i0hou – Gianfranco Gentili - i0hou@gmx.com

1) - Generalità

La loop magnetica mi è stata subito simpatica perché piccola, compatta, facile da realizzare, ma con un rendimento di tutto rispetto. Della sua teoria e del suo funzionamento ne ho già parlato nell’articolo pubblicato su RR nell’agosto 1985 (purtroppo era impaginato da cani ...).

Facendo un breve riepilogo, si tratta di un anello circolare o quadrato di una o due spire chiuso su un condensatore variabile dotato di un’ampia spaziatura fra le armature. L’alimentazione avviene collegando il cavo coassiale proveniente dal TX ad un secondo anello più piccolo la cui circonferenza è circa un quinto di quella dell’anello principale.

2) - Pro e contro

Certo, a vederla non ispira fiducia perché siamo abituati ai dipoli che svettano in alto sulle nostre terrazze. Ai nostri occhi un anello di appena un metro di diametro, magari poggiato su un tavolo, non può certo competere con un dipolo di 20 metri. E invece funziona, e pure bene! Come ogni cosa però, ha i suoi pro ed i suoi contro, che è meglio analizzare attentamente prima di imbarcarsi in avventure con esiti incerti o addirittura deludenti.

2a) – Punti a favore

• L’antenna è molto piccola: ha un diametro che può arrivare anche a meno di un ventesimo di lunghezza d’onda e questo la rende facilmente trasportabile e se necessario occultabile.

• Non necessita di adattatore esterno perché ha un suo condensatore di accordo che ne consente il funzionamento con un SWR di 1:1 sull’intera gamma.

• Può essere alimentata direttamente tramite cavo coassiale da 50 ohm senza l’uso di balun.

• Ha una banda passante molto stretta, perciò attenua il QRM presente in frequenza.

• E’ poco sensibile ai disturbi elettrici, quindi risente poco del QRN.

• Subisce poca influenza dalle infrastrutture vicine.

• Non necessita di piano di terra, né di radiali o contrappesi.

• Non va installata a grandi altezze: posta su un tavolo in genere va più che bene bene.

• Il suo angolo di apertura consente sia il DX che il NVIS.

• L’antenna, se ben realizzata, ha un diagramma di radiazione a forma di otto, con due punti di nullo molto pronunciati e questo può aiutare nell’usarla come Direction finder e nella soppressione di eventuali disturbi isofrequenza. Diventa conveniente allora un rotore che possa aiutarci nell’annullare un eventuale segnale interferente.

2b) - Contro

• La sua resistenza di radiazione è veramente molto bassa, dell’ordine di qualche millesimo di ohm. Questo comporta che in sede di costruzione le resistenze ohmiche del conduttore radiante siano drasticamente ridotte al minimo possibile perché altrimenti finirebbero per trasformare in calore quasi tutta la potenza output del TX, lasciando così alla resistenza di radiazione solo gli spiccioli. Ecco perché il conduttore del loop radiante deve presentare una superficie molto ampia e ogni punto di giunzione va saldato in modo impeccabile. Sul web è facile incontrare articoli di alcuni OM che, proprio per questi motivi, hanno utilizzato grossi tubi di rame o di alluminio e sono ricorsi perfino alla saldatura in argento.

• Essendo sia la resistenza di radiazione che le perdite molto basse, avremo un circuito risonante (anello e condensatore) con un Q molto alto, perciò la corrente circolante sarà assai elevata anche con bassi livelli di potenza applicata ai capi del condensatore vi saranno tensioni di tutto rispetto. Questo ci obbliga ad usare del tubo conduttore invece del solito filo e ci impone di far sì che le piastre del condensatore siano adeguatamente spaziate in modo da evitare archi e scariche indesiderate. Naturalmente piegare il tubo conduttore per fargli assumere una forma circolare è costoso perché bisogna rivolgersi alle officine attrezzate. D’altro canto, se ci si orienta verso una struttura quadrata oppure ottagonale, bisognerà poi effettuare saldature fatte ad arte nei punti di giunzione ed anche queste hanno un costo.

• Un problema che si incontra operando con l’antenna a loop è che sulle HF la strettissima banda passante costringe a continui ritocchi dell’accordo anche per spostamenti di pochi kHz. In ricezione ciò aiuta nella soppressione dei segnali interferenti presenti in banda, ma in trasmissione soprattutto nei contest diventa una bella scocciatura. E questo giustifica ampiamente l’uso di controlli da remoto per azionare il condensatore di accordo. Sul web è possibile incontrare delle superbe realizzazioni anche molto sofisticate, realizzate in maniera raffinata ed elegante, con il motorino pilotato con impulsi o addirittura per mezzo di Arduino.

• Il condensatore di accordo deve poter sopportare tensioni elevate. Il tipo migliore è quello sotto vuoto, seguono poi il variabile in aria (ma a farfalla o split-stator, cioè senza contatti striscianti) e quello a trombone. Sul web si possono incontrare delle splendide realizzazioni molto affascinanti.

• Le tensioni elevate che si formano in trasmissione possono causare brutte ustioni e perfino danni letali all’incauto che tocca una parte del loop radiante. Ecco perché l’antenna deve essere collocata dove non possa venir toccata da nessuno, almeno quando si trasmette.

• Le realizzazioni più impegnative hanno un sistema automatico per indicare la frequenza su cui l’antenna in quel momento si trova accordata. Questo perché un semplice controllo manuale del motorino avanti o indietro in realtà funziona alla cieca, e per far fare un ciclo completo al condensatore di accordo spesso si impiega un tempo un po’ troppo lungo che durante i contest sembra interminabile. E’ vero che per velocizzare le operazioni di accordo nei cambi di gamma si può andare alla ricerca del picco di rumore di fondo, stando certi che il punto ottimale è lì vicino, ma inevitabilmente questo richiede tempo e pazienza, merce rara nel bel mezzo di una gara!

Oltre ai pro ed ai contro, c’è da dire che la stretta banda passante dell’antenna può risultare una mano santa per quei ricevitori privi di filtri adeguati nel front-end, ma rischia di diventare assai fastidiosa in trasmissione dove lo spostamento anche di pochi kHz può richiedere un nuovo accordo. Ecco perché molti realizzatori gareggiano fra loro nell’approntare sofisticati sistemi di controllo e di visualizzazione della frequenza dove l’antenna risulta accordata. Alcuni si limitano a dare indicazioni approssimative ricavate dalla posizione di potenziometri sincronizzati con il motorino del condensatore, mentre altri usano sistemi molto più sofisticati che impiegano perfino dei microprocessori (spesso Arduino).

3) – I programmi di calcolo

Nel corso degli anni ho sviluppato alcuni programmi per il calcolo dei parametri e delle prestazioni dei vari tipi di antenne a loop grazie alle semplici formule del Manuale di ingegneria radiotecnica del Terman. Niente di particolare, semplici programmi in QuickBasic per risparmiarmi lunghi calcoli e mettere a confronto più soluzioni. Forse la precisione non arriva fino alla diciannovesima cifra decimale, ma a me poco importa perché quello che io andavo cercando non era un valore assoluto, ma l’indicazione verso cui muovermi. Comunque, confrontando l’output dei miei programmi con alcuni Magnetic Loop Antenna Calculator reperibili in rete, i risultati non sono troppo divergenti. Perciò per i miei scopi ritengo gli output dei miei programmi sufficientemente corretti. Con essi ho modo di analizzare vari parametri di diverse configurazioni e valutarne le prestazioni limitandomi ad osservare le varie schermate.

E’ una sorta di gioco di simulazione al computer che fa risparmiare un sacco di tempo nel montare e smontare i prototipi delle varie antenne a loop. Poi, alla fin della fiera, un punto della scala S equivale a 6 dB, cioè a un rapporto di circa 4:1 fra i valori in gioco, e perciò secondo me diventa perfettamente inutile la ricerca cavillosa di troppi decimali, almeno in questo caso!

4) - Loop con cavo coassiale ad una sola spira

Diamo uno sguardo al comportamento di massima di un’antenna a loop realizzata con una spira di cavo RG8 oppure RG11 di 100 cm di diametro. Direi di cominciare con questa configurazione perché è un’antenna estremamente semplice, non troppo difficile da costruire.

Su youtube è possibile trovare molti filmati di realizzazioni simili spesso utilizzate per i field-days e nelle situazioni di emergenza ed è interessante osservare l’entusiasmo dei realizzatori. In effetti per approntare una versione minimale, servono solo un buon condensatore variabile e uno spezzone di circa 3 metri di cavo coassiale o di tubo in rame per riscaldamenti ed è possibile andare in aria in poco tempo.

Anche io ho avuto il piacere di usare un loop di questo tipo. Tempo fa, quando disponevo di un FT-817 ND, acquistai la magloop di G4TPH. In realtà lo feci più per il suo condensatore variabile azionabile da remoto! Poiché il progetto originale mi ispirava poca fiducia, rimpiazzai il loop radiante fatto di barre e bulloni con uno spezzone di circa 3 metri di RG8. L’antenna così composta ha funzionato subito e bene (e credo anche meglio dell’originale, hi!). L’ho provata in aria sui 40, 20 e 15 metri e devo dire che va abbastanza bene, anche se, date le modeste dimensioni, sui 40 metri non è poi gran cosa. Le prestazioni possono essere quelle riportate in fig. 4.1.

fig. 4.1

Guardando l’output del programma, vediamo che il rendimento sulle prime tre gamme è evidenziato in rosso, segno che non è soddisfacente. Sugli 80 metri l’antenna si comporta da autentico carico fittizio, sui 60 metri è inutile trasmettere perché il rendimento è troppo modesto. Un pochino meglio va sui 40 metri, mentre dai 30 metri in giù l’antenna migliora man mano che si scende di lunghezza d’onda.

Però in questo periodo del ciclo solare con scarsa attività delle macchie solari, potremmo essere invogliati ad andare in aria proprio sugli 80 metri perché per molte sere è l’unica banda praticabile.

Se diamo uno sguardo a pag. 968 del buon Terman possiamo vedere che la resistenza di radiazione di un loop può essere così calcolata:

R_R = 31.200 ( N A / λ²)²

dove R_R è la resistenza di radiazione in ohm

N è il numero di spire

A è l’area dell’anello in metri quadrati

λ è la lunghezza d’onda in metri

E allora per migliorare un po’ le cose, dovremmo tentare di agire su tre direzioni:

1. aumentare la resistenza di radiazione agendo sull’area del loop, ovvero ampliando la circonferenza dell’anello radiante;

2. abbassare le perdite ohmiche aumentando la sezione del conduttore;

3. aumentare la resistenza di radiazione avvolgendo altre spire al loop.

Visto che disponiamo di un programma versatile che esegue per noi tutti quei calcoli un po’ tediosi, proviamo a simulare i tre casi dianzi esposti, agendo inizialmente su un solo parametro alla volta, tanto per vedere meglio cosa succede.

Caso A: ampliare la circonferenza del loop

Significa aumentare la resistenza di radiazione che nel prospetto di fig.4.1 sugli 80 metri era molto bassa (0,357 milliOhm) e doveva competere con delle resistenze ohmiche schiaccianti (48,806 milliOhm). Era chiaro che in quelle condizioni non poteva funzionare. Osservando il prospetto in fig. 4.2 vediamo che aumentando la circonferenza del loop aumentano anche le perdite perché il conduttore è più lungo (siamo passati da 48,8 a 87,851 milliOhm), ma la resistenza di radiazione subisce una grossa impennata (è passata da 0,357 milliOhm a 3,753). Perciò anche se le perdite sono quasi raddoppiate, la resistenza di radiazione si è decuplicata, e questo ci dice che aumentare l’area del loop porta grossi benefici.

fig. 4.2

Però, nonostante tutto, il rendimento è ancora basso. Vista l’entità del rumore di fondo sugli 80 metri, con una resa del 4% puoi sgolarti quanto vuoi, ma stai sicuro che ti sente solo tua moglie!

Caso B: aumentare la sezione del conduttore radiante

Vediamo cosa succede se aumentiamo la sezione del conduttore a 4 cm di diametro, ovvero quattro volte il caso di figura 4.1. Si noti che per ottenere la sezione richiesta, ci basta affiancare quattro conduttori da 1 cm di diametro e collegarli in parallelo. Certo, dopo il loop peserà quattro volte tanto e dovremo fissare convenientemente i quattro cavi tra loro, magari con delle fascette di plastica per elettricisti o con del nastro adesivo in modo che la sagoma dell’antenna non si deformi e resti stabile.

Se diamo uno sguardo al relativo prospetto riportato in figura 4.3 vediamo che la resistenza di radiazione è rimasta su valori estremamente bassi (è ancora 0,357 milliOhm), ma le perdite ohmiche sono precipitate ad un quarto del loro valore (adesso sono 12,202 milliOhm):

fig. 4.3

Mantenendo il diametro del loop a soli 100 cm dobbiamo rinunciare ancora una volta agli 80 metri perché il rendimento si ostina a rimanere basso (non arriva neanche al 3%). Però abbiamo constatato che aumentare la sezione del conduttore (o affiancare altri conduttori in parallelo, che poi è la stessa cosa) aiuta a migliorare le cose, anche se non è ancora abbastanza.

Caso C: aumentare il numero di spire

C’è un’altra possibilità: aumentare il numero di spire, cioè passare da una a due o più spire. Vediamo allora cosa succede:

fig.4.4

La resistenza di radiazione rispetto alla versione ad una spira si è quadruplicata passando da 0,357 a 1,426 milliOhm, mentre le perdite si sono solo raddoppiate passando da 48,8 a 97,6 milliOhm (come era lecito supporre perché ora l’elemento radiante è lungo il doppio).

Però la seconda spira ha fatto schizzare in alto l’induttanza del loop e questo ci fa rinunciare alle bande sotto i 20 metri (17 e 15 metri). Inoltre adesso abbiamo una capacità parassita in più, la capacità fra una spira e l’altra, che unita alla capacità distribuita del loop si somma alla capacità residua del condensatore variabile che usiamo per l’accordo. Il risultato della presenza di queste capacità indesiderate è che difficilmente potremo scendere sotto i 30 metri. Un pallido tentativo per aggiustare un pochino le cose è quello di distanziare le spire fra loro in modo da tentare di ridurre questa fastidiosa capacità parassita spira-spira.

Caso D: aumentare i tre parametri contemporaneamente

Dopo aver visto gli incrementi di ciascun parametro singolarmente, vediamo cosa succede se si agisce contemporaneamente su tutti e tre i parametri, cioè se allarghiamo la circonferenza del loop da 100 a 180 cm, se aumentiamo la sezione del loop da 1 a 4 cm e se il loop radiante lo componiamo di due spire invece di una sola:

fig. 4.5

Beh, adesso è tutt’altra cosa! La resistenza di radiazione è balzata a 14,971 milliOhm, le perdite sono contenute in 43,926 milliOhm ed il rendimento è di uno strepitoso 25%! Certo, le gamme alte sono sparite e l’antenna ci consentirà di operare solo sugli 80, 60 e 40 metri, ma con rendimenti di tutto rispetto. A prima vista può sembrare poca cosa, ma non so quanti dipoli sui 40 metri si avvicinano ad un rendimento dell’80%. La loop antenna invece, risente ben poco delle strutture circostanti, e non ha bisogno di essere collocata ad almeno 10 metri da terra.

E se volessimo esagerare e togliessimo questa scomoda seconda spira e collegassimo fra loro ben dieci spezzoni di cavo coassiale, cosa otterremmo?

fig. 4.6

Stavolta le perdite ohmiche sono finalmente scese a valori comparabili (dai 60 metri in poi sono perfino inferiori alla resistenza di radiazione) e l’antenna dovrebbe coprire egregiamente ben 4 bande.

Certo, il loop apparirebbe imponente: un anello largo ben 180 cm di diametro costituito da un fascio di dieci spezzoni lunghi quasi 6 metri ciascuno di RG8/RG11 non passa certo inosservato! E le fasi di montaggio non saranno una passeggiata! Per non parlare poi del peso e del costo del cavo coassiale, della struttura di sostegno e di un adeguato condensatore variabile da ben 600 pF con il relativo sistema di comando a distanza.

Per ridurre un pochino i costi della realizzazione, al posto del cavo coassiale RG8/RG11 possiamo utilizzare anche del cavo coassiale televisivo, più sottile (intorno ai 5 mm di sezione), ma decisamente più economico.

Seguono immagini prese dagli annunci proposti su ebay il 10/11/2020. Certo, il cavo televisivo, più leggero e più conveniente, è molto allettante.

fig. 4.7

fig. 4.8

fig. 4.9

fig. 4.10

Nota bene: lo spessore del cavo TV è di 5 mm, quindi la metà dei cavi tipo RG6, RG8, RG11. Bisognerà perciò considerare il doppio esatto di spezzoni di cavo per formare le varie spire.

Un suggerimento per il montaggio: quando si collegano più spire in parallelo fra loro, è conveniente lasciare in fondo a ciascuna estremità di ogni spezzone di cavo un eccesso di calza esterna lungo una ventina di centimetri, in modo di collegare tutte queste calze insieme fra loro e formare con esse un unico collegamento al connettore del condensatore variabile, cercando di saldare il tutto con molta cura. I due collegamenti andranno poi protetti dalle intemperie con guaine termo-restringenti o altri sistemi purché efficaci. Il rame tende ad ossidarsi rapidamente in superficie, proprio nella zona interessata dall’effetto pelle.

5) - Loop con tubo di rame

Alla RF poco importa se l’anello radiante è composto da spezzoni di cavo coassiale connessi in parallelo fra loro oppure da un unico tubo di rame per frigoriferi o impianti di riscaldamento. Quello che conta è di aumentare la sezione del conduttore radiante al massimo possibile.

Nella fase di realizzazione dipende da noi scegliere se lavorare con più spezzoni di cavo o con uno o più tubi di rame. Il vero problema semmai è quello delle connessioni che andranno rigorosamente saldate. Per una prova al volo si possono connettere i due estremi del loop tramite fascette stringi-tubo in acciaio usate in idraulica e treccia di rame ricavata sfilando la calza ad alcuni spezzoni di cavo coassiale. Bisogna però tener conto che con il tempo tale connessione si ossiderà e l’antenna funzionerà sempre peggio. Per una realizzazione che duri nel tempo, una saldatura fatta come si deve è insostituibile.

fig. 5.1

6) - Loop con lamina di rame

Credo che le antenne a loop realizzate con lamina di rame o di alluminio siano una novità, perché non ne ho ancora sentito parlare da nessuna parte.

L’dea mi è nata tempo fa quasi per caso. Sempre con il chiodo fisso di ridurre la resistenza ohmica del loop radiante, stavo riflettendo sull’effetto pelle che sulle HF limita la profondità percorsa dalla RF a pochi micron della superficie esterna del conduttore del loop radiante. Mi andavo ripetendo che questo effetto pelle rendeva inutile utilizzare un tubo di rame spesso 2 o più millimetri quando la RF penetrava sì e no per una ventina di micron.

Un pensiero mi ha folgorato: se io avessi tagliato longitudinalmente il tubo e poi lo avessi aperto fino a formare con esso una lamina, avrei raddoppiato la zona dove scorre la RF perché essa ora poteva scorrere anche sulla faccia interna, proprio su quella faccia che, essendo dentro al tubo, prima era ostacolata dal già citato effetto pelle.

Proseguendo nel ragionamento, a quel punto avrei potuto sostituire il tubo con una lamina, ottenendo lo stesso risultato senza fare tanto lavoro. Inoltre i tubi sia di rame che di alluminio hanno dei costi importanti, mentre la lamina, poiché utilizza solo una piccola parte di materiale, ha costi molto più abbordabili.

Ora sappiamo che il rame è uno dei migliori conduttori. Sul sito https://chemandy.com/calculators/skin-effect-calculator.htm possiamo vedere che a 7 MHz la penetrazione della RF è di appena 24 micron, quindi dei circa 2000 micron (che sono lo spessore di un tubo da 2 mm) la RF ne attraversa solo l’1%.

fig. 6.1

Su ebay si possono trovare rotoli di lamina autoadesiva in rame per la schermature delle chitarra, larghi 5 cm e lunghi fino a 25 metri.

fig. 6.2

Proviamo a vedere cosa succede se avvolgiamo un telaio quadrato di legno di 150 cm per lato con una striscia di rame larga 5 cm.

fig. 6.3

Anche se formato da una sola spira, il loop ha un rendimento ben diverso e pur soffrendo un poco sugli 80 metri, non dovremmo trovare particolari difficoltà per operare sui 60, 40 e 30 metri. C’è poi da dire che forse non potrà competere con un dipolo installato ad almeno un quarto d’onda (ovvero 20 metri), ma se non altro ci consentirà di andare on-air e senza risentire troppo delle strutture circostanti!

Se il nostro variabile di accordo è simile a quello della magloop di G4TPH, qualche problema lo troveremo sulla banda degli 80 metri, dove dovremo trovare il modo di collegare in parallelo al variabile un condensatore fisso da 200-300 pF in grado di sopportare qualche kV di lavoro.

E’ anche vero che potremmo collegare uno spezzone di RG8 o RG11, ricordando che tipicamente un cavo coassiale offre una capacità che può variare dai 54 pF/m a 67 pF/m per i cavi di elevata capacità, fino anche a circa 100 pF/m. Il consiglio è di provare, magari anche con del cavo TV, perché se regge le potenze in gioco, va tutto bene.

Ma un condensatore ricavato da uno spezzone di cavo coassiale è scomodo da trattare: richiede inevitabilmente dei contatti rimovibili con il loop e perciò si aumentano le perdite, proprio nella gamma dove il rendimento è più scarso.

C’è poi anche il problema della tremenda corrente che può scorrere in un loop alla risonanza e che impedisce di usare una lamina così stretta se la potenza va oltre i limiti del QRP. Per effetto joule, la corrente circolante produrrà un forte calore che seppure non sarà in grado di fondere la lamina, certamente altererà il funzionamento dell’antenna, perché la deriva termica potrebbe spostare la risonanza.

Verifichiamo analizzando il valore del picco di corrente. Se la lamina è spessa 0,02 mm e larga 50 mm, avremo una sezione di 0,02x50 mm² ovvero 1 mm² e l’esperienza pratica sconsiglia di farvi scorrere una densità di corrente superiore a 5 A/mm². Quindi se non si opera in QRP è bene rinunciare alla idea della lamina, oppure utilizzarne una più larga o più spessa, in modo che possa tollerare una maggior intensità di corrente.

Ovviamente, io parlo di lamina, ma anche del lamierino va benissimo.

7) - Loop con lamina di alluminio

Resta da analizzare la molto più economica lamina di alluminio, reperibile in rotoli larghi 4,8 cm per impieghi edili sulle canne fumarie, ma soprattutto in rotoli da 28 a 33 cm per impieghi con gli alimenti in cucina.

fig. 7.1

Ma è ovvio porsi una domanda: ma l’alluminio non ha una conducibilità scarsa paragonata a quella del rame? Interroghiamo anche stavolta il sito https://chemandy.com/calculators/skin-effect-calculator.htm e scopriamo quanto riportato in fig.7.2:

fig. 7.2

Certo, la conducibilità del rame è di 1.678 * 10^-8 Ωm mentre quella dell’alluminio è quasi il doppio e cioè 2.6548 * 10^-8 Ωm. Inoltre a 7 MHz l’effetto pelle riduce lo spessore utile del rame a 24.6 micron mentre quello dell’alluminio è di 30.9944 micron. La differenza non è poi abissale e vale la pena di prendere in considerazione anche l’alluminio, se non altro per la sua eccellente resistenza agli agenti atmosferici, cosa impensabile per il rame che ha la pessima tendenza ad ossidarsi velocemente, e proprio sulla zona interessata dall’effetto pelle!

Credo che il supporto migliore su cui disporre la nostra lamina (di rame o di alluminio) sia un bel telaio quadrato in legno, compensato o multistrato, ben verniciato per proteggerlo dalle intemperie, magari irrobustito in qualche modo al centro dove potremo sostenere sia il loop di accoppiamento che il condensatore di accordo regolabile da remoto.

Se il legno dovesse sembrarci un po’ troppo pesante per realizzare l’intero telaio, potremmo ricorrere ad un mix di polistirolo e legno, impiegando quest’ultimo solo nei punti ove è necessario, ad esempio per fissare la presa da pannello per il connettore PL-259 per il collegamento con il TX e un sostegno per il condensatore variabile con relativo comando a distanza.

La lamina andrebbe adagiata e la si potrebbe tener ferma con del nastro adesivo ripassato più volte. Ipotizziamo quindi un loop quadrato di 120 cm di lato su cui disponiamo un rotolo di alluminio per usi alimentari largo ben 28 cm. E’ senza dubbio un loop un po’ eccessivo, ma lo facciamo tanto per vedere cosa viene fuori!

Diamo uno sguardo al prospetto seguente:

fig. 7.3

Un’alimentazione di 100 w è esagerata perché nella lamina scorrerebbe troppa corrente, per cui sarebbe meglio ridurla a circa 30 w.

Il rendimento è da sogno, però il programma ci mette in guardia sull’esigua banda passante che ci obbligherà ad operare solo in CW o nei modi digitali, riservando la fonia sulla banda dei 7 MHz.

Certo, un supporto quadrato di 120x120 cm profondo circa 70 cm non è certamente agevole da gestire, né in casa né tanto meno in auto per eventuali field-days! Proviamo allora con una lamina più stretta e ricorriamo ai rotoli audoadesivi di alluminio che si usano per le riparazioni sulle canne fumarie (sono larghi appena 5 cm, ma ci risparmiamo la delicata operazione di taglio della lamina):

fig. 7.4

Così il rendimento precipita un bel po’, però l’antenna ci consente di uscire sugli 80 metri con qualche inevitabile difficoltà, ma sui 60 e 40 metri avremmo un segnale ancora più che dignitoso. E se, magari con l’aiuto di un amico, tagliassimo a metà il rotolo di alluminio ottenendo così due strisce larghe 14 cm ciascuna, le cose migliorerebbero?

Proviamo cominciando con un loop quadrato largo ben 130 cm per lato, composto da due spire in lamina di alluminio larghe 14 cm ciascuna.

Beh, il rendimento stavolta è più che soddisfacente!

fig. 7.5

Riduciamola progressivamente di 10 cm alla volta, per vedere fino a quale dimensione possiamo mantenere un rendimento ai limiti della decenza:

fig. 7.6

Il rendimento è calato un po’, ma può ancora essere ritenuto accettabile e le dimensioni di 120x120x35 cm sarebbero meno scomode. A questo punto proviamo a portare il lato del loop a 110 cm:

fig.7.7

Sembrerebbe niente male. Proviamo a scendere a 100 cm:

fig.7.8

Il rendimento non è penosamente basso, ma, a motivo della scarsa banda passante, la fonia ce la siamo giocata anche sui 40 metri! Però le dimensioni dell’antenna diventano più ragionevoli: 100x100x35 cm. Certo, la XYL avrà sempre qualcosa da ridire, ma è un bel passo avanti!

Per la capacità di accordo, ricordiamo che fra la capacità minima del condensatore variabile, la capacità distribuita e quella spira-spira avremo almeno una trentina di pF residui e forse il variabile ex-G4TPH potrebbe farcela a coprire l’intera gamma senza condensatori aggiuntivi! Quelle capacità parassite che ci impediscono di lavorare le bande più alte, stavolta ci permetterebbero di fare traffico sulle bande basse senza l’aggiunta di condensatori fissi in parallelo!

Forse l’unico problema di questa loop è quello del condensatore di sintonia che, se insufficiente, andrebbe integrato con un condensatore fisso. Data la particolare geometria delle spire, soprattutto quando l’antenna è composta da una sola spira che inizia a metà lato superiore e lì finisce dopo aver girato lungo il supporto, non è da escludere che un pezzo di piastrina per circuiti stampati poggiato sopra fra i due estremi del loop possa offrire la capacità richiesta. In fondo per completare l’accordo dovrebbero bastare poche decine di pF! Facciamo un esempio:

fig.7.9

Una lamina di alluminio incollata su un pezzo di cartone (del tipo usato per formare il fondo dei mobili da cucina) larga 14 cm e lunga 1 metro se poggiata su una lamina di un metro, presenta una capacità di 907 pF!

Ma attenzione! La sua particolare posizione situata fra i due estremi del loop fa sì che in realtà si formino due condensatori larghi 14 cm (cioè la larghezza della lamina) e lunghi 50 cm ciascuno (cioè metà lato del loop), posti in serie fra loro, come un condensatore split-stator!

E il fatto che siano in serie ne dimezza ulteriormente la capacità, per cui finiremo con il trovarci con un condensatore di un quarto della capacità calcolata, ovvero nel nostro caso di 226,75 pF!

In compenso avremo minori problemi di archi voltaici e scariche nel condensatore poiché la sua tensione di rottura (breakdown) risulta raddoppiata.

Se su ebay acquistiamo anche un rotolo di teflon e su di esso incolliamo una striscia di lamina di alluminio, potremmo realizzare condensatori economici da connettere in parallelo a condensatori variabili più piccoli:

fig. 7.10

fig. 7.11

Naturalmente, questa sfoglia larga 10 cm e lunga 20 cm e spessa appena 0,18 mm ci offrirà una capacità utile di 562 pF. Certo, è da verificare la sua tensione di breakdown, ma se resiste è una favola almeno per il QRP, altrimenti saremo costretti a raddoppiare lo strato isolante di teflon.

Per completezza di ragionamento, vediamo un loop di due spire da 80x80x10 cm:

fig. 7.12

Ahimè! Il rendimento sugli 80 metri si è praticamente dimezzato! Infine una verifica: e se realizzassimo un’antenna a loop quadrato di una sola spira da 60x60x28 cm cosa otterremmo?

fig. 7.13

Beh, su questa antenna così minuscola gli 80 metri li abbiamo persi perché il rendimento è finito sotto le scarpe e la capacità di accordo è salita alle stelle! Inoltre se volessimo veramente costruirla, dovremmo reperire un condensatore sotto vuoto di almeno 1000 pF. Però un’antenna in grado di coprire dai 60 ai 10 metri, ragazzi, che sballo! Forse sarebbe il caso di prevedere la costruzione di due antenne separate, una come questa per le bande più alte e l’altra per gli 80 metri, come la seguente:

fig. 7.14

Però se fossimo interessati ai soli 80 metri, forse ci potrebbe andar bene anche questa antenna monobanda di fig. 7.15:

fig. 7.15

E’ un sobrio telaio quadrato di 180 cm di lato profondo una trentina di centimetri. Certo, date le dimensioni non passerà inosservato, ma sistemato strategicamente potrebbe svolgere un lavoro eccellente, senza disturbare troppo l’estetica del palazzo!

8) Massimo loop per 90°

Ho pensato che sarebbe stato interessante vedere il comportamento di un loop realizzato con lamina di alluminio da 28 cm su un telaio quadrato il cui perimetro fosse stato pari ad un quarto della lunghezza d’onda della massima frequenza operativa.

Massimo loop per i 6 metri

fig. 8.1

Un semplice cubo da 37 cm di lato con una singola spira di rotolo di alluminio! Veramente spettacolare! Se poi si riuscisse a pilotarla con un variabile sotto vuoto da 600 pF avremmo l’optimum dai 30 ai 6 metri, con un rendimento certamente modesto sui 30 metri, ma progressivamente in crescita fino ai 6 metri!

Massimo loop per i 10 metri

fig. 8.2

Massimo loop per i 15 metri

fig. 8.3

Massimo loop per i 20 metri

fig. 8.4

Massimo loop per i 40 metri

fig. 8.5

Può sembrare paradossale definire piccola antenna a loop un telaio alto 267 centimetri ovvero quasi tre metri e largo altrettanto, ma paragonato ad una lunghezza d’onda di 85 metri, effettivamente è poca cosa. Pensate ad un dipolo per gli 80 metri che è lungo 42 metri e va posizionato ad almeno 20 metri di altezza… Però questo giocattolino ci offrirebbe un rendimento del 70%! Come si diceva un tempo: Meditate, gente, meditate …

9) – Antenna a loop per i 6 metri senza variabile

Se diamo uno sguardo al band plan della iARU per le VHF regione 1, scopriamo che la banda dei 6 metri assegnata ai radioamatori va da 50 a 51 MHz, ma in realtà la porzione che a me interessa è racchiusa nei primi 200 o 300 kHz:

fig. 9.1

Questo segmento è simile a quello nel band plan della ARRL:

fig. 9.2

Vediamo allora di prendere in considerazione varie configurazioni di antenne a loop che si potrebbero costruire per i 6 m, cercando di valutarne bene i pro e i contro.

Loop antenna per i 6 m con anello in cavo coassiale

Osservando il prospetto successivo si possono analizzare i parametri di una loop antenna per la banda dei 6 metri. La prima cosa che colpisce è la larghezza di banda esuberante (tipicamente da 200 kHz a 300 kHz, a seconda della circonferenza del loop), che permette di non richiedere un vero condensatore di sintonia, quanto piuttosto un compensatore semi-fisso, da regolare una tantum, o comunque su cui effettuare piccoli ritocchi se l’antenna viene spostata e lasciarlo inalterato durante i vari QSO, contrariamente alle loop per le HF dove l’esigua larghezza di banda impone continui ritocchi ad ogni spostamento anche minimo di frequenza.

fig. 9.3

Il loop risulta di 32 cm di diametro, ovvero circa 1 metro di circonferenza. Il condensatore di sintonia, in quanto fisso e non variabile, potrebbe essere realizzato in vari modi: gimmick, piastre di circuito stampato a scorrimento una sull’altra, trimmer in aria ex surplus, condensatore a trombone, cavo coassiale che scorre in un tubo, ecc. L’importante è realizzare un sistema stabile che non se ne vada a spasso per conto suo.

Con un loop di 48 cm di diametro, ovvero di 90° elettrici, otterremmo una larghezza di banda di 468 kHz, che rappresenta il massimo teorico poiché se la lunghezza dell’antenna va oltre il quarto d’onda l’andamento della corrente e della tensione cambia e l’antenna non si comporta più come un loop.

fig. 9.4

Richiedendo poco meno di un metro e mezzo di RG8 o RG11, una siffatta antenna potrebbe essere realizzata a basso costo, installata su treppiedi dedicato ed utilizzata poggiandola su un tavolo o meglio sul balcone o sul davanzale di casa. Se poi si opera in QRP, non è neanche necessario che sia eccessivamente lontana dall’operatore. Non essendo poi il cavo troppo lungo, la spira è in grado di sostenersi da sola e non richiede particolari supporti. La capacità di accordo può essere collocata nella parte bassa o alta della spira, e anche il posizionamento del loop di accoppiamento non dovrebbe presentare particolari difficoltà. Insomma potrebbe venir fuori un vero e proprio gioiellino!

fig. 9.5

Utilizzando un semplice cavo per TV da 5 mm di diametro, si potrebbe realizzare un’antenna a loop formata da una o più spire affiancate con 300 kHz di banda passante ed un rendimento di tutto rispetto:

fig. 9.6

Risulta ben evidente come il rendimento e la larghezza di banda di una loop realizzata con una sola spira vadano più che bene per gli impieghi dilettantistici e la maggiore complessità realizzativa e gli inevitabili costi aggiuntivi di un maggior numero di spire non migliorerebbero il rapporto segnale ricevuto, probabilmente perché siamo già a circa 75° di lunghezza elettrica, e quindi ormai assai vicini al limite dei 90° elettrici di una loop.

Condensatore di accordo

Essendo interessati ad una sola banda, il condensatore di accordo sarà un trimmer (o un gimmick): una volta trovato l’accordo, verrà bloccato.

Una variante interessante che ho scoperto da un filmato su youtube (https://www.youtube.com/watch?v=Cv_RnLpZ9gw), è quella di realizzare il condensatore variabile con uno spezzone di RG58 collegato da un lato alle due estremità del loop (dove andrebbe collegato il condensatore di accordo) e dall’altra estremità collegare la calza e il conduttore interno dell’RG58 ad una piastrina per circuito stampato il cui rame è stato in precedenza interrotto più o meno a metà. Guardando in fig.9.7, se facciamo scorrere sopra tale piastrina divisa a metà una seconda piastrina evitando che le parti metalliche si tocchino fra loro, avremo un condensatore slit-stator a scorrimento orizzontale a bassissimo costo!

Fig. 9.7 - Condensatore split-stator a scorrimento: due piastrine per circuito stampato, di cui una divisa a metà e collegata all’RG58.

Un articolo completo sull’antenna a loop con questo tipo di accordo è stato pubblicato su Amateur Radio Magazine del novembre 2014. Altre note su https://home.alphalink.com.au/~parkerp/projects/projloop.htm

Ma la soluzione migliore per una siffatta antenna monobanda è quella di realizzare ben due capacità, una fissa e l’altra regolabile, in modo da poter effettuare gli eventuali ritocchi di sintonia (con variazioni intorno al pF), necessari in caso di spostamento dell’antenna in altro sito. In effetti nelle sue immediate vicinanze, l’antenna risente degli effetti capacitivi di quanto la circonda.

Nella versione a lamina disposta su telaio, si potrebbe fissare una striscia di piastrina per circuiti stampati proprio sopra all’inizio e alla fine della spira e garantirci così l’80-90% della capacità necessaria con questa capacità fissa e far scorrere una seconda piastrina per circuiti stampati molto più piccola a fianco della prima, per raggiungere così l’accordo con movimenti decisamente più dolci perché effettuati su una capacità inferiore, un po’ come il verniero di sintonia che andava tanto di moda nei ricevitori del secolo scorso.

Vediamo un esempio pratico.

Calcolo del condensatore di accordo

La costante dielettrica della bachelite oscilla da 5,5 a 8,5 mentre quella della vetronite è 7. Poiché siamo sperimentatori, potremmo usare il valore di 7 per i nostri calcoli, salvo ritoccare le dimensioni del condensatore di accordo qualora il loop non entri in risonanza.

Consultando il fido Terman, il calcolo della capacità di un condensatore piano si effettua con:

C = 0,08842 K A / d

dove C è la capacità in pF

K è la costante dielettrica

A è l’area di un’armatura in centimetri quadrati

d è la distanza fra le armature in centimetri

Da questa ricaviamo:

A = [2 *] C * d / (0,08842 * K)

Da notare che nella pratica la capacità di accordo sarà formata da due condensatori in serie tra loro, ed ecco spiegato perché sarà necessario correggere la formula con quello strano coefficiente [2 *].

Per un miglior approccio al problema cerchiamo di individuare quale è la capacità più conveniente da assegnare alla parte variabile di C e quale è quella fissa ottimale. Vediamo che:

fig. 9.8

Da questo scopriamo che con appena 2,03 pF possiamo esplorare ben 2 MHz e perciò visto che la capacità complessiva necessaria per l’accordo a 50 MHz è di 25,40 pF, potremmo stabilire di assegnare 24 pF alla capacità fissa e 2 o 3 pF al trimmer che ci consentirà di effettuare l’accordo anche quando eventuali oggetti metallici potrebbero influenzare la risonanza.

La regolazione a distanza mediante un perno isolato di un trimmer da 2 o 3 pF posto a fianco di un condensatore fisso da 24 pF sarà indubbiamente più dolce e confortevole della manipolazione di un condensatore variabile da 25 pF o giù di lì.

fig. 9.9

In figura si dovrebbero riconoscere le due piastrine per circuito stampato semplicemente poggiate sulle due estremità della lamina, con la faccia ricoperta di rame ovviamente rivolta in alto. La piastrina più grande verrà fissata con colla o viti e dadi (e robuste rondelle isolanti!), mentre la più piccola verrà fatta scorrere avanti o indietro fino a trovare il punto di risonanza.

Eliminando il condensatore variabile e relativo meccanismo di controllo a distanza, i costi della realizzazione si ridurrebbero veramente di molto. In un’antenna siffatta, la struttura di sostegno potrebbe essere composta solo da lastre di polistirolo.

10) Le mie preferite

fig. 10.1

fig.10.2

Due sole antenne abbastanza piccole e copro tutte le bande che mi interessano! E che altro vuoi dalla vita?

Nota Bene: purtroppo mi trovo nella impossibilità di sperimentare dal vivo le prestazioni delle antenne a loop presentate in questo articolo. Spero che qualcuno sia rimasto incuriosito e gli sia venuta voglia di costruire un esemplare o due e che voglia condividere con tutti noi radioamatori le sue esperienze. Ad ogni buon conto il mio indirizzo email è i0hou@gmx.com

Cordiali 73 de i0hou Gianfranco