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Verticale trappolata bi-banda 20/40m (14.200-7.100 MHz)
by I3RKE
Si tratta di un esempio classico di antenna verticale bi-banda, soluzione in cui una trappola (circuito L//C) isola la parte superiore dell’antenna nel suo funzionamento alla frequenza più elevata (nel nostro caso 14,2 MHz) ed utilizza, congiuntamente con la parte superiore l’induttore L come carico alla frequenza più bassa (nel nostro caso 7,1 MHz). Dotata di 4 radiali, l’antenna si presta bene anche all’uso campale.
PRESTAZIONI ATTESE
Gain: 1,31 dBi @ 14,240 MHz
0,75 dBi @ 7,100 MHz
SWR: ~1,3:1 a 14,240 MHz
~1,2:1 a 7,100 MHz
Fig. 1: vista complessiva e dettaglio della trappola (circuito L//C) con le misure costruttive dei vari elementi.
DESCRIZIONE
La scelta del valore di L è frutto di un compromesso che media l’altezza totale dell’antenna con il fattore di merito del circuito L//C. Il diametro del conduttore che forma la bobina è scelto per minimizzare le perdite dovute alle correnti di circolazione, soprattutto nell’uso dell’antenna con la massima potenza legale.
La geometria della bobina, relativamente al rapporto Lunghezza/Diametro, ha la sua ragione nel conformare il fattore di merito della trappola e la scelta dei due valori: L=10,3uH e C=12pF trova spiegazione su quanto esposto sopra. La scelta del diametro del tubo in rame è dettata essenzialmente dalla maggiore reperibilità del diametro 6 mm rispetto a quello da 5 mm originariamente previsto. Il valore del condensatore di 12 pF invece è una conseguenza della scelta di L ed allo scopo di ottenere la risonanza alla frequenza di 14,2 MHz (circa).
Emiliano IK3BNO, che è stato il primo a realizzare praticamente questa antenna, ha rilevato una certa difficoltà nel reperire il condensatore da 12 pF da almeno 5KV (del tipo RF a Doorknob). Se questo dovesse capitare, si consideri che altri valori vicini a quello di progetto, quali 10 pF oppure 15 pF, si potrebbero usare a patto di modificare anche il valore di L in modo da riportare la risonanza alla frequenza sopra citata. Come conseguenza avremmo anche la necessità di variare la lunghezza del cimino superiore per trovare la risonanza alla frequenza di 14,2 MHz.
In entrambe le soluzioni costruttive proposte sono previsti 2 tubi telescopici inferiori e 2 superiori, in modo da permettere una ampia escursione di gamma in sede di taratura. Nella prima versione i tubi di alluminio sono collegati alla bobina tramite delle flange tornite (in alluminio e nylon), mentre nella seconda versione i tubi sono direttamente fissati alla bobina con delle viti, semplificando così la realizzazione per coloro che hanno accesso solo ad attrezzature più basiche.
Infine sono previsti 4 radiali, 2 da 5,1m per la banda dei 20m e 2 da 10,4m perla banda dei 40m (la lunghezza finale sarà regolata in fase di taratura).
TARATURA
Prima di procedere alla taratura suggerisco di testare con un VNA la risonanza della trappola alla frequenza voluta. Chi avesse difficoltà a fare questa misura può rivolgersi al sottoscritto, oppure, per chi è provvisto di un VNA (ormai molto diffuso tra i radioamatori), realizzare un apposito Kit di misura (fig. 2), costituito da un attenuatore a pi-greco variabile in frequenza, del quale la trappola costituisce parte del ramo orizzontale.
Fig. 2: Kit di misura per tarare la trappola (cicuito L//C)
Una volta verificata la risonanza della trappola, si procede a testare l’antenna con un VNA (ma si può fare anche solo con l’SWR meter dell’apparato) e si troverà prima la risonanza a 14,2 MHz, variando la lunghezza della sezione inferiore (quella sotto la trappola) e successivamente quella a 7,1 MHz, variando la lunghezza della parte superiore. In qualche caso potrebbe essere necessario controllare nuovamente la risonanza a 14,2 MHz per un ulteriore aggiustamento. Nell’esemplare realizzato da Emiliano, dopo la taratura la lunghezza della sezione inferiore è risultata essere 5,1m, mentre quella superiore 2m.
Tenere presente che i 4 radiali devono necessariamente essere rialzati da terra e posti ad un’altezza di sicurezza di almeno 2 metri, per evitare il contatto accidentale con persone che si trovino nell'area durante la trasmissione. Infatti, le parti terminali dei radiali possono caricarsi anche di svariate centinaia di VOLT e fino ad oltre 1 KV se si usa un lineare alla potenza legale.
SIMULAZIONI e DIAGRAMMI
Fig. 3: Vista spaziale dell’antenna. Gli elementi 4 e 5 sono i radiali dei 40m, mentre 6 e 7 sono quelli dei 20m.
Fig. 4: SWR in 20m
Fig. 5: Diagramma di radiazione in 20m (la deformazione del lobo di radiazione è frutto del posizionamento dei radiali 6 e 7, come spiegato meglio più sotto)
Fig. 6: SWR in 40m
Fig. 7: Diagramma di radiazione in 40m (la deformazione del lobo di radiazione, questa volta nel verso opposto rispetto al caso dei 20m, è frutto del posizionamento dei radiali 4 e 5, come spiegato meglio qui sotto)
Nota:
Ho volutamente riportato i grafici dei lobi di radiazione con i radiali posti dietro alla direzione di massima, proprio per evidenziare come sia possibile scegliere una direzione privilegiata di propagazione. Se si volesse evitare questo fenomeno (talvolta prezioso) e optare per un lobo omnidirezionale, è sufficiente posizionare i radiali sullo stesso piano dello stilo verticale. In questo caso i radiali dei 20m (6 e 7) e quelli dei 40m (4 e 5) saranno ortogonali tra di loro sul piano orizzontale e non adiacenti come mostrato in figura 3.
IMPEDENZA DELL'ANTENNA
Come si osserverà dai diagrammi dell’SWR, l’impedenza dell’antenna risulta essere compresa tra i 30 e 40 Ohm, il valore dipende anche dal luogo d'installazione, il terreno circostante e la presenza di altre strutture metalliche o altre antenne nelle vicinanze. In funzione del valore finale riscontrato, si opterà per un’alimentazione diretta con cavo a 50 Ohm oppure interponendo tra IL cavo a 50 Ohm e l'antenna un balun 1:2 (25 Ohm lato antenna e 50 Ohm lato cavo). In tal caso si deve tenere presente che anche i codini del balun (lato 25 Ohm) sono una parte radiante e come tale influiscono sulla lunghezza complessiva dell'antenna.
CREDITI
IW3HNP Luca per i disegni.
IK3BNO Emiliano come Beta Tester
Leonardo Gardin
I3RKE/AC2OG
gardin.leo@gmail.comScarica il disegno (variante A)
Scarica il disegno (variante B)
Ultimo aggiornamento 25 Luglio 2020