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IV3PRK Pierluigi “Luis” Mansutti
160 Meters: DXing on the Edge
La Waller Flag - antenna per ricezione.
Alla ricerca del disegno migliore.
La nuova WF sarà costruita su un boom in alluminio di 8 m. (50 mm. diametro) posto a 13 m. di altezza, supportato da un mast in vetroresina su un piccolo traliccio di 12 m. in alluminio isolato da terra. I fili verticali dei loop sono attaccati a canne in vetroresina di 3 metri (costituiti dalle prime tre sezioni di canne da pesca economiche da 5 m. - diametri da 29 a 16 mm.).
Non ancora deciso il tipo di filo da impiegare:
"#13 gauge “Silky” venduto da “The Wireman”,
come raccomandato, o semplice filo elettrico.
Queste sono le misure dei fili numerati nel modello
EZNEC qui a lato: ===>
wires 1, 3, 5 ,7 = 6.00 metri;
wires 2, 4, 6, 8 = 2.90 metri.
Variazione dei carichi con AutoEz.
(AutoEz è un ottimo programma di AC6LA che esegue iterazioni di EZNEC su fogli di calcolo Excel).
Il carico L1 si trova sul filo 3
ed L2 è il carico sul filo 7.
Il migliore rapporto F/B (avanti/indietro) si ottiene con
L 1 = 580 ohm ed L 2 = 605 ohm,
con un impressionante picco di 45 dB all'angolo di elevazione di 22 gradi. ===>
La variazione del RDF (Receiving Directivy Factor - v. sotto) è molto meno pronunciata, ma conferma essere migliore (sopra 11.7 dB) con gli stessi valori dei carichi ===>
Sistema di alimentazione.
Nel foglio “Inserzione Oggetti” di AutoEz sostituiamo le sorgenti (sources) sui fili 1 e 5 con dei trasformatori e le linee di sfasamento che li connettono a un punto centrale di alimentazione (la nuova source).
Essendo i carichi nell'area dei 600 ohm, è meglio usare xfmr con rapporto 6:1 anziché il 9:1 tipico nelle flag. L' SWR adesso si trova ben sotto 1.5:1 come raccomandato da N4IS. ===>
Le linee di sfasamento.
Ora, fissati i valori delle resistenze di carico, vediamo cosa succede variando la lunghezza delle linee di sfasamento. Esse hanno un'impedenza di 100 ohm e sono realizzate con due cavi RG58, unendo in parallelo le loro calze. (Gli inventori della WF, NX4D e N4IS, raccomandano il cavo Twimax, ma io faccio con quello che ho).
La linea 1 (quella verso il loop anteriore) è tenuta fissa a 5.00 m, mentre la linea 2 (verso il loop posteriore) viene variata da 4.00 a 6.00 metri. Qui non è facile prendere una decisione ===>
Tenendo fisso l'angolo di radiazione a 22 gradi, se guardiamo al Front to Back (linea rossa), vediamo che il miglior risultato (F/B di45 dB) si ottiene con la linea verso il loop posteriore più corta di quella verso il davanti. Ma, se riteniamo più importante il rapporto Front to Rear (linea blu), allora la nostra linea di sfasamento verso il loop posteriore dovrebbe essere più lunga (5.7 m.) di quella verso il davanti.
(F/B è il rapporto fra il max anteriore ed il null posteriore, mentre F/R è il rapporto fra il max anteriore e la totale area posteriore).
Infatti, se esaminiamo il lobo di radiazione verticale, vediamo che la traccia blu sembra essere migliore, con minore irradiazione ad angoli alti sul retro ed un guadagno di 3 dB nella direzione frontale ===>
Pertanto, se puntiamo al miglior rapporto Front to Rear (in italiano si traduce allo stesso modo del Front to Back), si dovrebbe scegliere la lunghezza di metri 5,90 della linea verso il loop posteriore e di 4,50 m. verso quello anteriore.
Anche nel diagramma di radiazione orizzontale vediamo che il lobo blu appare migliore. L'elevato F/B di 45 dB nella traccia rossa rappresenta un “null” strettissimo, solamente a zero gradi, senza alcun effetto reale . ===>
RDF -Receiving Directivity Factor
È un nuovo parametro per la valutazione delle antenne riceventi introdotto da Tom, W8JI, ed ora considerato da molti come il benchmark per la categoria (vedi il Low Band DXing di ON4UN, 5th Ed. pag. 7.10).
Esaminando con AutoEz questo parametro, vediamo che la linea di sfasamento verso il loop posteriore dovrebbe essere mezzo metro più corta di quella verso quello anteriore, e cioè - 4,50 m. verso il retro e 5.00 m. verso il davanti - e questo coincide anche con il migliore Front to Back. ===>
Si ottiene un RDF molto largo, sopra 11.7 dB, comparabile con quello di una grande 4-square od una lunga Beverage, con il vantaggio di essere rotativa!
Le dimensioni dei loop.
Questo grafico illustra l'andamento del RDF alla variazione delle lunghezze dei fili orizzontali su tre differenti boom. Le curve rimangono piuttosto piatte, con un leggero incremento di una frazione di dB allargando i loop. Tuttavia, le misure non sono critiche e non vale la pena farli troppo grandi, agli effetti del RDF. ===>
Molto diverso, invece, è lo stesso grafico se andiamo a guardare l'andamento del rapporto F/B, mantenendo sempre l'angolo di radiazione a 22 gradi ===>
Il picco massimo si ottiene con i loop larghi 2.9 m. ed una separazione di 2.2 m. fra loro su un boom di 8 m. (segue quello con i loop larghi 2.7 m. e separati 1.6 m. su un boom di 7 metri).
Qui riemerge il principio che “più grande è, meglio è” e ciò viene confermato da AutoEz con la stessa iterazione guardando al guadagno. Ovviamente questo aumenta con l'aumento delle dimensioni dei loop… ma in realtà ha poco significato dato che si tratta solo di una piccola riduzione del gain negativo (da -55 a - 53 dB!) ===>
Tuttavia, abbiamo a che fare con questi numeri, ed anche una piccola frazione di decibel può fare, come al solito, la differenza tra ascoltare o non ascoltare quel segnalino DX!
Ora andiamo a vedere cosa succede nel RDF abbassando la WF dalla sua normale posizione dei 13 m. fino a 4 metri, oppure alzandola fino a 30 metri ===>
Sempre guardando al RDF, questa è una simulazione ottenuta dalla variazione dei fili verticali dei loop (anzi precisamente della loro metà). ===>
Anche questa non è una misura critica e, come per i fili orizzontali, non c'è grande differenza nel RDF facendo i loop più grandi.
Al contrario, le stesse variazioni dei fili verticali hanno un effetto molto pronunciato sul rapporto F/B. Questo grafico dimostra che la lunghezza ottimale dei fili verticali per loop larghi 2.9 m., è di 6 metri (3 m. + 3 m. per ogni metà) ===>
Verifica delle resistenze.
Prima di scegliere il disegno definitivo della Waller Flag, andiamo a cercare di nuovo qual è il miglior valore delle resistenze di carico. Queste sono le misure finora definite:
Boom: 8 m. – 13 m. altezza – Fili verticali: 2 x 3 = 6.00 m.
Fili orizzontali: 2,9 metri.
Linee di sfasamento: 5 metri verso il loop anteriore e 4.60 m. verso quello posteriore.
All'inizio dello studio, erano stati posti 580 ohm su L1 (verso l'avanti) e 605 ohm su L2 (verso il retro) e questi si confermano essere gli ottimali (linea rossa) con un rapporto F/B di 45 dB. ===>
Con la stessa modalità dei dati inseriti (cioè variando da 20 a 40 ohm, la differenza fra L1 ed L2) ricaviamo questo grafico sull'andamento del RDF e vediamo che è leggermente migliore con L2 a 600 ohm (+20, linea blu). Tuttavia, anche qui, non c'è nulla di critico e non è il caso di preoccuparsi troppo per la precisione delle resistenze. ===>
Ma sorge un'altra questione: è più importante il Front to Back con un null posteriore ai bassi angoli dei segnali DX, o è preferibile averlo ad angoli più alti, in modo da ridurre il livello di QRM europeo proveniente dalle spalle?
Oppure è meglio prendere in considerazione il Front to Rear? Ognuno ha le sue preferenze.
Questo grafico conferma un F/R ottimale (oltre 30 dB) nell'area 575/600 ohm con angolo di radiazione a 22 gradi, mentre con L più alti aumenta la radiazione ad angoli elevati (45°) ===>
Comunque, il grafico del RDF indicava i valori di carico di 575 ohm (V1) sul loop anteriore e 600 ohm (V5) su quello posteriore, confermando i 25 ohm di differenza fra i due.
Questo è il modello EZNEC finale con inseriti e numerati tutti i componenti ed il risultante lobo di radiazione ; X1 e X6 sono i trasformatori connessi, tramite le line, al punto di alimentazione centrale. ===>
Calcolo dei trasformatori.
A questo punto, andiamo a verificare il numero delle spire richieste dai due trasformatori toroidali. Il calcolo viene effettuato con una semplice procedura su foglio Excel, riprodotto qui a lato. ===>
Inserendo 600 ohm (il load) come impedenza del primario e 100 ohm (l'impedenza della linea) al secondario, il numero arrotondato delle spire su un toroide BN73-202 resulta rispettivamente di 5 vs. 2.
Inserendo i rapporti d'impedenza di questo trasformatore (Zp/Zs = 6:1) nel modello EZNEC possiamo verificare un buon risultato, con SWR sotto 1.5 nell'area dei 600 ohm, più che sufficiente per un'antenna ricevente ===>
(N.B.: quello con una spira in più (9:1- linea rossa) appare migliore nell'area dei 900 ohm solo per via dell'arrotondamento più favorevole).
Luis IV3PRK 17 settembre 2016