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Agata, Windom 40/20/10 metri

AGATA, WINDOM 40/20/10 METRI

INTRODUZIONE

L’antenna che ha sostituito l’ASAY 25 AVT della ECO Antenne, dopo i danni provocati a questa dal maltempo, è Agata, una Windom autocostruita, “tagliata” per funzionare sui 40, 20 e 10 metri. Ovvero, un dipolo OCF (Off-Center Fed, alimentato al di fuori del suo centro geometrico, a – circa - un terzo della lunghezza totale dell’antenna) multibanda, che funziona come un dipolo a mezza onda per i 40 metri e come un dipolo risonante in armonica per i 20 ed i 10 metri.
Caratteristiche tecniche
  • Tipo di antenna: dipolo asimmetrico o OCF (Off-Center Fed, con punto di alimentazione sito ad un terzo, circa, della lunghezza totale dell’antenna, e non al centro della stessa).
  • Elementi costruttivi dell’antenna: due bracci rettilinei in materiale conduttore filiforme, rivestito con materiale isolante (filo a conduttori multipli in rame Prysmian N07V-K, avente sezione pari a 4 mm² e rivestimento in PVC).
  • Frequenze: 7, 14 e 28 MHz (40, 20 e 10 metri).
  • Impedenza: 200 Ohms.
  • Polarizzazione: orizzontale.
  • Modalità di alimentazione: mediante cavo coassiale RG213 connesso al lato sbilanciato di un balun 4:1, al cui lato bilanciato sono collegati i due bracci dell’antenna.
  • Dimensioni: lunghezza lineare totale pari a 20,50 metri (braccio destro lungo 6,75 metri, braccio sinistro lungo 13,75 metri). I due bracci, in corrispondenza dei loro estremi connessi al balun 4:1 dell’antenna, individuano un angolo, aperto in direzione perpendicolare al terreno, la cui ampiezza è compresa tra 110 e 120 gradi.
  • Altezza: estremo basso del braccio destro: 9 metri, circa; punto di alimentazione (balun): 11 metri, circa; estremo basso del braccio sinistro: 5,70 metri, circa.

INSTALLAZIONE MECCANICA

Foto 01
IZ8JFD.it - LA STAZIONE: AGATA, WINDOM 40/20/10 METRI
Foto 01 - Il balun 4:1 ed il primo RF choke.
La Windom utilizza lo stesso mast già impiegato dalla ASAY, nella stessa posizione in cui era stato installato per reggere la verticale. Il segmento superiore del mast, che, in origine, era composto da un tratto di tubo avente diametro pari ad 1 ½ pollici e lunghezza pari a 2 metri esatti, è stato sostituito da un tratto di tubo avente diametro pari ad 1 ¼ pollici e lunghezza pari a 2,20 metri, circa. Questo perché, durante i primi esprimenti di ricetrasmissione, era stato stato utilizzato un balun costruito su un nucleo toroidale in polvere di ferro (un Micrometals T200-2) ed ospitato all’interno di una cassetta plastica stagna (per impianti elettrici) la cui bulloneria di fissaggio a palo non consentiva l’uso di tubi aventi diametro superiore ad 1¼ pollici. In seguito, quando il balun ha assunto la sua forma ed il suo circuito definitivi ed attuali (con l’impiego di un nucleo toroidale in ferrite FT240-61), il tubo da 1 ½ pollici non è stato ripristinato.
Foto 02
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Foto 02 - Il giunto ridotto in PVC e la bobina avvolta su di esso.
Al fine di minimizzare il contributo del mast centrale (metallico) al rientro di RF riscontrato, in trasmissione, sui 40 metri (prima dell’utilizzo degli RF chokes in ferrite lungo il cavo coassiale che alimenta l’antenna), oltre alla sua responabilità per il R.O.S. sulle bande di funzionamento dell’antenna, ho interposto, tra i due segmenti di tubo che compongono il mast, un giunto ridotto in PVC, filettato ai due lati (uno con diametro pari ad 1 ½ pollici, ed quello opposto con diametro pari ad 1¼ pollici). Sul giunto è stata avvolta una decina di spire di cavo per impianti elettrici  (una treccia di conduttori in rame, avente sezione pari ad 1,5 mm² ed isolata in PVC giallo/verde), i cui estremi sono stati fissati alle estremità dei segmenti di tubo che si avvitano al giunto medesimo: ciò perché il mast abbia una lunghezza elettrica che non interferisca con l’antenna durante la trasmissione. Inoltre, i due tiranti tubolari in ferro zincato, che servivano a bloccare meccanicamente il mast dell’ASAY, sono ancora in funzione, allo stesso posto e per lo stesso scopo.
Foto 03
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Foto 03 - Il palo di supporto "alto".
A questa struttura, è stato necessario aggiungere due pali, insistenti sullo stesso limite di proprietà sul quale si trova il mast centrale, che servono ad ancorare i tiranti filari plastici (due corde per il bucato, una per palo, in polipropilene plastificato) utilizzati per tendere, e rendere quanto più rettilinei possibile, i due bracci di Agata. Dei due, il più alto è un palo composto da tratti di tubo in ferro zincato, tutti aventi diametro pari ad 1 pollice e tenuti insieme da giunti a manicotto, la cui altezza totale è pari a 5,5 metri, circa. Questo è il palo utilizzato per ancorare il tirante applicato al braccio più lungo della Windom, ed è installato al piano terra di casa, ad un estremo del suddetto limite di proprietà. Poiché la parte di palo che fuoriesce dai due collari in acciaio al cromo, impiegati per fissarlo a muro, è alta oltre 4 volte quella “chiusa” tra i due collari medesimi, si è rivelato indispensabile applicare, anche a questo palo, due tiranti tubolari del tutto simili a quelli in uso per il mast centrale, fissati mediante i soliti collari (due per tirante) ai muretti perimetrali che si incontrano all’angolo del giardino presso il quale è stato installato detto palo.
Foto 04
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Foto 04 - Il palo di supporto "basso".
Il braccio più corto di Agata si estende al di sopra del tetto a soletta di casa, ed è tenuto in tensione grazie ad un palo (alto 2 metri, circa) ancorato al lato del cornicione opposto a quello al quale è fissato il mast centrale. Questo palo “basso” è stato realizzato utilizzando un palo telescopico composto da tre spezzoni tubolari in ciò che fu ferro zincato e che, ora, è ferro arrugginito: rinchiusi uno dentro l’altro, i 3 spezzoni hanno un’altezza pari a 2 metri, circa, necessaria e sufficiente (assieme all’altezza del palo “alto”) a dare ai due bracci dell’antenna la giusta angolazione. Alla sommità di entrambi i pali laterali sono presenti due carrucoline in metallo (una per palo), utilissime per alzare “in posizione” e far scendere i due bracci di Agata.

INSTALLAZIONE ELETTRICA

A danno avvenuto, la prima cosa che ho fatto è stata, ovviamente, smontare l’ASAY e metterla, mio malgrado, fuori servizio. La seconda è stata ordinare una trappola di ricambio. La terza è stata acquistare, su Internet, un nucleo toroidale T200-2 per costruire un balun per una nuova Windom, dato che avevo già deciso quale antenna utilizzare in sostituzione della verticale. Mentre attendevo l’arrivo del toroide, ho cercato (sempre, su Internet) lo schema di un balun 4:1 e mi sono imbattuto in diversi progetti di autocostruzione, piuttosto simili tra loro, dai quali ho estratto quello che mi è parso il più affidabile. Durante questa ricerca, ho letto che l’impedenza di una Windom dipende, anche, dalla sua altezza da terra: per una antenna alta fino a 12 metri sul terreno sottostante, l’impedenza è 200 Ohms, circa; da 12 a 15 metri di altezza, si sale fino a 250 Ohms; da 15 metri in su, l’impedenza è 300 Ohms. Nel mio caso, Agata si trova (in corrispondenza del balun, il punto più alto di tutta l’antenna) a 11 metri, circa, da terra. Vada per il balun 4:1.
Foto 05
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Foto 05 - Il primo tentativo: fallito.
Fortunatamente, il filo di rame smaltato per gli avvolgimenti non mi mancava (l’ho ricavato da un trasformatore elettrico monofase dotato di ingressi ed uscite multipli – 220 Vac ed altre tensioni, sia in che out), ed è stato piuttosto facile, a toroide pervenuto, autocostruire il balun. Per i due bracci della Windom, ho utilizzato una treccia in rame (per impianti elettrici) avente sezione pari a 4 mm² ed isolata in PVC blu (ovvero, la Prysmian N07V-K). Durante i primi esperimenti, sono emersi due aspetti particolari nel comportamento dell’antenna in trasmissione: un ROS eccessivo in 40 metri (superiore a 3,5:1), che si riduceva a livelli accettabili (al di sotto di 2:1) in 20 e 10 metri; un rientro di RF mostruoso, sempre in 40 metri, pressochè assente a 14 e 28 MHz. Inoltre, il ROS ed il rientro di RF avevano, ciascuno, un andamento dipendente dall’altro. Cioè, riducendo il rientro di RF (utilizzando chokes in ferrite e mettendo a terra il mast centrale e l’apparato – il Kenwood TS-140S), il ROS raggiungeva i suoi livelli massimi, già indicati. Viceversa, eliminando la messa a terra e qualunque choke (in ferrite e/o in aria), il ROS scendeva fino a 1,5:1, ma l’apparato (e non solo) era, letteralmente, inondato di radiofrequenza.
Foto 06
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Foto 06 - Il primo RF choke, in aria, avvolto su canalina idraulica plastica (diametro 4 cm).
Nella ricerca di quali potessero essere le cause (o la causa, vista la loro dipendenza reciproca) di questi due problemi, ho visitato diversi siti Web, inclusi alcuni siti di e-commerce di articoli e materiale per uso radiantistico. La descrizione dei baluns 4:1 visti in questi siti, spesso, citava il nome di Jerry Sevick, un OM (per non parlare del suo curriculum accademico e professionale) americano il cui nominativo era W2FMI (ora, purtroppo, SK), autore di più libri sulla teoria e pratica dei baluns e degli ununs. Proprio dai suoi testi (in particolare, dal libro “Transmission Line Transformers”) erano stati ricavati gli schemi e le informazioni sui materiali utilizzati per realizzare i baluns 4:1 che ho visto in vendita. Mi era, già, venuto in mente (pensando al materiale – ferrite – utilizzato nei trasformatori a larga banda impiegati nei circuiti di potenza RF in configurazione push-pull, o controfase) che il toroide T200-2, utilizzato per il balun che stavo sperimentando, poteva essere una delle possibili cause dei problemi che la Windom aveva in 40 metri, e che una probabile soluzione poteva essere l’uso di un nucleo toroidale, appunto, in ferrite. Contemporaneamente, mentre elaboravo questo concetto continuando le mie ricerche in Rete, mi sono procurato una copia de “Transmission Line Transformers” (4a edizione), il suddetto libro di Jerry Sevick.
Foto 07
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Foto 07 - Il secondo tentativo (un altro nulla di fatto).
Primavera 2010, Marzo e Aprile dell’anno. Una lettura molto superficiale, e concentrata sul capitolo 9 (in cui Sevick presenta i baluns, inclusi i 4:1, da lui costruiti e testati prima di essere presentati e discussi nel testo) mi ha fatto capire gli errori che avevo commesso, fino ad allora, e le rispettive soluzioni. Il primo errore, come avevo ipotizzato, è stato l’uso di un nucleo toroidale T200-2, in polvere di ferro, eccellente per realizzare circuiti risonanti (ovvero, aventi un Q ed una selettività piuttosto spiccata) fino a 10 MHz, circa (anche se è possibile utilizzarlo su tutte le HF, rinunciando a selettività e fattore di merito su quelle frequenze per le quali il comportamento del nucleo non è garantito), ma di scarsa efficienza se utilizzato per costruire un circuito a larga banda, quale è un balun per le HF. Il secondo errore è stato lo schema che ho utilizzato per avvolgere il nucleo e realizzare il balun 4:1 finito: si trattava di uno schema valido per un balun utilizzabile insieme ad un accordatore d’antenna (quello integrato nell’apparato o un accordatore esterno, prossimo al balun stesso) o, addirittura, interno all’accordatore. In altre parole, avevo autocostruito un balun in tensione (un “voltage balun”). Per uso come balun “stand-alone”, come balun, cioè, indipendente (per il proprio funzionamento) da altri circuiti (come un accordatore), la scelta più indicata è un balun funzionante in corrente, basato su un circuito tipo Guanella.
Foto 08
IZ8JFD.it - LA STAZIONE: AGATA, WINDOM 40/20/10 METRI
Foto 08 - Sembra una antenna funzionante.
Pertanto, il rimedio a questi due errori, nell’ordine, è stato autocostruire un balun 4:1 come quello discusso da Sevick a pagina 9-20 del suo libro, realizzato con un nucleo toroidale in ferrite FT240-61 sul quale sono avvolte due coppie di conduttori, con ciascuna coppia avvolta su una metà del nucleo e composta da due fili di rame smaltato, ognuno dei quali è inserito all’interno di un tubicino di Teflon allo scopo di aumentare ulteriormente l’isolamento elettrico all’interno della coppia e la distanza tra i due conduttori della stessa, per far assumere a questa una impedenza pari a 100 Ohms. Il che, inutile dirlo, fa di ciascuna coppia una linea di trasmissione a tutti gli effetti, avente impedenza caratteristica pari a quanto detto. Il toroide in ferrite è arrivato in ritardo, rispetto al previsto, a causa dell’eruzione del vulcano islandese che ha paralizzato i voli in Europa (l’ho acquistato su Internet, ma non in Italia). Per gli avvolgimenti, avrei dovuto ritirare il filo di rame smaltato ed i tubicini di Teflon dall’America (dalla Amidon), ma, visti i miei precedenti con le spedizioni da oltre oceano, sarebbe stato opportuno richiedere una spedizione EMS, veloce e tracciabile, ma molto più costosa, da sola, del materiale da ordinare. Oppure, optare per una spedizione non tracciabile, economica, ma rischiosa. Non me la sono sentita, né di spendere per una EMS, né di rischiare per una Priority Mail. Così, ho realizzato due avvolgimenti, ciascuno bifilare, con lo stesso rame smaltato che avevo utilizzato per avvolgere il nucleo T200-2, rispettando (anche se non nei materiali) le indicazioni nel libro di Sevick. E aggiungendo, immediatamente dopo il balun, un RF choke realizzato con cavo coassiale RG58 avvolto su ferrite di tipo 43. Il risultato è stato che il ROS, in 40 metri, è sceso a 1,7:1, circa, mentre il rientro di RF, sulla stessa frequenza, si è ridotto ed è stato pressochè annullato con l’uso dell’impianto di messa a terra. In 20 e 10 metri, la situazione non è cambiata granchè con l’uso del nuovo balun in ferrite. Dopo il primo mese di sperimentazioni, è arrivata l’estate 2010, che è passata senza fare radio, letteralmente. A Settembre, ho riletto il libro di Sevick ed ho scoperto che una linea bifilare come quelle che avevo fatto io per avvolgere il nucleo in ferrite del balun (ripeto: due fili di rame smaltato paralleli e senza nessun ulteriore isolamento, in aria o altro, tra loro) ha un’impedenza di 40 Ohms, circa. Inutile dire che non era possibile lasciare che il balun continuasse a “funzionare” (si fa per dire) in queste condizioni, ma l’Autunno 2010 e l’Inverno 2010/2011 sono trascorsi ponendo alla mia attenzione impegni domestici e familiari prioritarii rispetto alla mia attività in radio.
Foto 09
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Foto 09 - Il box Priority Mail.
Marzo 2011. Mi decido, e faccio l’ordine presso il sito Web della Amidon: filo di rame smaltato AWG 16, tubo di Teflon AWG 14, nucleo toroidale in ferrite 77 (eccellente, stando ad Amidon, come RF choke per frequenze da 1 a 40 MHz). Spedizione Priority Mail, la più economica, tracciabile negli Stati Uniti, ma non Italia. Il pacchetto arriva, se non ricordo male, il 25 Marzo 2011. Per fortuna, tutto OK. Preparo rame smaltato e tubo in Teflon, smonto il balun 4:1 realizzato l’anno prima e recupero il toroide in ferrite, sul quale avvolgo la nuova linea di trasmissione. Ma non rimonto l’RF choke in ferrite 43, né collego l’apparato all’impianto di messa a terra. La RF non deve ritornare in stazione lungo la calza (esterna) del coassiale e neutralizzarsi a terra. Deve propagarsi in aria. Altrimenti, è spreco. Il risultato è ROS 4:1 e rientro di RF immutato in 40 metri, 2:1 (circa) in 20 metri, e 1:1 in 10 metri (su queste due bande, rientro di RF nullo). No, non ci sto. Dopo la spesa fatta e l’ansia sopportata (a causa della paura che la spedizione Priority Mail andasse perduta – per qualunque motivo – o si danneggiasse), non è possibile sopportare un rendimento di questo tipo da parte della Windom.
Foto 10
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Foto 10 - Il balun è OK, ma servono altri RF chokes.
Un paio di foto, una richiesta di “consulenza” presso il newsgroup italiano dei radioamatori: in una delle risposte, mi viene suggerito di ripristinare l’RF choke sotto il balun, che avevo appena tolto, perché l’azione di choking del balun, “in condizioni normali”, basta ad annullare il rientro di RF, ma non è sufficiente nel mio caso, visto che l’antenna è installata troppo vicino a strutture (incluso il mast centrale) che sono la concausa del rientro di RF e del ROS eccessivi in 40 e 20 metri. Smonto l’RF choke ed avvolgo l’RG58 sulla ferrite 77 consigliatami da Amidon ed acquistata da loro. Rimonto il tutto. Risultato: ROS inferiore a 1,7:1 e rientro di RF nettamente calato (ma, ancora, presente) in 40 metri, ROS 1,4:1 in 20 metri e 1:1 in 10 metri. Il balun 4:1, ora, va bene, ma c’è da eliminare l’accoppiamento tra l’antenna e la calza (esterna) del coassiale che la alimenta, causa (già, ipotizzata e, finalmente, provata) del rientro di RF. L’unica cosa da fare è ordinare altre ferriti 77 e 31 (quest’ultima, secondo Amidon, magnifica per strozzare la RF tra 1 e 300 MHz) e preparare altri RF chokes. Nuovo ordine sul sito Amidon e nuova spedizione Priority Mail (anche questa, fortunatamente, andata bene), assieme ad altri ordini che attendo dall’Europa.
Foto 11
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Foto 11 - 10 metri, circa, di RG213. 5 RF chokes + balun. No choke, no party.
Estate 2011. Alla fine (provvisoria) dei lavori, il risultato è ROS 1,5:1 (circa) e rientro di RF prossimo a zero in 40 metri, ROS 1,3:1 in 20 metri e ROS 1:1 in 10 metri. Sembra che l’impegno profuso (anche, e soprattutto, quello economico) inizi a fruttare. Per i primi tempi, è possibile fare radio nel primo pomeriggio. La temperatura è, ancora, accettabile. Ma, da Luglio 2011 in poi, iniziano le “crisi” meteorologiche di afa. Le ore diurne diventano impraticabili. Meglio la mattina, presto, prima delle 08:00, ora legale italiana. Spesso, a 7080 kHz, in LSB. Autunno 2011. L’orario per fare radio è cambiato, ma pare che Agata voglia continuare a funzionare.