“De bello Anuli Magnetici”
Sulla battaglia de l’Anello Magnetico
In memoria di Paolo, I4BWZ, SK 30-01-2020,
il primo dei miei Maestri di Radiantismo,
che il latino lo conosceva e gli piaceva per davvero
“Un Anello per trovarli.
Un Anello per chiamarli.
Un Anello per collegarli e,
nel buio, tutti loggarli.”
Sollecitato da Martino, IU4QTF, oggi non parleremo dell’anello dell’invisibilità di Frodo ma di una antenna poco visibile, piccola ma abbastanza efficiente e facilmente auto costruibile.
Di antenne a loop magnetico, o MLA = Magnetic Loop Antenna, ce ne sono diversi tipi e, sull’argomento, possiamo trovare molte informazioni ad esempio nella pagina :
Il principio è quello dell’anello, di una o più spire, chiuso su un condensatore.
Per ogni coppia di valori di induttanza e capacità il loop risuonerà su una diversa frequenza.
Poi dovremo decidere come alimentare l’antenna: contro loop, gamma match, Army, ecc.
Possono venire realizzate MLA operanti su adiacenti bande di frequenza, utilizzando ampi condensatori variabili.
Oggi, con l’avvento dei modi digitali, ft8, ft4 o anche solo per cw qrp, può aver senso costruirla mono banda, operante in un range di frequenza limitato.
Posta su di un piano verticale presenta una certa direttività con polarizzazione orizzontale.
Come per ogni tipo di antenna l’installazione libera e lontana da oggetti, che ne possano influenzarne il funzionamento, permette di ottenere i risultati migliori ma è possibile utilizzarla anche in un attico o all’interno di una piccola stanza, dove lo spazio disponibile risulti del tutto insufficiente per altri tipi di antenne.
Utilizzando materiali a bassa perdita il fattore di merito, il “Q”, sarà molto alto, come pure la selettività e basso il rumore, mentre l’efficienza, nel caso di una installazione ideale, potrà avvicinarsi all’unita, cioè pari a quella del dipolo.
Mantenendo lo stesso radiatore, all’aumentare del valore capacitivo e quindi diminuendo la frequenza operativa, l’efficienza diminuirà rapidamente fino a diventare qualche decimo, e poi qualche centesimo, sempre rispetto al dipolo.
Nella vita un po’ di “Q” aiuta, ma è meglio non approfittarne troppo.
Meglio non abituarsi troppo al “Q”; non è detto che ne disporremo sempre in abbondanza.
Una MLA con alto “Q” è efficiente ma costosa, critica ed instabile da sintonizzare.
Una con basso “Q” renderà molto poco. Occorre, come sempre, un certo equilibrio.
Per capire come una MLA funzioni ci concentreremo sul tipo più semplice, mono banda, con alimentazione di derivazione Army.
Loop magnetiche con alimentazione di tipo Army sono state utilizzate per scopi militari fin dalla seconda guerra mondiale e si caratterizzano per la presenza di alcune capacità fisse più due condensatori variabili, singoli o doppi, il primo per portare in risonanza il loop ed il secondo per accordarne l’impedenza a quella del RTX.
Dal tipo originale sono stati sviluppate diverse varianti come spiegato nella pagina :
La nostra MLA sarà economica, di dimensioni ragionevoli, semplice, portatile, adatta alle sottobande CW e modi digitali, per i 40 ma adattabile anche ai 30 o ai 20 metri, riducendo il loop.
Escluderemo subito l’utilizzo di costosi e delicati condensatori variabili sottovuoto.
Per una MLA mono banda le variazioni capacitive risulteranno limitate mentre la tensione sopportata comunque piuttosto elevata, soprattutto all’aumentare della potenza applicata.
In 40 metri un loop abbastanza performante potrebbe essere realizzato avvolgendo un grosso cavo di una decina di metri, su una o più spire, accoppiato ad un condensatore variabile di qualche decina di picofarad.
Un loop di 3 metri di diametro da tenere in casa è poco pratico e la multi spira andrebbe tenuta insieme meccanicamente in modo stabile, non è facile.
Per ridurre un po’ le dimensioni, a scapito del rendimento, ci viene in aiuto il loop auto risonante.
L’idea è di George, KC5MU, che nel suo articolo: “Want to go on 40 meters?” su AntenneX di Settembre 2002, ci spiega come realizzare, con un avanzo di hardline coassiale e poco altro, una fra le MLA più semplici ed economiche che io abbia mai realizzato.
Ogni linea coassiale, rigida o flessibile, ha una sua caratteristica capacità distribuita per metro.
L’ RG11 = 67 pf/m, l’RG213 e l’RG58 = 100 pf/m, l’H100 = 80 pf/m ecc. ecc.
Quindi, collegando una estremità dell’anima centrale del nostro cavo allo schermo del capo opposto potremo applicare, in parallelo all’anello, la sua capacita interna.
Otterremo cosi l’auto risonanza del loop e potremo rilevarne facilmente la frequenza accoppiando con un Grid Dip Meter.
Si tratterà quindi di trovare la lunghezza corretta per ogni frequenza di interesse e tipo di linea.
Accorciando il cavo, ovvero restringendo l’anello, la frequenza salirà proporzionalmente.
Se non vogliamo ridurre troppo la dimensione dell’antenna, dovremo utilizzare un cavo con bassa capacita per metro.
Ad esempio un loop auto risonante in 40 metri, fatto con RG11, risulterà lungo 2,33 – 2,35 metri, connettori compresi, circa 76 cm. di diametro.
La capacità risultante di circa 160 pf. sopporterà una tensione piuttosto elevata, sufficiente per i nostri scopi, mantenendo un “Q” accettabile.
Ora non resta che alimentare correttamente l’antenna.
George, Kc5mu, ha utilizzato uno dei metodi Army più semplificato, con capacità di accordo serie.
Poche spire di filo di rame ricoperto in gomma realizzano il condensatore di accordo, posto in serie al cavo di alimentazione, che resisterà certamente all’elevata tensione presente sul loop fino almeno ad un centinaio di watt.
Utilizzando invece un variabile polyvaricon, con relativa rete di adattamento capacitiva, la potenza applicata non potrà superare i 40 – 50 watt.
Notare la connessione interna dei bnc per ottenere l’auto risonanza.
Per la rete capacitiva sarebbero sufficienti solo due condensatori fissi, uno da 50 pf. posto in serie ed uno da 75 pf. messo in parallelo alle due sezioni in serie del polivaricon da 200+200 pf.
Disponendo di condensatori fissi tutti uguali da 100 pf., allo scopo anche di distribuire meglio la tensione sopportata, la rete equivalente verrà realizzata con 8 di questi opportunamente collegati al condensatore variabile.
X e Y andranno collegati uno al centrale del bnc che collega l’RTX e l’altro al capo caldo del loop.
La variazione capacitiva, in fase di accordo, sarà compresa fra 39 e 30 pf; variazione corrispondente a l’accordo in frequenza compresa fra 7000 e 7100 Khz circa.
L’utilizzo del nano vna potrà aiutare nella fase di ricerca dei valori capacitivi utili ad ottenere lo “spread” di frequenza voluto, larghezza di banda e ROS ottimale.
Nelle prime foto possiamo visualizzare le curve ottenute col VNA posizionando il polyvaricon prima alla massima capacità (1), poi alla minima (2), ed infine a quella intermedia (3).
A seguire gli istogrammi dei valori di ROS rilevati dal SWR Meter dell’ ic7300, impostato per una potenza di uscita pari al 50%, regolando il control box come nel caso precedente.
Ricordo che il vna esegue una misura “fredda” mentre, alimentando l’antenna con una discreta potenza, la misura “calda” può discostarsi leggermente da quella precedente.
Per i risultati ottenuti con questa antenna si veda l’ottima recensione di Martino, IU4QTF:
Prove di connessione con la loop magnetica
Con questa antenna e 25 watt sono stati effettuati alcuni collegamenti locali in fonia e, in condizioni di buona propagazione, con II9IABJ, EG7DIC e PA1K.
Per quanto riguarda la sicurezza RF, essendo l’antenna a portata di “mano” per la necessaria regolazione, vorrei sensibilizzare sulla necessita di accertarsi che nessuno, persona di qualunque età od animale domestico, possa inavvertitamente toccarla durante la trasmissione.
Data l’elevata tensione e corrente presente sul conduttore del loop, anche a bassi livelli di potenza, la pericolosità è reale e non va mai sottovalutata.
Un’antenna del genere, magari costruita un po’ meglio e con un control box dotato di variabile ad aria in modo da sopportare almeno un centinaio di watt, in condizioni di emergenza potrebbe fare la differenza fra il riuscire o meno ad effettuare qualche qso, nel caso l’antenna esterna avesse subito danni causati dall’evento straordinario.
Per dubbi, critiche costruttive, o altro : (quasi) tutti i venerdì sera in sezione.
Rimanete sintonizzati sulle pagine di Ari Ravenna.
“Potrai chiedere a cosa servono le mie azioni quando avremo verificato che sono completamente inutili.” (Gandalf il Grigio).
Con i migliori 73’ de Marino IW4BIF