Loop HF ” Esperienza di autocostruzione"

La loop magnetica durante le prove sul balcone

Di Rodolfo Zucchetti

L’ idea

La loop magnetica è un’ antenna che mi ha sempre incuriosito per il suo anticonformismo: geometria circolare, invece che a segmento; campo magnetico, anziché elettrico. Inoltre, considerate le sue dimensioni contenute, può essere una soluzione per chi, come me, non può o non vuole installare impianti vistosi nel tetto di casa.

Il progetto che descrivo non ha la pretesa di essere esaustivo, anche perché le mie conoscenze e competenze sono a livello di semplice sperimentatore empirico, appassionato sì, ma tutt’ altro che esperto. Comunque riferirò risultati reali, con verifiche che potranno essere utili per analoghe esperienze. Riguardo la teoria, ho capito che la famiglia delle loop–quad trova applicazioni prevalentemente agli 80 m alle VHF, ma anche oltre, fino alle UHF. Come noto, queste antenne agiscono sul campo magnetico (visto dal lato trasmissione, ma in ricezione vale il principio della dualità) ossia generando in prima istanza un campo magnetico variabile ,che a sua volta genera un campo elettrico variabile.

In condizioni di campo lontano (generalmente a distanze superiori a circa una lunghezza d’onda ), i due campi H ed E si disporranno perpendicolarmente come in figura :

Il lobo di ricezione-emissione è qui di seguito rappresentato con vista della loop dall’ alto (in rosso). L’ antenna è direttiva longitudinalmente al piano del cerchio; ortogonali, sono invece i nulli, le aree “sorde” del sistema:

Queste caratteristiche determinano la capacità di reiezione di taluni disturbi ed interferenze, che si apprezza in ricezione, nel rapporto segnale/rumore, nonostante l’ intensità del segnale sia più bassa di altre antenne con maggiori dimensioni .

La circonferenza della loop dovrebbe essere L <= 1/10 ƛ. Per non dilungarmi in formule (per me troppo complicate) riferirò semplicemente che con un opportuno circuito risonante L C (induttivo capacitivo) si possono ridurre le dimensioni ad un metro di diametro per operare dai 7 ai 30 MHz, cioè nelle bande che più interessano l’ attività radioamatoriale. L’ efficienza dell’ antenna in trasmissione, rispetto al classico dipolo, cala con la frequenza: con le suddette dimensioni, sui 40 m. è solo del 15 % circa. Praticamente si trasmette in QRP! Per scendere fino alla banda degli 80 m occorrerebbe un diametro di 2 m: troppo per i limiti d’ ingombro e di peso che mi sono prefissato. Insomma anche la loop somiglia alla coperta di Linus: da qualche parte si è scoperti! Io ho scelto il seguente compromesso:

circonferenza: 3,90 m ; diametro: 120 cm ; diametro conduttore: 22 mm ; così il rendimento sarebbe il seguente: 25% a 7 MHz; 80 % a 14,2 MHz; 95% a 21,5 MHz. Oltre questo limite di frequenza il condensatore variabile (5-500 pf) non accorda. D’ altronde ho preferito farla funzionare sui 40 m rinunciando ai 10m, anche perché le dimensioni di altri tipi di antenna su quest’ ultima banda sarebbero state comunque contenute, ad esempio 2,5+2,5 m il dipolo un quarto d’ onda. Il mio personale problema era realizzare, appunto, un’ antenna di dimensioni contenute dai 7 MHz in su. Per i calcoli della loop e del valore di capacità richiesto per il condensatore variabile ho usato uno dei “Magnetic loop antenna calculator” reperibili sul web: [XLS] Magnetic loop calculator – Saunalahti.

La costruzione

Il materiale acquistato per il mio prototipo è il seguente:

- 5 m (poi tagliato 3,90 m) di tubo di rame 22 mm diametro ricoperto pvc, presso negozio

materiale idraulico.

- Un condensatore variabile sottovuoto “Jennings-Collins” 5-500 pf motorizzato, acquistato da un ebayer israeliano.

Si possono trovare condensatori di questo tipo di fabbricazione russa più economici; oppure variabili a farfalla, l’ importante è che sopportino le altissime tensioni RF!

Come sostegno ho utilizzato un tubo in plastica rinforzato da un listello battiscopa di legno !

Nel punto della circonferenza della loop opposto a quello dove è stato inserito il condensatore si colloca l’ elemento di accoppiamento. Dopo faticosi tentativi con il metodo del miniloop (diametro circa 1/5 della loop grande), ho preferito costruire un gamma match con il quale sono riuscito a trovare il punto giusto di contatto sul cerchio per il minimo di R.O.S. Devo dire che questa operazione ha richiesto molta pazienza e se non avessi avuto l’ analizzatore d’ antenna (MFJ 259B) non credo proprio che avrei potuto tarare l’ antenna.

 

Il condensatore variabile Jennings

La fase più critica si è rivelata la sintonizzazione col condensatore variabile: dopo aver trovato con il gamma match il più basso R.O.S. possibile su una frequenza prossima a quella da ottimizzare (ho cominciato su 7100 KHz circa), si regola il variabile per raggiungere finalmente 1,1. Ebbene, azionando il motorino con comando elettrico e regolatore di velocità, non mi è stato mai possibile fermare il punto esatto, cosicché, per sintonizzare il variabile, dovevo muovere l’ ingranaggio del Jennings a mano e tener d’ occhio l’ analizzatore d’ antenna. Questo è un problema costruttivo che non ho avuto tempo di risolvere. Invidio coloro che riescono a calibrare il variabile ad orecchio e con l’ uso dello strumento SWR della radio.

I risultati

Contrariamente a quanto mi aspettassi, la loop soffre in prossimità degli ostacoli e deve essere posta libera per non risentire delle onde stazionarie. E’ pur vero che durante le mie prove sono riuscito talvolta ad avere 1,1 nell’ interno di casa, ma al minimo spostamento per sfruttare la direttività i valori salivano in modo critico. La mia intenzione di installarla permanentemente sul balcone è perciò da scartare, sarebbe invece necessario issarla sul tetto munita di rotore e controller del variabile a distanza.

Alla prova di ascolto e di trasmissione, confrontando questa loop con l’ antenna filare end fed (12 m ) di lunghezza; bande 40, 20, 10 m; configurazione L invertita, metà orizzontale sul tetto, metà verticale a scendere sul balcone) posso riferire questi rapporti significativi:

40 m. QSO con IV3/YO8CNA RST ricevuto 58 con la loop, 59 con la filare

20 m. QSO con OZ7TM RST ricevuto 59 con la loop, 59+con la filare

E di seguito, con la loop sempre sotto di circa un punto, sia in ascolto, sia in trasmissione (100W). Molti lodano la silenziosità della loop, che compensa il più basso livello di segnale, a tutto vantaggio dell’ intelligibilità. Io questa differenza l’ ho percepita poco col mio…orecchiometro! Il meglio di sé questa antenna lo dimostra, secondo le mie prove, nell’ ascolto sulle bande alte, dove l’ effetto direttivo si fa più efficace. Sui 40 m. i risultati sono appena discreti, d’ altronde le dimensioni sono un limite ineludibile e l’ efficienza è ridotta ad un terzo rispetto al dipolo. In definitiva è stato per me un esperimento più impegnativo del previsto, ma divertente ed aperto ad ulteriori prove e perfezionamenti.