Ancora sul dipolo a bracci incrociati
Un'invenzione geniale ma con qualche criticità
La realizzazione di un dipolo multibanda a bracci incrociati presenta alcune criticità che, nelle pagine in cui ne ho parlato, non avevo considerato.
Questo tipo di «aereo» è definito anche «dipolo a ventaglio» per la particolare disposizione dei fili delle bande che, come ho scritto sulla precedente pagina, deve avere un ordine ben preciso nella disposizione dei bracci del dipolo; gli incroci, infatti, devono essere eseguiti in modo che i due bracci della stessa frequenza siano, in linea di massima, opposti.
Tuttavia, è relativamente semplice mettere insieme quattro braccia per bande diverse (ad esempio, i 40 ed i 30 metri, bande che possiamo considerare «non armoniche» tra di loro) ma aggiungere altri bracci su altre bande, mischiando bande «armoniche» e «non armoniche» diventa una sfida molto difficile da risolvere.
Innanzi tutto, vediamo cosa significa «armonico» nel campo delle bande di frequenza a noi assegnate.
Bande armoniche e non armoniche
Nel campo della radio e, soprattutto, nell'ambito delle nostre frequenze, le «bande armoniche» sono intervalli di frequenza che si trovano a multipli esatti di una frequenza considerata come «base». Ad esempio, considerando frequenza base i 160 metri (1,8 MHz) la seconda armonica è ottenuta moltiplicando per due la frequenza dei 160 metri: 1,8 MHz x 2 = 3,600; come si può subito notare, la frequenza è quella degli 80 metri. Moltiplicando per due la frequenza degli 80 metri (o per quattro quella dei 160) otteniamo la banda dei 40 metri... e così via.
Si scopre che le nostre bande «decametriche» sono in relazione tra di loro ed un dipolo sugli 80 metri risuona perfettamente anche in seconda armonica (al netto dell'impedenza dei 50 Ohm).
| Banda | Inizio (kHz) | Fine (kHz) | Ampiezza (kHz) | Centro Banda |
|---|---|---|---|---|
| 160 metri | 1.830 | 1.850 | 20 | 1.840 |
| 80 metri | 3.500 | 3.800 | 300 | 3.650 |
| 40 metri | 7.000 | 7.200 | 200 | 7.100 |
| 20 metri | 14.000 | 14.350 | 350 | 14.175 |
| 15 metri | 21.000 | 21.450 | 450 | 21.225 |
| 10 metri | 28.000 | 29.700 | 1.700 | 28.850 |
| 60 metri (WARC) | 5.351,5 | 5.366,5 | 15 | 5.359 |
| 30 metri (WARC) | 10.100 | 10.150 | 50 | 10.125 |
| 17 metri (WARC) | 18.068 | 18.168 | 100 | 18.118 |
| 12 metri (WARC) | 24.890 | 24.990 | 100 | 24.940 |
Un po` di storia...
Alla Conferenza Amministrativa Mondiale delle Radiocomunicazioni (WARC-79) organizzata dall'ITU a Ginevra nel 1979, il Servizio di Radioamatore ottenne un successo storico grazie all'assegnazione di tre nuove bande HF, da allora soprannominate bande WARC: i 30 metri (10 MHz), i 17 metri (18 MHz) e i 12 metri (24 MHz).
Prima del 1979, la struttura delle bande HF risaliva fondamentalmente alle conferenze del primo e del secondo dopoguerra (Washington 1927 e Atlantic City 1947). Negli anni '70, la crescita globale del numero di radioamatori, unita alle variazioni del ciclo solare, rendeva le bande tradizionali (specialmente i 20 metri) estremamente affollate.
Tuttavia, il clima alla WARC-79 non era favorevole: le frequenze HF erano contese da comunicazioni militari, emittenti broadcast internazionali, sistemi di comunicazione commerciali e navali: ne nacquero alcuni compromessi che portarono all'assegnazione di tre piccole nuove bande.
I 30 metri (10.100 - 10.150 kHz): fu la banda più difficile da ottenere. Diversi servizi commerciali e di trasmissione dati governativi occupavano già quelle frequenze. Il compromesso fu un'assegnazione con statuto secondario, limitata a soli 50 kHz di ampiezza, con l'impegno di evitare interferenze e l'assoluta esclusione della trasmissione in fonia (SSB ed altri modi).
I 17 metri (18.068 - 18.168 kHz) e 12 metri (24.890 - 24.990 kHz): tali segmenti (ampi 100 kHz ciascuno) vennero concessi a titolo primario, collocandosi strategicamente negli intervalli tra 14/21 MHz e 21/28 MHz per consentire la sperimentazione durante i momenti di minimo solare.
Contrariamente a quanto possa pensarsi, l'introduzione della banda dei 60 metri (5 MHz) nel panorama radioamatoriale rappresenta uno dei processi normativi più complessi ed eterogenei della storia recente, culminato con la regolamentazione globale durante la Conferenza Mondiale delle Radiocomunicazioni del 2015 (WRC-15).
Come già accaduto per le bande WARC del 1979, anche la banda dei 5 MHz nasce per soddisfare un'esigenza specifica: permettere la sperimentazione e lo studio della propagazione ionosferica tra i 40 metri (7 MHz) e gli 80 metri (3,5 MHz).
Importante sottolineare che le bande WARC sono escluse dai contest; inoltre sui 60 metri la potenza รจ limitata a soli 15 Watts EIRP
Inoltre un dipolo per i 40 metri (7 MHz) risuona naturalmente in terza armonica anche sui 15 metri (21 MHz) senza necessità di aggiungere due bracci tarati per questa frequenza: insomma, è la «bonus band» che ho scoperto nella mia verticale a carico lineare autocostruita, per la cui banda ho aggiunto dei radiali, caricati e non.
Allo stesso modo non sono «armoniche» le bande WARC (30, 17 e 12 metri) come pure la recente, piccola fetta, disponibile sui 60 metri. Allo stesso modo, accordare i 12 ed i 10 metri, bande vicine e non armoniche, è sempre piuttosto laborioso.
Cosa succede se «mischio» i due tipi di bande
Se le bande sono solo due, di tipo diverso, come i 30 ed i 40 metri, l'accordo in un dipolo a ventaglio si ottiene senza particolari difficoltà ma l'aggiunta di una terza banda (ad esempio, gli 80 metri) rende difficile trovare un accordo per i 40 metri.
È capitato a me: su un dipolo bibanda (30 e 40) l'aggiunta degli 80 metri rendeva impossibile l'accordo in 40! La cosa mi ha portato a studiare meglio il problema...
Perché un dipolo a V Invertita
Un dipolo «orizzontale» ha un'impedenza caratteristica di circa 75 Ohm bilanciati che si traduce, pur in perfette condizioni di risonanza, in 1:4/1:5 di ROS per le nostre radio che hanno una impedenza d'antenna caratteristica di 50 Ohm (sbilanciati).
Al netto che è obbligatorio l'uso di un Balun 1:1 (un trasformatore per adattare la linea sbilanciata della radio/cavo all'antenna che è bilanciata ed evitare ritorni di corrente di modo comune) per portare l'impedenza ai 50 Ohm richiesti si inclinano i bracci verso il basso, realizzando la classica configurazione a «V Invertita».
La configurazione a V invertita riduce l'impedenza al centro (rispetto a un dipolo orizzontale) e aumenta le capacità parassite verso il terreno, amplificando l'interazione tra i bracci e l'accoppiamento dell'antenna con il mondo circostante. La maggiore vicinanza al terreno, soprattutto per le bande basse, rende necessario un maggiore accorciamento dei fili impiegati nel dipolo. Ugualmente, variando l'inclinazione dei bracci o la lunghezza di uno rispetto all'altro, è possibile compensare eventuali problematiche derivanti dall'installazione, in modo da raggiungere l'impedenza necessaria per il corretto funzionamento delle nostre radio.
Inoltre, nel caso di dipoli multibraccio, la vicinanza tra i conduttori induce accoppiamenti capacitivi: da qui deriva la necessità di spaziarli.
La spaziatura a ventaglio
Al posto di spaziare i fili con dei tubi isolanti in modo che corrano paralleli, una buona soluzione (quella che ho adottato io) è aprirli a ventaglio, agganciandoli lontano tra di loro, in modo da ridurre l'eventuale accoppiamento capacitivo.
Nel caso di bande armoniche si parte tarando prima la banda più bassa (i fili più lunghi) in quanto essi influenzano anche le bande più alte; successivamente, si accordano le bande superiori, la cui taratura non influenza le bande più basse.
Con questo sistema possiamo aggiungere, ad esempio, agli 80, la banda dei 40 e, infine, una terza coppia di fili anche per i 20 metri, aprendo questo «ipotetico ventaglio».
In sintesi, come ho proceduto
Per realizzare un dipolo a V invertita per bande come 80m e 40m con successo ho collegato i 4 bracci al Balun 1:1; ho sfalsato i 4 bracci sul piano orizzontale, disposti in modo che uno sia verso le ore 12 e l'altro verso le ore sei (di un ipotetico orologio...); allo stesso modo, per la banda dei 40 metri, ho fatto in modo che uno dei due bracci sia a ore 14 e l'altro al suo opposto, cioè a ore 20... Anche «ore 13 - ore 19» andrebbe benissimo perché la cosa importante è avere una apertura di 20/25 gradi per ogni frequenza.
Ho preferito la soluzione a ventaglio perché, dopo averla usata per anni, mi dà l'idea di avere un migliore diagramma di radiazione...
Molto importante è lasciare i fili dei bracci leggermente più lunghi del calcolo teorico (10,40 metri per 40 e 20 metri circa per gli 80) e ripiegare il filo eccedente su sé stesso durante la fase di taratura: questo è meglio che tagliare e permette di velocizzare gli aggiustamenti. Se poi si è tagliato troppo, si può usare il tubicino interno di un Mammuth e le relative vitine per serrare insieme i due fili: usare un po` di nastro autoagglomerante per evitare acqua ed umidità... perché le vitine dei morsetti dei Mammut sono di acciaio zincato e non gradiscono gli agenti atmosferici.
