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IV3PRK Pierluigi “Luis” Mansutti

160 Meters: DXing on the Edge

I miei due anni in Ecuador come HC1PF - parte 1

Nel gennaio 2014, con mia moglie Luisa, mi sono trasferito in Ecuador, dove vive nostro figlio, ed acquistammo un terreno per costruire la nuova casa. Era il lotto più grande - 1900 mq. all'angolo di una urbanizzazione - con la possibilità di installare antenne per i 160 m., anche Beverage all'esterno, in terreni non coltivati. Questa è la mappa Google con la mia collocazione sul bordo di una vallata, a 2.500 m. di altitudine, a circa 20 km. da Quito, proprio sull'equatore: 0°10’31” Sud – 78°22’33” West – Grid Loc. FI09tt

Dopo quasi un anno che vivevamo a Quito, per seguirli direttamente, i lavori della casa furono ultimati. A ricordo del borgo natio, collocammo all'ingresso un grande pannello con la sua foto scattata dall'alto del mio traliccio quarant'anni prima! Nel frattempo, avevamo preso la residenza ecuadoriana ed ero diventato socio del “Quito Radio Club”, dove tenni un paio di lezioni su contest e propagazione. Grazie al suo presidente, Gustavo HC1BG, ottenni così rapidamente, e senza bisogno di esami, la mia licenza definitiva come HC1PF.

Finalmente a Natale, dopo aver completato il giardino con palme, alberi di aranci e avogado, ed abbondanza di fiori equatoriali, era pronta anche la stazione radio, e potevo dedicarmi concretamente alle antenne.

Tutte le mie apparecchiature erano arrivate in perfette condizioni, e la stazione era esattamente la stessa di IV3PRK in Italia. Avevo caricato nel container anche moltissimi cavi, parti di ricambio e tutto il necessario per costruire e provare qualsiasi antenna per i 160m., incluso il pesante ponte RF della General Radio.

Nel disegno della mia nuova casa avevo previsto tutte le necessità e gli accorgimenti per la sicurezza ed efficienza della stazione radio. Qui sopra si vede il pannello di entrata, con due protettori Poliphaser, dove arrivano tutti i cavi coassiali e di controllo dalle condotte interrate. Un grosso cavo di rame collega solidamente gli chassis delle apparecchiature radio, assieme alle calze di tutti i cavi coassiali, a un unico picchetto di terra, come raccomandato da Tom, W8JI.

Polarizzazione dei segnali e scelta dell'antenna Tx.

Generalmente la polarizzazione dei segnali non è un problema sulle bande HF e per le stazioni nelle aree più affollate (Europa, Nord America e Giappone), tutte situate a medie latitudini, sopra +45° dell'angolo d'inclinazione magnetica, oppure sotto i -45 gradi (Australia, Nuova Zelanda e Sud Africa).

Ma, a basse latitudini, tra +30 and -30 gradi, i segnali in 160m. possono subire forti assorbimenti dalle perdite di accoppiamento all'entrata nella ionosfera. Questo dipende dall'angolo e dalla polarizzazione del segnale e dall'angolo del campo magnetico terrestre. Dalla mappa azimutale di DX Atlas, con le linee degli angoli d'inclinazione magnetica, è chiaro che in Ecuador dovrò tener conto della polarizzazione in 160 m.

Con riferimento agli studi del prof. Bob Brown, NM7M (SK), e di Carl Luetzelschwab, K9LA, ho compilato un documento PDF sull'argomento scaricabile qui.

Pertanto già nel dicembre 2012, quando stavo progettando di trasferirmi in Ecuador, iniziai a studiare il tipo di antenna più adatta alla nuova località, sviluppando su EZNEC diversi modelli di “Inverted L” e “Vertical T” alla ricerca della “migliore antenna TX per le basse latitudini”. Tutti i risultati di queste analisi, sintetizzati in grafici Excel, e con le immagini EZNEC, si trovano in questo documento PDF.

Arrivato sul posto, avevo già le idee chiare su cosa fare.

Costruzione ed installazione della “Inverted L”.

Senza dubbio, la mia antenna doveva essere ad “L invertita” per favorire l'irradiazione ad angoli elevati.

Nella realtà, tuttavia, emerse qualcosa di diverso da quanto previsto, con qualche difficoltà e restrizioni per un'antenna in 160 metri. Anzitutto, non c'era spazio e possibilità di stendere un sistema di radiali a terra, sotto il tappeto erboso. Ancora peggio – siamo in Sud America – fu necessario installare la recinzione elettrica (10.000 Volt) sopra il muro alto m. 2.50. I radiali elevati e sintonizzati, come avevo in Italia, si sarebbero accoppiati con questi fili lunghi 180 m. – come sarà dimostrato – e quindi decisi di provare il sistema FCP di K2AV.

Giunti dall'Italia i tubi di alluminio che avevo ordinato (diametri da 65x5 mm. a 22x1.5 mm.), dovetti modificare il disegno originale, dato che il punto di alimentazione veniva a trovarsi all'altezza del muro, dove si estende il sistema FCP. Per cui, la lunghezza fisica verticale di 21 m., meno 2.50, diventa in effetti di 18.50 metri.

Iniziai a forare i tubi e metterli assieme. Tagliato il pezzo inferiore più grosso (65 mm. esterno e 55 interno) a m. 2.50 m., ho inserito una barra da 60 mm. di Delrin (tornito sopra e sotto a 55 mm.) quale isolatore fra le due parti. Questo è il punto dove inizia la parte irradiante, ed è connesso toroide e radiale FCP. Quindi, cementata la base, costruita nella fabbrica di mio figlio a Quito, e montato un verricello a ingranaggi, era tutto pronto.

Il sabato, giorno del sollevamento, giunse in aiuto il mio giovane amico Rafael, HC1TCD, con suo padre, con me nella foto sottostante. Ma, come in tutte le grandi occasioni, occorreva anche la supervisione di Luisa, che vediamo nella foto a destra, e finalmente l'antenna assunse la posizione verticale.

Il sistema a contrappeso FCP di K2AV.

Ho installato, quindi, l box di alimentazione ed accordo, contenente quello del FCP e del contrappeso, costituito da un filo solido di rame da 2 mm. per 50 metri, ripiegato su sé stesso per una lunghezza totale di 20 metri a 2.50 m. di altezza, senza alcun altro radiale o connessione a terra.

Vero: solamente un lungo filo ripiegato, in sostituzione del sistema di radiali, né a terra, né elevati! Il cuore del sistema FCP è il grosso toroide venduto da Guy, K2AV, che si vede all'interno del box di accordo. Nella foto a destra si vede la semplice protezione dai fulmini, fatta con due pezzi di lamiera di rame con una spaziatura di 1 mm. 1 mm. in parallelo all'isolatore Delrin. Quale scaricatore delle cariche statiche, ho inserito nel box, una combinazione serie/parallelo di 24 resistenza di ½ watt da 10 Megaohm ciascuna, verso massa.

Alla ricerca del punto di risonanza.

Questo è stato il processo più difficile e dispendioso in termini di tempo!

Sono partito con un filo orizzontale di 28 m., per una lunghezza totale della inverted L di 47 metri, quanto bastava per essere accorciato alla ricerca del punto di risonanza previsto da EZNEC. Il circuito L--Network era stato calcolato con il programma TLW e verificato sul modello Eznec, ma … la realtà era ben lontana!

Dovetti chiedere aiuto a K2AV, l'ideatore del sistema FCP, e Guy mi disse di lasciar perdere i risultati di Eznec, poiché quelli di un'antenna reale su FCP sono molto diversi dai modelli. L'unico modo di trovare la risonanza è di cercare il punto dove la resistenza raggiunge i 50 ohm, e quindi annullare la reattanza. Ma le mie letture erano ben lontano dall'obiettivo: l'antenna sembrava trovare il punto dei 50 ohm sotto i 1.500 khz, o un altro, più credibile, sopra i 1.900, per cui provai ad allungare il filo orizzontale a 32 metri: adesso il punto dei 50 ohm scese a verso i 1.850 khz, e potevo iniziare a togliere la reattanza. Per due giorni ho provato ad aggiungere e togliere diversi valori di capacità a mica ad alto voltaggio, in parallelo all'ampio range del condensatore a vuoto Jennings 7-1000 pF, ma non c'era modo di sbarazzarsi di questi strani valori di reattanza.

Provai, quindi, ad abbandonare il sistema FCP e ritornare ai vecchi radiali elevati ed accordati, per cui, tagliati due fili da 42 metri, li inserii al suo posto. Ancora peggio: la resistenza scese attorno a 20 ohm con valori di reattanza schizzati ancora più in alto. I radiali elevati, molto più lunghi di quello del FCP, venivano maggiormente influenzati dalla cinta elettrica. Guy mi raccomandò di prendere tutte le misure direttamente alla base dell'antenna, ma questo non era qui possibile a causa delle locali broadcasting in AM su 1.510, 1.580 e 1.590 KHz (segnali di S 9+50 dB) che sconvolgevano il mio analizzatore d'antenna. Pertanto, le letture effettuate nello shack, tenendo in considerazione la lunghezza del cavo coassiale, si rivelarono più affidabili.

Il giorno dopo riconnessi il sistema FCP, ripartendo da valori più bassi di capacità. Ritrovai il punto dei 50 ohm di resistenza dove volevo, a 1.825 KHz, ma non c'era modo di eliminare la parte reattiva. Dopo innumerevoli variazioni, decisi di ritornare all'estremità del filo orizzontale e, dopo averlo allungato, accorciato e riallungato, giunsi fino a 34.3 m., che costituisce una lunghezza totale di 52.8 metri, circa dieci metri in più di un quarto d'onda. E più lungo anche della distanza fisica dalla sezione verticale al palo di ancoraggio sul tetto della casa per cui, gli ultimi oltre due metri del filo orizzontale dovettero essere piegati verso il basso.

Le immagini di EZNEC indicavano un lobo con angolo di radiazione troppo alto rispetto a quanto desiderato, ma la performance “in aria” apparve subito soddisfacente: in una paio di giorni collegai un sacco di stazioni dal NA e dall'Europa, ma purtroppo non ero in grado di ascoltare tutti quelli che mi stavano chiamando!

Non avevo intenzione di puntare ad un angolo di radiazione così elevato, ma la realtà e le costrizioni del luogo mi portarono lì. Probabilmente questo tipo di antenna funziona bene proprio in questa particolare situazione, racchiuso da una recinzione elettrica, sull'equatore a 2.400 m. di altitudine. In ogni caso, il sistema FCP di K2AV lavora alla grande e dà a tutti la possibilità di installare, anche in spazi ristretti, un'antenna molto efficiente per i 160 metri, grazie Guy!

Ieri, la scarica di un fulmine ha distrutto il condensatore a mica in parallelo a quello variabile sotto vuoto. Lo ho sostituito con un altro dal valore abbastanza vicino, ma ho dovuto risintonizzare il tutto ed allungare ancora un pochino il filo orizzontale fino a raggiungere un accordo perfetto, come dimostra questa videata dell'analizzatore d'antenna. ====>>

Quito - 24 marzo 2015

Nei mesi successivi, l'antenna collassò tre volte a causa di folate improvvise di vento - anche in giornate di sole - ma sempre prontamente riparata e rinforzata con ciò che potevo avere a disposizione.

La Flag rotativa di IV3PRK adattata presso HC1PF.

Nel frattempo, avevo installato anche la prima antenna ricevente, il più lontano possibile da quella trasmittente, restando all'interno del muro. Avevo portato qua la flag rotativa, su disegno di W7IUV, che stavo usando in Italia da molti anni, ma non c'era spazio sufficiente per ruotare entro i miei confini.

Decisi, quindi, di ridurre le sue dimensioni. Come più volte ribadito, le antenne pennant e flag «vogliono comunque lavorare» e le loro misure non sono per nulla critiche, a condizione che sia mantenuto, più o meno, lo stesso rapporto fra i loro lati. Il lobo di radiazione ed il rapporto F/B rimangono gli stessi, anche se la minor area di cattura del segnale provoca una riduzione del guadagno o, più precisamente, aumenta la perdita di circa 5 dB: ma passando da -30 a -35 dB non è un problema con un buon preamplificatore.

Queste sono le dimensioni ridotte: fili orizzontale m. 6.63; verticali m. 3.21; resistenza di carico 900 ohm.

Trasformatore: 2/8 spire su binoculare BN73-202. Nelle foto sottostanti, sono io che installa la flag e, a destra, la stessa puntata verso il mio riferimento a Sud: il vulcano Cotopaxi, alto 5.897 m., 50 km. distante.

Le consuete prove con il fedele oscillatore a 1.843 KHz sul ricevitore SDR-IQ indicarono circa 20 dB di rapporto avanti/indietro, non male, ma un livello di rumore piuttosto alto, e questo sarà il mio più difficile problema da risolvere.

A destra si vede la flag rotativa installata su un palo d'acciaio di 6 m., sopra la recinzione elettrica, ma non abbastanza lontana da essa: cinque giri di filo, lungo ciascuno 183 metri – come essere dentro una bobina di 5 spire con una tensione pulsante di 10 kV !

Comunque, questa è l'unica antenna ricevente destinata a durare e sarà tenuta come riferimento fino alla fine della mia attività dall'Ecuador.

L'istallazione di quattro Pennant.

Dopo pochi giorni di attività mi resi conto che in trasmissione andavo fortissimo, ma non riuscivo a estrarre dal noise il segnale di tutti quelli che mi stavano chiamando. Impossibile ascoltare sulla inverted L, per il rumore esorbitante, mentre la flag faceva onestamente il suo lavoro, ma c'era bisogno di qualcos'altro. Giunse così il momento di installare alcune delle pennant che avevo portato dall'Italia, dove ne usavo due gruppi di tre, con 90 m. di separazione fra loro in configurazione broadside, non possibile qui per mancanza di spazio.

D'altro canto, avevo promesso alla XYL ti tenere il minimo impatto possibile delle antenne sul giardino. Piantai quattro pali di eucalipto (l'albero nazionale) da 3 m. agli angoli dell'orto quali supporto delle pennant per coprire quattro direzioni. Una delle migliori caratteristiche delle pennant e flags è la loro indipendenza dalla terra, quindi non ci sono intralci al giardinaggio ed al traffico pedonale con bassi fili di traverso. Inoltre, avevo già previsto l'arrivo di condotte interrate con pozzetti per i cavi coassiali e linee di controllo in quella zona.

Ho modificato uno dei miei vecchi box di commutazione con una quarta posizione e controllato tutto quanto. Tuttavia, prima di alzare il tutto, provai il funzionamento dallo shack con l'analizzatore AEA CIA ed emerse qualcosa che non andava. Tutte le commutazioni funzionavano correttamente, ed alla fine il problema fu trovato sulla linea di alimentazione: il colpevole era un connettore coassiale di un CMC interrato. Lo sostituii con un altro, avvolto sul nuovo toroide FT240-31, e le cose andarono a posto.

Qui a lato, vediamo il box centrale delle pennant a quattro metri di altezza. L'intero sistema è stato sollevato in modo da essere completamente al di sopra del muro e della recinzione elettrica.

Nella foto sottostante, le pennant sono viste dall'antenna TX con il suo contrappeso FCP, che è lungo solamente dieci metri per lato, e pertanto non va ad interferire troppo con le antenne riceventi, come avrebbero fatto i radiali elevati a un quarto d'onda.

In ogni caso, queste pennant rendono esattamente come la flag: nessuna differenza tra la loro commutazione nella direzione voluta, o la rotazione della flag…. quindi non vale la pena tenerle, e ho già pensato di sostituirle con un loop orizzontale. Come dimostrato dalla “lunga” inverted L, il mio segnale entra efficacemente nella ionosfera ad angoli alti, quindi è il caso di provare se lo stesso accade anche per i segnali in attivo.

Quito, 15 febbraio 2015 Luis HC1PF ex IV3PRK

Il tentativo con un loop orizzontale: una perdita di tempo?

L'ottimo rendimento della mia Inverted L che, molto più lunga di un quarto d'onda, irradia di sicuro ad angoli alti, conferma che la polarizzazione dominante – in questa località, alta sull'equatore - è orizzontale, anziché verticale come di solito avviene alle medie ed alte latitudini. Mi resi conto di essere sempre ed ovunque ascoltato molto meglio di quanto io possa ascoltare coloro che mi chiamano, e pertanto devo equilibrare la mia situazione, cercando di catturare i segnali in uscita dalla ionosfera con lo stesso angolo con cui vengono immessi i miei, in modo efficiente. La soluzione più semplice sarebbe quella di ricevere sulla stessa antenna TX, ma qui il rumore è proibitivo. Decisi, quindi, di provare un loop orizzontale. Con AutoEz, il programma di AC6LA, ho elaborato alcuni modelli, con i seguenti risultati per un loop quadrato di 9 metri di lato a 6 m. di altezza:

Gran parte della radiazione è centrata sui 60° con pochissima direttività, mentre ad angoli bassi (15°) si vede un modesto avanti/indietro (traccia blu).

Il diagramma verticale indica la massima radiazione a 63° e una grossissima differenza di 30 dB fra la componente orizzontale (traccia verde) e quella verticale (blu). ===>>

Per quanto riguarda l'alimentazione, Il programma indica che, con una resistenza di carico di 1.050 ohm, all'entrata si presenza un'impedenza solamente resistiva, facilmente accordabile.

Quindi scelsi di usare come linea di alimentazione a 100 ohm, una coppia di fili attorcigliati leggerissima estratta da cavo CAT5, fra due trasformatori su binoculari BN73-202: il primo, sul loop, con 9 spire sul primario e 3 sul secondario (anche 7/2 va bene) per andare da 1.000 a 100 ohm, ed il secondo con 4/3 spire per andare ai 50 ohm del cavo coassiale.

Le letture d'impedenza sull'analizzatore di antenna erano corrette, e questo, a sinistra, è il loop installato sui pali di vetroresina da 6 m. che sostenevano le pennant.

Ma i risultati “in aria” furono assai deludenti: il rumore è stato abbassato, sì, ma anche TUTTI i segnali sono da 10 a 20 dB più bassi di quelli ricevuti dalla flag, e pertanto pare che non arrivino ad angoli alti come supposto…..

In ogni caso, servirà più tempo per ulteriori prove in condizioni diverse di propagazione.

Quito, 20 febbraio 2015 Luis HC1PF

Un progetto più avanzato: il loop di K6STI.

Uno dei miei primi amici e maestri, Topbander di grande successo, John G3PQA, si lamentava dell'incremento del rumore anche nella sua località britannica, e stava prendendo in considerazione il loop di K6STI.

Si tratta di un'antenna particolare, omni direzionale - e quindi, con un basso RDF - ma anche con bassa sensibilità al rumore, che è polarizzato verticalmente e - il mio problema peggiore - ai segnali delle broadcasting locali in AM. Questo loop è stato trattato in due articoli su QST, Sett. 1995, da Brian Beezley, K6STI e Edwin Andress, W6KUT. Dopo aver letto profondamente questi articoli, e con la cooperazione di G3PQA, ho modellato su EZNEC il loop con le dimensioni adatte alla mia realtà: un quadrato di 9.25 m. per lato ad una altezza di 6 metri, in sostituzione del precedente loop orizzontale. L'innovativo sistema di alimentazione a due punti, sfasati di 180 gradi fra di loro, produce due lobi a 44° di elevazione con polarizzazione orizzontale, come desiderato.

Le linee di sfasamento sono a 450 ohm e, al punto di giunzione, l'impedenza calcolata da Eznec è di R = 3.5 + j 370 ohm, che può essere adattata in questo modo: una capacità di 235 pF per annullare la reattanza induttiva, seguita da un trasformatore 4:1 (solamente una spira dal lato antenna e quattro spire dal lato cavo coassiale) su un BN73-202, come suggerito da G3PQA, che ne aveva testati diversi back to back.

La funzione SWR di Eznec, con l'inserzione dell'alimentazione produce questo grafico ===>> che indica la criticità dell'accordo ed una larghezza di banda - BW - estremamente stretta.

Passando alla pratica, il lavoro più noioso è la costruzione della scaletta: dalle più piccole canalette elettriche disponibili, ho tagliato e forato 100 isolatori - 5 cm. l'uno - e piazzati ogni 15 cm., per ottenere la linea a 450 ohm d'impedenza.

John era un po' più avanti di me con il progetto e, dopo aver fulminato il suo analizzatore durante le prime misure, mi suggerì di aggiungere una resistenza da 5/50 Kohm fra il loop e la terra per la scarica statica. Così ho messo una resistenza di 10 Kohm, 4 watt, in parallelo al trasformatore per connettere il loop alla terra tramite la calza del cavo coassiale. Con l'analizzatore d'antenna ho fatto alcune misure su un trimmer ceramico surplus a compressione, e trovato che poteva andare da 125 a 580 pF; fissato il valore della capacità a 235 pF – come indicato da Eznec – lo inserii nel box come punto di partenza.

Ma per raggiungere risultati previsti dalla curva SWR del grafico precedente, ci vollero innumerevoli aggiustamenti e misure, che richiesero la riduzione del numero delle spire sul secondario del trasformatore, portandolo da 4 a 3, con l'aggiunta di un ulteriore piccolo trimmer da 3-20 pF, per eliminare la reattanza residua. fino a raggiungere X = 0.

Ma, adesso era peggiorata la lettura della componente resistiva e dovetti ricalcolare il trasformatore con la riduzione di una ulteriore spira sul secondario. Quindi, ben lontano dal modello Eznec, la situazione reale definitiva richiedeva un trasformatore con questo numero di spire: UNA sul primario (lato linee di sfasamento) e solamente DUE sul secondario (lato cavo coassiale) su un binoculare BN73-202.

Finalmente, le letture al connettore coassiale erano: R = 47 e X = 0 su 1.850 KHz; con una ulteriore piccola regolazione del secondo trimmer, il null venne portato giù dove voluto, a 1.825 KHz..

Di sicuro, è stato un buon esercizio di sintonizzazione e messa punto di antenne, ma adesso vediamo se ne è valsa la pena, con le prove in aria.

Già la prima notte di prove fu assolutamente deludente: l'unica antenna in grado di ricevere i segnali DX era ancora la Flag rotativa.

Il loop di K6STI sembra produrre solamente rumore, come tutte le altre antenne. Questi sono i dati presi dai grafici del noise rilevato verso mezzogiorno sul ricevitore SDR-IQ:

K6STI Loop: - 105 dB; Rot. Flag: - 119 dB

Inverted L: - 72 dB; NO antennas: - 126 dB.

Quindi, il livello del noise sul K6STI loop è 33 dB inferiore a quello dell'antenna TX, ma la Flag rotativa è ancora 14 dB migliore!

Tutte le linee di alimentazione sono interrate in profondità e dotate di CMC (common mode chokes) connessi a picchetti di terra in rame da m. 1.80. Ho sconnesso, controllato e riconnesso il cavo coassiale di 96 metri che va al loop di K6STI, e risulta a posto. Queste le letture del noise sul ricevitore SDR-IQ:

Cavo coassiale 96 m. di vecchio RG213) senza antenna: -122 dB;

Ricevitore, senza antenna e senza cavo coassiale: -126 dB;

Stesso cavo coassiale con la calza sconnessa: -79 dB .

Terrò questo loop in prova per un po' di tempo, per vedere se, in condizioni diverse, potrà trarre qualche vantaggio dagli angoli alti che dovrebbero essere dominanti a queste latitudini, ma tempo che sia stata una ulteriore perdita di tempo… anche se John, G3PQA, nella campagna inglese, sta ottenendo buoni risultati.

Quito, 13 marzo 2015 Luis HC1PF/IV3PRK