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IV3PRK Pierluigi “Luis” Mansutti
160 Meters: DXing on the Edge
La nuova antenna trasmittente «T Vertical».
Strutturalmente l'antenna è la stessa che avevo in Ecuador, cambiandola però dal funzionamento ad “L Invertita” in “T Verticale" per migliorare l'irradiazione ad angoli bassi, come raccomandato alle alte e medie latitudini.
La sezione verticale è composta da 8 sezioni in tubi di alluminio decrescenti da 65 a 18 mm. di diametro, per un'altezza totale di 20.5 metri. I fili di carico (1 mm.) sono lunghi 19 m. spioventi fino 8.7 m. di altezza.
Nonostante il successo del sistema del FCP di K2AV FCP nell'installazione di HC1PF, sono ritornato ai classici radiali a terra, data la disponibilità dello spazio necessario. L'antenna è stata disegnata con EZNEC 5 e queste sono le schermate del lobo di radiazione verticale e del “View Antenna” con i 32 radiali e relative correnti:
Con l'impedenza di 20,72 - J 1,872 ohms, uscita da Eznec, viene disegnato, con il programma TLW dell'ARRL, il circuito L-Network che richiede:
C – ingresso capacitativo di 2064 pF
L – induttanza in serie di 2,30 µH
Questo è il conseguente grafico del SWR in Eznec.
Il sollevamento dell'antenna è stato abbastanza facile grazie al sistema che avevo usato in Ecuador e la supervisione di mia moglie Luisa.
Il sistema dei radiali.
Grazie agli eccellenti articoli di Rudy Severns, N6LF, su QEX, avevo appreso che non c'era alcuna ragione per eccedere nel numero dei radiali e nella loro lunghezza: Rudy dimostrava che si poteva ottenere solo piccoli marginali miglioramenti superando il numero di 32 radiali, ed ancora peggio, facendoli troppo lunghi. Per approfondire l'argomento scrissi direttamente a Roy Lewallen, W7EL, l'autore di EZNEC, che mi rispose così: «Luis, puoi vedere dalla distribuzione della corrente sui fili dei radiali che essi sono elettricamente più lunghi di un quarto d'onda. Ad un quarto d'onda, la corrente dovrebbe giusto raggiungere il massimo al punto di giunzione. Io credo che la miglior efficienza si verifichi quando i radiali sono elettricamente ¼ d'onda o più corti, mentre peggiorerà gradualmente man mano che sono più lunghi di un quarto d'onda elettrico. L'allungamento elettrico dei radiali è dovuto alla vicinanza e alle caratteristiche del terreno che modifica il VF (fattore di velocità). Calcolare la lunghezza fisica necessaria non è semplice. Ti raccomando solo di accorciare i radiali fino a che la corrente raggiunge il massimo al punto di giunzione.
73, Roy, W7EL».
Il programma EZNEC fornisce il dettaglio delle correnti calcolate in tutti i segmenti dei singoli fili in forma tabulare. É molto più semplice vedere il loro sviluppo nei grafici prodotti da AutoEZ di AC6LA.
Questo è lo sviluppo della corrente sui primi due radiali di 40 metri di lunghezza ==>
Ogni radiale è composto da 10 segmenti. La corrente è massima (0,07) ai punti di giunzione (seg. 1 e 11) e minima sulle punte (1o e 20).
La corrente è troppo elevata sui primi segmenti (1 e 11) e questo provoca una distribuzione non uniforme delle correnti nell'intero sistema radiale, come illustrato dal grafico qui a lato ===>
che include tutti i 32 radiali per un totale di 320 segmenti calcolati.
In seguito a diverse simulazioni, ho trovato che la lunghezza fisica ottimale di ogni radiale - atto a consentire lo sviluppo di un intero quarto d'onda della corrente sinusoidale - si aggira sui 28 metri.
Con questa lunghezza vediamo che la corrente massima su un singolo radiale viene ridotta
da 0.07 a 0.05 ===>
Di conseguenza, la riduzione da 0,07 a 0,05 sui primi radiali produce una uniforme distribuzione della corrente su tutti gli altri, ottenendo un perfetto ed efficiente sistema di terra per 360 gradi e composto da 32 radiali - tutti lunghi 28 metri per un totale di circa 900 metri .
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Non c'è alcuna ragione per sprecare più rame!
Per verificare ed approfondire l'argomento, ho fatto alcune misurazioni con l'analizzatore di antenna AEA sul dipolo campione - lungo 76 metri - che usavo in Ecuador per determinare la resistenza di terra, e quindi del fattore di velocità “VF”, nei miei esperimenti sulle BOG (Beverage a terra).
Laggiù sulle Ande, su un terreno povero e desertico, quel dipolo risuonava attorno a 1.200 KHz, mentre sul tappeto erboso del mio giardino in Italia esso risuona attorno agli 800 KHz, quindi con una grande differenza nel VF.
Quindi ho fatto delle prove variando l'altezza del dipolo da terra, ed è evidente che abbassando il filo (come da Beverage a BOG) la sua lunghezza elettrica cambia moltissimo:
Altezza dipolo cm. - Frequenza di risonanza KHz - Fattore di velocità VF
180 1.810 0,92
90 1.750 0,89
30 1.640 0,83
15 1.250 0,63
5 1.070 0,54
0,5 780 0,40
Questo è il motivo della grande differenza fra lunghezza fisica ed elettrica di un filo molto vicino al suolo
Dettagli costruttivi.
Ho coperto il basamento in calcestruzzo con un foglio di rame per facilitare la saldatura dei radiali.
Quindi, battute giù quattro puntazze di rame da 1.80 m. ad ogni angolo e connesse con un grosso conduttore.
Per la protezione dai fulmini, ho usato due palle di ferro da 50 mm., distanziate di 1 mm., come da istruzioni di Tom, W8JI. Per il drenaggio delle cariche statiche (Drain static) è stata inserita nel box dell'accordatore, fra l'antenna e la terra, una combinazione serie-parallelo di diverse resistenze da 10 Mohm.
Per i radiali, ho utilizzato ciò che mi serviva (12 Kg.) da una bobina di filo smaltato da 1.32 mm., e reso il resto a un amico che fa avvolgimenti elettrici. Per essere doppiamente sicuro sulla loro connessione, li ho prima saldati sul grosso filo (bus wire) che li connette ai picchetti di terra, e poi al foglio di rame, dopo averli serrati con bulloneria inox. Infine, ho avvolto i giunti stagnati con nastro isolante, prima di coprirli con sabbia.
Verifica finale dell'impedenza con l'analizzatore d'antenna AEA.
PRIMA dell'istallazione dei radiali, l'impedenza misurata era: R = 27 Ohm; X = 13 Ohm; Z = 30 Ohm. Punto di risonanza a 1.830 KHz, con i due fili di carico (il top loading dell'antenna) lunghi 20 metri.
DOPO aver completata l'istallazione dei 32 radiali, lo strumento diede queste letture:
R = 12.5 Ohm; X = 0; Z = 12.5 Ohm, con il punto di risonanza ancora a 1.830 KHz.
Wow!, il sistema dei radiali aveva rimosso quasi 15 Ohm di resistenza di terra, più che raddoppiando, così, l'efficienza dell'antenna!
Adesso non restava altro da fare che adattare questa impedenza a quella caratteristica del cavo da 50 Ohm. Inserendo quindi questo valore reale, misurato, nel programma TLW dell'ARRL, si ottiene il disegno definitivo del L-Network che richiede, in parallelo all'ingresso, una capacità di 3.000 pF, ed un'induttanza in serie di 1.9 µH.
È stato sufficiente aggiungere un ulteriore condensatore a mica di 780 pF - 2.500 V in parallelo a quelli che erano già inseriti nell'accordatore, ed al variabile sotto vuoto Jennings (7-1.000 pF) per raggiungere un valore di capacità complessiva regolabile da 2400 a 3400 pF.
Nel box dell'accordatore sono inseriti anche due relè allo scopo di sconnettere la verticale trasmittente durante i periodi d'ascolto su una antenna ricevente separata; Rly1 è un relè sotto vuoto “Kilovac HC1” per assicurare alta velocità di scambio.
(Ricordo che una verticale a quarto d'onda presenta un'alta impedenza - e quindi completamente disintonizzata - quando viene sconnessa da terra, mentre sarebbe l'inverso se fosse a mezz'onda e quindi, in tal caso, andrebbe collegata a terra per ottenere un'alta impedenza).
Risultato finale.
Dopo aver installato l'L-Network, agendo sul condensatore variabile, è stato facile trovare, sull'analizzatore d'antenna, il punto dell'impedenza a 50 ohm, ma con la frequenza di risonanza scesa a on 1.800 KHz. Questo probabilmente a causa dell'eccessiva induttanza della bobina. È stato facile risolvere il problema accorciando dal basso i due fili di carico da 20 to 19 metri, con il risultato finale illustrato dal grafico sottostante:
December 12, 2016 Luis IV3PRK
In fine, ho reso felice anche mia moglie Luisa, che mi sopporta sempre, quando ha visto che tutti i fili stesi nel suo amato prato erano scomparsi nell'erba grazie all'impiego di 300 picchetti “Gardenmate” acquistati tramite Amazon.
