Calcolo per la costruzione di una antenna verticale caricata per qualsiasi frequenza

antenna autocostruita

Calcolo per la costruzione di una antenna verticale caricata per qualsiasi frequenza

Elaborazione tecnica di Gioacchino IW9DQW

Ecco ciò che occorre per conoscere il valore della reattanza “XL” per poi risalire alla induttanza “L” e di conseguenza calcolare il numero delle spire da avvolgere per realizzare una BOBINA di CARICO.
Stabiliamo secondo il nostro progetto, quanto è lungo lo stilo che vogliamo realizzare ed a che distanza dalla base dello stilo desideriamo inserire la bobina. 
(Per comodità esemplificativa stabiliamo che il nostro progetto prevede la realizzazione di un’antenna lunga 200 cm, che monteremo la bobina a partire da 20 cm dalla base dello stilo, e che l’antenna da noi realizzata dovrà risuonare alla frequenza di 18 Mhz).
Calcoliamo adesso il rapporto in percentuale che intercorre tra lo stilo che vogliamo realizzare e la lunghezza del ¼ d’onda della verticale “ideale” sulla frequenza nella quale vogliamo trasmettere.
Calcoliamo inoltre il rapporto in percentuale che intercorre tra la lunghezza dello stilo e la distanza che intercorre tra la base dello stilo e la posizione della bobina di carico che andremo a montare sullo stilo stesso esempio: se la lunghezza dello stilo è 200 cm e la bobina desideriamo posizionarla a 200 cm dalla base il rapporto sarà 10%)
Fase 1
Innanzi tutto è necessario individuare sul GRAFICO 1 la curva corrispondente alla lunghezza di progetto dello stilo che si desidera realizzare, considerando che la lunghezza accorciata dello stilo è espressa in % (percentuale di accorciamento) rispetto alla classica lunghezza calcolata a ¼ d’onda di una verticale (o di un solo
braccio del dipolo). Bisogna individuare la curva ascendente leggendo da sinistra verso destra, e la curva
corrispondente è quella che è in basso al valore numerico in %. Il grafico che segue è tratto da Antenna Handbook.
Grafico Dimensione antenna - Lunghezza bobina
Fase 2
Stabiliamo sull’asse delle x a che punto vogliamo inserire la bobina: questo valore è sempre espresso in % rispetto alla lunghezza raccorciata del progetto. Dall’intersezione di questo punto e della curva selezionata si ricava, sull’asse delle yla reattanza della bobina occorrente. Una piccola considerazione: dal grafico n.1 si evince che la reattanza è indipendente dalla frequenza, ossia ha sempre lo stesso valore. Quello che invece cambia è il valore dell’induttanza, perché questo dipende dalla frequenza.
E’ noto che:
XL = 2π f L (1)
e quindi l’induttanza della bobina (in microHenry) è data da:
L = XL/ 2πf ( con f in MHz ). (2)
A questo punto essendo noto L e con l’aiuto di una seconda formuletta (tra le più attendibili suggerita da Nerio Neri) calcoleremo il numero delle spire.
Formula Calcolo Numero di Spire  (3)
dove:
N è il numero delle spire
D è il diametro ( in centimetri) della bobina
L l’induttanza
k è un parametro che dipende dal rapporto tra la lunghezza della bobina e il diametro
della stessa.
Torniamo all’esempio pratico iniziale per chiarire meglio i concetti.
Progetto. Si vuole realizzare uno stilo lungo 2 metri in tutto per la frequenza di 18 MHz con la bobina posta a 20 cm dello stesso.
La lunghezza d’onda intera sarà 300/18= 16,66 metri.
Calcolando un quarto d’onda si avrà 16,66/4 = 4,16*095 = 3,96 metriIl fattore d’accorciamento risulterà quindi del 50% (3.96 metri del quarto d’onda rapportato alla lunghezza dello stilo che abbiamo stabilito sarà 2 metri) e la posizione della bobina sarà posta dalla base al 10% della lunghezza del progetto (10% della lunghezza dello stilo = 20 cm) ovvero a 20 cm dalla base
Dall’intersezione dei due punti (vedi grafico 1) ricaviamo una reattanza del valore circa 550.
Grafico reattanza
Ora abbiamo tutti i valori per poter calcolare l’induttanza ovvero:
L = X/ 2πf e sostituendo i valori si ha:
L = 550 / 6,28*18 = 4,86 (μH)
Fase 3
Per calcolare il numero delle spire si deve conoscere il diametro del supporto e la lunghezza che si vuole attribuire alla bobina stessa.
Supponiamo di avere un supporto di plastica del diametro di 4 centimetri e la lunghezza della bobina deve essere 6 centimetri.
Mettendo a rapporto la lunghezza e il diametro del supporto si ottiene un valore di 1,5.
Ora consultiamo il grafico n.2
Dall’intersezione della curva con il valore 1,5 troviamo che K corrisponde a 5.
Adesso è possibile calcolare il numero delle spire da avvolgere tramite la (3).
E’ consigliabile però fare un paio di spire in più e poi magari toglierle, piuttosto che il contrario. L’aggiustamento finale richiede comunque qualche prova in quanto le variabili in gioco sono molte (diametro filo, spaziatura delle spire, tolleranze varie). Per avere un valore di K elevato occorre che il rapporto l/D sia più basso possibile.
Ricordiamo che lo spessore del filo inserisce una certa resistenza elettrica, quindi sarebbe opportuno per minimizzare questa resistenza impiegare un conduttore di almeno 3 mm di diametro e aumentare quanto possibile il diametro della bobina stessa. Questo è quanto basta per poter calcolare il valore delle induttanze da posizionare
lungo lo stilo a qualsiasi distanza dalla base e per poter realizzare antenne verticali caricate per le HF.
Ciao e buon divertimento!!!!
‘73 da Gioacchino IW9DQW

Antenna Verticale RX-TX 70/80 e 144/146 Mhz di Enzo IT9UMH

PROGETTO ANTENNA VERTICALE VHF 70‐80 Mhz / 144‐146 Mhz

Elaborazione di Enzo Bisconti IT9UMH

Se ti capita di essere a casa magari bloccato dal maltempo, e dialoghi con un collega radioamatore via telefono o radio o Skype, inevitabilmente arrivi ad affrontare l’argomento dell’autocostruzione di apparecchiature ed accessori.
Io che mi onoro di essere un estimatore del self made dell’amico e collega Gioacchino IW9DQW, quando abbiamo modo di sentirci, ascolto con religioso silenzio l’enorme patrimonio di cultura che proviene dalla sua ormai ultradecennale esperienza nel settore del radiantistico autocostruito. Tenuto conto che ormai gli apparecchi radio costano relativamente poco, rispetto ai costi che si dovrebbero assumere per auto costruire un ricetrasmettitore di pari capacità e caratteristiche, abbiamo rivolto la nostra attenzione sulle antenne e accordatori, ritrovandoci a condividere alcuni concetti sull’autocostruzione che si possono riassumere in pochissimi principi base:
• sperimentazione
• rispetto delle leggi che regolano la fisica e l’elettronica (la sicurezza
innanzi tutto)
• economia nelle spese
• riciclaggio del materiale che è inutilizzato (e conseguente risparmio)
• divertimento e soddisfazione per il risultato ottenuto sempre e
comunque perfettibile.
Ed ecco che, avuto termine la conversazione con l’amico Gioacchino IW9DQW, il mio tarlo (clone di tutti quelli che si annidano ognuno in ogni radioamatore), ancora ebro delle nozioni e delle considerazioni tecniche ascoltate ed espresse, si mette in moto ponendosi subito una domanda: “Vuoi vedere che se cerco qualcosa da trasformare in un’antenna, rendo meno grigia questa giornata dove il maltempo mi ha reso ostaggio in casa ?

Bene, la mia necessità attuale è quella di creare un’antenna verticale che copra la 70‐80 Mhz ossia la gamma dei 4 metri, antenna che mi manca per eseguire piccole sperimentazioni in questa nuova finestra di frequenza recentemente assegnata ai radioamatori. Per realizzare un’antenna che sia almeno ¼ di lambda, basta quindi uno stilo lungo 1 metro, e facendo così non c’è nemmeno bisogno di realizzare una bobina di carico alla base della stessa antenna. Sicuro che il surplus vive attorno a noi e che, da bravi radioamatori, quando facciamo acquisti non compriamo MAI ciò che ci serve ma molto molto di più, mi do subito alla ricerca del materiale occorrente che nel
tempo da qualche parte in casa, sicuramente ho conservato nei vari cassetti e scaffali. Materiale:
• Filo elettrico sezione 4 mmq lunghezza cm. 110
• Filo elettrico sezione 1,5 mmq giallo/verde cm. 15
• Canalina a tubo di plastica rigida uso elettricista forma cilindrica
diam. 17mm lungo cm. 110
• Scatola stagna impianti elettrici esterni 10x10x5
• Connettore SO239 con viti
• Staffa per il montaggio delle antenne TV con dadi a farfalla
• Tappino di gomma
Strumenti:
• Trapano elettrico
• Saldatore
• Pistola colla a caldo
• Nastro isolante
• Cacciavite a croce
• Tester
Fasi dell’assemblaggio:
Ho praticato un foro in un lato della scatola stagna ed ho montato il connettore SO239 (vedi figura);

Scatola SO239

Ho fatto passare il filo elettrico (che farà da radiatore) dentro la canalina provvedendo a incollare il filo ad uno dei vertici con la colla a caldo per non farlo muovere ed ho chiuso il vertice con il tappino; Ho praticato un foro nel lato antagonista a quello dove è montato il connettore SO239 e ho innestato il tubo dentro la stessa scatola, fissandolo con la colla; Ho collegato il filo elettrico lungo 110 cm (100 come radiatore e 10 come curva per raggiungere il polo caldo) che fuoriesce dall’altro lato della canalina (dopo aver praticato un piccolo varco) al centrale del connettore SO239 saldandolo e avendo cura di isolarlo con del nastro isolante; Ho montato la staffa dell’ancoraggio TV dall’interno della scatola stagna verso l’esterno così da essere solidale con la scatola stessa e sostenere la canalina per evitare oscillazioni indesiderate; ho collegato 15 cm di filo giallo/verde tra la massa dell’SO239 e la staffetta di ancoraggio.

Ho chiuso accuratamente la scatola dopo aver controllato l’assenza di indesiderati contatti a massa. Ho montato l’antenna sulla ringhiera metallica così che la messa a terra sia garantita dal metallo della stessa.

Risultato:
RX a 70/80 Mhz ascolto perfetto con FT‐857D/I e senza eccessivo rumore. Ma la sperimentazione non è finita qui:
Considerando che l’antenna così costruita è ¼ di lambda per i 4 metri, conseguentemente risulta essere ½ lambda sui 2 metri (quindi in VHF da 144 a 145.999). Collego quindi l’apparato al mio ROSmetro (che non deve mancare MAI in una stazione radio) e inizio a trasmettere dapprima con soli 5W e poi con step successivi fino alla massima potenza di 50W. Risultato:
RX a 144/146 Mhz ascolto perfetto e senza rumore di fondo con FT‐8800 TX a 144/146:
• 5W ROS massimo 1:1.1
• 10W ROS massimo 1:1.2
• 25W ROS massimo 1:1.3
• 50 w ROS massimo 1:1.4

antenna autocostruita

A conti fatti, il costo dei materiali impiegati a prodotto finito non supera i 7 (SETTE) euro, con tempi di realizzazione (senza avere fretta) calcolati in 1 ora e mezzo circa. Ovviamente chi non ha voglia di fare fori nella cassetta stagna con il trapano, può trovare comodo usare le cassette stagne preforate e gli adattatori di plastica per l’aggancio dello stilo; anche questa è una soluzione ottimale. Adesso provate a trascorrere un pomeriggio uggioso divertendovi con soli 7 euro, creando qualcosa che poi con estremo orgoglio resterà di utilità per le future sperimentazioni radioamatoriali.
Un saluto
Enzo Bisconti IT9UMH

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