Teoria - Pratica - la mia Quad
CONSIDERAZIONI PRATICHE
IL FILO PER I LOOP
Il filo in una Quad costituisce il
radiatore vero e proprio; ho sentito parlare di filo in rame con anima in acciaio, in
bronzo fosforoso ecc., usati non tanto per le loro caratteristiche elettriche quanto per
quelle meccaniche; permettono infatti di minimizzare l'allungamento del cavo dovuto a
stiramento, tensione eccessiva, vento ecc.; io non sono mai riuscito a reperirli così
come il cavo in rame smaltato.
Ho sempre utilizzato trecciola in rame ricoperta, quella utilizzata negli impianti
elettrici: economica, facilissima da reperire ed altrettanto buona; il cavo in rame pieno
andrebbe meglio, anche se è più difficile da "tenere a bada" (tende infatti a
mantenere alcune piegature).
A parte tutti questi buoni propositi, quasi tutti utilizzano la trecciola in rame; il
diametro è funzione della potenza che si intende usare: in ogni caso 3 mm dovrebbero
andar bene anche per chi ha fatto mettere un contatore ENEL più grande a casa....
E' però necessaria una
precisazione: un certo N8CC, curioso di sapere quale fosse l'effetto capacitivo introdotto
dalla guaina in plastica di questi cavi, fece un semplicissimo esperimento: costruì un
dipolo per i 21 Mhz collocandolo ad idonea altezza, il quale aveva il minimo R.O.S. a 21,1
Mhz; subito dopo lo tirò giù ed eliminò la guaina isolante; lo re-installò ed il
minimo R.O.S. si aveva ora a 21.5 Mhz: il 2 % di differenza! (Per essere più precisi, si
trattava di "#14 THHN insulated house wire e di #12 insulated wire").
Non so però se questo cavo è il comune cavo per impianti elettrici, in ogni caso ho dei
dubbi in merito e consiglio di tenere presente questo quando si va a calcolare le
dimensioni degli elementi (download Articolo originale
sugli effetti del rivestimento dei cavi elettrici).
IL BOOM
Fino ai 21 Mhz il boom in legno va benone, anche se probabilmente sarà più pesante di uno in alluminio; andrà trattato con vernice per esterni (circa una volta all'anno).
Materiali in fiberglass sarebbero l'optimum, ma costosi e difficili da trovare.
Qualcuno ha utilizzato tubi in plastica, (28 o 24 Mhz) ma sono casi particolari che sconsiglio.
In casi estremi (e per boom non troppo lunghi) una sezione di palo zincato leggero per Tv di idoneo diametro può rappresentare un buon compromesso tra resistenza e peso: inoltre la sua reperibilità è assicurata!
L'alluminio è il migliore. Può farci risparmiare un bel po' il boom di una antenna non più utilizzata, meglio (per il portafoglio) se di provenienza CB (a patto che sia di diametro adatto ai nostri scopi), che si trovano spesso nelle fiere; se invece volete acquistarlo da rivenditori di profilati in alluminio, ricordatevi che quasi sempre sarete costretti a prendere un tubo da 6,5 MT (prezzo al Kg circa 10000 lire).
Se scegliete la configurazione Spider, ovvero senza boom, questo si riduce ad una semplice staffa!
Per quanto riguarda la forma, quella tonda offre minor resistenza al vento ma qualche problema in più col fissaggio delle crociere (se non ben fissate è più facile che ruotino...) e del master; quella quadrata elimina il problema delle rotazioni indesiderate, a parità di "diametro interno" e spessore è più pesante di quella tonda ma si flette di meno agli estremi e credo che sia pure più resistente; quella rettangolare (col lato più lungo in verticale) credo si fletta ancor meno e sia ancora più resistente (a parità di spessore ecc.). In ogni caso fino ai 14 Mhz e per 2 elem. un boom tondo da 50mm è ottimo.
Credo che l'ideale sarebbe averla in alluminio monoblocco fuso; nel caso abbiate difficoltà potete provare a chiedere a qualche ditta (es. Pkw o Milag) se è possibile acquistarla separatamente; pare che negli U.S.A. questo non deve essere un problema!
Per chi come me si accontenta di soluzioni più "alla mano", può usare staffe di provenienza CB nuove o di seconda mano (provate a chiedere alle case costruttrici: so che la Sigma vende anche pezzi di ricambio) (Vedi Figura 1A);
Farsela da se o delegare il lavoro ad un fabbro è un ottima idea, cercate però di utilizzare ferro non molto spesso, altrimenti potrebbe essere un po'' pesante.
Se avete scelto un boom tondo di almeno 4-5 cm, potreste utilizzare dei giunti a 90 gradi utilizzati per ponteggi edili; sono di discreta reperibilità (al massimo aprite gli occhi la prossima volta che avrete dei muratori in casa!) e non vi sono problemi in quanto a robustezza (Vedi Figura 1B);
Se avete scelto la strada dell'autocostruzione, potete tentare a farla zincare (da queste parti il quantitativo minimo per la zincatura è 100 Kg, quindi provate a chiedere un favore a qualche officina, dopotutto si tratterà di pochi Kg), oppure potete usare della vernice allo zinco o dell'antiruggine: in quest'ultimo caso è bene ripetere "il rituale " almeno una volta all'anno, se non volete che il metallo si ossidi.
STAFFE DI UNIONE CROCIERE-BOOM
Credo che rappresentino uno dei punti più a sfavore delle quad, secondo me a torto; a parte l'acquisto, la loro costruzione è abbastanza semplice (non garantisco però per quad per i 7- 3,5 -1,8 Mhz ...HI!); indipendentemente se avete scelto un boom quadro o tondo (basta utilizzare una sezione di tubo di diametro maggiore o di profilato quadro in modo da poter farla scorrere sul boom) potete scegliere tra le seguenti soluzioni:
Comprate 4 (per ogni elemento)
staffe a muro a 90 gradi (quelle utilizzate per le mensole, in metallo) e disponetele alle
estremità del boom a 90 gradi tra loro; fissatele a questo con delle viti, bulloni o
saldatele; se volete potete non fissarle direttamente sul boom ma tramite un profilato
(tondo o quadro) in modo da poter variare facilmente la spaziatura.
A questo punto potete costruire 2 quadrati in legno (o metallo, purché non troppo
pesanti) oppure utilizzare la vostra fantasia (per es. collegare direttamente le crociere
a queste staffe con dei ganci ad "U" o interponendo delle bandelle di metallo o
legno ecc.); fino ai 21 Mhz il sistema è collaudato (Vedi Figura 2A).
Potete disporre due pezzi di
profilato ad "L"(meglio se con ali uguali) a 90 gradi tra loro e saldarli sul
profilato; in questo caso si ha un lavoro migliore con boom quadro; se questo è tondo,
potete fare due fori su ciascun pezzo e fissarli al boom tramite della barra filettata
piegata ad "U"; delle piccole viti autofilettanti impediranno alla staffa di
ruotare o spostarsi sul boom.
Semplice e geniale (ed economico!). Ho visto molte foto di grosse Quad fatte in questa
maniera. Al posto del profilato ad "L" potete usarne uno a "T" o
magari a "C" (Vedi Figura 2B).
Potete fare come sopra utilizzando però del tubo in metallo; in questo modo l'asta della crociera verrà fatta passare internamente e bloccata con viti o bulloni passanti; meglio ancora se avremo praticato alle estremità di ciascun tubo due tagli a 90 gradi sui quali verrà stretto un anello serratubo (Vedi Figura 2C).
Una piastra quadrata in legno o ferro fissata al boom su cui fissare le aste (Vedi Figura 2D).
Se potete permettervi un po' di lavoro in più, usate le tecniche appena viste ma fate in modo che le quattro aste vengano a trovarsi tutte sullo stesso piano (questo significa però un maggior numero di saldature).
Per farvi coraggio vi dirò che ho fatto molti qso con stazioni russe che utilizzavano quad fatte con legno di recupero, in pratica giusto 4 tavole a 90 gradi; ho visto un om locale usare una quad completamente in ferro a meno di un metro dal tetto; in tutti i casi erano tutti soddisfatti delle prestazioni! Con 2 lire in più (o forse in meno!) è possibile mettere su un'antenna di tutto rispetto.
Scarto subito il fiberglass perché introvabile e costoso (usatelo se potete, è resistentissimo); una valida alternativa potrebbe essere quella di usare 4 canne da pesca per ogni elemento (queste non sono in fibra di vetro al 100% ma ne contengono una buona percentuale), però tale soluzione è alquanto costosa; è anche vero che si può approfittare delle svendite di fine stagione (cioè in autunno) che mi hanno permesso di acquistare delle canne al 50% del loro prezzo; in questo modo si può costruire una quad per i 20 metri senza troppe preoccupazioni di carattere meccanico (fate però attenzione al fatto che le canne da pesca devono essere in fibra di vetro cioè fiberglass e non in fibra di carbonio, materiale assolutamente da evitare, oltre che molto più costoso!) (Vedi Figura 3).
Posso confermare che fino ai 21
Mhz il bambù è collaudatissimo; lo si trova in negozi di piante o giardinaggio in aste
sui 2-2,5 mt a circa 2000 lire l'una; se riusciste a trovarlo sui 3 mt di lunghezza,
potete seriamente pensare ad una quad fino ai 18 e 14 Mhz; tale materiale non è
indistruttibile ma con qualche accorgimento è possibile prolungare di molto la sua durata
(diciamo anche 10 anni, a seconda delle circostanze); ogni asta verrà passata con vernice
protettiva per legno (2 o più mani) e le estremità (o quanta più superficie possibile)
ricoperte con del nastro adesivo isolante: si ottengono ottimi risultati!
Esiste anche un sistema per rendere le canne simile (in quanto a longevità) al fiberglass
e consiste appunto nel ricoprirle di questo materiale (Download
articolo su come modificare le canne in bambù).
Ultimamente sto pensando (non ridete!) di comprare delle piantine di bambù e curarne
personalmente la crescita: mi hanno detto che dopo un anno circa possono raggiungere anche
i 3 metri (Vedi Figura 3);
Usare tubo in PVC o Pvs (tubi idraulici o per impianti elettrici esterni) non è affatto una brutta idea! Addirittura un om americano ci ha fatto una quad per i 18 Mhz! Comunque sconsiglio di considerare tubi di diametro inferiore a 30 mm; lo stesso dicasi per tubi di diametro superiore a 50 mm: meglio non sfidare il vento! (Vedi Figura 3)
Alluminio; alcuni di voi avranno
già storto il naso: calma! Si tratta di crociere interamente in alluminio ma suddiviso in
varie sezioni, ciascuna delle quale è elettricamente isolata dalle altre mediante
spezzoni di materiale isolante (PVC, gomma, teflon ecc.).
In tal maniera si riduce l'effetto "negativo" di un materiale conduttore vicino
agli elementi però si hanno notevoli vantaggi nella resistenza.
Tempo fa ebbi il piacere di parlare in 40 mt con due om (un I5 e I6 ) di cui non ricordo (purtroppo) i nominativi: mi dissero che per loro le quad erano insuperabili e che si dedicavano a tale costruzione da anni; uno dei due mi disse di aver provato vari materiali per le crociere, tra i quali anche legno di pino russo (o abete? Non ricordo bene!) ottenendo ottimi risultati in quanto a resistenza e peso.
L'impedenza di un a 2 elem. può variare circa da 60 a 100 hom (dipende dalla spaziature Radiatore-Riflettore, nonché dall'altezza); ho visto in giro varie soluzioni:
Cavo coax direttamente collegato al Radiatore (con l'aggiunta di perline in ferrite come balun o senza, oppure con balun a manicotto); in questo caso potremo avere un R.O.S. tra 1,2:1 - 2:1; credo che fino a 1,6:1 sia più che accettabile (è un valore indicativo perché R è molto influenzata da fattori quali l'altezza, la presenza di ostacoli ecc. però può essere utile per stabilire che metodo di adattamento utilizzare); quindi con una R fino ad 80 ohm tale soluzione è conveniente (Vedi Figura 4A).
Gamma match sul Radiatore; permette di ottenere una più facile taratura dell'antenna, però anche in questo caso occorre agire con l'antenna in posizione definitiva (su e giù COL palo o su e giù SUL palo!); più difficile anche la sua costruzione (Vedi Figura 4B);
Stub a 1/4 lambda in cavo coax sul Radiatore; in questo caso, con una R di circa 100 ohm, usando uno spezzone di cavo tv a 72 ohm si ottiene un adattamento quasi ottimale (1:1) con una spesa ridicola! (occhio però alle potenze in gioco per la scelta del cavo) (Vedi Figura 4C).
Balun-Trasformatore 2 a 1 o valore adeguato sul Radiatore; potrebbe essere comodo......;
Personalmente ho sentito molti Om escludere a priori lo stub sul riflettore ottenendo risultati (a loro dire) ugualmente soddisfacenti. Per evitare invece che la superficie esterna della calza irradi RF (V.di ANTENNE Vol 2 pag 224) e quindi per fare in modo che la distribuzione delle correnti sia la più appropriata ho visto vari metodi tra i quali riporto i più semplici:
Terminata l'antenna e sistemata nella sua posizione definitiva, si esamina la calza del cavo con un ondametro ad assorbimento; se lo strumento mostra un picco di assorbimento, aggiungere qualche decimetro di cavo per spostare il picco fuori gamma.
Mediante un balun lineare a manicotto (V.di RR5/97 pag29).
Mediante l'inserimento di perline di ferrite sul cavo coassiale in prossimità del punto di alimentazione ("Super Beads" Amidon, 5 sui 40 mt, 4 sui 20, 3 sui 15 e 10 -da CQ ,July 1994-); le perline vanno protette dalle intemperie mediante nastro isolante e silicone).
RADIATORI CON UNA STESSA DISCESA O DISCESE SEPARATE?
E' ovvio che la seconda ipotesi è
la migliore; nel primo caso inevitabilmente ciascun loop irradierà RF anche quando non
dovrebbe con conseguenze negative sul rendimento (Vedi
Figura 5), tuttavia le prestazioni generali rimangono ancora buone. Inoltre con tale
sistema diventa più problematico l'adattamento di impedenza.
Consiglio di scartare l'idea di una discesa singola per banda (a meno che non abbiate cavo
in abbondanza) e di costruire una commutatore d'antenna con relè: credetemi!
E' di una semplicità incredibile e funzionerà al primo colpo; usate comuni relè 5 o 10
Ampere (meglio se con contatti argentati, ma anche quelli di provenienza surplus vanno
bene!). Per commutare 3 antenne ne servono solo 2 (io li ho pagati 5000 l'uno, nuovi!); la
spesa e tutta li!
L'ottimizzazione finale dell'antenna la si può ottenere agendo sul Riflettore che può essere costruito in una delle seguenti maniere:
Con Stub a quarto d'onda (Vedi Figura 6A);
PRO: permette un'accurata regolazione delle caratteristiche dell'antenna (G,F/B ,R.O.S
ecc.); con piccole variazioni della barra di corto circuito dello stub si hanno grossi
cambiamenti nella quad, per cui è possibile ottimizzare l'antenna a costruzione avvenuta;
CONTRO: lo stub va regolato con antenna in posizione definitiva: avete la possibilità di
salire e scendere sul palo-traliccio a 8-15 metri di altezza ad ogni taratura?
Nella quad inoltre, per ottenere un buon diagramma di irradiazione, è importante ottenere
una buona simmetria degli elementi, cioè questi devono sembrare costituire un cubo
perfetto; ebbene lo stub potrebbe "rovinare" questa simmetria se non ben fatto;
esiste però un sistema per eliminare questo inconveniente: sistemata l'antenna, dotata di
riflettore con stub, si regola la barra di corto circuito su di questo fino ad ottenere le
prestazioni desiderate; a questo punto si elimina la parte di stub eccedente e si
risistema il filo del riflettore formando un quadrato perfetto...e la simmetria torna!
Con condensatore variabile (Vedi Figura 6B);
Con bobina variabile (Vedi Figura 6C);
Di dimensioni fisse (più o meno il 3% in più del radiatore, a seconda della distanza da quest'ultimo).
Le prime tre soluzioni permettono una taratura finale più "comoda" ma può essere difficile reperire condensatori idonei e la bobina, se non ben fatta può introdurre delle perdite.
SISTEMI PER RIDURRE LE DIMENSIONI
Brevemente accennerò ad alcuni metodi utilizzati per ridurre le dimensioni di un loop;
Il primo sistema è quello delle "trappole lineari" che permette, per esempio, di aggiungere la banda dei 14 Mhz ad una quad per i 21 Mhz mantenendo le stesse dimensioni (mi riferisco alle aste) (Vedi Figura 7A);
Altro metodo è quello di costruire un loop "fractal" cioè un loop che è sempre a lunghezza piena ma occupa meno spazio perché ripiegato all'interno (Vedi Figura 7B);