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IV3PRK Pierluigi “Luis” Mansutti
160 Meters: DXing on the Edge
Tutte le mie antenne in 160 m. nel corso degli anni - 1° parte.
SOMMARIO: la L invertita - una verticale con top capacitativo - il traliccio accordato - Beverages per sempre - un loop magnetico - la 4 el. verticali in ricezione - le Pennants, singole e in fase - la Flag rotativa - il K9AY loop.
1985: la mia prima antenna in 160 m. - la “Inverted L”.
La mia prima antenna per i 160 metri è stata la classica “L invertita” come disegnata da Stew Perry, W1BB, e originariamente pubblicata nel gennaio 1981 sul "W1BB - 160 m. Bulletin” con lo schizzo e le note sottostanti di sua mano. A quel tempo la banda dei 160 m. non era ancora concessa in Italia, ed ovviamente non ero ancora interessato a quel bollettino.
Ad ogni modo, sin dalle prime edizioni, l'ARRL Antenna Book aveva un capitolo sulle antenne in 1.8 MHz, e quando l'uso della banda venne concesso anche in Italia, mi affrettai a installarne una - una inverted L - sul mio affollato traliccio di 18 m. Scendendo ad un metro di distanza da esso, il tratto verticale radiante dei 160 m. doveva convivere con quattro slopers a ¼ in 80 m., cinque slooping dipoles in 40 m. e i tiranti metallici, ma riuscii a farla lavorare con un buon SWR, inferiore a 1.3:1 da 1.800 a 1.850 KHz.
La Topband non era ancora la mia passione: nei primi anni, 1985-1987, gli 1.8 MHz costituivano solo la possibilità di aggiungere nuovi moltiplicatori nei contest multibanda WWDX. In breve tempo, però, fui totalmente preso dalla “Gentleman Band”, ripresi il CW per il DX, e lasciai tutte le altre bande!
Per i nuovi arrivati Italiani su questa banda, ho scrittoi un breve documento con ulteriori dettagli e la messa a punto:
1989: una verticale con top capacitativo per il WWDX contest da Pantelleria.
Questa è un'antenna particolare per i 160 m., della quale sono molto orgoglioso, ma che usata solo due giorni e mai più riassemblata. Fu nel contest CQWW in fonia del 1989 dall'isola di Pantelleria, nel quale partecipai come IH9/IV3PRK nella categoria singola banda - 1.8 MHz - e mi classificai al primo posto mondiale.
L'antenna era stata disegnata con il mio primo personal computer - un Commodore 64 - in effetti un regalo fatto a mio figlio nel 1985. Al giorno d'oggi, 64 Kb di memoria sono ridicoli, ma allora erano sufficienti per far girare i primi programmi in DOS su antenne, linee di trasmissione, calcoli e previsioni di propagazione.
La prima edizione del 1987 del “Low-Band DXing” di John Devoldere, ON4UN, aveva un capitolo con i listati di diversi programmi in BASIC, con progetti di antenne e linee di trasmissione, che potevano essere copiati e digitati sul PC, ed io ne digitai parecchi.
Per la mia operazione DX da Pantelleria avevo bisogno di un'antenna verticale, abbastanza corta da essere sollevata da due persone, e resistente ai venti, ma con la massima attenzione all'efficienza, riducendo le perdite ed avvantaggiandosi dell'acqua del mare.
Il programma “Top Loaded Vertical Design” forniva una stampa dettagliata di tutte le possibili combinazioni, grado per grado, come dallo spaccato sottostante. Questo è stato il mio disegno finale:
- diametro del tubo: cm. 5, lunghezza: m. 9.92 (23 gradi su 90);
- bobina di carico: L 50 µH (XL 571 ohm); 6 cm. diam. / lunga12 cm./ n. 45 spire di filo da 1.3 mm. posta a 6.47 m. di altezza (15 gradi);
- cappello capacitativo diam. m. 3.10 (= 109 pF; lungh. el 18 gradi).
La resistenza di radiazione era molto bassa - 6,66 ohm - e le perdite della bobina 2,85 ohm (con fattore Q di 200), per cui era necessario tenere le altre perdite - ohmiche e di terra - estremamente basse per ottenere almeno il 50% di efficienza. Tale antenna non gradisce i nostri terreni ordinari, ma ha lavorato molto bene sull'isola, montata quasi direttamente sull'acqua salata, quindi su una terra perfetta !
1991: la nuova antenna Tx - il traliccio accordato.
Nell'ottobre 1989 ottenni il DXCC in 160 metri, tutto in fonia, ma ormai mi dedicavo totalmente alla Topband e mi resi conto che era impossibile proseguire con il DX senza il CW. Riesumai, quindi, il tasto telegrafico che non avevo più usato dagli esami per la patente, 25 anni prima, e decisi di abbandonare tutte le altre bande.
Venne montato un nuovo traliccio autoportante di 24 metri, con la vecchia 4 el. yagi dei 15 metri - come top capacitativo - fissa a 28 m. di altezza. Nessun'altra antenna, né cavi coassiali o di controllo lungo il traliccio: doveva essere solamente una verticale a un quarto d'onda per i 160 m., e come tale è rimasta efficientemente in servizio fino al 2014, quando ho smantellato tutto per andare in Ecuador.
Era alimentata tramite un lungo gamma match, attaccato a 18 m. (il tubo a destra in questa foto) ed accordata con una variabile sotto vuoto Jennings. Tutti i dettagli sul Gamma Match si trovano su questo file:
Per tutti i calcoli fui aiutato dall'indimenticabile amico Earl, K6SE, che modellò il mio traliccio con tutti i particolari.
Dopo aver usato, per i primi anni, circa 60 radiali sparsi a terra, che dovevano essere rimossi in primavera, provai per l'estate quattro radiali elevati, e non li ho più tolti. Li avevo trattati come due dipoli incrociati, tagliati per portarli a risonanza su 1.830 KHz, e sospesi dal traliccio con corde di nylon in modo da consentire il passaggio. Sicuramente il sistema dei radiali a terra è più efficiente e non interferisce con la ricezione, ma dobbiamo convivere con i limiti delle situazioni reali. Comunque, con questa antenna ho sempre collegato tutti i DX che riuscivo ad ascoltare!
Il tubo più corto che si vede alla sinistra del traliccio è il “detuning loop” (meglio nella foto sotto), che usava il metodo “sectionalizing tower” ideato da Tom, W8JI, aggiunto qualche anno dopo per aiutare la ricezione sulle antenne separate. Il procedimento di calcolo con tutti i dettagli sono su questo file:
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Le antenne in ricezione: Beverages per sempre.
Sin dall'inizio fu evidente che il problema più importante e di difficile soluzione in 160 metri, era quello di “tirar fuori” dal rumore i segnali DX più deboli. Ho provato tutte le possibili antenne riceventi, a partire da quella più semplice ed efficiente, la Beverage. Prese il nome dal suo inventore, Harold H. Beverage, che ne pubblicò un articolo nel 1923. Si tratta essenzialmente di un filo molto lungo, teso a circa due metri di altezza, nella direzione voluta.
Il suo semplice disegno e le note caratteristiche sono state pubblicate su tuti i libri e le riviste nel corso degli anni.
Il valore tipico della resistenza di terminazione è 450 ohm, ed il cuore dell'antenna è il trasformatore 9:1, ed il suo toroide; all'inizio acquistai le piccole ferriti consigliate BBR-7731, successivamente sostituite dalle MN60 and MN8X, ma alla fine ho adottato i binoculari BN73-202, che vanno benissimo in tutte le applicazioni.
Ho provato diverse Beverage, più o meno lunghe, ovunque potevo tirare un filo sui campi vicini,, ma solo nella stagione invernale, e questa era una seccatura. La mia migliore antenna ricevente è stata per molti anni una Beverage di 175 metri tirata, ultimati i tagli dell'erba, lungo la strada provinciale in direzione NNW, verso la West Coast. Un'altra della stessa lunghezza verso sud, ma sopra la rete metallica, non ha mai funzionato.
La lunghezza di 175 metri è stata indicata come la migliore da Victor Misek nel suo “Beverage Antenna Handbook” e pure riportata da John ON4UN in “Lowband DXing” , quale modalità del “Cone of Silence".
Se uno ha molto spazio aperto a disposizione, può istallare una sistema di lunghe Beverage commutabili nelle varie direzioni e non gli serve altro. (… e più lunghe sono, e più ne occorrono, perché il lobo si restringe).
Purtroppo, io non ho mai potuto farlo, per cui ho impiegato oltre vent'anni alla ricerca di altre soluzioni!
Per una migliore valutazione delle antenne per la ricezione, consiglio di dare un'occhiata a questo documento, dove viene spiegato il parametro del RDF - Receiving Directivity Factor -
È l'estratto di un lavoro molto più grosso (26 pagine), che riporta un'analisi complessa con EZNEC di tutte le mie antenne e delle interazioni fra di esse:
1992: un loop magnetico.
Dopo aver arrotolato le Beverage, all'arrivo della primavera, avevo comunque bisogno di un'altra antenna per la ricezione, nonostante la ridotta attività estiva. Non c'erano molte possibilità nello spazio ancora ristretto di poco più di mille mq., già occupati dall'antenna Tx e dai suoi radiali. Provai, quindi, il loop magnetico pubblicato sull'ARRL Antenna Book. Lo realizzai un po' più grande delle dimensioni indicate nell'articolo, ma entro lo 0,04 di una lunghezza d'onda, come raccomandato. Lo istallai, con il rotore, su una colonna della vecchia entrata secondaria, e lo misi a punto seguendo tutte le procedure, ma senza alcun risultato: solo mezza Beverage, o qualsiasi filo a terra, era meglio di questo loop..
1994: la mia prima quattro elementi verticali in ricezione.
Nel dicembre 1993 riuscii ad acquistare i primi mille metri di terreno confinanti con la mia proprietà. Immediatamente spianato al livello della strada pubblica, senza alcuna recinzioni, mi affrettai all'istallazione di un elaborato sistema di antenne riceventi di grande successo. Si trattava di un progetto molto serio per la ricezione in 160 metri pubblicato sull'ARRL “Antenna Compendium” vol. 3, da tre autori del massimo rispetto ed esperienza sulla Topband: i miei amici John K9UWA e Gary KD9SV, oltre a Roy Lewallen W7EL, il padre di Elnec, diventato poi EZNEC, il programma alla base di tutte le elaborazioni sulle antenne.
Come avvertito nell'articolo sulle difficoltà nella sua realizzazione, il progetto consisteva in quattro dipoli verticali, caricati induttivamente al centro ed isolati da terra, di modo che non c'era bisogno di un sistema di radiali, ma tutto era estremamente critico. Fortunatamente, sia John che Gary furono subito entusiasti di offrirmi tutta la loro assistenza e, anche se non c'era ancora internet e le email, risposero alle mie richieste di chiarimenti, inviandomi documentazione con note e disegni.
Le quattro verticali, alte 10 metri, erano ai vertici di un quadrato di 13 m. di lato. Dopo averle portate tutte allo stesso valore di impedenza - e gli avvolgimenti risultarono tutti diversi l'uno dall'altro - bisognava commutarle due a due, applicando, con il circuito sottostante una sfasamento di 155° fra le coppie anteriori e posteriori.
Ma ottenere quei 155° precisi di sfasamento, agendo su variabili e trimmers, non era per niente facile. Ancora una volta, le istruzioni di KD9SV furono davvero preziose, ma dovetti acquistare un oscilloscopio HP sul mercato del surplus.
Alla fine, ottenni i risultati desiderati, che mi permisero di raggiungere 250 paesi nel DXCC 160 nei successivi cinque anni (1999) e di ottenere il WAZ 160 completato con tutte le 40 zone, nel settembre 1997 (Nr. 28).
Nella foto a destra, si vedono due degli elementi verticali ed il box centrale con i circuiti di sfasamento e commutazione; tutti i cavi sono accuratamente interrati.
In quegli anni non c'era pile-up, su DX o rare spedizioni anche dal Pacifico, dove io non fossi presente - a volte unico italiano - o al massimo assieme a Piero IT9ZGY o Fausto I4EAT (purtroppo, ora entrambi SK). Forse per questo motivo, John Devoldedre, ON4UN, ce stava preparando una nuova edizione del suo “Low-Band DXing” mi scrisse per chiedermi che tipo di antenne io stessi usando. Gli risposi, con l'invio delle foto. Così, con riferimento al progetto della “mini 4-square for 160 m.” descritta sull'ARRL Antenna Compendium, John ha pubblicato la mia realizzazione di successo - l'unica portata a termine in Europa - nel cap. 7 della sua terza edizione, uscita nel 1999.
È stato un grande onore!
2000: le antenne Pennant, singole e in fase.
Avevo così risolto ogni problema in ricezione ma, con il nuovo secolo, le cose iniziarono a peggiorare. Per fortuna, alla fine del 1998, avevo acquistato anche il terreno confinante di 2.600 mq.; in pochi anni, quel campo agricolo della foto precedente si era trasformato in giardino verde, dove piantai alberi e pali per nuovi tipi di antenne, le Pennant.
La Pennant venne introdotta, assieme alla Flag, per la prima volta da Earl Cunningham, K6SE (SK), sul QST Magazine di luglio 2000, e divenne in breve tempo la mia antenna preferita per la ricezione in 160 metri: nel 90% dei casi, essa mi dava i risultati migliori.
La sua costruzione è molto facile, non richiede alcuna messa a punto, ed ho scritto questo breve documento PDF con tutti i dettagli:
In pochi anni ho costruito diverse pennant, istallate in due gruppi di tre antenne, distanti 90 m. fra di loro, per essere accoppiate in broadside; le ho provate anche, aggiunte ad altre, in configurazioni end-fire, fino ad un massimo di dieci pennant sparse per il campo…
Tutti i dettagli si trovano nei file PDF qui a destra.
Ne ho aggiunto anche due molto utili su trasformatori e chokes, e quello sull'oscillatore a 1843 KHz utilizzato per tutti i test sulle antenne in ricezione.
Con così tante antenne in ricezione installate, ho cercato di utilizzarle al meglio, anche tramite l'MFJ-1025, un accessorio conosciuto come "MFJ Noise Canceling Signal Enhancer". Per disporre rapidamente di ogni possibile combinazione delle pennant, dentro e fuori dall'MFJ 1025, e commutare le direzioni sulle 4 el. verticali, ho disegnato e costruito, con i miei mezzi dilettantistici ed antiquati, questi due accessori.
2004: la Flag rotativa.
Ma nonostante tutti gli sforzi, anche provando alcuni limitatori di noise commerciali, le condizioni di ricezione in 160 metri stavano continuamente peggiorando. Lo studio delle interazioni fra tutte le mie antenne (che avevo effettuato con EZNEC+ modellando in un unico scenario 9 pennant, un dipolo basso, le 4 el. verticali assieme all'antenna Tx con i suoi 4 radiali elevati - v. link sopra) aveva concluso che era necessario provvedere al “detuning” del traliccio e, prima di tutto, sostituire i quattro radiali elevati con un sistema di radiali a terra.
Tuttavia, dalla realtà “in aria” emergeva che le antenne riceventi poste più a sud erano più rumorose a causa delle linee telefoniche troppo vicine: le tre pennant del gruppo nord erano sempre più silenziose di quelle nel gruppo sud. Eppure tutti cavi coassiali erano interrati in profondità, con i CMC per il common noise, ma non c'era modo di abbatterlo. Pure la “receiving 4-square array”, che era stato il mio cavallo di battaglia vincente per tanti anni, divenne rumorosa: con tutta probabilità a causa di una nuova linea che, lungo il confine sud della mia proprietà, portava dati ad un capannone vicino, dove modem e stampanti erano sempre accesi.
Presi pertanto la decisione di andare “sopra” le linee elettriche, costruendo la flag rotativa di W7IUV ed installarla sul vecchio traliccio telescopico, ancora sul terrazzo, che era stato usato per la yagi dei 10 metri. Prende il nome da W7IUV, poiché Larry ha disegnato con essa un preamplificatore innovativo, ma la flag appartiene alla stessa famiglia delle pennant, ed introdotta assieme ad esse da Earl, K6SE, nel famoso articolo su QST del luglio 2000.
Partendo dal suo modello Eznec, ho aggiunto il boom metallico, il mast ed il traliccio, trovando che 40 cm. di distanza da esso erano sufficienti per ritornare al bel lobo cardioide originario. Questo è il diagramma di radiazione verticale:
Bingo! quella flag divenne la mia migliore antenna ricevente: migliore e più silenziosa di qualsiasi altra, nonostante il suo cavo coassiale passasse sopra il tetto e non sotto terra come quelli delle pennant..
Questi sono gli stessi dati costruttivi
presi dal disegno di Larry:
Dimensioni: 4.27 x 8.84 m. - Resist. di carico: 945 ohm
Trasformatore: 3/12 spire su binoculare BN73-202.
Gain: -30 dB; Take-off angle: 30 degrees; Beamwidth: 150 degrees; Front to Back: 30 dB; RDF: 7.84 dB.
2006: il K9AY Loop.
Alla fine del 2005 acquistai un piccolo appezzamento di terreno, in fondo alla mia proprietà, per impiantarvi un nuovo orto ma, per prima cosa, pensai ad installarvi una nuova antenna. Trovandosi fuori mano, libero da passaggi umani, sembrava il posto ideale per provarci una K9AY loop.
Questa è una delle antenne per ricezione più popolari, descritta da Gary Breed, K9AY, sul numero di settembre 1997 di QST, ancora prima di K6SE con le pennant e flag, ed appartenente alla stessa famiglia delle loop, può essere installata in poco spazio, al livello del terreno, ma ha bisogno della connessione con esso, e questa può essere una seccatura. L'ho costruito nell'estate del 2006, esattamente come disegnato da Gary, e messo in commercio tramite la “AY Tecnologies” come il modello AYL-4 illustrato qui sotto.
Esaminandolo con EZNEC, risultano le stesse performance delle flag e pennant,
ma è più compatto, multibanda e può essere facilmente commutato in quattro direzioni.
Con riferimento all'immagine a sinistra, queste sono le dimensioni:
Punto più alto = m. 7,80; Fili 2 e 3 = m. 7,86; Fili 1 e 4 = m. 4,78;
In totale due loop della lunghezza del filo di m. 25,28 per ciascuno.
Gain = - 25.5 dB, RDF = 7.5 dB
Il modello commerciale AYL-4 ha la resistenza di carico regolabile da 340 a 680 ohm. Nel mio caso, per l'operatività solo in 160 m., ho scelto la possibilità di commutarla da 410 a 460 ohm, ma risulta sempre meglio tenerla bassa. Il mio trasformatore è avvolto su binoculare BN73-202 con 8 spire sul primario e 3 sul secondario, per un perfetto adattamento al cavo da 50 ohm (SWR = 1.02). Inizialmente, avevo inserito nel box di commutazione anche un preamplificatore ICE, che si confermò nuovamente rumoroso, e l'ho gettato via!
Queste sono le foto, prese dalla K9AY, verso nord - con tutte le altre antenne - e verso il campo a sud.
Dai controlli con l'analizzatore di antenna, tutto funzionava correttamente, ma i risultati furono deludenti!
Il K9AY loop, nel mio ambiente, risultava RUMOROSO ed è sempre stato peggiore di tutte le altre antenne riceventi. L'ho provato per quasi due anni, di giorno e di notte, e alla fine mi sono convinto che il colpevole della situazione era proprio quel cavo telefonico che attraversava a pochi metri di distanza.
Con tale livello di rumore, anche di notte, era impossibile ottenere qualsiasi lettura significativa sullo s-meter in 160 m., ma sulla banda BC l'antenna lavorava bene, con un corretto rapporto avanti/indietro sulle stazioni in AM. Come su tutte le altre antenne, il livello del rumore è peggiore proprio sugli 1.8 MHz … per cui, in breve la smantellerò per dare a quel terreno un utilizzo migliore, facendovi crescere pomodori e melanzane.
In ogni caso, sicuramente la K9AY loop è una buona antenna, ma ha bisogno di una migliore collocazione!
April 2008 Luis IV3PRK