DDRR doppia per i 144 MHz :: i0hou Gianfranco

Homepage > DDRR doppia per i 144 MHz

Arrivati ad una certa età, visto che la "pompetta" fa un po' di capricci, i medici ci hanno imposto diversi Km al giorno da fare rigorosamente a piedi!

Allora una mattina dopo l'altra, passeggiando serenamente nel parco io, Gianfranco I0HOU, e Valter IZ0QAW, abbiamo piano piano cominciato a rispolverare un nostro vecchio sogno: realizzare una antenna di piccole dimensioni ed alto rendimento per le HF sperimentandola prima nella comoda gamma dei 144 MHz (è più comodo lavorare su un modellino 10 o 20 volte più piccolo!).

Giorno dopo giorno ci raccontavamo l'esito delle nostre ricerche e commentavamo i vari progetti che eravamo riusciti a trovare su vecchie riviste o su internet. La scelta è caduta su una vecchia amica, con la quale ci eravamo divertiti a fare alcuni esperimenti sul finire degli anni '80: la DDRR.

Principio di funzionamento

La DDRR è una antenna molto compatta, omnidirezionale a polarizzazione verticale ed il suo guadagno è più o meno quello di una ground plane. E' ovvio che per la banda dei 2 m sono ben altre le antenne con cui lavorare, ma la banda in questione ci offre l'opportunità di realizzare modelli perfettamente funzionanti e cimentarci nella costruzione di versioni per le HF solo dopo aver attentamente valutato i risultati conseguiti!

La DDRR è stata progettata da Mr. Boyer per la Northrop negli anni '50 ed è stata impiegata sulla Wheeling, una nave che operava nel programma spaziale Apollo come centro della rete HF. L'antenna si compone di un tratto verticale avente un'ampia sezione (un vero e proprio palo di lunghezza h e un consistente diametro d), che costituisce il vero elemento radiante. Sulla sommità di questo palo è collegato un elemento disposto ad anello, anche esso di adeguata sezione, di lunghezza L e diametro d1. Questo anello viene poi chiuso a massa tramite un condensatore Cx (a vuoto per contenere le perdite). Tanto per dare una indicazione, il tratto verticale h negli esemplari realizzati da Mr. Boyer era lungo circa 1.8 metri per la banda degli 80 m! Nel disegno si nota poco, ma un altro elemento importantissimo è il piano di massa su cui l'antenna viene eretta: la nave Wheeling usata da Mr. Boyer offriva un eccellente piano di massa, ma in realtà la superficie dei nostri tetti è ben lontana da quanto richiesto!

Nell'articolo pubblicato su “73 Magazine” del 1976, Mr. Boyer raccomandava ai lettori di evitare soluzioni “furbe” quali reti da pollaio utilizzate come piano di massa e tubi di marmitta utilizzati per gli elementi dell'antenna! In realtà la DDRR è una antenna di dimensioni estremamente ridotte e di conseguenza la sua resistenza di radiazione è di appena pochi milliOhm. Questo ci obbliga ad usare materiale altamente conduttivo (rame o tutt'al più alluminio) ed a saldare accuratamente tutte le giunture per minimizzare le resistenze ohmiche, cioè le perdite.

In un articolo di VE2GMI pescato su internet (https://www.orionmicro.com/ant/ddrr/ddrr1.htm ) si illustrava in dettaglio quanto realizzato da alcuni radioamatori canadesi, VE2DLJ e VE2AMT, i quali, a suo tempo, avevano avuto la possibilità di fare lunghe telefonate a Mr. Boyer. Come la maggior parte delle antenne verticali, il problema principale era quello del piano di massa che non doveva vanificare gli sforzi compiuti per realizzare gli altri elementi dell'antenna. Seguendo allora le indicazioni del padre della DDRR, hanno sostituito il piano di terra con il contrappeso, un antico espediente usato dai primi radioamatori proprio per superare le difficoltà dei piani di terra inadeguati.

In pratica si tratta di duplicare l'antenna in modo speculare, perché ai fini pratici il piano di massa serve come specchio dell'elemento radiante, un po' come lo stilo verticale di una ground plane a un quarto d'onda che si specchia nei radiali e si comporta come un dipolo verticale a mezza onda completo: noi vediamo solo il quarto d’onda che spunta dai radiali, ma in realtà c'è un secondo quarto d’onda (virtuale) che completa l’antenna.

Valter ed io commentavamo che l'idea sembrava buona e che ci sarebbe piaciuto sperimentarla, magari sui 2 metri dove, date le dimensioni, tutto risulta più semplice, sperando così di evitare tubi rigidi, giunti, saldature e ogni altra scomodità. In effetti avremmo potuto utilizzare materiale circa 40 volte più piccolo di una DDRR per gli 80 metri, e non ci sembrava cosa da poco.

Ad occhio e croce per una normale DDRR sarebbero dovuti bastare circa quaranta cm di conduttore e allora abbiamo cominciato a guardarci intorno per vedere se c'era qualcosa che si poteva utilizzare per una mini DDRR. Valter ha avuto l'idea di utilizzare del tubicino di rame, del tipo per frigoriferi o simili, che è un ottimo conduttore, è facilmente saldabile a stagno, è duttile, costa poco, è facilmente reperibile nei negozi di termoidraulica ed è lavorabile con la normale attrezzatura casalinga. La DDRR che fino adesso era esistita solo nei nostri sogni, ora cominciava piano piano a prendere consistenza.

La forma

Rileggendo meglio i due ottimi articoli di Madjid VE2GMI, abbiamo scoperto che l'autore aveva realizzato un programma per il calcolo dei parametri di una DDRR, scaricabile gratuitamente dall’indirizzo https://www.orionmicro.com/ant/ddrr/ddrr1.htm.

Inoltre, abbiamo osservato che mentre Mr. Boyer sulla nave Wheeling aveva potuto usare pali e anelli circolari, gli amici canadesi hanno dovuto optare per una struttura squadrata, decisamente più alla portata di noi OM! In effetti, non è facile trovare chi può piegare tubi di grosso diametro, e comunque la cosa ha un certo costo!

Ma per noi che volevamo realizzare un esemplare per i 2 m e per di più fatto con del rame assai duttile, tanti problemi non esistevano! L'idea di Valter si è rivelata vincente: utilizzando il tubicino di rame da 6 mm, non avevamo bisogno di saldature, né di ricorrere ad elementi rettilinei che alla fine avrebbero determinato una struttura squadrata. Ci bastava piegarlo con cura e non avremmo dovuto saldare né giuntare nessun elemento, semplicemente per il fatto che non c'erano elementi da saldare in quanto il tutto costituiva corpo unico. Inoltre il piano di massa per il quale Mr. Boyer aveva avuto tante raccomandazioni non era più necessario in quanto l'antenna si “specchiava” su se stessa: in pratica, il contrappeso da realizzare era come quello degli amici canadesi e cioè una DDRR doppia.

Il tubicino in rame, almeno quello da 6 mm, è veramente molto duttile, e Valter lo ha pazientemente sagomato a mano poggiandosi sulla ringhiera metallica del suo giardinetto senza troppe difficoltà. Le curve sono state addolcite per consentire un comodo scorrimento del gamma match (che vedremo più avanti).

L'alimentazione

L'alimentazione della DDRR realizzata da Mr. Boyer avveniva tramite un gamma match: la calza del cavo veniva collegata al piano di massa e il lato caldo veniva collegato tramite un conduttore parallelo al palo radiante, nel punto in cui quest'ultimo presentava i fatidici 50 ohm di impedenza.

Poiché la doppia DDRR che noi volevamo realizzare è in realtà una DDRR che si specchia su se stessa, allora il punto di massa si trova esattamente al centro del tratto verticale, ed è proprio quello il punto su cui abbiamo fissato la presa SO-239 da pannello, le cui dimensioni in verità appaiono alquanto sproporzionate per un'antenna di appena 10 cm di altezza complessiva! Naturalmente per evitare strane influenze reciproche fra antenna e cavo di alimentazione è opportuno che quest'ultimo sia disposto in modo perpendicolare all'antenna. L'alimentazione così effettuata ci ha consentito di trovare molto rapidamente il punto in cui il ROS è di 1:1.

Realizzazione pratica

Prima di accendere il saldatore e dare inizio alla costruzione dell'antenna, abbiamo voluto rivedere tutto il progetto e per maggior sicurezza abbiamo provato ad usare il programma di VE2GMI, ed ecco le domande che ci ha posto e le risposte forniteci.

Le frequenze minima e massima: sono quelle fissate dal band plan e quindi la risposta è stata facile: 144 e 146 Mhz!

L'altezza del palo verticale: ci è parso ragionevole non farla troppo alta e quindi ci siamo orientati sui 5 cm (che in realtà diventano poi 10 cm complessivi dato che la nostra antenna è una DDRR doppia!)

Diametro del palo verticale: beh, a parte il fatto che chiamare “palo” un pezzetto di tubo lungo 5 cm appare un po' bizzarro, avendo noi deciso di utilizzare il tubicino di rame che potevamo trovare nel negozio di componenti termoidraulici da 6 mm, la risposta è stata facile: 6 mm!

Diametro dell'anello orizzontale: essendo il proseguimento del “palo” verticale, non può che essere anche lui di 6 mm!

Valore minimo della capacità. Prima di passare alle considerazioni circa il condensatore di accordo, Valter ed io sapevamo che non ci serviva l’intera banda dei 2 metri: in realtà per le nostre prove in FM ci sarebbe bastata una banda passante di un MHz o anche meno, ragion per cui il condensatore di sintonia, una volta regolato per il centro banda, non andava più toccato. Abbiamo pensato che, ad occhio, un paio di pF come capacità distribuita non potevamo evitarli, per cui abbiamo pensato di partire da 2 pF. Essendo l'antenna costituita da tubicino di rame morbido e facile da tagliare, se successivamente avessimo incontrato difficoltà nel portare l'antenna alla risonanza, avremmo sempre potuto accorciarla di un mezzo centimetro alla volta dalle due estremità oppure aumentare la capacità di accordo fino a farla risuonare nella banda dei 2 m, a seconda se dovevamo alzare o abbassare la frequenza di risonanza. Tutti questi ragionamenti perché in cuor nostro speravamo di non impiegare nessun condensatore! Sarebbe stato veramente magnifico eliminare piano di massa e condensatore di accordo, anche perché i problemi realizzativi oramai erano rimasti solo sulla realizzazione di questo condensatore (ai suoi capi c'è una tensione elevata che fa scorrere una forte corrente, anche con potenze di appena 1 w!)

Dal programma di VE2GMI abbiamo ottenuto le seguenti indicazioni:

----- DDRR calculations -----

Frequenza Massima 146 MHz

Frequenza Minima 144 MHz

Altezza del palo verticale 5 cm

Diametro del tubo verticale 6 mm

Diametro del palo dell'anello 6 mm

Valore minimo della capacità 2 pF

----- Results -----

Circonferenza dell'anello: 35,7 cm

Capacità di sintonia alla Fmin 0.112 pF

Su questa base abbiamo pensato di calcolare la lunghezza complessiva del tubicino di rame necessario: dunque, c'è un palo di 5 + 5 cm, più o meno un tratto lungo altrettanto per collegare il condensatore ai due anelli (superiore ed inferiore), i due anelli da circa 35 cm ciascuno … Allora 5+5, poi 35 + 35 e infine altri 5+5: servivano circa 90 cm circa di tubicino in rame da 6 mm di diametro! Con un paio di euro passava la paura!

Per i condensatori abbiamo fatto due scelte diverse: nell'esemplare di I0HOU abbiamo utilizzato un gimmick (ovvero un condensatore costituito semplicemente da due fili isolati intrecciati fra loro), mentre IZ0QAW ha preferito avvicinare i due punti terminali (proprio dove I0HOU ha saldato il gimmick) a circa mezzo centimetro di distanza fra loro e bloccare il tutto con del nailon fuso. Questo collante di nailon serve anche per stabilizzare meccanicamente l'antenna; l’accordo successivo Valter lo ha fatto con un taglierino, rasando e affettando la giunzione di nailon! In effetti, il nailon ha una costante dielettrica superiore a quella dell'aria e intervenendo quindi sulla quantità di dielettrico fra le due armature (che altro non sono se non le estremità contrapposte dei tubicini che concludono i due anelli) è possibile ritoccare la capacità. E' vero, la cosa ha sicuramente una certa criticità, ma esteticamente e meccanicamente è insuperabile! Non a caso Valter è architetto e come tale non poteva che escogitare una soluzione all'altezza!

Il gamma match

Anche il gamma match è interamente merito del buon Valter: due pezzi di giunti per elettricisti, comunemente chiamati mammut, saldati fra loro ed una barretta a sezione quadrata di 2x2 mm per saldature in rame come elemento per alimentare l'antenna (vedi foto).

Taratura e Prestazioni

La taratura non è poi complicata: il condensatore serve per portare in risonanza l'antenna sulla frequenza desiderata ed il gamma match serve per alimentarla nel punto corretto a 50 ohm.

Noi abbiamo cominciato accendendo il ricevitore su un ponte locale e regolando il condensatore per il massimo segnale. Fatto ciò, abbiamo acceso il trasmettitore e spostato il gamma match fino a trovare il punto del minimo ROS. Ripetendo le operazioni due o tre volte abbiamo in pochi minuti portato l'antenna in risonanza con un ROS di 1:1 esatto. Da tenere presente che la regolazione del condensatore è assai critica, va fatta lentamente e possibilmente con un bastoncino di plastica o altro materiale non magnetico, perché risente terribilmente della vicinanza della mano dell'operatore!

Il confronto con l'antenna a stilo dell'ormai vetusto Yaesu FT-290 è decisamente a favore della DDRR: poggiata sul tavolo a circa mezzo metro da noi due, agganciava tutti i ponti che riuscivamo a ricevere, mentre l'antenna a stilo dell'apparato non riusciva a fare la stessa cosa!

Ma le soddisfazioni maggiori le abbiamo avute dal tetto della casa di Valter, a Zagarolo, vicino Roma, dove IZ0QAW è riuscito a ricevere moltissimi ripetitori. Non è riuscito ad agganciarli tutti perché l'antenna non è direttiva e quando due ripetitori operano sulla stessa frequenza si riesce ad agganciare entrambi, ma quando si passa poi in ricezione il ripetitore più potente soffoca quello che arriva con il segnale più debole! Ma la soddisfazione di vedere un'antennina alta una decina di cm e larga poco di più riuscire ad agganciare perfino il ripetitore di Montieri ad oltre 200 Km di QRB ci ha ripagato oltre misura!