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Installazione antenna verticale multi-banda nella nuova sede di Sarmede
by I3RKE
Con il trasferimento provvisorio nella sede di Sarmede abbiamo finalmente avuto il modo e la possibilità di installare un’antenna per le HF degna di questo nome. La soluzione adottata nella vecchia sede, con un’antenna dipolo a V invertita addossata al muro Ovest, era veramente poco efficiente e montata a dispetto delle buone pratiche da seguire nell'erigere un radiatore. Avevamo a disposizione questa verticale Marca Butternut modello HF6V, installata 20 anni fa nella mia vecchia abitazione di Castello Roganzuolo che fino al 2017 ha dato prova di funzionare egregiamente, ed anni fa ho donato alla sezione.
Dopo un sopralluogo, ho proposto di usarla a Sarmede e, dopo qualche remora di chi voleva invece optare per una filare, la abbiamo installata sulla parete ovest del rustico attiguo alla canonica.
L’antenna si configura come un’antenna verticale con piano di terra artificiale sopraelevato e costituito da un set di fili radiali. Questo sistema di radiali assicura una buona conduttività ed è più efficace di un piano di terra costituito da molti radiali interrati.
Il radiatore verticale è costituito da un set di tubi di alluminio intervallato da 3 gruppi di Bobine e condensatori. Un Gruppo Bobina//Condensatore lavora per gli 80m, uno per i 40m, uno con bobina + condensatore in serie funziona per i 30m e 20m.
Sugli 80m il primo gruppo L//C genera abbastanza reattanza da far risuonare il radiatore come 1/4ʎ. Inoltre genera abbastanza reattanza capacitiva da creare una discreta risonanza a 11MHz.
Sui 40m il secondo gruppo L//C genera abbastanza reattanza da far risuonare il radiatore come 1/4ʎ.
Sui 30m, dove l’altezza del radiatore è leggermente superiore a 1/4ʎ, il terzo gruppo L+C si connette ad una parte della bobina dei 40m per formare una extra induttanza per far calare la risonanza secondaria a 10MHz. Allo stesso tempo una porzione della bobina dei 40m viene cortocircuitata in modo da far risuonare il radiatore sui 30m. Quest’ultimo circuito aggiunge addizionali risonanze a 14 MHz e 28 MHz.
Sui 15m uno stub 1/4ʎ disaccoppia ed isola la parte superiore del radiatore.
Sui 10m il radiatore lavora come un 3/4ʎ.
Di seguito il disegno complessivo dell’antenna dove si possono apprezzare i 3 gruppi LC, lo stub di disaccoppiamento e l’induttore sulla base in parallelo al cavo coassiale.
Il piano artificiale di terra
Un’altra interessante particolarità della Butternut HF6v è il piano artificiale di terra, costituito da un set di radiali da montare in posizione sopraelevata rispetto al terreno. Senza addentrarci troppo sul funzionamento e sull'efficienza di una verticale, bisogna almeno introdurre il concetto delle perdite causate dalle correnti di ritorno sul piano di terra. Nel caso di una verticale alimentata contro la terra, le correnti a radiofrequenza sul radiatore verticale si chiudono attraverso il terreno circostante sul punto dove la calza del cavo si connette al terreno. In questo caso o si utilizza solo una palina di terra o si utilizza un esteso set di radiali interrati che convergono sul punto di connessione alla calza. In entrambi questi casi bisogna tener conto delle proprietà del terreno che introduce delle perdite a radiofrequenza sui percorsi di ritorno. In termini generali l’impedenza sul punto di alimentazione è costituita da tre componenti:
Rant = Rrad + Rcond + Rloss
Rrad = Resistenza di radiazione dell’antenna (tiene conto della quota di potenza effettivamente irradiata)
Rcond = Resistenza dei conduttori metallici (tiene conto delle perdite per effetto Joule)
Rloss = Resistenza delle perdite di terra
Un’antenna verticale Lambda/4 ha una resistenza di radiazione vicina a 35 Ohm ed una Rcond prossima a zero, ma una Rloss che potrebbe anche arrivare anche a parecchi Ohm se non si prendono precauzioni per minimizzarla. E’ abbastanza frequente il caso che la Rloss sia di 15 Ohm. In questo caso Rant = 35 + 0 + 15 = 50 Ohm. La qual cosa rende felice l’operatore che vede un SWR 1.0:1 e pensa di avere un’antenna performante. In realtà si ritrova con un’antenna il cui rendimento è pari al 35/50=70% ed il 30% della potenza erogata dal TX va a riscaldare il terreno. Se poi il radiatore verticale viene anche accorciato rispetto a Lambda/4 cala anche la Rrad che potrebbe diventare anche soli 15 Ohm. Inoltre dovendo sopperire con bobine o trappole alla ridotta altezza, succede che, se non si usano conduttori di grosso diametro, la Rloss sale anche fino a 5 Ohm. In tale evenienza Rant= 15+5+15=35 Ohm ed il rendimento 15/35= 43%.
Concludendo, la qualità del piano di terra influenza fortemente il rendimento. Motivo per cui occorre realizzarlo con grande accuratezza, specialmente quando non è possibile interrare un numero elevato (almeno 100) conduttori lunghi Lambda/4, che è considerato l’ottimale.
Il problema delle perdite di terra può essere risolto in grandissima parte montando la base dell’antenna sopraelevata su un piano artificiale di terra consistente in fili radiali risonanti generalmente lunghi lambda/4. Quattro radiali risonanti hanno provato essere un piano di terra a basse perdite e più di 4 radiali assicurano una conduttività superiore a quella di un terreno immediatamente sotto il radiatore verticale.
La BUTTERNUT ha messo a punto un sistema di radiali costituito da 4 radiali a risonanza multipla (40,20,15,10) che usano ciascuno una piattina a 300 Ohm con opportuni notch (tagli su un conduttore), 1 radiale lambda/4 in conduttore di acciaio ramato per gli 80m e 2 similari Lambda/4 per i 30m.
Osservazioni sul funzionamento delle Verticali e dei Dipoli
Durante la prima serata di utilizzo dell’antenna, accoppiata alla Linea Drake R-4B e R-4XC, abbiamo collegato in 40m il Giappone con rapporti ricevuti di 5/9 ed un Russo in CW, pure con ottimi segnali.
Queste ottime prestazioni non stupiscono chi ha un minimo di esperienza sui collegamenti DX in HF ed una buona conoscenza del funzionamento delle antenne. Nelle HF il segreto è semplicemente il basso angolo di radiazione sul piano verticale, quello che nella letteratura tecnica inglese viene chiamato angolo di “Take-Off”. Un basso angolo di radiazione permette di allungare molto il primo punto di riflessione ionosferica e quindi il primo salto. Antenne con angolo di “Take-Off” più alto hanno il primo salto molto più corto.
Un dipolo, nei casi più comuni, viene installato a V invertita con il centro difficilmente posto a ʎ/4 sopra il terreno e gli estremi mai sopra i 5/6m. In questa condizione il lobo di radiazione viene molto deformato dall'influenza del terreno e l’antenna lavora come NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) rendendosi utile soprattutto nelle corte e medie distanze.
Per corroborare quanto sopra con dati oggettivi, e non con supposizioni personali, ho preparato la simulazione di due antenne per i 40m con il mio simulatore EZNEC Pro+2 con motore di calcolo esterno NEC-5 con licenza del (LLNL) Lawrence Livermore National Laboratory (USA).
A) Antenna verticale per i 40m con 4 radiali sopraelevati
Antenna verticale con radiali sopraelevati:
Il grosso del flusso di irradiazione è concentrato su un angolo solido di 36° (linee magenta) ed asse a 22° rispetto al terreno (linea verde). Questa caratteristica non muta al variare dell’angolo di Azimut (caratteristica delle antenne verticali):
B) Antenna a Dipolo per i 40m montata a V invertita con vertice a 10m e gli estremi a 6,3m
Dipolo a V invertita con vertice a 10m sopra il terreno ed estremi a 6,3m:
Il grosso del flusso di irradiazione è concentrato su un angolo solido di 121° (linee magenta) ed asse a 90° rispetto al terreno (linea verde). Si noti che nella direzione perpendicolare (Azimut angle 0.0deg) al piano dei 2 conduttori (dipolo) il guadagno ad elevazione di 22° già si è ridotto di 4,78dB, passando a 1,26 dBi:
Se poi si traccia il lobo di radiazione nella direzione parallela (Azimut angle 90.0 deg) il guadagno ad elevazione 22° si riduce ulteriormente di 10.98 dBi, passando a -4,91dBi:
Anche in direzioni intermedie (Azimut angle 45,0deg) c’è una forte riduzione di guadagno.
Il lobo di radiazione nella direzione intermedia (Azimut angle 45.0 deg) il guadagno ad elevazione 22° si riduce ulteriormente di 7,24 dBi, passando a -1,17dBi:
In conclusione, ciò che rende performante un’antenna verticale sulle lunghe distanze (DX) è l’angolo di radiazione basso sull'orizzonte, fatto che compensa e supera lo svantaggio di guadagno rispetto al dipolo, che però si ha solo nella direzione di massimo.
Altri vantaggi interessanti delle verticali è che non sono necessarie elevate altezze di installazione e sistemi di rotazione.
Nella parte alta delle HF, soprattutto nei 15m e 10m, dove è abbastanza agevole raggiungere quote di installazione dell’ordine di 1ʎ, ritorna premiante montare un dipolo o, ancora meglio, una direttiva Yagi.
Un ringraziamento particolare va a Renzo IW3GOZ, Gianpietro IW3EQO ed Emiliano IK3BNO per il prezioso lavoro di installazione.
73 de Leo, I3RKE
Ultimo aggiornamento 21 Maggio 2025