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IV3PRK Pierluigi “Luis” Mansutti

160 Meters: DXing on the Edge

Tutte le mie antenne in 160 m. nel corso degli anni - 2° parte.

SOMMARIO: la mia prima Waller Flag - una Beverage commutabile a 2 fili - la nuova 4 el. verticali per ricezione - la Hi-Z 4-square array - una BOG - un mini loop a 3 fili -

la TX3A DHDL - le DHDL raddoppiate - le DHDL in configurazione broadside.

2007: la sostituzione della flag rotativa originaria con la Waller Flag.

Perché NON ha funzionato: tutti gli errori del mio primo tentativo da evitare!

Dopo essermi reso conto direttamente di come Jose Carlos, N4IS, stesse collegando i DX in 160 m. dalla Florida anche nella stagione estiva e conoscendo i successi ottenuti in pochi anni dallo stesso Doug, NX4D, fui attratto dalla loro antenna ricevente. Si tratta di un allineamento end-fire di due flag, ravvicinate su uno stesso boom rotativo, ideato da Doug Waller, NX4D, da cui il nome “Waller Flag” e sviluppato da JC, N4IS, con l'aggiunta di alcuni miglioramenti. Tutti i dettagli elettrici e meccanici si trovano su questa pagina web: Con oltre 11.5 dB di RDF, la WF può essere paragonata all'efficienza di una lunga Beverage. Ma, come al solito, con le antenne nulla è regalato, e questo “miracolo” si paga con una consistente riduzione d'intensità del segnale, che scende attorno ai - 55 dB, il che significa circa 40 dB più basso di una Beverage.

Quindi, non solo uno, ma due “buoni” preamplificatori sono necessari, e tutte le attenzioni contro il “common noise”. I segnali debolissimi di -55 dB sono estremamente vulnerabili e vengono facilmente sopraffatti da questo nemico che scorre sulla calza del cavo coassiale, pronto a trovare un buco per entrare nel ricevitore.

Vedremo dov'erano queste lacune - cioè gli errori commessi in questo primo tentativo - corretti e non ripetuti dieci anni dopo nella costruzione della mia seconda WF, che è stata un successo e funziona ancora benissimo!

Basicamente, la flag originaria di W7IUV era un singolo loop rettangolare che andavo a sostituire con due loop più piccoli (stessa lunghezza dei fili verticali, ma molto accorciati quelli orizzontali) alimentati in controfase sullo stesso boom, come illustrato dalle due immagini Eznec sottostanti.

Dopo effettuato un grosso lavoro con EZNEC, riportato in questo file di agosto 2007:

seguito da un secondo, in settembre, con gli effetti del "Tx antenna detuning”:

Messo in atto il “detuning” e reso il traliccio “invisibile”, ho ottenuto i seguenti diagrammi di radiazione verticale ed orizzontale, riportati qui sotto affiancati, per vedere le differenze tra i due tipi di flag.

W7IUV Flag Waller Flag

L'angolo di elevazione è più basso, ed il lobo di radiazione è più stretto nella Waller Flag, favorendo i segnali DX. Nella mia situazione, dovrebbe essere di beneficio nella riduzione del QRM proveniente ad angoli elevati dalla Russia e dall'Europa orientale, mentre si cerca di collegare l'estremo oriente ed il Pacifico nella stessa direzione. Purtroppo, rispetto alla singola flag, compare anche un lobo posteriore ad angolo alto, causato dall'eccessiva vicinanza dei due loop, impossibile da ridurre più di così.

Il diagramma azimutale della WF è pure molto buono, solo 83° del lobo, migliore di una tipica 4-el. verticale ma, come già detto, c'è un inconveniente che richiede attenzione: il gain è di 55 dB “negativo”, cioè 25 dB inferiore a quello di una singola flag, per cui sono necessari preamplificatori a basso rumore e molta cura nella costruzione dei trasformatori.

Vale la pena dare un'occhiata ai due grafici qui a lato. In quello del Front to Back, non ci sono grosse differenze, a parte il picco a 330°, direzione nella quale il traliccio si trova alle spalle della flag.

Dove rileviamo il netto predominio della WF è il grafico del RDF, con un larga stabile vantaggio di oltre 3.5 dB sulla flag singola: stupefacente!

L'RDF è il più importante e diretto parametro nella classificazione delle antenne riceventi.

Sul sito di Tom Rauch vediamo che una Beverage di 1.75 wl. ha un RDF di 11.16 dB.

La Waller Flag è sopra questa, e può essere ruotata.

La costruzione …

Nella seconda metà di settembre 2007, un grosso temporale spezzò un braccio in vetroresina della flag esistente, per cui dovetti affrettarmi a tirarla giù e procedere alla sua sostituzione con la nuova Waller Flag. Da un ultimo controllo del modello Eznec, emerse però un primo errore con i diametri dei fili, che non aveva mai variato dall'originale #12. Poiché andavo ad utilizzare due elementi di una vecchia log-yagi per i 10 metri, (divisi a metà ed isolati dal boom) come fili verticali per i loop, corressi il modello con i loro diametri effettivi. Mio Dio: il nuovo lobo di radiazione risultava distrutto... !

Ritornai così al filo #12 (anzi, lo cambiai con il #14, più sottile) e rimodellai i due loop con il filo unico. Aggiunsi, poi nel modello, a 30 cm. di distanza, i quattro supporti verticali in alluminio, isolati dal boom. Ogni cosa tornò di nuovo al suo posto, con il lobo di radiazione ed il F/B iniziali! Un piccola complicazione costruttiva, ma facile da realizzare.

… ed i risultati deludenti!

La Waller Flag NON funzionò nel modo più assoluto! Nonostante le email scambiate con Jose Carlos e Doug, che fecero del loro meglio per assistermi ed incoraggiarmi, fu la risposta ricevuta da Larry Molitor W7IUV, al quale avevo chiesto un parere su come gestire un gain di -55 dB, a porre la parola "Fine" al mio primo tentativo con la WF, e dopo un mese decisi di ritornare alla flag precedente. Tutti i dettagli costruttivi, risultati e commenti sono su questo PDF:

Ricostruii immediatamente la flag disegnata da W7IUV com'era prima, con le stesse dimensioni. Tutti i dettagli tecnici si trovano sul sito web di Larry:

Da parte mia, ho scritto un breve commenti su questo PDF nel mese di novembre:

Ma cosa c'era di tanto sbagliato nel mio primo tentativo con la Waller Flag?

Un'ampia spiegazione mi venne data da Jose Carlos, N4IS, nel marzo 2015, quando mi trovavo in Ecuador e JC cercava di convincermi ad installare laggiù la Waller Flag. Questa la sua e-mail:

09/03/2015, Hi Luis!

Ho una profonda ammirazione e grande considerazione verso di te, capisco la tua passione per i 160 metri!

Permettimi di farti alcune osservazioni come commenti costruttivi.

Alcuni anni dopo il tuo tentativo con la WF, sono andato sul tuo sito per vedere le DHDL e ho trovato alcune foto che mi hanno aiutato a capire perché il tuo tentativo con la WF è fallito.

1- La linea di alimentazione (cavo coassiale) dalla WF correva in aria, assieme ad altri cavi. Il rumore del “common mode” si trasferisce da un cavo all'altro perché scorre all'esterno della calza. Diversi cavi uniti assieme finiscono con avere la stessa corrente all'esterno della loro schermatura.

2- Il cavo coassiale DEVE essere collegato a terra alla base del traliccio, ed all'entrata nella casa; dopo di che puoi portare il cavo al piano superiore.

3- Proprio pochi giorni fa ho misurato 30 dBm d'incremento del common mode noise dopo aver rimosso il collegamento a terra della mia linea di alimentazione alla base del traliccio.

4- Isolamento del boom, non sono sicuro che il tuo fosse isolato.

5- Molto importante. Mi pare che tu abbia costruito uno switcher con relè a telaio aperti. Quando usi un preamplificatore ad alto guadagno di 20 dB o più, qualsiasi filo non schermato più lungo di 1 cm. può catturare diversi dBm di rumore da un altro filo appena 50 mm. distante. Per commutare antenne in ricezione, tutti i relè devono essere relè a RF con alto isolamento fra i terminali della bobina del relè.

6- Tu hai disaccopiato il traliccio, ma non i radiali elevati, che rimangono risonanti anche se staccati.

Ti sto dicendo questo per motivarti a tentare la WF di nuovo, la struttura che hai lì può supportare 2 loop, allo stesso modo di adesso. Usa delle coppie attorcigliate da cavo Ethernet, appena un paio. Metti i choke sulla linea di alimentazione e connettila a terra due volte prima dell'ingresso in casa.

Sarai in grado di tirar fuori un segnale 6 dB sotto il rumore, meglio del singolo loop che hai oggi.

Just my two cents, 73

JC N4IS

A parte i relè, era tutto giusto! Il boom non era isolato, il mast non era isolato ed il traliccio non era isolato: solo ferro e alluminio e, peggio di tutto, il cavo coassiale non scendeva dal traliccio a terra (cosa non possibile dato che si trovava su un terrazzo) dove avrebbe dovuto esserci un CMC connesso a un picchetto di terra, ma correva orizzontalmente per venti metri sopra il tetto, assieme al cavo del rotore, e da lì scendeva internamente, nella canaletta dei cavi TV, fino a raggiungere lo shack, senza alcun collegamento a terra.

Certamente, senza alcun “common mode choke”, possiamo ora immaginare la quantità di rumore captata dai cavi orizzontali stesi come antenne sopra le tegole, e cosa potesse succedere ad un segnale RF di -55 dB!

Imparata la lezione, tutti questi errori sono stati corretti e, dieci anni più tardi, ho costruito la seconda Waller Flag come si deve - probabilmente l'ultima antenna della mia vita, dato che funziona ancora perfettamente - ampiamente documentato in queste due pagine:

2008: la Beverage a due fili.

Alla fine del 2007, mio figlio acquistò un appezzamento di terreno di 3.300 mq. confinante con il mio, allo scopo di costruirvi la casa di abitazione quando fosse rientrato in Italia. Ma, vivendo ancora in Ecuador, il terreno poteva essere utilizzato per le mie antenne. Per prima cosa, pensai alla possibilità di provare di nuovo qualche tipo di Beverage, nonostante il terreno si allungasse verso sud, non proprio la mia direzione preferita.

Alcuni anni fa ero solito installare, nella stagione invernale, una Beverage di 175 metri in direzione NW (W6 - W7), ed era sicuramente la migliore delle mie antenne riceventi ma, stesa lungo la strada provinciale, non mi lasciava tranquillo. Dopo aver letto l'eccellente articolo di OH2BEN sulla sua

Beverage a due fili, ed un vecchio documento del 1997 di Tom Rauch, W8JI,

decisi di provarla anch'io sul nuovo terreno disponibile, abbastanza lontano dall'antenna Tx e dai suoi radiali elevati. Sfortunatamente, non poteva coprire altro che le direzioni nord e sud, che non erano le mie priorità.

In pratica, la mia antenna reversibile è costituita da una coppia di fili attorcigliati estratti da un cavo telefonico lungo 129 metri, tirati come una classica Beverage a due metri di altezza con discesa graduale a terra verso i due picchetti terminali. L'impedenza dei due fili attorcigliati è di circa 150 ohm - nel funzionamento come linea di trasmissione - e di 450 ohm - nel funzionamento come antenna. Ho mantenuto gli stessi numeri di spire usate da OH2BEN in tutti i trasformatori, avvolti su binoculari BN73-202. Queste sono le foto dei miei box di commutazione, e l'installazione di uno di essi al punto di alimentazione, dove arrivano i cavi interrati.

Coma al solito, ho riportato lo schema elettrico su questo PDF, con tutti i dettagli, le relazioni e commenti sulle prove:

All'analizzatore, l'antenna sembrava lavorare bene con le corrette impedenze ma, nelle prove “in aria”, mentre nella direzione invertita - verso nord - la performance era molto buona, addirittura meglio delle pennant, nella posizione diretta - verso sud - i segnali erano coperti da molto rumore.

Le ho provate tutte, anche andando in giro con il misuratore di rumore MFJ 852 - Line Noise Meter - che avevo potenziato adattandogli una leggera 3 el. yagi, ma non ottenni alcun risultato.

Successivamente, in seguito a discussioni con il mio amico Gary, KD9SV, il colpevole fu trovato e risolto il problema del mio "noise mystery" come riportato in questo articoletto:

Ma non era tutto: c'era stato un altro errore! Solo alcuni anni dopo, mentre stavo progettando le mie nuove BOG reversibili in Ecuador, mi accorsi di un collegamento a massa sbagliato nello schema di questa Beverage a due fili, e non per colpa mia! Era stato originato da un errore nella 3° edizione del Low Band DXing (1999) e corretto solo nella 5° edizione (2010).

Gli avvolgimenti primari dei trasformatoti T1 e T4 (o T2) NON devono avere un punto in comune, come avviene - per errore - nel circuito a sinistra, dove sono connesse assieme le calze dei due cavi coassiali (e nel mio schema di commutazione). Inoltre, sono stati aggiunti i CMC (Common Mode Choke) su entrambi i cavi.

ON4UN's Low-Band DXing ON4UN's Low-Band DXing

3rd Edition - 1999 5th Edition - 2010

Fig. 7-23 Fig. 7-115

2008: la nuova “quattro elementi verticali” in ricezione.

Dopo tanti studi e modelli con diversi sfasamenti di Flag e Pennant, seguiti da risultati poco soddisfacenti nelle prove reali, decisi di ritornare agli allineamenti delle verticali in fase. Nel 1994 ne avevo costruito uno veramente difficile, su disegno di K9UWA-KD9SV-W7EL, che era stata la mia migliore antenna ricevente per quasi dieci anni. Ma era molto critico a causa dell'elevato Q dei dipoli verticali (caricati con induttanze, anziché con resistenze), e troppo dipendente dalle condizioni atmosferiche, richiedeva continua manutenzione con riavvolgimento di induttori e sostituzione di toroidi. Credo che fosse l'unico ancora in funzione in tutto il mondo, e persino uno dei suoi autori mi consigliò di passare al nuovo concetto di verticali in ricezione sviluppato da Tom, W8JI.

Dal suo disegno originale, ho modificato con Eznec+5 gli elementi di base per utilizzare i tubi in alluminio dell'installazione precedente.

Ho allungato gli elementi, al di sopra dei radiali di carico, fino a raggiungere l'altezza di 9.5 m., per aumentare il guadagno e cercare di diminuire la parte induttiva del carico e quindi il Q dell'antenna. Il diametro dei tubi scende da 35 a 25 e quindi a 20 mm., con le punte fatte con tubo da 12 mm.

I quattro fili di carico sono lunghi 7.5 m. e scendono tutti al livello di m. 2.25. I carichi alla base prevedono 73 ohm R +296 ohm XL, quindi un basso Q di 4 che consente un basso SWR necessario per assicurare uno sfasamento stabile su una ristretta banda di frequenza di mio interesse.

Dopo un lungo studio con Eznec, sono giunto alla decisione finale, piuttosto elaborata, del disegno per la commutazione in otto direzioni. In configurazioni “end-fire/broadside” (immagine a sinistra) si ottengono i lobi a 0 - 90 - 180 - 270 gradi, mentre in configurazione “crossfire” (immagine a destra) si ottengono i lobi a

45 - 135 - 225 - 315 gradi. I dettagli di tutte le immagini, grafici e tabelle si trovano qui:

In questo progetto, gli elementi alti 9.50 m. erano disposti ai vertici di un quadrato di 21 metri di lato (29.7 m. diagonale) che poteva giusto starci sul nuovo terreno, largo in quel punto 27 metri, ma in una situazione al limite, con il rischio di interferenze da parecchi ostacoli troppo vicini. Sulla sinistra: la rete metallica alta due metri e la sovrastante linea ENEL. Di fronte: altra rete metallica ed il cavo telefonico che porta dati al capannone vicino. A destra: la linea telefonica principale (ed un paio di mesi dopo verrà aggiunto l'impianto d'illuminazione sulla strada).

Sulla mappa Google sottostante, ho aggiunto tutte le antenne dei 160 in essere al mese di marzo 2008, oltre alla progettata 4-square array.

Trovato il cavo coassiale più adatto da 75 ohm (Micro Tek H-325 AL-PE), per prima cosa ne ho misurato il fattore di velocità, su uno spezzone di quarto d'onda, con l'analizzatore AEA CIA e trovato una piccola differenza rispetto al dato pubblicato (VF = 81%). Con questo dato ho calcolato le lunghezze fisiche di tutte le linee di sfasamento richieste per raggiungere gli elementi che, nel disegno definitivo, davano questi risultati significativi: Gain Take off angle -3dB BWdh Front to Back RDF

1) End-fire/broadside feeding: -15.48 dB 22° 115° 13 dB 9.89 dB

2) Crossfire feeding -23.51 dB 20° 74° 29 dB 12.02 dB

Notevole l'RDF nel crossfire, mentre in end-fire/broadside, può essere utile un lobo più largo.

Tutti i grafici, tabelle, schemi elettrici e dettagli costruttivi si trovano in questo file:

dal quale sono tratte le sottostanti foto sul lavoro preparatorio.

Completato il box centrale di commutazione - un circuito stampato con 14 relè Tyco/OEG - prestando la massima attenzione alle masse, agli isolamenti dal common mode, ed ai corretti avvolgimenti dei trasformatori binoculari, tutto il sistema è stato testato nello shack, collegando tutte le linee di sfasamento e quelle di alimentazione alle quattro verticali, simulate da resistenze di 75 ohm.

Sono state poi preparate le quattro scatole per l'adattamento d'impedenza di ogni verticale, a mezzo di resistenze (per raggiungere i 75 ohm) e di un induttore variabile auto costruito (circa 25 µH) per azzerare la reattanza capacitativa. Le scatole vengono fissate sui supporti di legno dell'antenna, avvolti nella parte interrata (1 m.) con un foglio di rame per una migliore messa a terra. (V. foto sopra a destra).

E le connessioni a terra erano la maggiore preoccupazione. In seguito a scambi di e-mail ed approfondite discussioni con i miei validi ed esperti amici Lee, K7TJR, e Jerry, K4SAV, ho seguito il consiglio di Lee. Sono state prese tutte le precauzioni per evitare loop di massa e intrusioni indesiderate di segnale o rumore tra radiali e linee di alimentazione, e per ottenere anche la migliore protezione possibile dai fulmini.

Come si vede nel sottostante schema del sistema di terra, ci sono tre masse separate:

1) le verticali hanno il proprio sistema di terra e sono isolate dalle linee coassiali e dal box centrale;

2) le linee di alimentazione agli elementi e le linee di fase sono collegate a terra solo in corrispondenza del box centrale del combinatore tramite un dispersore di terra separato;

3) la linea di alimentazione (cavo RG213) verso lo shack è isolata dal combinatore centrale ed ha un picchetto di terra separato all'esterno del sistema di radiali.

Quindi, le antenne sono isolate dal box centrale, ed il box centrale è isolato dalla linea di alimentazione che va alla stazione. Jerry dice che i punti 2 e 3 sono superflui, ma, dato il mio ambiente ostile e tutti i vincoli del mio terreno, non volevo lasciare nulla di intentato! Questo è lo schema del sistema di terra:

È stato semplice azzerare la reattanza ed ottenere il richiesto R 75 + jX 0 su tre verticali, ma … difficilissimo sull'antenna n. 4 (foto sotto), troppo vicina a quel singolo cavo telefonico che attraversa il mio terreno per raggiungere il capannone vicino.

Ad ogni modo, sono riuscito a liberarmene e ho fatto i primi test "on air". La mattina dopo, provando ad ascoltare gli USA, ho registrato sull'S-meter Orion le seguenti letture di rumore: S 1/2 sulla pennant NW,

S 3 sulla flag rotativa e S 9 sul la nuova 4-square array!

Poi ho collegato ciascuna delle singole verticali direttamente al cavo coassiale che andava alla stazione, e i risultati sono stati sorprendenti: quasi 40 dB di differenza di rumore tra la migliore (vert. n. 1) e la peggiore (vert. n. 4), a conferma che:

non c'è problema di common noise sulla linea di alimentazione;
il rumore è originato esclusivamente dalla linea telefonica e NON dalla linea elettrica.

Rimosso il cavo telefonico incriminato.

Quindi, il problema doveva essere risolto con la compagnia telefonica e ho chiesto loro di trovare un altro percorso per quel cavo (25 settembre 2008). Non riuscendo ad ottenere una risposta, ho trovato la collaborazione dei miei vicini, che mi hanno permesso di effettuare alcuni test scollegando modem e fax dalla loro linea. Non è cambiato nulla... così ho deciso di arrampicarmi sui due pali del telefono, sganciare il cavo incriminato e trovargli un altro percorso, a terra, a circa 30 metri dall'array. Il rumore è diminuito immediatamente e ho dovuto ricalibrare l'impedenza di ciascun elemento per ripristinare 75+jX 0 ohm. Tutta questa storia, con i dettagli di installazione, le immagini con i grafici delle letture dell'S-meter e i commenti sulle prestazioni "in aria", è disponibile in questo file PDF:

Queste furono le letture del noise sullo S-meter del Icom Pro II sui singoli elementi della 4-square, prima e dopo la rimozione del cavo incriminato:

Vert. 1 - Vert 2 - Vert 3 - Vert 4

prima ……….. S 0 S 5 S 2 S 8

dopo ………… S 0 S 2 S 0 S 1

e queste le letture del noise sull'intera 4-square:

West - NW - North - South

(lato) (diagonale) (lato) (lato)

prima .………. S 6 S 6 S 4 S 7

dopo ……… S 2 S 1 S 1 S 0

Il noise è stato ridotto di tre unità-S sulla Vert.2, e di sette unità-S sulla Vert.4 (la più vicina al cavo telefonico incriminato). Ma non è ancora perfetto a causa di un po' di rumore ancora captato dalla Vert.2, e questo rimane il mio problema !

2009: cercando di migliorare la quattro elementi verticali.

Dopo un paio di mesi di test, mi resi conto che la 4-square funzionava piuttosto bene, con un rapporto avanti/indietro migliore rispetto a qualsiasi altra antenna, ma, in generale, le Pennant erano più "silenziose". Nonostante tutte le mie cure al “common mode” e i test non male sulla linea di alimentazione, decisi, come ultima risorsa, di sostituire tale linea tutta interrata (150 metri di RG213) con lo stesso cavo RG6 da 75 ohm utilizzato per le linee di ritardo dell'array.

Con il combinatore sul banco di lavoro, per sostituire l'Xfmr di uscita, ho deciso di aggiungere anche dei piccoli attenuatori a T per migliorare il rapporto F/B, come suggerito dal mio amico Lee, K7TJR, e descritto anche nel "Low Band DXing" di ON4UN da pagina 7-26.

Nel circuito combinatore abbiamo tre linee con fasi diverse, ma anche con perdite diverse, che possono causare variazioni di qualche grado rispetto a quanto calcolato. Quindi, i piccoli attenuatori a T vengono aggiunti sulle linee con perdite minori per annullare tali differenze e bilanciare le uscite.

Sebbene non sia riuscito a trovare un voltmetro vettoriale o qualche altro strumento professionale per misurazioni accurate dell'ampiezza e delle fasi RF per la regolazione precisa dei due potenziometri da 1 kΩ (contrassegnati con 1 e 2 in questa foto), ho calcolato quale dovrebbe essere la resistenza di shunt e ne ho impostato il valore come descritto in questo PDF:

Ora otteniamo un buon rapporto F/B di 30 dB su tutte le otto posizioni dell'array, ma generalmente solo sui segnali forti. Le stazioni DX molto deboli si sentono ancora meglio sulle Pennant! Cos'altro si può fare ancora?

2010: dal quella autocostruita, alla 4-square di K7TJR con gli amplificatori Hi-Z.

Dopo un anno di molti test:

e l'effettiva attività DX, ebbi la conferma che la mia nuova quattro elementi verticale funzionava molto bene, con un rapporto avanti/indietro di 30 dB, ma le Pennant andavano ancora meglio, grazie al rapporto S/N - segnale/noise - sempre migliore sui segnali più deboli.

Il problema potrebbe risiedere nel lotto specifico in cui si trova il 4-square, circondato da linee elettriche e telefoniche molto vicine, o nei componenti dell'array stesso. Così, in un pomeriggio soleggiato e asciutto, ho ripetuto ancora una volta le letture del rumore sul ricevitore SDR-IQ, descritte nei documenti sopra riportati, e sono giunto a questa conclusione:

«… dobbiamo supporre che il combinatore, il circuito di sfasamento e le linee di alimentazione funzionino correttamente: TUTTO IL RUMORE proviene dagli elementi stessi dell'antenna. A questo punto, suppongo che il problema possa risiedere nei fili di carico degli elementi verticali e/o nel sistema di terra espanso».

Così, ho riposizionato, a circa una lunghezza d'onda di distanza, l'oscillatore a 1.843 KHz e ho iniziato a modificare gli elementi del 4-square, rimuovendo i fili di carico ed accorciandoli, uno per uno, mentre registravo le variazioni del rumore. Con tutti gli elementi ridotti a semplici stilo da 6,33 metri, il livello di rumore è diventato lo stesso delle Pennant, e il segnale a 1843 kHz di qualche dB migliore, nonostante la maggiore distanza dall'oscillatore stesso (160 m contro 30 m). L'impedenza non è ancora stata adattata alla linea di 75 ohm e, ripristinando i corretti sfasamenti, ci sarà ampio margine di miglioramento nella performance della 4-square.

È stato dimostrato che un array Rx a 4 elementi, ben progettato con la tecnica degli elementi “top loaded” di W8JI, e pur costruito con cura, non funziona nel mio ambiente. Si ottiene un rapporto F/B di 30 dB, ma solo su segnali forti... non c'è modo di estrarre dal rumore il segnalino DX debole, sempre meglio sulle Pennant!

I fili di carico e l'elaborato sistema di radiali hanno svolto un buon lavoro per un adattamento di impedenza stabile e gli sfasamenti corretti, ma hanno prodotto un'enorme RACCOLTA DI RUMORE (aiutati anche dalle linee elettriche e telefoniche circostanti).

Torniamo ora a EZNEC per trovare l'impedenza della semplice verticale dopo aver rimosso i fili di carico: questo è il risultato:

R = 0,55 – jX 1214 ohm.

Con una reattanza così alta, l'induttanza richiesta per azzerarla è molto difficile da gestire con i vecchi metodi classici. Quindi, la soluzione migliore potrebbe essere quella di abbandonare l'array tradizionale con elementi passivi e prendere in considerazione un sistema di antenne attive con amplificatori ad alta impedenza.

In oltre quarant'anni di DX, non ho mai acquistato un'antenna commerciale, ma lavorare con moderni circuiti elettronici è al di là delle mie capacità tecniche, per cui ho deciso di provare il 4-square di K7TJR con i suoi amplificatori Hi-Z. Lee è un caro amico con una vasta esperienza nelle tecniche di ricezione sulle basse frequenze. La sua produzione si è ampliata notevolmente di recente, passando dalla 4 elementi, alla più piccola 3 elementi, ed infine alla grande 8 el. in cerchio. Sul suo sito web

si può trovare tutto il materiale necessario ai prezzi più bassi del mercato!

Ancora più importante, Lee è sempre disponibile, e la sua documentazione tecnica è molto utile per capire come funziona il sistema e prendere le decisioni giuste in base alle proprie esigenze.

Quindi, la prima decisione è la scelta tra un array ottimizzato per il massimo RDF - modalità "A" - o il miglior rapporto F/B - modalità "B". In modalità "A" si ha un lobo più stretto con un RDF di 12 dB, ma due lobi laterali, mentre in "B" il lobo è più largo, ma con una migliore soppressione posteriore.

Tuttavia, questi grafici si riferiscono a un array di almeno 24 metri di lato in uno spazio aperto e pulito, privo di recinzioni, linee elettriche o pali metallici nelle vicinanze... che NON è la mia situazione (ne parleremo più avanti).

La modalità operativa dipende solo dalla lunghezza delle due linee di sfasamento. Sono fornite le Istruzioni complete sulla procedura di calcolo. Nel mio caso, con un lato di 20 metri, la linea di ritardo più lunga dovrebbe essere di circa 48° per il massimo RDF, e di circa 72° per il miglior rapporto avanti/indietro.

(Nel frattempo il mio comune si è fatto avanti anche con l'illuminazione pubblica e così è stato aggiunto un nuovo palo metallico a sei metri di distanza da un elemento della a-square, che di sicuro non ne sarà avvantaggiata!

Mod. A

Mod. B

Sebbene non abbia fatto i miracoli che speravo, l'array di K7TJR funziona molto bene, dalle onde medie, dove si registra un impressionante F/B di 36 dB su una broadcasting, fino agli 80 e 40 metri. Sui 160 metri, il rapporto F/B è di "soli" 20 dB, ma le dimensioni laterali del mio array non sono ottimali e il rumore rimane invariato, essendo troppo vicino a una recinzione alta e a una linea elettrica sul lato sinistro e alla linea telefonica sull'altro, con un nuovo palo metallico per l'illuminazione aggiunto a circa 6 metri. Nella foto a sinistra si vede il piccolo controller di K7TJR sopra quello che avevo prima. Richiede solo un cavo di controllo a 3 fili (invece del cavo a 16 fili che avevo prima) ed è pronto all'uso: nessun filo di carico, nessun sistema radiale e nessuna necessità di sintonizzazione o regolazione! Clicca qui per tutti i dettagli e i report dei test:

21 settembre 2010.

2009: il primo tentativo di BOG, o più semplicemente, una Beverage a terra.

Nel mese di febbraio 2009, per ascoltare una DXpedition dal Pacifico, cercai di porre in atto tutte le armi possibili in direzione del polo nord. Non abbastanza soddisfatto della Beverage commutabile a due fili, decisi di provarne un'altra, abbassata al livello del terreno - fattibile perché era inverno - e della massima lunghezza possibile.

(E questo fu un altro errore - come imparerò più tardi: la BOG deve essere più corta di una Beverage!)

Dal picchetto di terra più a sud della Beverage a 2 fili, ho steso a terra un singolo filo lungo 230 m., diritto in direzione nord, dove ho piantato un altro picchetto di terra. Con una resistenza di carico di 330 ohm (inferiore a quella di una Beverage standard), ho ottenuto un buon ROS uniforme all'ingresso della linea di alimentazione RG213, tramite un trasformatore Beverage KB-1 (rapporto 9:1). Come visto nel breve articolo "2-wire Beverage Follow-up", questa antenna è molto silenziosa, ma i segnali sono anche molto più bassi, senza un reale miglioramento del rapporto segnale/rumore, e quindi del tutto inutile.

In ogni caso, la mia esperienza conferma che «non si hanno mai abbastanza antenne» e, qualche volta, qualsiasi antenna, anche solo pezzo di filo, può essere quella giusta!

2011: una mini-loop a 3 fili su disegno del Dr. Dallas Lankford.

Dal 2010 al 2011, mentre andavo avanti con progetti più impegnativi, ho tentato di realizzare anche qualche idea del dr. Dallas Lankford, che pubblicò diversi progetti di antenne su questo sito:

Dopo aver abbandonato l'ambizioso disegno della sua “Quad Delta Flag Array”, per i disastrosi risultati che avrebbe ottenuto sul mio terreno, come riportato su questo PDF intitolato:

“How a great Rx antenna array can be destroyed in a bad environment”,

dedicai la mia attenzione al progetto di un piccolo loop ricevente e, nel giugno 2011, decisi di provare a costruirlo. Io appartengo alla vecchia generazione, cresciuta con le valvole elettroniche e i relè, senza esperienza con transistor e circuiti stampati, ma questa costruzione è stata piuttosto semplice con la tecnica "Ugly Bug".

Dal progetto originale, ho duplicato l'amplificatore Hi-Z (acquistato tutto da Mouser) con un paio di piccole modifiche: ho trovato un cavo CAT5 schermato molto economico e ho avvolto 20 spire attorno a un grosso FT-240-31 per oltre 3.000 ohm di impedenza, come CMC dal lato antenna... Ho ordinato anche l'amplificatore Norton alla Clifton Laboratories, come consigliato, ma non l'ho ancora montato.

Come vedremo, l'amplificatore Hi-Z J310-J271 lavora bene con il corretto adattamento d'impedenza ed il segnale in uscita è sufficiente per le prime prove, riportate in questo file con tutti i dettagli:

Questo è disegno completo del loop e del suo amplificatore ad alta impedenza:

Le foto mostrano, da sinistra a destra: l'amplificatore Hi-z in scatola di alluminio, con connettori a banana; poi, montato in una scatola di plastica stagna, su un lato del braccio di supporto in fibra di vetro; e, sul lato opposto, un contenitore temporaneo con il potenziometro di carico a 10 spire.

I primi test sono stati effettuati su alcune note stazioni AM BC: con la regolazione del potenziometro non si riesce a trovare il F/B, ossia il NULL posteriore, ma solamente un NULL sui lati, molto profondo al valore di resistenza minimo. Pertanto l'antenna non funziona come una Flag, MA FUNZIONA MOLTO BENE COME LOOP - utile a cancellare i segnali sgraditi sulla banda AM Broadcasting, dove una stazione può essere ridotta di 30-40 dB. Con un side null così netto, potrei installare il loop su un rotore, ma in 160 metri esso è molto più basso e, in ogni caso, il mio problema è il livello di rumore generale e non un forte QRM proveniente da una direzione definita. Quindi, anche questo è stato un altro esercizio… ma non ne valeva sicuramente la pena!

2010 - una nuova antenna ricevente: la “TX3A” DHDL - Double Half Delta Loop - raddoppiata.

La DHDL - Double Half Double Loop - (ossia, doppie metà delta loop) appartiene alla famiglia delle Flag e Pennant, ed è nata in Florida, come la Waller Flag, ideata da Jose Carlos, N4IS, e sviluppata da George AA7JV, che l'ha impiegata per la prima volta sull'isola di Chesterfield , nella sua TX3A DXpedition a novembre del 2009, e da questa ha preso il nome.

Il disegno di base consiste essenzialmente in due mezzi delta loop interconnessi per creare un'unica antenna, con un trasformatore ed una resistenza di carico, come illustrato da AA7JV nella pagina di questo sito:

L'idea innovativa di connettere questi loop al livello più basso, eliminando il filo lungo superiore, consente una costruzione più facile e leggera. Nella mia lunga lotta contro il rumore e le interazioni, ho provato ogni genere di antenna ricevente, nei limiti del mio spazio, e ho trovato che le migliori, cioè le più silenziose, sono ancora le pennant, che hanno il grande vantaggio di essere “indipendenti dalla terra".

Le mie esperienze passate mi hanno quindi spinto ad elaborare con EZNEC il file originale "tx3a.ez" inviatomi e cercare il miglior disegno possibile, che si adattasse alla mia proprietà. L'RDF ottenibile con due di questi array è superiore a 12 dB, davvero impressionante, e il guadagno è di "soli" -27 dB, ovvero il doppio (o meglio, la metà della perdita) dei -55 dB della Waller Flag. Questo significa meno problemi con il common noise e con i requisiti del preamplificatore. Con 74 metri di lunghezza totale, potrei ottenere i risultati superiori di una lunga Beverage in direzione Nord, dove si trova la mia area DX del Pacifico più difficile ed impegnativa.

Qui sotto c'è l' “Antenna View” di una singola TX3A DHDL, con il suo lobo di radiazione e le seguenti dimensioni:

fili verticali 1 e 6: da 2 a 9 m. di altezza (7 metri); fili orizzontali 4 e 3 (a 2 m. di altezza): 11 + 11 metri,

con questi risultati: gain - 28 dB; F/B ratio: 33 dB; RDF: 10 dB.

Due di queste DHDL, alimentate in configurazione end-fire, con 30 metri fra di loro (e quindi 22 + 30 + 22 m.), possono dare, con lo stesso gain di - 28 dB, e F/B di 35 dB, uno splendido RDF di 12.28 dB.

Tutti i dettagli, con grafici e tabelle sono pubblicati in questo documento PDF:

Dopo aver esaminato con Eznec tutte le possibili varianti e configurazioni, ho avuto la conferma che quest'antenna funzionava in ogni caso, quindi ho preso in considerazione i supporti disponibili e il posizionamento migliore tra i miei alberi da frutto. Il bello di questo array è che tutto è a circa 2 metri di altezza: carichi e scatole di alimentazione con il filo di collegamento teso basso tra di essi senza disturbare nessuno. Inoltre, l'intera area di ricezione si estende sopra le recinzioni metalliche. Acquistai quattro canne da pesca in fibra di vetro lunghe 7 metri, abbastanza sottili da sostenere un filo di alluminio molto leggero da 1 mm (uno giapponese economico venduto nei negozi di giardinaggio per uso bonsai) e le ho legate a pali di legno di 2,5 metri di altezza (utilizzati come tutori per alberi)

I trasformatori utilizzati sono su un binoculare BN73-202. Per il cavo da 75 ohm, ho calcolato 2 spire sul lato del cavo e 7 spire sul lato antenna, ma dopo l'installazione ho ottenuto un accordo perfetto rimuovendone una. Pertanto, i trasformatori definitivi hanno entrambi 2 spire sul primario e 6 spire sul secondario.

Le due DHDL sono in configurazione end-fed e questi sono i bei grafici azimutali e verticali (tracce nere Primary) per una corretta inversione di fase. Ho aggiunto le tracce blu prodotte senza inversione di fase, ovvero dopo aver invertito una delle connessioni delle linee di alimentazione, e si nota che si ottiene un diagramma più ampio ad angoli più elevati, il che potrebbe essere utile in qualche occasione. Quindi, ho inserito un paio di relè nella scatola più vicina, contenente il trasformatore binoculare, per consentire una semplice inversione di fase.

I test in aria di questi primi giorni sono molto promettenti, nonostante la propagazione e l'attività dal Pacifico centrale non siano buone come qualche settimana fa. I segnali ad alto angolo di europei e russi sono sempre migliori con la normale posizione a lobo largo; lo stesso vale per il Giappone, che è a 45 gradi. L'unico che ho sentito meglio con l'inversione di fase – la posizione ottimale – è stato Merv, KH7C, come dovrebbe essere, diritto attraverso il Polo Nord con basso angolo. Ma questo percorso è eccezionalmente possibile solo con bassa attività solare, senza aurora o attività geomagnetica. Generalmente, i segnali sono deviati a est o a ovest della calotta polare, quindi temo che un tale allineamento, in direzione nord, sarà utile solo per un periodo limitato al minimo del ciclo solare...

In ogni caso, questo è stato certamente un esperimento positivo con le antenne Rx, e il prossimo sarà con una configurazione broadside. Questa fornirà un diagramma ancora migliore dell'end-fire e un RDF che raggiunge i 13 dB a 100 metri di separazione tra i loop. Sfortunatamente, mentre l'angolo di elevazione è maggiore con un lobo più ampio, quello orizzontale è molto stretto e, nella mia particolare situazione, non copre nessuna delle direzioni necessarie. Potrebbe stare solo a 90° o 270°, non sufficienti per la mia area più ambita degli Stati Uniti.

Quindi, al momento non ho provato la costruzione fisica, ma ho pubblicato, come al solito, tutte le tabelle con i risultati dei modelli Eznec anche per la configurazione broadside.

Rys, SP5EWY, ne ha preso rapidamente lo spunto e costruito un array di successo nella sua seconda postazione radio DX. In data 27 gennaio 2010 ha pubblicato sul Topband Reflector il seguente commento:

Hi all,
Ispirato da un articolo scritto da Luis IV3PRK http://www.iv3prk.it/… ho deciso di costruire il Double Delta Loop usato da George a Chesterfield in configurazione broadside. Per la DXpedition TX3D ad Australs is., ho istallato una Beverage di 250 m. nella loro direzione e, solo una settimana fa, ho costruito anche questo sistema Delta descritto.
Ieri stavo provando entrambe le antenne nel mio secondo QTH a 45 km da casa mia (è un frutteto), ma le Delta non funzionavano e sulla Beverage il segnale di TX3D era troppo debole. Quando ho controllato, ho scoperto che uno dei fili in un Delta era rotto, quindi praticamente oggi è stato il primo giorno in cui ho potuto confrontare le due antenne. Quando ho iniziato ad ascoltare sulle Delta, nei primi minuti, ho pensato che fossero di nuovo rotte perché non c'era quasi rumore nel ricevitore... ma controllando la banda ho trovato molte stazioni NA forti con segnali molto puliti. Ho confrontato le Delta con la Beverage molte volte e la differenza era sempre enorme. Anche con segnali più forti di circa due punti S sulla Beverage, la differenza nel livello di rumore non era paragonabile... era come il giorno e la notte. Usando la Beverage non ho sentito la minima traccia di TX3D... sulle Delta lo ho ascoltato per circa 20 minuti... ma con profondo QSB.

73 de Rys, SP5EWY

Rys mi ha comunicato i suoi dettagli costruttivi:

«la distanza fra le Delta è di circa 95m. Le resistenze di 1250 ohm, i trasformatori con avvolgimenti bifilari 12:1; due cavi coassiali da 75 ohm lunghi 50 m. l'uno, connessi al centro, tramite un trasformatore 2:1, alla linea di alimentazione da 75 ohm.

Ho usato anch'io simili canne da pesca da 8 metri, ma ho rimosso l'ultima parte troppo sottile, di modo che sono alte 7,1 m. attaccate a pali d'acciaio di due metri. Il filo è 0,7mm. TX3D è stato il mio DXCC #301, quindi sono veramente MOLTO contento!».

Questa è la foto della seconda DX location di SP5EWY, dove si vede una delle DHDL e, in fondo, la sua Tx verticale a ¼ d'onda.

L'ambiente è decisamente diverso dal mio… ma adesso sono sicure che il disegno broadside funziona bene. Può darsi che lo provi anch'io in futuro, se ne avrò necessità e potrò sfruttarlo nell'unica posizione in cui può essere installato. Per il momento, nella direzione nord-sud, può essere lasciato solo in configurazione end-fire.

28 gennaio 2010. Luis IV3PRK

Appena un mese dopo, febbraio 2010, erano attese due DXpeditions dal Pacifico: TX4T da Tahiti, 320°, e H40FN da 40°. Decisi, quindi, di smantellare l'inutile allineamento di DHDL a 360° e spostarle singolarmente sul lato nord, in parte fuori della mia proprietà, vicine alle pennant, e puntate nelle due direzioni interessate. Quella zona è meno influenzata dalle linee telefoniche e dalle interazioni con l'antenna TX ed i suoi radiali elevati. È un peccato rinunciare al migliore RDF dell'allineamento end-fire, ma devo accontentarmi di ciò che lo spazio permette.

100 ohm

Nel frattempo, ho avuto un ottimo consiglio da Carlos, N4IS, su un nuovo sistema di alimentazione per bloccare il common noise. La sua idea era piuttosto semplice: usare doppini intrecciati, bilanciati, invece di cavi coassiali, che sono sbilanciati! Facile da realizzare: ho spellato un cavo dati CAT 5 lungo 15 metri e ho estratto i quattro doppini intrecciati; l'impedenza caratteristica della coppia è di 100 ohm, quindi ho semplicemente rimosso un giro dal secondario del trasformatore sul DHDL per ottenere l'impedenza corretta.

La lunghezza di 15 metri è semplicemente arbitraria, ciò che avevo. All'estremità di ogni doppino intrecciato ho installato un trasformatore di isolamento binoculare 2:1 per adattarlo al coax da 50 ohm che va alla scatola di commutazione, dove è installato un altro CMC con il suo picchetto di terra.

Maggiori dettagli sono disponibili qui:

Purtroppo, anche questo è stato un lavoro vano, perché non sono riuscito ad ascoltare quelle spedizioni a Tahiti e Temotu (che ancora mi mancano), mentre avevo già collegato le Australi nell'ottobre 2009 grazie alla DXpedition polacca TX5SPA. Nei tre anni successivi, ho proseguito con modelli Eznec, sfasamenti e prove reali, spostando le DHDL da un angolo all'altro alla ricerca delle migliori prestazioni.

2013: due DHDL in configurazione broadside.

Nel settembre 2013 era attesa una nuova DXpedition da Lord Howe is. da parte di VK2CCC come VK9LL.

Tomas è un appassionato dei 160 m. e ha promesso un grande sforzo, come al solito, su tale banda. Purtroppo, la propagazione in questo periodo non è più buona come lo fu nel novembre 2009, quando lo collegai da Vanuatu come YJ0CCC con i suoi cento watt. Decisi, comunque, di tentare tutto il possibile per collegare questo nuovo DXCC, l'ultimo in quell'area. Nel campo di mio figlio, i tagli dell'erba erano stati ultimati. Come già visto, esso si stende in direzione nord-sud, inutile per le Beverage, ma potrebbe starci un allineamento di antenne broadside puntato proprio nella direzione del bersaglio, a 65 gradi.

Questa è una recente immagine di Google Earth image sulla mia posizione - fra due strade pubbliche - sulla quale sono riportate tutte le antenne ancora in uso nel mese di settembre 2013:

1) il traliccio Tx accordato con i quattro radiali elevati a ¼ d'onda;

2) due gruppi di tre pennant ciascuno, commutabili anche in configurazione broadside;

3) la flag rotativa di W7IUV;

4) il nuovo allineamento con due DHDL in broadside (linee rosse) con i cavi di alimentazione (linee rosse sottili) ed i box di commutazione fra di loro (quadratini bianchi), nonché l'indicazione delle direzioni, 65°/245°.

Il progetto completo delle due DHDL in configurazione broadside, con i modelli EZNEC, grafici e tabelle, è illustrato in questo file PDF:

Qui sotto si vede il diagramma azimutale definitivo dell'allineamento broadside scelto (traccia rossa), sovrapposto a quello di una singola DHDL (traccia blu).

Dato che già arrivava dalla stazione un cavo CAT5, assieme a quello coassiale, ho provvisto di commutazione anche i singoli DHDL. L'ho fatto per testare come lo stesso loop potesse funzionare diversamente se posto a 90 m di distanza nel mio ambiente rumoroso. Per un uso normale, alcune di queste commutazioni sono certamente eccessive!

In fondo al documento PDF su richiamato, si trova lo schema completo del DHDL con tutti i dettagli e le misure. Ricordo che nell'alimentazione in broadside, le linee devono essere solamente uguali, non importa la loro lunghezza.

( A )

( C )

( B )

( A )

Questi sono i box di commutazione preparati: quattro (A) due (B) e quello centrale (C) , foto a sinistra.

Il sistema completo è stato provato per le corrette commutazioni e impedenze, prima dell'istallazione.

Sotto: uno dei box di antenna (A) fissato sul palo di legno alla base della canna da pesca; il box centrale con un common mode choke sulla linea di alimentazione in arrivo dallo shack: 12 passaggi di RG6 su un FT200-31.

Ed infine, la DHDL più a sud, in uno spazio più aperto, ed il punto d'incrocio dove avviene l'inversione di fase.

Le letture dell'impedenza sull'analizzatore AEA CIA risultarono perfette, con 75 ohm sulle posizioni delle quattro DHDL singole, ed ottime anche nelle due direzioni in broadside ====>>

Non c'era molto tempo per fare abbastanza prove comparative con le altre antenne riceventi, ma due questi due casi furono sufficienti per convincermi che le DHDL in broadside stavano andando bene:

1. dopo attento ascolto di EA3JE, che è a mille km. di distanza a 245° - esattamente sulla direzione inversa del mio allineamento - con un segnale forte e stabile per una credibile lettura dello S-meter: oltre 20 dB di differenza, commutando le direzioni.

2. Sono riuscito ad ascoltare e collegare VK9LL – difficilissimo, in un'apertura molto breve – che era il mio bersaglio e lo scopo di tutto questo lavoro. Grazie Tomas per darmi il DXCC # 306 in 160 m.!

Tomas mi inviò il log in 160 m. della sua DXpedition, che ho analizzato su DX Atlas

e scritto questa relazione:

I dati sono stati poi utilizzati da Carl, K9LA per un'analisi più profonda, alla quale è seguita la mia pagina “The 160 m. propagation mystery” che introduce il “ducting”:

Tomas ha scritto un lungo reportage da Lord Howe is:

Finalmente, ne era valsa la pena! Questa volta, tutto il lavoro fatto non era stato inutile, anche se sapevo che si trattava di una cosa provvisoria. Difatti, ero già in procinto di trasferirmi in Ecuador, e tutte le antenne sarebbero state smantellate entro pochi mesi.

30 settembre 2013 Luis IV3PRK