criteri per effettuare la sintonia dell’antenna. Un pulsante
aziona il generatore di impulsi per il conteggio in avanti (C più), un secondo
pulsante aziona ancora il generatore di impulsi ed inoltre invia il comando per
il conteggio all’indietro (C meno), il terzo pulsante invia il comando di reset
che porta tutti i contatori a zero. In condizione di reset tutti i relè sono
aperti ed in parallelo all’antenna
avremmo soltanto le capacità parassite.
FUNZIONAMENTO
DEL CONDENSATORE
In fig 4 è
visibile lo schema elettrico, gli avvolgimenti che costituiscono
l’antenna sono rappresentati sul lato sinistro ed il tubo di rame che li
contiene è rappresentato dalla linea in tratteggio. In condizione di reset,
l’antenna è predisposta per ricevere il segnale con la frequenza più alta di
funzionamento. Nel prototipo da me realizzato l’avvolgimento L1 copre il
segmento di banda che va da circa 400 kHz a circa 173 kHz, mentre inserendo in
serie a questo primo avvolgimento costituito da 12 spire, il secondo
avvolgimento di 18 spire il segmento di banda coperto va da circa 173 kHz a
circa 20 kHz. Il relè RY 9 seleziona
il segmento di avvolgimento interessato, mentre RY 10 lo collega in
parallelo ai condensatori che compongono il condensatore variabile statico costituito da due sezioni, C1a/C8a costituiscono le capacità per
sintonizzare l’antenna nel segmento alto, mentre con C1b/C8b si sintonizza il segmento basso, i relè necessari alla
commutazione dei condensatori RY1/RY8 vengono
eccitati da un transistor che è collegato ad un pin di uscita dei contatori,
l’attivazione dei relè è evidenziata dall’accensione dei diodi led
corrispondenti.
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| Fig. 4 Schema elettrico antenna |
Se tramite la
logica di comando si effettua il reset, la logica di commutazione predispone
l’antenna per la ricezione della frequenza più alta selezionando l’avvolgimento
con 12 spire ed i condensatori C1a/C8a che
ancora non sono inseriti, a questo
punto premendo il pulsante per il conteggio in avanti (C più ), la capacità che
viene posta in parallelo al circuito d’antenna viene incrementata ad ogni
impulso ricevuto dalla logica di commutazione spostando quindi la frequenza di risonanza
verso il basso.
Alla ricezione del primo impulso il pin 6 di
IC1 (Q1) si porta a livello alto con la conseguente eccitazione di RY1 collegando quindi il condensatore C1a con un valore di 20 pF in parallelo
all’avvolgimento dell’antenna. Il secondo impulso ricevuto, riapre RY1 e chiude RY2 in questo caso la capacità inserita C2a assume il valore di 40 pF di conseguenza la frequenza di
risonanza dell’avvolgimento viene spostata verso il basso. Con la ricezione del
terzo impulso RY2 rimane chiuso e si
chiude nuovamente RY1 che ricollega
la sua capacita portando quindi la capacità totale in parallelo
all’avvolgimento ad un valore di 60 pF con un ulteriore spostamento verso il
basso della frequenza di risonanza dell’antenna. Il quarto impulso apre RY1 e RY2 ma chiude RY3 che connette
in parallelo all’antenna una capacità di 80 pF. Con gli impulsi successivi la
sequenza si ripete, RY3 rimane
chiuso, si chiude prima RY1, poi RY2 quindi RY1 più RY2 e cosi in
sequenza con la ricezione degli impulsi successivi. Ad ogni impulso ricevuto la
capacità totale posta in parallelo all’avvolgimento viene incrementata di 20 pF
spostando di volta in volta la frequenza di risonanza dell’antenna; alla ricezione del 256° impulso tutte le capacita
saranno collegate in parallelo ottenendo un valore totale di circa 5100 pF.
Con la ricezione di un ulteriore impulso, il
pin 6 di IC3 si porta a livello alto con la conseguente eccitazione di RY9 e RY10, il relè RY9 collega
in serie i due segmenti dell’avvolgimento mentre RY10 effettua la commutazione sulle capacità di valore più alto C1b/c8b, questo per consentire la
sintonia dell’antenna sulle frequenze più basse; in queste condizioni i relè
sono nuovamente tutti aperti e con l’impulso successivo si ripete la sequenza, partendo
da RY1 che in questo caso inserisce
in parallelo all’avvolgimento un condensatore con una capacità di 120 pF. Ad
ogni ulteriore impulso la capacità totale viene incrementata di 120 pF ed al
termine della sequenza cioè alla ricezione del 512° impulso, avremmo una capacità
inserita in parallelo agli avvolgimenti di circa 30600 pF che porterà la
sintonia dell’antenna alla frequenza di circa 20 kHz. In queste condizioni,
tutti i relè sono chiusi e con un ulteriore impulso la sequenza riparte da
zero.
Se nella scatola contenente “ la logica di
comando”, premiamo il pulsante per il conteggio indietro (C meno) continueremmo
ad inviare gli impulsi per il contatore mentre su di un altro conduttore verrà
inviato il criterio che abilita il conteggio all’indietro. In questo caso dopo
aver effettuato il Reset, con la
trasmissione del primo impulso le uscite dei contatori verranno poste tutte a
livello alto con la conseguente eccitazione di tutti i relè, quindi la capacità
totale del condensatore statico
assume il valore più alto possibile e poiché gli avvolgimenti dell’antenna sono
collegati in serie, la frequenza di ricezione sarà la più bassa (circa 20 kHz);
inviando ulteriori impulsi, il valore della capacità totale viene decrementato
di 120 pF per ogni impulso ricevuto.
Il valore delle capacità poste in parallelo all'antenna si può ottenere facendo qualche conto ma date le capacità parassite
presenti, i risultati teorici ottenuti non corrispondono mai a quelli reali. Io
francamente ho eliminato i calcoli ed il valore delle capacità impiegate è
ottenuto da un certo numero di prove pratiche.
Nel
prototipo da me realizzato le capacità assumono il seguente valore:
Capacità
impiegate per il segmento di banda da 400 kHz a 173 kHz circa:
C1a 20
pF------C2a 40pF-----C3a 80 pF------C4a 160 pF
C5a 320
pF---.C6a 640 pF---C7a 1280 pF---C8a 2560 pF----capacità con tutti i relè
chiusi 5100 pF.
Capacità
impiegate per il segmento di banda da 173 kHz a 20 kHz circa:
C1b 120 pF----C2b 240 pF---C3b 480 pF----C4b
960 pF
C5b 1920 pF--C6b 3840pF---C7b
7680 pF--C8b 15360 pF----capacità con tutti i relè chiusi 30600 pF.
PREAMPLIFICATORE
Per il
preamplificatore ho pensato di usare un tubo elettronico a doppio triodo e
poiché avevo sentito in aria di amici radioamatori che impiegano dei
preamplificatori microfonici con triodi funzionanti a bassa tensione anodica
con degli ottimi risultati, ho pensato che valesse la pena di provare. Dal
momento che in tutti gli impianti radioamatoriali la tensione 12/14 volt
rappresenta il valore di tensione per eccellenza, ho creduto opportuno
impiegare questo valore di tensione anche per l’anodica del preamplificatore.
Dalla mia cassaforte contenente i preziosi tubi elettronici ho selezionato dei
doppi triodi che avessero la possibilità di alimentare il filamento con una tensione
di 12 volt
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| Fig. 5 Preamplificatore |
Ho provato alcuni circuiti con valvole
diverse: adattando le resistenza di polarizzazione i risultati ottenuti
variavano di poco. Ho quindi deciso di impiegare il doppio triodo tipo 12AU7
corrispondente alla serie europea tipo ECC82 ottenendo un fattore di
amplificazione di circa 7 con una banda passante quasi lineare partendo dalla
frequenza minima ad oltre 500 kHz.
Il segnale proveniente dal circuito risonante
“antenna” è accoppiato alla griglia controllo del primo triodo che funzionante
in alta impedenza non provoca nessuna alterazione; il segnale amplificato viene
prelevato dalla placca e trasferito al secondo triodo che tramite il catodo ne
adatta l’uscita per un utilizzo in bassa impedenza.
La tensione continua presente all’ingresso
della scatola alimenta direttamente l’anodica dei triodi, mentre tramite uno
stabilizzatore a 12 V si alimenta il filamento e gli altri circuiti, questo per
proteggerli nel caso la tensione impiegata fosse di valore superiore.
LOGICA DI COMANDO
Con il termine
logica di comando, mi riferisco allo “ scatolicchio“ con tre pulsanti, posto
nelle vicinanze del ricevitore che permette di inviare i criteri necessari per
sintonizzare l’antenna sulla frequenza che si intende ricevere.
Come già precisato escono tre criteri, (vedi schema fig 6) premendo per un
breve periodo il pulsante C più,
tramite IC2A (integrato tipo ne 556) si genera un breve impulso che viene
quindi trasmesso tramite il conduttore identificato come impulsi alla logica di commutazione posta alla base dell’antenna,
che incrementerà la capacità del condensatore statico di uno step, e poiché era impensabile premere 512 volte
il pulsante per effettuare una
scansione completa di tutte le capacità, tenendo premuto il pulsante, dopo
circa un secondo entra in funzione IC2B che genera una sequenza di impulsi con
una frequenza di circa 10 Hz fino a quando il pulsante resta premuto,
incrementando quindi il valore della capacità in breve tempo.
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| Fig. 6 Schema elettrico logica di comando |
Con il pulsante C meno premuto, la generazione degli
impulsi continua ed usciranno ancora dallo stesso conduttore, mentre il livello
del conduttore C meno da alto
diventa basso e nella logica di commutazione il conteggio si inverte, causando
la riduzione del valore di capacità del condensatore statico con la successione
degli impulsi. Il pulsante di Reset invia
alla logica di commutazione tramite il conduttore ad esso collegato, un
criterio di livello alto che azzera i contatori, portando la sintonia dell’antenna
alla frequenza più alta. I tre contatori IC3-IC4-IC5 presenti nella logica di
comando, sono attivati dagli stessi criteri che vengono trasmessi all’antenna,
sui pin di uscita di questi contatori sono inseriti dei diodi led che si
accendono con la stessa sequenza di eccitazione dei relè, questo ci consente di
avere una idea di quello che succede internamente alla scatola del condensatore
statico; per essere certi che la sequenza è corretta è bene che all’inizio
delle “operazioni” si effettui il Reset.
Per sintonizzare
l’antenna si può seguire questo procedimento: portare la frequenza del
ricevitore sulla frequenza che intendiamo ricevere, c’è la possibilità che si
riceva un segnale molto debole, tenendo premuto uno dei pulsanti si attiva la
scansione dei relè, quando la frequenza di sintonia dell’antenna si avvicina
alla frequenza di sintonia del ricevitore, noteremmo un aumento dell’intensità
del segnale oppure del rumore di fondo, giunti a questo punto conviene
proseguire la sintonia inviando degli impulsi singoli per raggiungere il
massimo livello del segale ricevuto e per affinare la sintonia dell’antenna;
l’accensione dei diodi led ci aiuta in questa operazione.
CONSIDERAZIONI
E CONCLUSIONI
Fig. 7 Esame cantina
Per chi si volesse
cimentare in questa realizzazione, o per chi la trova interessante, devo dire
che tutto il dispositivo è molto versatile, cambiando i valori delle capacità
di accordo e le spire della bobina, l’antenna si può impiegare in tutta la
gamma delle HF; appositamente non ho inserito le misure sia meccaniche che di
R.F, ma resto a disposizione per chi
vuole approfondire l’argomento.
.Le prove di ricezione hanno superato tre
esami: esame finestra, esame cantina, istallazione fissa; nella fase di messa a
punto ho attaccato l’antenna alla finestra della “stanza dei bottoni”
collegandone l’uscita ad un ricevitore VLF W.J. type 357 (concessomi dall’amico
Fabrizio SWL 3604) da subito ho ricevuto
di tutto, non segnalini ma cannonate, ho preso nota delle intensità dei segnali
ricevuti su tutta la banda di sintonia dell’antenna partendo dai 20 kHz ad
oltre 400 kHz, a questo punto ho voluto togliermi un dubbio; ho trasferito
tutto il dispositivo ricevente nella cantina magazzino, sotto una costruzione
di cemento armato e con porte in ferro, (non avevo disponibile un sottomarino)
questo perché si legge e si studia che le onde lunghe non si fermano con gli
ostacoli (naturali), ho voluto provare. Ho ricevuto gli stessi segnali, non ho
notato differenze apprezzabili di intensità, e francamente cosa molto
interessante i rumori erano diminuiti. Soddisfatto
che la teoria corrisponda poi alla pratica, ho montato definitivamente l’antenna
in una degna posizione, devo dire che si riceve di tutto, oltre ai radiofari
alle molte stazioni di radiodiffusione, si riceve una notevole quantità di
radiotelescriventi, stazioni campioni di tempo e molti di quei strani segnali
che solo chi li trasmette sa a cosa servono e perché con così tanta
potenza.Collegata l’uscita del
ricevitore al computer le prove continuano.
ELENCO
DEI COMPONENTI
Logica
di commutazione
R1-R3-R5-R7-R9-R11-R13-R15-R17…2,2 kΩ
R2-R4-R6-R8-R10-R12-R14-R16-R18-R33-R34-R35-R36-R37…22 kΩ
R19-R20-R22-R23-R24-R25-R26-R27…1 kΩ
R28…2,2 kΩ R29…1 MΩ R30…56
kΩ R31…4,7 kΩ R32…560 kΩ
C1a/C8a-C1b/c8b vedi testo
C9-C11-C16…1 μF poliestere C10-C14-C27…elett.
32 μF 25 v.
C12-C17-C18-C19-C20-C21-C22-C23-C24-C25-C26-C28-C29-C30…10 kpF
C13…56 pF C15…elett.10 μF 25V.
RY1-RY2-RY3-RY4-RY5-RY6-RY7-RY8….red relé 2 vie
RY9-RY10…relé deviatore due
vie
IC1-IC2-IC3…integrato tipo cd 4029 IC4…7812
L1-L2+schermo...vedi articolo
J1...9,5 mH J2…0,27 mH
Logica
di comando
R2-R3-R4-R5-R8-R10-R11-R15-R16-R27-R28-R29…22 kΩ
R1-R9…560 kΩ
R7…180
kΩ R13…4,7
kΩ R14…150
kΩ R17/R26…1 kΩ
C1-C9-C11-C12-C13….10 kpF C2-C4…elett 10 μF 25v C3-C5-C6…100 kpF
C7-C8…220 kpF
D1-D2-D3-D4…diodo 1N4148 IC1…CD4081 IC2...NE556 IC3-IC4-IC5…CD4029
IC6…7812 P1-P2-P3…pulsanti S1…
interruttore
Florenzio Zannoni
izerozan@libero.it
+(1).JPG)
