Antenne a dipolo per bande HF (e non solo)

fig. 1: dipolo trappolato multibanda,
10-160 metri 

L’esigenza di poter operare su più gamme di frequenza porta all’utilizzazione di diverse antenne e, a meno di utilizzare tecniche complesse di alimentazione, serve una discesa per ogni antenna e un notevole spazio. 

Le soluzioni sono due e presentano aspetti positivi e negativi: 

1. il dipolo multibanda, più o meno trappolato (fig. 1);
2. il multi-dipolo, senza trappole (fig. 4).

Entrambe le soluzioni permettono di alimentare i dipoli con una unica discesa. Nella prima soluzione si adottano settori di conduttori messi "in serie", sui bracci dell'antenna; nella seconda soluzione si adottano bracci in "parallelo".

Tali antenne, pur avendo guadagno pari a 0 dBd, sono molto apprezzate sia per la facilità costruttiva, sia per il costo globale estremamente contenuto. 

fig. 2: filtri anti-risonanti per dipolo multibanda

fig. 3: montaggio delle trappole sul dipolo multibanda

Dipolo multibanda

Il dipolo multi-banda (fig. 1) si realizza normalmente interponendo opportuni filtri risonanti, detti in gergo "trappole", lungo il dipolo stesso. La presenza della trappola, caricando induttivamente, alle frequenze inferiori, fa sì che il dipolo debba essere leggermente più corto. Ne risulta una lunghezza totale che alle gamme più basse può essere anche di alcuni metri più corta, considerando il numero delle bande. Necessita di un BALUN per l'adattamento di impedenza e di due isolatori agli estremi. 
Si dice che il dipolo trappolato irradi sulle armoniche; questa affermazione non è propriamente corretta. E' vero, invece, che il trasmettitore potrebbe presentare in uscita un segnale, armonico di quello utile, che, trovando un'antenna accordata su quella frequenza, verrebbe irradiato.  

Multi-dipolo

fig. 4: multidipolo 5 bande

Il multi-dipolo è formato da vari dipoli separati, che vengono poi uniti nel punto centrale di alimentazione. La disposizione dei dipoli può essere a ventaglio o a bracci paralleli.
Risulta molto semplice da realizzare e non necessita di trappole. Data la relativa vicinanza dei bracci delle varie gamme ne risulta un effetto induttivo e le lunghezze vanno leggermente ritoccate per portare ogni dipolo alla risonanza. 

Si tratta di dipoli a mezza onda che per ogni gamma presentano ognuno un’impedenza di 75 Ohm nel punto di alimentazione. L'alta impedenza degli altri dipoli, alla frequenza NON di lavoro, permette al dipolo alimentato di lavorare indipendentemente dagli altri.  Adoperando un BALUN si possono ottenere valori di ROS più che accettabili; si può montare anche a “V” invertita, ponendo i bracci ad “ombrello”, adattando l’impedenza ai 50 Ohm. In questo caso la lunghezza dei bracci sarà un po' più corta. Ad esempio, per i 40 metri potrà essere più corta anche di 40 cm per braccio. E' opportuno usare un BALUN simmetrizzatore.

fig. 5: quote orientative di un multi-dipolo 9 bande HF.

fig. 6: dipolo multibanda in uso sulla
stazione Globaltuners dell'IIS Galilei

Per un multi-dipolo da 10, 15, 20, 40 metri il ramo dei 15 metri può essere omesso, poiché il dipolo dei 40 metri risuona anche su questa banda, in 3° armonica. Del resto, se si lasciasse in sede, esso risulterebbe risonare in "parallelo" con il dipolo dei 40 metri, con variazione di impedenza nel punto di alimentazione e variazione del diagramma di radiazione. 
Di sicuro funzionamento ed alta affidabilità, quest'antenna viene usata anche in ambito militare. Necessita di due isolatori per ogni dipolo o di due isolatori particolari in grado di accogliere tutte le terminazioni di ogni braccio, con opportune prolunghe isolanti (v. fig. 4).

Valgono le stesse considerazioni sulle irradiazioni in armonica fatte per il dipolo multibanda. 
Le lunghezze riportate (fig. 5) possono variare leggermente, a seconda della meccanica di costruzione, del luogo di installazione e dell’altezza da terra.

Achille De Santis - tecnatronATgmail.com

Dipolo 6 bande per HF

dipolo 6 bande HF  (1,8-28 MHz)

Partendo dallo studio delle trappole per dipoli proviamo a realizzare un dipolo multibanda. Il programma Trap, originariamente scritto in Pascal e poi riscritto con C-Sharp e compilato in WinTrap, è adatto al calcolo di filtri in cavo coassiale ma può anche essere usato per il dimensionamento di filtri arresta-banda tradizionali, ad induttanza e capacità; è stato testato e fornisce risultati molto precisi. 

Le tabelle 1 e 2 sono state elaborate dai dati ottenuti con il programma WinTrap sviluppato intorno alla formula di Nagaoka. In esse si riportano alcuni risultati dei calcoli per la realizzazione di filtri arresta-banda per le frequenze da tre a trenta MHz. La prima fa riferimento a realizzazioni con cavo coax RG174 per basse potenze, la seconda, invece, a quelle con cavo RG58 per potenze maggiori. E’ possibile anche utilizzare cavo del tipo RG8 o RG213 ma in questo caso i supporti diventano molto più grandi, considerato il raggio di curvatura minimo di questi ultimi, per cui tale costruzione si giustifica soltanto se le potenze sono veramente alte.

Realizzazione di un dipolo filare 5 (6) bande HF

Supponiamo ora di voler realizzare un dipolo a cinque bande per le gamme HF dei 10/15/20/40/80 metri; avremo bisogno di 2x4 trappole, a coppie, per le gamme dei 10/15/20/40 metri, corrispondenti rispettivamente alle frequenze di 28, 21, 14, 7 MHz. Dalla tabella 1) scegliamo, per difetto: pos. 3) 6.939 MHz, pos. 8) 13.690 MHz, pos. 9) 20.789 MHz pos. 10) 27.740 MHz. Si passa ora al reperimento dei materiali e poi alla fase costruttiva seguita, possibilmente, dalla misura, con dip-meter e frequenzimetro, della frequenza di risonanza. Un supporto adatto al caso è rappresentato dai tubi in plastica per impianti elettrici, facilmente reperibili sul mercato a prezzi accessibili; sono anche adatti i tubi bianchi, arancione o neri per impianti idrici. Il tipo nero è per impianti a pressione e risulta molto più robusto, tanto da non aver bisogno di isolatori di trazione.

Una volta preparata la bobina, sono necessarie solamente tre saldature: una per unire, incrociando, il polo caldo di un estremo con la calza dell’altro, le altre due per saldare i due estremi rimasti alle pagliette dei morsetti (v. fig. a lato) per il fissaggio dei tronchi di antenna!

Nella realizzazione pratica ricordate che qualunque variazione dei parametri progettuali (spaziatura delle spire, lunghezza del terminale ecc...) apporta una seppur minima variazione di frequenza. Questo, però, può essere usato a nostro vantaggio per una operazione di sintonia fine; infatti, se la frequenza di risonanza si trova più in basso rispetto al valore teorico basta allargare leggermente le spire; se, a spire strette, si trova più in alto si può provare a saldare un pezzetto di calza schermante sulla parte scoperta del terminale centrale. Poiché l’operazione più semplice, una volta assemblato il filtro, è la prima, basta iniziare con le spire strette ed operare un “trimming” variando leggermente la spaziatura.

Il software è di grande aiuto per il calcolo e l’esecuzione dei filtri ma, per il buon esito della realizzazione, oltre al calcolo è comunque necessario avere una certa conoscenza dei parametri che concorrono alla frequenza di risonanza:

1. 

   particolare dei morsetti

   l’allungamento dei terminali ABBASSA la frequenza di risonanza, e viceversa;
2. spaziare le spire ALZA la frequenza di risonanza, e viceversa;
3. eliminare un pezzetto di schermatura, a un terminale, ALZA la frequenza di risonanza e viceversa.
   

Misure al banco

Per le misure sarebbe necessaria una adeguata strumentazione (dip-meter o analizzatore di spettro con tracking) ma con qualche artificio possiamo farne a meno: nello shack abbiamo sicuramente qualcosa di alternativo.

Dopo la realizzazione occorre preparare il banco di prova con:

1. trasmettitore in gamma utile,

2. 

   fase di taratura dei filtri

   wattmetro (ros-metro),
3. carico fittizio
4. cavetti di collegamento.

Collegare in sequenza <trasmettitore-carico fittizio da 50 Ohm-filtro in parallelo sul carico>, con cavetti a saldare molto corti e connettori ove necessario.

Operando alla potenza più bassa possibile:

1. Ricercare la frequenza di risonanza del filtro scalando la frequenza di trasmissione, poi, in modo fine, agendo sul VFO;
2. Alla risonanza l’onda riflessa deve essere nulla (ROS di 1:1);
3. A questo punto, scollegando il filtro la lettura sul ROS-metro deve essere la stessa;
4. Leggete la frequenza di risonanza ed annotatela.

Successivamente si procederà con l'assemblaggio del dipolo. 

assemblaggio del dipolo, al banco

La taratura andrà effettuata iniziando dal tratto più interno, cioè quello per i dieci metri, regolando la lunghezza per il minimo rapporto d’onda stazionaria e, a seguire, per tutti gli altri.

In generale ricordate che la lunghezza di ogni settore del dipolo risulta leggermente inferiore a quanto ci si possa aspettare poiché l’impedenza delle trappole carica l’antenna in modo induttivo con l’aumentare della lunghezza d’onda.

Le tabelle contengono i dati per realizzare trappole RF per tutte le gamme HF amatoriali. Altri valori di interesse si possono ottenere con il programma WinTrap o interpolando quelli di tabella.

L'antenna HF operativa sul nodo Globaltuners di Latina

Volendo, con analoga procedura si può realizzare anche un dipolo 6 bande, che comprenda anche la gamma dei 160 metri; tenete solo presente che vi servono circa 80 metri di spazio!

L'antenna, realizzata per 6 bande HF(160 metri compresi!), era operativa con ottimi risultati sul ricevitore Latina/Rome della rete Globaltuners. Speriamo di rimetterla presto in sede dopo i lavori di manutenzione allo stabile.  Buona costruzione!

Achille De Santis - tecnatronATgmail.com

v. anche>>

Il balun simmetrizzatore

La Maxiwhip rivelata - Prima puntata

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Trappole per dipoli

filtro ad induttanza e capacità concentrate

Coppia di trappole in cavo coassiale, per i 40 metri

L’idea di realizzare filtri di banda, in cavo coassiale, è nata dopo la realizzazione di quelli tradizionali ad induttanza e capacità concentrate, con induttore in filo di rame e condensatore con lastra di circuito stampato; in questo modo si evita il doppio dimensionamento dei parametri L e C ed inoltre si lascia libero l’interno del supporto in modo da potervi infilare un isolatore cilindrico, ove si renda necessario a causa del peso dell’antenna e della sua trazione.

Inserendo i filtri coassialmente sull'isolatore la realizzazione sarà più elegante; mettendoli invece in modo eccentrico, a fianco dell'isolatore sarà più facile l'operazione di taratura e la necessaria manutenzione.

Pregi e difetti di questa realizzazione

collegamenti dei terminali con pagliette di rame

Pregi:

1. Precisione
2. Ripetibilità
3. Semplicità di realizzazione

Difetti:

1. L e C sono dipendenti: non è possibile cambiare l’uno senza cambiare l’altro.
2. laboriosità di calcolo manuale.

Può essere d’aiuto un software specifico per il calcolo della frequenza di risonanza, dati i parametri costruttivi del filtro, oppure uno che, una volta stabiliti i parametri costruttivi, calcoli il numero di spire necessario per ottenere una data frequenza di risonanza.

Io ho realizzato un programma chiamato “Trap” che, con metodo iterativo ma molto rapidamente, sintetizza il filtro, ne calcola il numero di spire e verifica la frequenza di risonanza. Il programma Trap, scritto in Pascal e compilato, è adatto al calcolo di filtri in cavo coassiale ma può anche essere usato per il dimensionamento di filtri arresta-banda tradizionali, ad induttanza e capacità

Misura della risonanza al dip-meter

Trappola per i 40m e per gli 80m, a confronto

fissaggio dei terminali con morsetti.

dimensioni approssimative della trappola 80m, in preparazione

Tabella 1: filtri per HF realizzati con cavo coassiale RG174

pos.	Φ1 Supporto (mm.)	Φ2 Filo (mm.)	n. spire	Fr Risonanza (MHz)	Cs pF/m
1	40	3	36	1.84	100
2	40	3	20	3.50	100
3	40	3	11	6.939	100
4	40	3	6	14.440	100
5	40	3	5	18.165	100
6	30	2.9	15	7.050	100
7	30	3	11	10.141	100
8	30	3	8.5	13.690	100
9	30	3	6	20.789	100
10	30	3	4.75	27.740	100

Tabella 2: filtri per HF realizzati con cavo coassiale RG58

pos.	Φ1 Supporto (mm.)	Φ2 Filo (mm.)	n. spire	Fr Risonanza (MHz)	Cs pF/m
1	60	4	24	1.829	100
2	60	4	13.5	3.508	100
3	60	4	13	3.665	100
4	60	4	8	6.541	100
5	60	4	7.5	7.079	100
6	50	4	5	14.762	100
7	40	4	22	3.505	100
8	40	4	12	6.884	100
9	40	4	6.5	14.147	100
10	40	4	4.75	20.805	100
11	35	4	4.25	28.255	100
12	30	4	9	13.992	100
13	30	4	7	18.749	100
14	30	4	6.5	20.467	100
15	22	4	12.75	14.222	100
16	22	4	13	13.921	100

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Dipolo 6 bande per HF

Semplice antenna multigamma 10-160 m

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Morgain e Windom .
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