Yagi: due progetti per gli 11m e alcune linee guida sul software

Ho lavorato di recente sulla richiesta, fattami da un amico, di calcolare il progetto di una yagi da costruire riutilizzando gli elementi di una vecchia Hy-Gain. Pubblico i progetti perchè credo (spero) che le considerazioni che li accompagnano siano di interesse generale.

A dire il vero la storia di questa antenna risale all'anno scorso. Allora fu prodotto, in tutta fretta perchè il tempo stringeva, un progetto che risultò però all'atto pratico molto scadente. Il guadagno dell'antenna era basso, il fronte/retro risibile e anche la taratura era del tutto al di fuori delle frequenze previste. Insomma un vero fallimento !! Capimmo poi qual era stato il problema ... infatti io avevo introdotto nel software di progettazione diametri e lunghezze dei tubi intermedi che ben poco avevano a che fare con la realtà. In buona sostanza avevo usato i noti diametri delle 105-BA dei 10 metri mentre il tubo realmente usato in quel modello era parecchio più sottile.

L'ho tirata un po' per le lunghe ma a questo volevo arrivare: se si introducono nel software dati imprecisi, il risultato sarà ... mondezza :-).
La difficoltà a spiegare perchè e percome mi serve questo o quel dato è una costante in tutta la corrispondenza che scambio con gli amici che mi chiedono progetti . Vediamoli dunque in dettaglio, questi dati, cominciando da quelli imprescindibili.

Tutte le yagi oltre i 144 mhz sono costruite usando per gli elementi sezioni di tubo di diametro decrescente. A parità di lunghezza fisica, la lunghezza elettrica e dunque la risonanza di un dipolo telescopico è ben diversa dalla lunghezza elettrica di un dipolo costituito da un unico tubo di diametro costante. Dunque occorrono, e sono dati da cui non si puo' prescindere, tutti i diametri e tutte le lunghezze di tutti gli spezzoni di tubo usati per gli elementi intermedi della antenna. O meglio, per essere più precisi, della parte rilevante degli spezzoni, quella che non è immersa in un tubo più grosso. Dell'ultimo spezzone, il più sottile (possiamo chiamarlo cimino ??) occorre invece conoscere solo il diametro perchè la lunghezza verrà calcolata dal software.

Tratto A: diametro e lunghezza totale, per evitare incomprensioni sul diametro del boom. E' ovvio che poi nel software la misura va divisa per due.
Tratto B: diametro e lunghezza. Si suppone che dall'altro lato l'elemento sia uguale.
Tratto C: ci interessa solo il diametro.

Molti mi chiedono, si fa per dire, il progetto per una 4 elementi. Ma quanto deve essere lunga questa 4 elementi? Qual è la massima lunghezza del boom che si intende usare? Questo è ovviamente un altro dato fondamentale. Bisogna inoltre ricordare che normalmente è la lunghezza del boom che detta il numero degli elementi e non si tratta di variabili indipendenti. Per fare un esempio, è magari possibile progettare una 4 elementi su un boom di 6 metri, ma su quello stesso boom una 5 elementi darà sempre risultati migliori.

Il metodo di alimentazione del radiatore è un parametro che può essere bellamente ignorato in fase di progettazione teorica. D'altronde è fondamentale per ... passare dalla teoria ai fatti e dunque mettiamolo fra i dati imprescindibili. Chi costruisce una yagi andando a comperarsi i tubi dal ferramenta userà più probabilmente un gamma match perchè sospendere al boom un tubo intero e non isolato è molto più facile e al limite più sicuro che fare il lavoro con un dipolo split e isolato. Chi invece recupera una vecchia antenna avrà spesso il suo hairpin, o beta match che dire si voglia. Gli hairpin sono più facilmente addomesticabili dal software perchè i dati sono sostanzialmente noti. Altro animale è invece il gamma match dove alcuni parametri sono praticamente ignoti, uno su tutti la capacità del coassiale usato per costruire il condensatore. Con i gamma match si può arrivare ad una approssimazione ma poi il lavoro va finito andando a tentativi, la taratura del gamma è essenzialmente una pratica zen :-)

Ecco due elementi radiatore autocostruiti, adatti ad uso occasionale in portatile vista la poca attenzione dedicata alla robustezza dell'assemblaggio. Nel gamma match le misure da tenere in considerazione sono: a) il diametro del radiatore b) il diametro del tubicino del gamma c) la distanza centro - centro fra i due tubi d) la distanza fra il punto di alimentazione e la barretta di corto e) la capacità del condensatore In basso un dipolo isolato e aperto al centro, adatto alla alimentazione diretta  oppure all' hairpin.

Hairpin autocostruito con barretta di corto circuito scorrevole. Si noti il choke sul coassiale. Questo è infatti un sistema di alimentazione bilanciato e l'aggiunta di un balun, anche se non indispensabile, è una precauzione opportuna. Le misure da tenere in considerazione per il calcolo dell'hairpin sono: a) la distanza fra i due punti di alimentazione b) la distanza fra i punti di alimentazione e la barretta di corto c) il diametro del tondino con cui è costruito l'hairpin. ATTENZIONE:  calza e centrale del coassiale devono  essere un prolungamento dei semidipoli. La connessione insomma deve assomigliare a una T e non a una Y. Questo vale a maggior ragione per i cavetti di un eventuale balun !!! Altrimenti avrete inserito, inconsapevolmete, un tratto di adattatore a V, con risultati imprevedibili.

Anche l'uso cui l'antenna è destinata può suggerire di prestare attenzione ad alcune caratteristiche piuttosto che ad altre. A mio modo di vedere, per esempio, se una antenna è dedicata prevalentemente al dx è importante che abbia un buon rapporto fronte/retro e, almeno negli 11m,  una banda passante ampia. Inoltre si tratterà quasi certamente di una antenna destinata ad essere installata stabilmente ed in una posizione in cui fare manutenzione potrebbe essere piuttosto scomodo. Ne consegue che bisogna evitare impedenze di alimentazione particolarmente basse, altrimenti  le perdite derivanti da un po' di sporco o da un po' di ossido, nel tempo, potrebbero diventare un problema serio.  Entriamo allora nel vivo della questione con un primo progetto.

Ecco altri diagrammi che illustrano meglio le prestazioni dell'antenna in rapporto alla frequenza.

Ed ecco le misure.

Immaginiamo adesso che l'antenna sia invece destinata all'uso durante un contest, in portatile. Nel contest  è opinabile che il fronte/retro sia un valore fondamentale, anzi si potrebbe tranquillamente sostenere il contrario. La banda passante necessaria sarà ben più stretta di quella  genericamente utile e ambedue questi fattori consentono di spremere qualche frazione di dB di guadagno in più. Inoltre si suppone che l'antenna, quando innalzata, sia sempre in eccellenti condizioni di manutenzione. Altra possibilità di aumentare il guadagno alle spese di una impedenza di alimentazione più bassa. Vediamo un esempio che, sullo stesso boom di quello precedente, presenta un guadagno ulteriore di circa mezzo dB, 10.86 contro 10.33.

Ecco altri diagrammi che illustrano meglio le prestazioni dell'antenna in rapporto alla frequenza.

Ed ecco di nuovo le misure.