Based on the skin-effect, here is described a two element driven HF antenna whose elements are an unusual "composite" material, plastic tube coated with a thin layer of aluminum, for improved lightness and efficiency.

Dalle VHF alle HF .... l'antenna "arrangiata" cresce.

Questa antenna per HF è stata realizzata in un materiale poco usuale, cioè tubi in plastica rivestiti di foglio d'alluminio. L'effetto pelle (consistente nella distribuzione superficiale delle correnti RF) svolge in essa un ruolo fondamentale, poichè con modesti spessori di lamina d'alluminio (facilmente reperibile a costi assai contenuti) sono stati rivestiti tubi in plastica di diametro relativamente grande (leggeri ed economici) ottenendo così un materiale "composito" che riunisce le loro caratteristiche per ottenere un elevato rapporto tra la superficie conduttiva ed il peso.

Questo, nella concreta applicazione si traduce in notevole miglioramento delle caratteristiche elettriche e meccaniche, rendendo possibile la costruzione di antenne di buone dimensioni, ma molto più leggere ed efficienti, a costi assai contenuti. Infatti il tubo in plastica consente a parità di peso la realizzazione di elementi di sezione maggiore.

Elettricamente si ha una significativa riduzione della componente dissipativa di natura resistiva, che migliora l'efficienza, malgrado lo spessore ridotto del materiale conduttore di rivestimento, grazie appunto alla distribuzione superficiale delle correnti RF dovuta all'effetto pellicolare. Inoltre migliora il rapporto di snellezza (thickness ratio) tra la sezione dell'elemento e la sua lunghezza, col risultato di aumentarne conseguentemente la larghezza di banda, senza sacrificare le altre caratteristiche proprio perché ottenuta con un maggiore dimensionamento.

Meccanicamente la maggiore leggerezza si traduce in consistenti risparmi su elementi di fissaggio e bulloneria (cioè ancora sul peso), e perciò sul rotore e su tutte le strutture di sostegno ed ancoraggio. Il materiale è facilmente lavorabile senza particolari attrezzature, ed anche questo si riflette positivamente sui tempi e sui costi.

Un potenziale vantaggio, certo non indifferente dal punto di vista radioamatoriale, legato alla leggerezza ed alla facilità di lavorazione, è la facilità di smontaggio e rimontaggio, sia in corso di prove (lunghezze, spaziature, polarizzazione) che di trasferimenti fuori del QTH etc.

La realizzazione segue schemi già collaudati in gamma VHF, che possono rappresentare prototipi funzionanti (in scala proporzionalmente ridotta) delle antenne HF. Consiste in due elementi lunghi 6 metri ciascuno, formasti dall'unione di due tubi in PVC del diametro di 40 mm ricoperti di lamina per le lunghezze (sempre in mm) il primo di 2x2700, il secondo di 2x2950, spaziati 2100, entrambi alimentati come in figura. La lamina è srotolata e avvolta senza interruzioni da un estremo all'altro del semielemento, senza collante interposto, e subito ricoperta con nastro adesivo che la stringe al supporto fissandola e proteggendola dagli agenti atmosferici, ed in certa misura da strappi in corso di montaggi e prove. Occorre proteggere particolarmente bene i punti di contatto (ben stretto e rinforzato) tra la lamina e la linea di alimentazione; non lesinare perciò nastro e silicone.

Il balun autocostruito è rappresentato da 13 spire di cavetto RG58 avvolte su supporto ferritico toroidale, costituenti un deciso ostacolo al propagarsi della corrente RF lungo la superficie esterna del cavo di discesa, verificato nell'assenza di rientri RF nello shack. Inoltre il bocchettone di congiunzione tra linea e balun è posto a massa al boma metallico, costituito da un profilato di alluminio, impiegato perchè disponibile. Ometto i particolari meccanici di fissaggio degli elementi, aggiungendo solo che questi sono sostenuti alle estremità da tiranti in nylon fissati al mast per prevenire l'eccessiva flessione. Benché lo schema sia quello delle log-periodiche, non può considerarsi tale perché il ridotto numero di elementi non permette il verificarsi del caratteristico fenomeno di scorrimento della "regione attiva" al variare della frequenza impiegata. Le prove molto approssimative che ho potuto effettuare indicano 3 dB di rapporto front-back, 9 dB di rapporto front-side sul piano di polarizzazione, mentre non ho attualmente dati nel piano verticale. Il guadagno, dedotto anche dalla similitudine con antenne di dimensioni e spaziatura comparabili, dovrebbe non essere inferiore ai 4 dB rispetto al dipolo.

L'antenna è posta sul tetto, circondato da altri fabbricati di altezza comparabile e da terreno pianeggiante abbastanza conduttivo, non molto distante da specchi d'acqua; la sua altezza è di circa 10 m dal suolo, inoltre può esservi qualche vantaggio dovuto alla posizione insulare. Mi ha consentito di collegare abbastanza regolarmente le Americhe con potenze dell'ordine di 100 W in antenna, ho inoltre notato grande silenziosità ed una spiccata esaltazione dei segnali deboli.

L'impiego dovrebbe limitarsi alla gamma dei 15 m; nel mio caso però la brevità della discesa del tipo RG8 introduce attenuazioni accettabili pur lavorando in 20 m con l'accordatore in stazione. L'attenuazione della linea appare quindi, entro margini piuttosto ampi, il fattore limitativo della larghezza di banda dell'intero sistema.

Esperimenti in questo senso potrebbero effettuarsi con accordatore (magari automatico o telecomandato) sistemato quanto più vicino possibile all'antenna così da rendere ottimale il funzionamento della linea nel tratto maggiore, rilevando i diagrammi di radiazione nelle varie bande, comprese le gamme WARC.

Altri esperimenti possono consistere a) nella rastremazione degli elementi, così da adeguarne la sezione alla distribuzione della corrente, che idealmente segue il coseno dell'ascissa; b) nella terminazione degli elementi con conduttori disposti a raggiera o similmente, così da formare un apprezzabile carico capacitivo d'estremità, che renda più uniforme la distribuzione della corrente, abbassandone però la frequenza di risonanza propria, oltre a fugare le cariche statiche.

Ovviamente le dimensioni indicate possono essere variate in relazione alle frequenze in cui si desideri prevalentemente operare. Poiché l'entità dell'effetto pelle è crescente con la frequenza impiegata, alle frequenze più basse è bene impiegare lamina di maggiore spessore, alternativamente se ne possono stendere più strati sovrapposti e non isolati fra loro, in modo da formare un unico strato conduttore più spesso. Purtroppo non ho dati relativi allo spessore della lamina da me impiegata, che dovrebbe essere dell'ordine di qualche micron.

Un problema meccanico rilevante potrebbe essere, nelle regioni ventose (come is0) la grande superficie resistente, e l'erosione dagli agenti atmosferici tra cui grandine, pulviscolo o granelli di sabbia, oltre ad ossidazioni varie in particolare nei punti di contatto elettrico ; questi fattori che incidono negativamente sulle antenne di ogni tipo, spesso sono sottovalutati. Tuttavia dopo circa due anni di esposizione alle intemperie e qualche lacerazione subita in varie manipolazioni, tra gli estremi del semielemento si presentano valori resistivi inferiori all'ohm, non esattamente misurabili con un comune tester, che però mi assicurano sul buon comportamento nei riguardi delle correnti RF, paragonabile ad un tubolare interamente metallico di pari dimensioni. E' raccomandabile ricoprire la lamina con nastro di buona qualità (migliore di quello per pacchi da me usato !), o rassegnarsi a rinnovarla periodicamente. La flessibilità del materiale limita l'entità dei possibili danni, che più facilmente interessano la bulloneria di fissaggio che non gli elementi stessi, e sono comunque riparabili con facilità.

24/10/1989

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