Verticale QRO bande basse e spazi ridotti

— aggiornamento progetto —

… e accettabili compromessi …….

ovvero : la verticale a modo mio 

un collega mi ha chiesto di aiutarlo a realizzare una verticale in banda 80 metri, con possibilità a comando di utilizzo in 160 ed eventualmente anche in 40.

Parametri di progetto: spazio ridotto, impatto visivo ed ambientale accettabili, buona efficienza

andiamo con ordine

 

[progetto]

la teoria di funzionamento e progettazione di una verticale è chiara e ampiamente diffusa seppur con diverse interpretazioni. Nel nostro caso per ragioni anche meccaniche, uno stilo di circa 20 metri (1/4L) è impraticabile, quindi….

  1. Altezza massima: circa 17 metri
  2. Materiali: tubo in alluminio con diametri variabili tra 60 e 19mm e spessori adeguati a supportare la struttura. Sezioni da 220cm bloccate con morsetti inox per usi intensivi.
  3. Base : profilo “T” in acciaio su base interrata in cemento.
  4. Fissaggio radiatore : con 3 morsetti Stauff in polipropilene e abbattimento manuale
  5. Piano di terra: a raggiera (inox) alla base ricoperto da sottile strato di terra. Opzione per altri radiali sopra il terreno anche sollevati (vedi sotto)
  6. Cablaggi interni in rame argentato isolato in teflon
  7. W2DU su RG142
  8. Bulloneria inox.

Per esperienze precedenti si è scelto di non installare un sistema di tiranti. Nonostante i forti venti presenzi in zona non si sono verificati particolari problemi….. salvo la normale “dinamica” meccanica……


 

[adattamento] quanto riguarda l’adattamento, la scelta di effettuarlo alla base è la via più semplice e aperta ad interventi evolutivi

Si può costruire un induttanza fissa con prese multiple commutabili oppure utilizzare un induttore variabile  motorizzato e controllato a distanza. Ho scelto di utilizzare due induttanze variabili in serie che consentono un migliore affinamento del sistema radiante. L’intero sistema di adattamento è contenuto in una scatola stagna posizionata alla base dell’antenna.

è a tutti gli effetti un classico L-Match. Se realizzato con materiali idonei permette di ottenere la massima efficienza pur essendo circuitale te molto semplice.

Potrebbe essere sostituito da una induttanza a prese multiple ma qui c’è il vantaggio di poter posizionare le prese in  qualsiasi punto ed il bypass della sezione non utilizzata minimizza le perdite

 


 

[configurazione 80m]

Come detto lo stilo di base deve risuonare ed essere utilizzabile in banda 80 metri. La differenza dimensionale tra 1/4L e la lunghezza effettiva del radiatore è minima, quindi con un semplice induttore (variabile nel caso specifico) in serie impostato a poco più di 5uH si è ottenuto il perfetto adattamento, con minimo al confine tra CW e SSB ma comunque utilizzabile senza difficoltà fino ai limiti della banda assegnata. I primi test di funzionamento hanno dato risultati molto positivi ed incoraggianti. Sono seguiti testi di tenuta in keydown a 100 e 500w e infine a 1Kw che non hanno evidenziato difficoltà di sorta. L’induttanza variabile è un surplus (ricambio NOS) di stazione HF navale di alta potenza di produzione nazionale.


[configurazione 160m]

Siamo prossimi ad 1/10L quindi serve un rinforzo el circuito di adattamento.
La configurazione più semplice per l’uso anche in 160 è l’inserimento, a monte di quello per gli 80m, di una seconda induttanza variabile,  di valore adeguato e con la funzione di portare in risonanza lo stilo in banda ed adattarlo al meglio, da inserire sul circuito quando necessario. Per l’induttanza si è scelta la versione XL di quella utilizzata in 80. Stessa provenienza e stesso costruttore, dimensioni e valori elettrici decisamente più importanti. Sommando poco più di 38 uH a quelli già in uso per gli 80 si è ottenuto un adattamento ottimale in banda 160M. C’è un lieve disadattamento eventualmente compensabile, con l’ATU incorporato nell’RTX che non influisce su rendimento generale. Sono  seguiti test di funzionalità e “tenuta” come per gli 80M


 

[selezione banda]

La selezione della banda è stata la scelta più complessa e dispendiosa (in tempo)

varie le possibili soluzioni

  • Manuale (cavallotto locale)
  • Remota (con doppio relè alto isolamento)
  • Remota (con singolo relè alto isolamento o meglio sottovuoto)

Scartata quella manuale, la configurazione a doppio relè pur se realizzabile introduce troppi elementi di “rischio” soprattutto in caso di uso intensivo (contest)

Analizzando il lavoro di altri sperimentatori, in particolare di Phil (AD5X) ho scelto un approccio più diretto e semplice

  • le due induttanze sono collegate in serie e sempre inserite sul circuito
  • quella per i 160 viene bypassata con un relè ad alto isolamento o meglio sottovuoto per il funzionamento in 80M
  • tale configurazione non presenta particolari anomalie in 80 ed ha un solo punto critico di commutazione
  • l’utilizzo di un relè RF sottovuoto elimina drasticamente i rischi di archi interni (decisamente probabili con rele tradizionali anche “robusti”.


La commutazione “fisica” è realizzata con un relay sottovuoto NOS surplus di provenienza ex URSS facilmente reperibile online o sui mercatini a prezzi modici.

la denominazione occidentale è V2V-1V (originale B2B-1B) ed ha le seguenti caratteristiche

 

*Tensione di lavoro a 30 MHz: max. 4 kV
*Tensione di lavoro a 3 MHz: max. 5.5 kV
*Corrente a 30 MHz: max. 15 A
*Corrente a 3 MHz: max. 35 A
*Frequenza max: 30 MHz
*Tensione bobina: variabile da 10 a 30v in base al caso tipica 24v
*Tensione rilascio bobina : da 1 V
*Tempo di commutazione tipico: 35 ms
*Capacità in chiusura: 2.2 pF
*Resistenza di contatto: 0.015 Ω
*Resistenza bobina: 180 – 200 Ω
*Isolamento bobina: 500 V / 500 MΩ
*Temperatura di lavoro: -60 – +100 °C
*Vita operativa stimata: 100,000 commutazioni

Per valutarne meglio le dimensioni : i due morsetti ai lati del bulbo in vetro sono M8!
scheda tecnica  (in originale) V2V-1V


 

In uscita è presente un choke RF di tipo W2DU realizzato con RG-142 in teflon e 70 perline in ferrite Ferroxcube TN10/6/4-3E25, ognuna delle quali ha un Al 2250 e un Ui 5500 (decisamente superiori alle altre soluzioni disponibili sul mercato). Un secondo choke è presente all’ingresso in stazione; non è necessario ma è sempre meglio essere prudenti. E in ogni caso, come per ogni sistema di antenna, è sempre meglio tenere sotto controllo le CMC il più vicino possibile al punto di alimentazione. Il choke dovrebbe essere preferibilmente ottimizzato per la banda o le bande in uso, scegliendo opportunamente la miscela di ferrite più adatta. Inutile ricordare che i cosiddetti “ugly balun” ottenuti avvolgendo il coassiale a in aria a spirale e i toroidi a colori brillanti (polveri di ferro) sono totalmente inutili in bande basse, e marginali in quelle alte

 

circuito di adattamento (versione definitiva)

 


[telecomando]

Per i il comando a distanza ho scelto un normale telecomando a 2 canali (4 commutazioni) per cancelli in UHF con portata ben superiore a quella necessaria. La commutazione si effettua direttamente dalla stazione con il piccolo comando tascabile. Non esiste un feedback ottico sulla banda in uso ma è sufficiente osservare (o ascoltare) il livello del segnale per capirlo. Sono disponibili altre sezioni che rendono possible l’inserimento di una ulteriore sezione di adattamento in 40M.

RX telecomando (qui in versione 12V) quello utilizzato è in versione 24v

Sia il relè che il telecomando sono alimentati a 24 v. Il circuito prevede un alimentatore switching sigillato di tipo industriale ed un semplice filtro sulla CC con varistore, induttanza ed un paio di condensatori, oltre all’onnipresente diodo sulla bobina del relè.


circuito di adattamento (in fase di assemblaggio)

 

lavori in corso

 

[radiali]

La soluzione dei radiali al terreno è una scelta obbligata per l’impossibilità fisica di installare radiali sollevati. Con soli 4 o 8 radiali sollevati da terra si sarebbe potuta realizzare una ottima GP con angolo di radiazione basso e polarizzazione perfettamente verticale.

Si è sfruttato tutto il terreno disponibile stendendo oltre 300 metri di filo inox da 1mm in maniera il più possibile uniforme. I radiali non sono risonanti e di lunghezza variabile in base alla conformazione del terreno. Convergono a gruppi di 10 in un anello di rame che funge da “bus” di collegamento e sono stati ricoperti da un sottile strato di terra poi seminato. Non è una perfetta raggiera a 360 gradi ma svolge egregiamente il suo compito. In corso prove per verificare se installare ulteriori radiali sopra il terreno

[evoluzione]

è un progetto in continua evoluzione e i futuri punti di intervento saranno

  • ulteriore miglioramento efficienza con introduzione di cappello capacitivo. In questo modo si porterebbe la risonanza naturale in 80m eliminando il secondo induttore.
  • estensione per quanto possibile della superficie radiali
  • estensione in 40 metri

[misure]

— prossimamente —

[verifiche sul campo]

le prime verifiche sul campo in configurazione definitiva. I risultati in 80M sono decisamente soddisfacenti, con copertura globale, anche in ricezione dove solitamente il rumore prevarica il segnale. In 160 ovviamente esistono dei limiti sia in TX che in RX ma non è difficile in CW attraversare gli oceani…….

test SSB 80M
FT8/160

Nonostante l’assenza di tiranti la resistenza al forte vento montano è rimarchevole e senza particolari conseguenze.Grazie anche alla relativa elasticità degli stauff…….

FT8 80/160

test CW 160M

stauff

ricalcolata 05/2020 (versione 80M)

su una impedenza di 22 ohm (da portare poi a 50 tramite UN-UN realizzato su una coppia di Ft240-43)

con poco più di 4uH di induttanza alla base

per i 160M sono necessari in totale circa 60uH

 

 


grazie a Phil AD5X per l’ispirazione e le idee

e come sempre a L. B. Cebik, W4RNL (SK) per i “sacri” testi che ci ha tramandato