ACCOPPIATORE COASSIALE

Partiamo innanzitutto con il definire il significato di accoppiatore : si definisce tale un dispositivo capace di unire elettricamente due o più circuiti elettronici,e nel nostro caso specifico due o più antenne.Questa unione da origine ad una particolare configurazione chiamata STACK d'antenne o ARRAY,con alcuni importanti vantaggi :

NOTEVOLE DIRETTIVITA'
INCREMENTO DEL GUADAGNO COMPLESSIVO DEL SISTEMA RADIANTE : (circa 2,5-3 dbD con due antenne,6dbD con quattro e così via,con 3 dbD di aumento del guadagno per ogni raddoppio del numero di antenne)
INCREMENTO DEL RAPPORTO FRONTE-RETRO E FRONTE-LATO,CON CONSEGUENTE ATTENUAZIONE DEI LOBI LATERALI E MIGLIORAMENTO DEL RAPPORTO SIGNAL-NOISE RISPETTO ALLA SINGOLA ANTENNA : IN PRATICA SI RIESCONO AD ASCOLTARE SEGNALI MOLTO DEBOLI CHE ALTRIMENTI RISULTEREBBERO COPERTI DAL QRN LOCALE.
RIDUZIONE DELL'INGOMBRO COMPLESSIVO : DUE YAGI DA 9 dbD ACCOPPIATE,EQUIVALGONO AD UNA YAGI DA 12 dbD CON UN BOOM MOLTO PIU' LUNGO.

Supponiamo di voler costruire uno stack verticale (due antenne poste una sopra l'altra), oltre al guadagno totale che si vuole ottenere,bisognerà tener conto di un'altro fattore,e cioè la distanza che si dovrà mantenere fra le due antenne (D),calcolata applicando le seguenti formule :

G=10 ^(dBd/10)

D= SQRT [(3*λ²*G)/78,87]

dove λ sarà la lunghezza d'onda che ci interessa e G il guadagno della singola antenna rispetto al dipolo

Tabella di conversione dbD/Fattore di Potenza

p.es se volessimo accoppiare due Quad 2 elementi da 5,87 dbD ,avremmo :

λ =300000/144300=2,079 mt  G =10 ^(5,87/10)=3,86

D=SQRT [(3*λ²*G)/78,87]=80 cm

SQRT=RADICE QUADRATA

in pratica significa che,per avere un guadagno del sistema pari a 8,87 dbD (5,87dbD+3dbD) occorrerà distanziare fra loro le due antenne di 80 cm.Altra cosa importante da sottolineare è la fasatura del sistema,ossia,le varie antenne devono essere tutte alimentate nello stesso modo (vale a dire che il "lato caldo" di ciascun dipolo deve essere connesso al "lato caldo" di tutte le altre antenne ma sempre dallo stesso lato,perchè così facendo l'energia proveniente dal radiatore di una raggiungerà le altre con un particolare ritardo di fase e farà si che il guadagno si sommi.Dal punto di vista pratico l'anima dei singoli cavi coassiali di discesa delle antenne andrà collegata a tutti i dipoli dalla medesima parte (destra o sinistra) dei radiatori stessi,con le antenne montate nello stesso senso.

A questo punto molti di voi saranno curiosi di sapere come ho realizzato il sistema d'accoppiamento...niente di più semplice.

Scartato l'accoppiatore di tipo metallico sicuramente più efficiente ma di difficile realizzazione (due tubi metallici di opportuni diametri e lunghezze inseriti uno dentro all'altro),ho ripiegato su di un più comodo accoppiatore con cavo coassiale (due spezzoni da λ/4),veloce nell'assemblaggio e nella taratura.Unici punti a sfavore : la massima potenza sopportabile (meglio non superare i 50 Watt) ed il fatto che funziona solo su una banda specifica di frequenze ed andrà ricalcolato di volta in volta.Nel caso specifico l'ho proggettato con il centro banda a 144.300 Mhz.

Foto 1 (Visione interna del cablaggio)

Foto 2 (E come appare a lavoro ultimato)

Ecco l'elenco del materiale occorrente :

N°1 SCATOLA QUADRATA IN PLASTICA DA ESTERNO DELLA GEWISS (GW44) PER CIRCUITI ELETTRICI 11*11*6 CM
N°3 CONNETTORI SO-239
N°4 VITI 3*16 MM COMPLETE DI DADO
N°8 VITI 3*10 MM COMPLETE DI DADO
N° 1,5 MT DI CAVO COASSIALE SATELLITARE A 75 OHM
N°4 OCCHIELLI DIAMETRO 3 MM

dove

Zo=impedenza della linea di trasmissione

ZL=impedenza complessiva del carico nel punto B

ZI=impedenza d'ingresso (50 ohm,il coassiale e l'RTX)

Z1,Z2=impedenza di ciascuna delle due antenne=50 ohm

Qualcuno di voi potrà obbiettare che sarebbe stata sufficiente una semplice transizione a "T" e degli spezzoni di coassiale a 50 ohm...purtroppo però le cose non sono così semplici,vediamo assieme il perchè.

Le antenne così collegate,risulterebbero in parallelo e quindi,l'impedenza complessiva al punto B sarebbe pari a :

ZL = (Z1*Z2) / (Z1+Z2) = (50*50) /100 = 25 ohm

contro i 50 ohm desiderati.

Si renderà quindi necessario applicare in serie a ciascuna antenna un trasformatore capace di elevarne l'impedenza a circa un centinaio di ohm,in modo che :

ZL = 100 * 100 / 200 = 50 ohm

Questo trasformatore lo realizzeremo con uno spezzone di cavo coassiale lungo λ/4,e dovrà avere impedenza pari a :

Z spezzone = SQRT (Z antenna * Z uscita)

Z spezzone = SQRT (50*100) = 70 ohm

ma poichè un tale valore non è reperibile in commercio,ripiegheremo sul più classico 75 ohm (meglio se satellitare,in modo da ridurre le perdite sul segnale al minimo).A questo punto,rivediamo nuovamente cos'è cambiato nel circuito :

ZL = [(Z1+75)*(Z2+75)] / [(Z1+75)+(Z2+75)] = 62,5 ohm

e quindi l'impedenza finale della linea risulterà :

Zo = SQRT (ZL * ZI)

Zo = SQRT (62,5 * 50) = 55,9 ohm

chiaramente superiore ai 50 ohm canonici,ma comunque tale da non creare problemi,visto che il ros massimo sarà

ROS = Zo / Zi = 55,9 / 50 = 1,1 .

Trovata l'impedenza ora rimmarrà il problema della lunghezza degli spezzoni :

L=λ/4=(300000/144300)/4=52 cm

questo valore infine lo si moltiplicherà per il fattore di velocità del cavo (0,82)

L=0,52*0,82=43 cm (valore di base)

e andranno bene quindi multipli dispari di tale lunghezza

L=n*0,43 con n=1,3,5,7,9... (di uno spezzone)

Una volta aver assemblato il tutto,non rimmarrà altro che terminare le due uscite con dei carichi a 50 ohm e verificare il ros del sistema mandando in trasmissione l'RTX (ovviamente a bassa potenza !!!).Nel caso non dovesse andare bene basterà accorciare di qualche cm i due spezzoni a 75 ohm e riprovare : comunque, se il cablaggio è ben realizzato,funzionerà tutto al primo tentativo.Ricordarsi infine di fissare l'accoppiatore vicino alle antenne,e per quanto riguarda la lunghezza dei due spezzoni di cavo a 50 ohm che vanno da quest'ultime all'accoppiatore, è bene che siano uguali fra loro e sempre multipli dispari di λ/4, pena lo sfasamento del segnale d'ingresso.Consiglio infine,in fase di realizzazione definitiva,di utilizzare una scatola metallica,per migliorare la schermatura del circuito.