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IV3PRK Pierluigi “Luis” Mansutti
160 Meters: DXing on the Edge
Le antenne BOG reversibili da HC1PF.
Finalmente trovata la soluzione per le antenne riceventi in una situazione molto difficile.
Questa pagina fu aperta a Quito il 15 maggio 2015, e via via aggiornata con i progressi delle mie BOG :
Dopo aver inutilmente tentato di battere il rumore con ogni tipo di antenna ricevente, giunsi alla conclusione che l'unica in grado di funzionare in questo ambiente si era dimostrata la Beverale a terra, fuori dal mio alto muro di mattoni con la sovrastante recinzione elettrica e lontano dalle linee ad alta tensione.
Ma purtroppo, dopo alcuni giorni di felicità, una mattina udii lo sferragliare di un bulldozer dall'altra parte del muro e …. in poche ore era tutto spianato, con la vegetazione scomparsa, assieme alle mie BOG.
Nonostante alcuni giorni di smarrimento e frustrazione, non mi arresi, e mi misi alla ricerca di una nuoa soluzione. Il mio amico Gary, KD9SV, mi convinse a provare con una piccola RBOG – Reverse Beverage on Ground - una BOG reversibile, assicurandomi che molti Topbanders ne erano soddisfattissimi: «appena 200 piedi di filo WD1-A uniti al suo kit pronto per l'uso», ora commercializzato dalla .
Anche Bruce, K1FZ, appassionato cultore dei 160 m., che da molti anni commercializza trasformatori per Beverages, si è dedicato allo studio delle BOG, con produzione dei relativi kit.
Nel corso degli anni, sono stato un affezionato cliente di entrambi, apprezzando la qualità ed i bassi prezzi dei loro prodotti. Ma, in questo paese ci sono molte difficoltà per le piccole importazioni, e pertanto devo arrangiarmi con quello che ho portato dall'Italia nel container, o che riesco a trovare nelle “ferreterie” ecuatoriane. Per fortuna, Gary e Bruce sono vecchi amici e veri radioamatori che mi hanno sempre seguito, fornendomi tutto l'aiuto e l'assistenza di cui avevo bisogno.
La scelta del tipo di filo come antenna.
Per prima cosa bisogna stabilire cosa usare come filo d'antenna. Nelle mie precedenti esperienze in Italia con Beverage reversibili, avevo usato sia delle coppie di fili attorcigliati estratti da cavi CAT5 (impedenza 150 ohm), sia delle BOG con cavo RG58 da 50 ohm, ma entrambe fallimentari. Bruce, K1FZ, disse:
«Il famoso WD-1A lavora bene. Ci sono coloro a cui non piace questo filo perché ha un po' di resistenza. Ma i valori pubblicati si riferiscono alla lunghezza di un miglio. Con una lunghezza di 200 piedi non è un problema. Il filo è stato progettato per condizioni in tempo di guerra e pertanto è molto forte.
Va bene anche se due fili di 200 piedi si attorcigliano nelle due direzioni, ma con troppi attorcigliamenti c'è il pericolo di cancellazione del segnale ricevuto».
Gary, KD9SV, mi inviò la documentazione di un cavo telefonico usato in Finlandia, dicendomi che le sue caratteristiche sono simili al ben noto WD1-A (reperibile in grandi quantità sul mercato surplus americano).
Caratteristiche del cavo telefonico a doppio conduttore “Killu”.
Nelle aree rurali finlandesi, le linee telefoniche erano spesso realizzate con cavi a doppio conduttore. Questo cavo a doppio conduttore è di colore nero e in Finlandia viene chiamato "Killu". La parte interna del filo è in ferro e la superficie in rame. I fili sono ricoperti da un isolante plastico solido in PE (polietilene, costante dielettrica 2,3 - 2,4) che presenta buone caratteristiche a RF. Il cavo Killu è molto adatto per l'uso RF in ambito radioamatoriale. È molto resistente ed è possibile ottenere gratuitamente cavi usati. Il cavo è ancora disponibile presso alcuni fornitori finlandesi. Due tipi: MU FeCu 2x1,0 (diametro filo 1,0 mm - spaziatura 3,0 mm) e MU FeCu 2x1,4 (diametro filo 1,4 mm - spaziatura 3,8 mm). Un radioamatore finlandese eseguì le seguenti misure:
«Ho misurato le caratteristiche RF di questi cavi:
Attenuazione della linea di trasmissione (per entrambi i tipi):
Sulle bande basse: insignificante per 100 ft. (non misurabile); sui 30 MHz, circa 1.5 db per 100 ft; sui 100 MHz, circa 3 dB per 100 ft Impedenza della linea di trasmissione:
MU 2x1.0 FeCu, Z0 = 145 ohm; MU 2x1.4 FeCu, Z0 = 130 ohm. Fattore di velocità della linea:
MU 2x1.0 FeCu, VF = 0.73; MU 2x1.4 FeCu VF = 0.70.
Fattore di velocità di un singolo conduttore (separato con il suo isolamento PE), circa 0.94.
13.08.2009 Matti Hohtola OH7SV».
A Quito ho trovato un cavo simile, denominato “20 AWG Copperweld”, usato dalla compagnia telefonica locale, al prezzo di 20 cents per metro, con un'impedenza molto vicina ai 150 ohm.
Questo, pertanto, è il punto di partenza per i calcoli dei trasformatori necessari:
- Impedenza della linea di trasmissione = 150 ohm
- Impedenza dell'antenna (stimata) di una BOG = 230-250 ohm
- Impedenza di uscita su cavo coassiale RG6 = 75 ohm.
Calcolo dei trasformatori e circuito di inversione delle direzioni.
Con riferimento allo schema di Fig. 7-115 del libro “Low-Band DXing" 5th Ed. di ON4UN, i trasformatori devono essere calcolati come segue (con il numero delle spire arrotondato per il binoculare BN 73-202):
T1: n1 (impedenza dell'antenna) = 250 ohm; n2 (coax imp.) = 75 ohm; Zn1/Zn2 = 3,33; nr. spire = 4:2
T2: n1 (impedenza della linea) = 150 ohm; n2 (coax imped.) = 75 ohm; Zn1/Zn2 = 2,00; nr. spire = 3:2
T3: n1 (impedenza della linea) = 150 ohm; n2 (imp. antenna) = 250 ohm; Zn1/Zn2 = 0,60; nr. spire = 2:3
Qualche anno fa ho compilato un semplice foglio Excel per effettuare rapidamente questi calcoli. (Non sono né ingegnere, né programmatore, ma si è dimostrato di funzionare bene per tutti i miei usi con toroidi binoculari sulle bande basse). Purtroppo, non riesco a caricarlo qui, ma posso inviare via email, basta richiederlo a luis@iv3prk.it. Questa è, comunque, una schermata di questo calcolatore:
A questo punto, devo segnalare la correttezza dello schema sovrastante - nell'ultima edizione del libro. Nelle edizioni precedenti (qui a destra) si vedeva una errata connessione tra le calze dei due cavi coassiali, che mi aveva tratto in inganno, per cui le mie vecchie Beverage reversibili non potevano funzionare correttamente..
Di conseguenza, il mio primo tentativo fu del tetto negativo. E anche qui, il mio vecchio switching box, che usava tale circuito, modificato con i nuovi trasformatori, non era in grado di invertire le direzioni.. Tutta colpa della connessione delle calze fra i trasformatori T4 e T1.
La modifica dello schema rendeva necessario l'uso di due relè per commutare entrambi i capi dei primari. Il sottostante è il circuito corretto che assicura pieno isolamento fra T2 (rinominato da T4) e T1, ed è equivalente all'uso di due cavi coassiali senza una connessione comune fra le loro calze.
Con l'occasione, dato che avevo notato troppa caduta di tensione sulla linea di controllo a 12 VDC, ho sostituito i miei usuali relè del tipo OEG OMI-SH-2120 (resistenza della bobina 200 ohm) con quelli più piccoli AXICOM V23105-A5003-A201 i quali, con una resistenza di 720 ohm, assorbono meno corrente. Ancora una volta, grazie a Gary per il suggerimento!
Ecco, qui a lato, la nuova scatola di commutazione (realizzato con i mezzi che avevo in Ecuador) pronto per l'installazione ===>
Common Mode Chokes.
Poiché avevo esaurito i nuovi - e migliori - toroidi FT240-31 (materiale 31), tutti impiegati sulle altre antenne riceventi all'interno del mio recinto, dovetti usare alcuni dei vecchi FT-140A-J (materiale 75). Ho realizzato i CMC con 8 passaggi di cavo RG6 attraverso 3 di questi toroidi affiancati (con gli FT240 sono possibili 15 passaggi, e ne basta uno solo) ed inseriti alle estremità dei 170 metri della linea di alimentazione, in corrispondenza di picchetti di terra, come illustrato nello schizzo sottostante.
Il primo CMC, connesso al suo picchetto di rame di 1.80 m. si trova all'esterno dello shack. Connesso con un grosso conduttore allo stesso picchetto - ma all'interno - c'è un altro tipo di CMC, avvolto con 4 passaggi e mezzo di filo attorcigliato attraverso un binoculare BN73-202. È contenuto in una scatoletta di alluminio assieme all'alimentazione DC ed un trasformatore di isolamento, 75/50 ohm verso il ricevitore.
Il secondo CMC, con cavo coassiale, è installato sul suo picchetto di terra a 10 metri dal box di alimentazione dell'antenna, dove un altro Common Mode Choke - su binoculare BN73-202, uguale a quello nello shack - è inserito davanti ai relè, come si vede a sinistra (CMC), nello schema sovrastante.
Il numero dei passaggi - con due fili di colore diverso attorcigliati con un trapano - attraverso il BN73-202 per questo nuovo tipo di CMC venne ridotto da 6 e mezzo, che ero riuscito a far passare, a 5,5 e poi ancora a 4 e mezzo, dopo scambi di opinioni con Gary, KD9SV, che indicava un'impedenza raggiunta di 2.500 ohm, e Andrey, RA6LBS, che aveva fatto precise misure con apparecchiature professionali e mi chiese: «Luis, come hai misurato l'impedenza? Io non ho mai misurato più di 1.000 - 1.500 ohm su un choke del genere … solo per curiosità». Infatti, la mia era una stima, dato che non avevo i mezzi per misurare impedenze superiori a mille ohm. Chiarite le cose, anche con KD9SV, due giorni dopo, Andrey mi scrisse:
«Ciao Luis, proverò più tardi con 4 spire e mezzo, e magari qualche trucco con un filo intrecciato. Ma non mi aspetto nulla di magico, ti invio le mie misurazioni in allegato.
Spero sia tutto chiaro. È possibile mettere in cascata più CMC, ma non aumentare il numero delle spire: ogni nucleo ha il suo numero ottimale di spire per una certa frequenza. E lo sai - è molto importante trovare il posizionamento corretto per i chokes e la loro messa a terra.
2015-04-18 Andrey Fedorishchev RA6LBS».
P.S.: vedo che Andrey è ancora in business dalla Russia con i suoi prodotti per le BOG.
Quanto lunga?
Questa è la prima domanda che uno si pone, per capire se ha lo spazio necessario. Gary, KD9SV, mi scrisse:
« ….. i primi tre “Beta Testers” della mia RBOG usano tutti 180ft (55 metri) di WD-1A. Carl, K9LA sta per pubblicare un articolo sul prossimo “NCJ magazine” sui risultati. Non credo ci sia qualcuno che conosca la formula corretta sulla lunghezza delle antenne BOG, poiché varia a seconda dei terreni e delle località…»
Non lontano da quanto dichiarato da Bruce, K1FZ:
«Ho venduto molti trasformatori per antenne BOG, e gran parte dei clienti trovano che la lunghezza migliore sia di 200 piedi (61 metri). Ma su sabbia, deserto e terre aride isolanti, la lunghezza può essere molto più lunga. La BOG è un'antenna risonante, non come una Beverage sul terreno».
Oh!, questo suonava davvero come un NUOVO CONCETTO, ma COME sintonizzare quest'antenna?
Partii con un filo lungo 70 metri (230 ft) con l'intenzione dii fare le prime misurazioni e tests, per poi ridurlo gradualmente fino a raggiungere la lunghezza consigliata di 180/200 piedi. Per prima cosa mi accertai con l'analizzatore di antenna AEA CIA che le BOG funzionassero correttamente, mantenendo più o meno, gli stessi valori d'impedenza in entrambe le direzioni, diretta e invertita.
Quindi iniziai le prove con il mio solito oscillatore a 1.843 kHz, amplificato per alimentare uno stilo di 3 metri.
Lo piazzai sul retro della BOG, a circa 200 m. di distanza, su uno dei vecchi picchetti di terra, che non ero stato più capace di estrarre dal terreno.
Queste le letture sul ricevitore SDR-IQ che mettono a confronto la BOG alla Flag rotativa:
- BOG v. North - diretta: -118 dB
- BOG v. Sud - invertita: -103 dB
- Rot. Flag in dir. NE – back: -112 dB
- Rot. Flag in dir. SW - front: -108 dB
Quindi, il F/B sulla BOG è di 15 dB, non entusiasmante, ma siamo sulla strada giusta. Il livello del noise è di circa -120 dB, migliore della Flag.
Comunque, i primi veri test “in aria” furono molto più incoraggianti. Era la domenica mattina, durante il WPX CQ contest in CW. Dopo aver scannerizzato la banda alla ricerca delle forti stazioni dal Nord America - ed ascoltato assolutamente nulla - commutai la BOG verso sud ed immediatamente balzò fuori una stazione chiamando CQ. Non potevo crederci. Di nuovo verso nord: zero - di nuovo verso sud: si trattava di LU5YF, che non ero mai riuscito ad ascoltare prima, e che collegai alla prima chiamata.
Dall'Ecuador, le condizioni di propagazione erano pessime, ma strane: non ho ascoltato i soliti più vicini W4NU o K4IQ, ma invece VC7J, unico dal NA prima del SR, - e questo solo sulla BOG - negativo sulla flag.
Il giorno dopo provai ad accorciare il filo da 70 a 65 metri ma le prove con l'oscillatore a 1843 non rilevò alcun miglioramento: forse una lieve diminuzione del segnale e addirittura il F/B inferiore.
Anche ascoltando le stazioni broadcasting in AM, ebbi l'impressione che il F/B fosse più basso del giorno precedente.
Quindi, meglio andare nella direzione opposta, cioè allungare il filo? La lunghezza della BOG è legata al fattore di velocità, VF, e questo dipende dal tipo di terreno. Nel mio caso è sabbioso, quasi desertico, veramente povero ad oltre 2.400 di altitudine sulle Ande.
A questo punto provai a seguire la tecnica del DOG (Dipole on Ground) introdotta da Guy, K2AV, per misurare il fattore di velocità delle mie BOG (o Beverage on Ground).
Tagliato a metà un filo di 76 metri, ed inseritovi un connettore coassiale, ho steso a terra questo dipolo al posto della BOG. Con l'analizzatore d'antenna AEA ho trovato il punto di risonanza a 1.220 KHz.
Su questa frequenza, un dipolo a ½ onda nello spazio dovrebbe essere: 300/1.220/2 = 123 m. (400 ft).
Quindi, il fattore di velocità VF risulta essere: 76/123 = 0.62. Scalando alla frequenza desiderata di 1.825 KHz, questo DOG (dipolo a terra) dovrebbe essere (300/1.825/2*0,62) lungo solamente 51 metri.
Ok, ma quale è il parametro per determinare la lunghezza della BOG (o Beverage a terra)?
Questa fu la risposta di K2AV:
«La lunghezza elettrica di una BOG non è mezza onda, essa è qualcosa attorno a 0.7 o 0.8 di una lunghezza d'onda, a seconda di quello che stai cercando di ottenere nel lobo di radiazione. Il DOG può solo dirti a quale frequenza la sua lunghezza elettrica è a mezza onda.
Devi pertanto scalare la frequenza in modo che la risonanza del DOG trovi la lunghezza necessaria.
Il VF sulle BOG può variare da 0.45 a 0.8, dipendendo da diversi fattori».
Quindi, utilizzando il metodo suggerito da K2AV, la lunghezza della mia BOG dovrebbe essere tra:
Lunghezza d'onda * VF * 0.7 = 300/1,825 * 0,62 * 0,7 = 71 metri e
Lunghezza d'onda * VF * 0.8 = 300/1,825 * 0,62 * 0,8 = 81 metri.
Decisamente più lunga dei 55/60 metri (180/200 piedi) più in uso negli Stati Uniti… è il caso di provare?
Purtroppo la banda è quasi morta in questa stagione (anche se in Ecuador le stagioni non ci sono) ed è difficile trovare stazioni di riferimento.
Pochi giorni fa, il mio amico Dan, W5XZ, era 559 sulla Flag, 579 sulla RBOG – nella direzione in avanti - e - NO copy - sulla direzione inversa. Su questa direzione, invece, arrivava Mario, LU8DPM con 579, mentre il suo segnale scompariva commutando nella direzione in avanti. Pertanto la BOG lavora sicuramente bene, ma non ho idea di quanto largo sia il lobo di radiazione, fino a quando non arriverà nuovamente l'Europa.
Per il momento, quindi, non farò ulteriori variazioni, in attesa di migliori condizioni di propagazione. Gary e Bruce, che continuavano a seguirmi in radio e sul web, ribadirono:
«La BOG è un'antenna sintonizzata, non una a larga banda come una Beverage a terra (o una loop, flag o pennant). Funziona pertanto anche in 80 metri, quale frequenza armonica.
Sì, riducendo la sua lunghezza, è stato spostato il punto di migliore F/B sulla frequenza delle broadcasting e forse più in alto. Adesso puoi essere molto vicino alla banda dei 160 metri, quindi attendi che vi arrivino le stazioni DX. Non vedrai alcun Front to Back ai lati dell'antenna.
Fa attenzione, attendi e osserva il F/B sulle stazioni, birdies, noise locale e QRN generato dalle condizioni atmosferiche. 73 de K1FZ ».
Su questo non avevo proprio bisogno di raccomandazioni: oltre al noise di ogni genere, dovevo sempre lottare con le broadcasting in AM, vicine di frequenza e vicinissime geograficamente!
Quito, 7 giugno 2015, Luis IV3PRK / HC1PF
Nel frattempo, avevo completato un grosso lavoro con i modelli di antenne su EZNEC 5 ed AutoEZ, con l'assistenza dei loro rispettivi autori, Roy Lewallen W7EL e Dan MacGuire AC6LA. I risultati furono molto interessanti, dandomi modo di fissare definitivamente la lunghezza della mia BOG a 63 metri.
Tutte le procedure, con i relativi grafici ed immagini, sono su questa pagina ==>
Decisi, quindi, di installare un'altra BOG, fuori mano, dal bordo della vallata, giù per il declivio - commutabile nelle direzioni SW-NE, per coprire il Sud Pacifico da una parte, e l'Europa dall'altra, come raffigurato sulla mappa di Google Earth sottostante. La freccia bianca indica la direzione Nord.
Anche la lunghezza della seconda BOG fu scelta, senza ulteriori dubbi, di 63 metri, duplicando esattamente i trasformatori ed il box di commutazione della prima. Riuscito a battere giù interamente i due picchetti di terra da m. 1.80 e connesso ad ognuno di essi, due radiali di 20 metri ad angolo retto (le sottili linee rosse), per migliorare la terminazione a terra, come risulta dai modelli EZNEC.
Inizialmente la nuova BOG funzionava bene nella direzione in avanti, ma non invertendola: il circuito di commutazione era corretto, ma il segnale ricevuto scendeva di 30 dB. Dopo ripetuti controlli, il colpevole fu trovato nel box lontano, con una errata connessione dei terminali del trasformatore T3.
Purtroppo, in questi giorni, la banda è in pessime condizioni con poca attività, ma sufficiente per condurre alcune prove. In conclusione, i risultati sono molto buoni - da 20 a 30 dB di F/B - sempre migliori rispetto alla flag rotativa. Il livello di rumore è più basso, e quello del segnale sufficiente per lasciare escluso il secondo preamplificatore: quello da 10 dB è abbastanza per entrambe le BOG.
Finalmente ero giunto, così, alla soluzione di tutti i miei problemi di ricezione, con la riduzione del rumore, e la possibilità di commutare velocemente quattro direzioni con le due BOG reversibili.
Ma purtroppo, era solo un sogno destinato a svanire in breve tempo. Una mattina mi accorsi che un'antenna era del tutto muta: il filo telefonico che costituiva la seconda BOG era stato scoperto e rubato.
Si trattava del valore di soli 12 dollari, ma fu la goccia che fece traboccare il vaso - terza volta, più altrettante in casa - facendomi prendere la decisione finale, d'accordo, e con la felicità di mia moglie Luisa.
Recuperai tutto quello che avevo all'esterno - cavi coassiali interrati, scatole di commutazione, trasformatori, ecc - ed iniziai ad imballare il tutto, preparando il ritorno in Italia!
L'attività di HC1PF proseguirà comunque, con la inverted L e la flag rotativa, fino alla fine di ottobre, quando tutto sarà smantellato e caricato nel container in partenza.
Sarò veramente ansioso di vedere se queste BOG reversibili funzioneranno anche in un ambiente diverso!
Quito, 2 luglio 2015 Luis HC1PF / IV3PRK
Le stesse BOG in una località diversa.
Come più volte sentenziato, la performance delle antenne sulle bande basse dipende fortemente dall'ambiente in cui si trovano: caratteristiche del terreno e presenza di vicine costruzioni o strutture metalliche. Questo perché, a causa della lunga lunghezza d'onda, esse si accoppiano e sono influenzate da fili ed oggetti metallici non abbastanza lontani. In tali situazioni, anche la migliore antenna ricevente può rilevarsi una delusione. In genere, questo non accade in HF o VHF, dove la lunghezza d'onda è molto corta, ed una buona antenna, che può essere tenuta alta, mantiene ovunque le sue caratteristiche.
Ritornato a casa, prima di procedere all'installazione delle nuove antenna, dovevo innanzitutto determinare le caratteristiche del mio terreno per calcolare il fattore di velocità “VF”. Per le misure, utilizzai semplicemente l'analizzatore d'antenna AEA con lo stesso dipolo campione di 76 metri che avevo portato dall'Ecuador.
Sulle Ande, nel povero terreno arido di HC1PF, quel dipolo risuonava a 1.220 KHz, e pertanto risultava:
½ lunghezza d'onda = 123 metri; lunghezza fisica/lunghezza elettrica = 76/123; VF = 0,62.
In Italia, nel ricco terreno erboso di IV3PRK, esso risuona a 800 KHz, e pertanto:
½ lunghezza d'onda = 188 metri; lunghezza fisica/lunghezza elettrica = 76/188; VF = 0,40; che differenza!
Quindi, stando al metodo suggerito da K2AV, descritto prima, la lunghezza della mia BOG in Italia dovrebbe essere compresa tra:
300/1.825 * 0,4 * 0,7 = 46 metri - e - 300/1.825 * 0,4 * 0,8 = 53 metri.
Sembrano veramente troppo corte! I calcoli matematici, in certi casi, non devono essere strettamente osservati, ma il metodo può essere una buona indicazione della via da seguire. Di certo, esse devono essere più corte delle misure adottate in Ecuador.
La mia scelta fu di 55 metri, che corrispondeva anche alla massima lunghezza fisica che poteva starci entro i miei confini, chiusi da una rete metallica.
Accorciai pertanto il cavo telefonico superstite da 63 to 55 metri, e ne tagliai un altro uguale da quello di riserva; installati, come si deve, con i loro box di commutazione/accordo su picchetti di rame lunghi 1.80 m., battuti in profondità per una buona connessione a terra senza i radiali da 20 m. (e comunque non c'era spazio per loro), tutto funzionava perfettamente.
Nelle prove in aria, però, la performance delle BOG non risulta molto soddisfacente: il rapporto avanti/indietro varia da 10 a 20 dB, non male, ma il livello del rumore è sempre troppo alto, probabilmente perché sono circondate dalla rete metallica molto vicina e si trovano sotto le linee elettriche e telefoniche. In Ecuador, esse erano in terreno aperto, fuori da questo genere di ostacoli, e si rivelarono le migliori antenne.
Qui, invece, le BOG non possono competere con la nuova Waller Flag, alta 12 m., al di sopra di ogni ostacolo, che si dimostra sempre imbattibile, con il vantaggio di coprire tutte le direzioni.
In ogni caso, terrò in funzione le BOG fino in primavera, per ulteriori prove, dopo di ché libererò il giardino da troppi fili, cavi, picchetti di terra, ecc.: credo che con la Waller Flag, non ho bisogno di altre antenne!
Colloredo di Monte Albano (Udine), gennaio 2017 Luis IV3PRK