ANTENNA BICONICA VHF-UHF Mod. BCA110 di Domenico Di Simone IK6BMU [email protected] DSD MEDIA Antenna biconica 110-900MHz COPYRIGHT © 2014 DSD Media Domenico Di Simone IK6BMU 65016 Montesilvano (PE) Property of DSD Media First Year of Publication, 2014 All rights reserved. No part of this publication may be reproduced in any form or by any means,without permission in writing from the Author. Rev. 01 www.ik6bmu.it 18 july 2014 Pagina 2 Antenna biconica 110-900MHz Dopo la realizzazione della antenna discone DCR50, non mi andava giù il fatto di perdere 3dB e quindi mi sono messo in testa di fare qualcos’altro di più efficiente e ho subito pensato alla Biconica. Nella letteratura scientifica questa antenna è descritta molto bene perché viene largamente usata per le misure di compatibilità elettromagnetica (EMC) in camera anecoica, infatti, nelle prove di conformità alle normative delle emissioni radiate, si usano antenne biconiche per frequenze che vanno da 30 MHz a 200 MHz mentre si passa alle antenne log-periodiche per frequenze comprese tra 200 MHz e 1 GHz. Per frequenze ancora superiori, si usano invece delle antenne ad apertura, generalmente del tipo a tromba piramidale. Questo mi fa pensare che tranne qualche tecnico di laboratorio non si hanno molte conoscenze pratiche al riguardo anche perché al di fuori dei laboratori è praticamente poco utilizzata. L’idea di fare esperienza diretta su questo tipo di antenna mi affascinava ma non mi sono mai deciso a realizzarne una, finché un giorno volli fare una prova veloce. Ne uscì il “prototipo” rappresentato qui sotto che assomiglia più all’antenna a “farfalla” che alla biconica, realizzato con del filo smaltato rigido da Ø 1,5 mm con i lati dei triangoli lunghi 500mm. Quest’antenna è stata installata provvisoriamente sul tetto per circa 2 mesi giusto per fare qualche confronto, e devo dire che nonostante fosse retta soltanto dal del nastro isolante ha superato benissimo i tests. Ma rimaneva il fatto che quest’antenna non era un dipolo biconico e sapevo che prima o poi avrei dovuto mettere mano al trapano. Poi un giorno mi imbattei in un accrocco presso una mostra mercato di Elettronica e Radioamatori, l’accrocco, di un bel colore verde militare, stava sul banco di un rivenditore che vendeva materiale surplus e alla mia richiesta di cosa fosse mi rispose che non lo sapeva esattamente ma era evidente si trattasse di un isolatore di un antenna. Capii subito che era un isolatore di un dipolo biconico ma mi resi anche conto che mancavano gli elementi radianti e il rivenditore non ne era fornito, alla fine lo www.ik6bmu.it Pagina 3 Antenna biconica 110-900MHz acquistai lo stesso sperando di risolvere il problema in qualche modo. L’accrocco marcato AB-77/TRC-7 alla fine si rivelò essere una parte dell’antenna assembly AS110-/TRC-7 in dotazione alla radio RT-53/TRC-7 (Ground to Air radio) della Signal Corps fabbricato nel 1945, che copre le frequenze da 100-156 MHz in AM alimentato da batterie a secco BA-70 o BA80 (come il BC-1000) o dal generatore G3/TRC-7. Il set era destinato alle truppe aviotrasportate per comunicare con velivoli da terra, ecco perché una biconica, era l’unica oltre alla discone in grado di coprire una fetta di frequenze così ampia, ma col vantaggio rispetto a quest’ultima di avere un diagramma di radiazione privilegiato verso l’alto dove appunto stanno gli aerei. Capito cosa era restava da risolvere il problema degli elementi radianti, l’isolatore ha 6 aperture 3 superiori e 3 inferiori dove venivano avvitati i radianti, questi radianti erano costruiti con tubetto rastremato di acciaio ramato e verniciato lunghi circa 750 mm, e ad un estremo avevano una filettatura particolare ma comune a molte antenne militari anche di altri corpi per un problema di intercambiabilità, (come la base per antenne MB 65B installata su quasi tutti i mezzi mobili), trovarli è stata impresa ardua e i costi altrettanto, alla fine mi sono rassegnato e armato di coraggio li ho filettati a passo metrico Ø6 MA, in modo da potervi inserire 6 barre filettate zincate lunghe un metro, dopotutto era una semplice prova per capire il funzionamento dell’antenna. Quindi il mio secondo dipolo biconico avendo una lunghezza totale di 2 metri aveva come limite di frequenza inferiore 300: 400=75 MHz e dalla larghezza dell’angolo dei coni penso non oltre i 200250 MHz come limite superiore. Stili radianti originali. www.ik6bmu.it Pagina 4 Antenna biconica 110-900MHz Stili radianti autocostruiti ricoperti di termo restringente. Dalle foto si può vedere il risultato finale, ma quello che mi interessava maggiormente erano le prove in aria fatte a 145 MHz, qui l’antenna si mostrava leggermente superiore ad una Ground Plane, con un SWR nella norma, e anche i corrispondenti me lo confermavano, però non avendo strumentazione adeguata non potei quantificarne il guadagno. Ricevendo sulle altre frequenze, invece, soprattutto in banda aereonautica le performance rispetto sempre alla Ground Plane dei 2 metri erano notevoli il che stava a significare il corretto funzionamento a larga banda. A questo punto non rimaneva che confrontarla con la discone, naturalmente il confronto non poteva essere paritario perché le dimensioni e quindi le frequenze di funzionamento erano diverse, ma una parte della banda di una si sovrapponeva a quella dell’altra e per diversi mesi le 2 antenne sono state studiate in banda aereonautica, montate alla stessa altezza e opportunamente distanziate per non influenzarsi a vicenda. Ho preferito utilizzare la banda aereonautica per il semplice motivo che utilizza ancora la vecchia modulazione di ampiezza e quindi è più facile distinguere l’intensità di un segnale basso che si porta inevitabilmente dietro del fruscio, rispetto ad un segnale in modulazione di frequenza. Alla fine delle prove il risultato è stato che apprezzare 3 dB ad orecchio è molto difficile per i segnali bassi e naturalmente impossibile per i segnali alti e che almeno a livello locale non ci sono apprezzabili differenze, per i segnali DX queste non sono le frequenze più adatte ma ho comunque in programma di sperimentarle quanto prima. Dopo alcuni mesi che il dipolo biconico era sul tetto ho cominciato a vedere i primi segni di invecchiamento dovuti alla permanenza all’aperto, ma dopotutto per la forma e tipo di materiale si capiva che non era destinato ad un uso fisso e quindi decisi di realizzarne uno nuovo totalmente fatto in casa per uso fisso con una frequenza minima intorno ai 110 MHz. Naturalmente volevo che la frequenza massima fosse la più alta possibile intorno ai 900 MHz e questo come spiegato in seguito si ottiene con un angolo interno del cono di circa 60°, ma prima di iniziare la costruzione ho voluto documentami meglio. www.ik6bmu.it Pagina 5 Antenna biconica 110-900MHz Risparmio al lettore tutte le formule matematiche che dimostrano come avviene l’irradiazione del campo elettromagnetico e mi limito a dire che i 2 coni, alimentati ai 2 vertici, si comportano come una lunghissima linea di trasmissione, cioè fanno credere al trasmettitore che alla fine del cavo coassiale ci sia collegato in serie un altro cavo coassiale di lunghezza infinita e avente la stessa impedenza, mentre ai fini della radiazione il suo diagramma è molto simile a quella del dipolo. Tutto questo teoricamente ma, nella pratica, i coni hanno lunghezza finita cioè sono realizzati tramite coni troncati , questo troncamento introduce delle discontinuità agli estremi della struttura e questo comporta fenomeni di riflessione per le onde che si propagano verso l’ esterno, lungo i coni stessi, otteniamo, in questa situazione, la formazione di onde stazionarie sui coni, cui corrisponde la comparsa di una parte immaginaria nell’impedenza d’ingresso, tale impedenza, quindi, non essendo più reale, risulta adesso dipendere dalla frequenza. Questo fenomeno si può parzialmente eliminare facendo terminare i coni non in maniera improvvisa ma aggiungendo alla parte terminale un altro cono con un angolo intermo molto ampio. Caratteristiche principali antenna dipolo biconico: • • L’impedenza d’ingresso (o di uscita a seconda dell'utilizzo) è pressoché costante nella banda di frequenza in cui è previsto l’impiego. • Il diagramma di radiazione è pressoché costante nella banda di frequenza di utilizzo ed è molto simile a quello di un dipolo. • La lunghezza di ogni semidipolo è di poco superiore di ¼λ sulla frequenza più bassa di funzionamento. L’ angolo interno del cono insieme alla lunghezza del semidipolo ne determina l’impedenza. Per realizzare un antenna dipolo biconico ho bisogno di sapere solo 2 dati: 1. La lunghezza del cono radiante alla minima frequenza utilizzabile 2. L’angolo interno del cono per una impedenza di 50Ω La prima la posso calcolare semplicemente come nel caso della discone: 300:110:4= λ¼=0,6818 metri che posso arrotondare a 682mm. www.ik6bmu.it Pagina 6 Antenna biconica 110-900MHz 110 La seconda la posso ricavare dal grafico a fianco dove si vede che per avere una impedenza di 50Ω occorre un angolo interno del cono di poco superiore a 60° Simulazione 3D Anche in questo caso prima di realizzare fisicamente l’antenna ho voluto provare col simulatore MMANA GAL per vedere le curve caratteristiche. La prima cosa da fare è disegnare l’antenna in 3D e per fare questo bisogna fornire al programma le coordinate cartesiane di ogni ogn singolo segmento nei tre assi x, y e z, tenendo presente che ogni segmento è formato da 2 punti. Poi bisogna fornire il punto di alimentazione, il diametro e il tipo di materiale dei 16 segmenti e per finire l’altezza il tipo di terreno e la frequenza di calcolo. Dopo che il programma ha effettuato tutti i suoi calcoli, calcoli, scelgo di visualizzare la fetta di frequenze VHF più interessante che va da 105 a 185 MHz, lui ci restituisce 3 diagrammi che sono: Diagramma della resistenza di radiazione (blu) e reattanza (rosso). 1. Diagramma della curva del SWR. 2. Diagramma del guadagno. Quest’ultimo non ci interessa in modo particolare, sicuramente più utile nel caso di antenne direzionali, inoltre come già detto nel caso della discone riguardo ai diagrammi che non bisogna farci molto affidamento specie con antenna a larga o larghissima banda come il dipolo biconico. www.ik6bmu.it Pagina 7 Antenna biconica 110-900MHz www.ik6bmu.it Pagina 8 Antenna biconica 110-900MHz Realizzazione pratica Anche in questo caso come per la discone, ho preferito utilizzare 8+8 radianti per approssimare la superficie dei coni senza però le connessioni equipotenziali e a coni troncati. Quindi per la realizzazione dell’antenna sono partito da 2 supporti in alluminio pressofuso, venduti come ricambi di Ground Plane da una ditta costruttrice italiana, di cui uno montato al rovescio e altre parti riciclate da precedenti realizzazioni. Il primo passo è stato quello di praticare 8 fori, sul supporto inferiore, da Ø 5mm con un angolo di 30° rispetto all’asse centrale, successivamente filettati Ø6M in modo da poterci avvitare 8 barre filettate zincate Ø 6mm lunghe 682 mm e ricoperte con del termo restringente come con la precedente antenna. Per il cono superiore ho riciclato 8 tubetti di alluminio da Ø8mm da avvitare al supporto con fori filettati da Ø8M, inoltre a questo supporto ho modificato gli attacchi eliminando l’isolante per poter avvitare i supporti tra di loro. Il risultato finale è quello visibile nelle foto. L’antenna è installata sul tetto ormai da oltre un anno e viene usata per trasmettere sui 2mt e 70cm, e, prevalentemente, per ricevere da 108 a 950 MHz con prestazioni di tutto rispetto paragonabili, in trasmissione, ad antenne commerciali ma, senza nessun confronto in ricezione. 73 de Dom ik6bmu www.ik6bmu.it Pagina 9 Antenna biconica 110-900MHz particolare del cono inferiore Particolare dei supporti www.ik6bmu.it Pagina 10 Antenna biconica 110-900MHz www.ik6bmu.it Pagina 11
© Copyright 2024 ExpyDoc
