Cosa usare come antenna? Un dipolo filare, una long wire, una verticale o una direttiva?

Certo, se hai soldi, spazio e tempo, costruisci (o fai costruire...) un traliccio e ci piazzi sopra una direttiva...

Ma se, come la maggior parte degli amanti della radio, non hai intenzione di creare qualcosa di costoso e particolarmente complicato, la soluzione migliore restano i dipoli e le verticali... Le long wire possono andare ma, a quel punto, preferisco di gran lunga un dipolo.

La verticale, invece, se ben progettata e costruita, può riservare piacevoli sorprese nei collegamenti a lunga distanza.

Saverio e la sua verticale

Sul mio sito trovate spesso riferimenti a Saverio IK7IWF, un decano della frequenza ed esperto autocostruttore e riparatore.

Recentemente, con uno sviluppo durato alcuni mesi tra prove e test, ha progettato e costruito una verticale; un lavoro durato a lungo per i necessari «affinamenti» ma, nei suoi discorsi ne parla sempre con grande entusiasmo: questo mi ha spinto a fare una chiacchierata con lui non in particolare su questa antenna ma, anche e soprattutto, su considerazioni di carattere generale in merito alla costruzione casalinga di «aerei», intesi come strutture in grado di trasmettere e non ordigni volanti...

Nel caso di specie, si tratta di una verticale multibanda trappolata... In realtà, la trappola è una sola: si trova sullo stilo centrale e permette di combinare insieme le bande dei 20 e 40 metri; le altre frequenze sono su due stili laterali aggiunti che portano la risonanza in 17 e 15 metri. A questa si aggiunge un adeguato piano di massa risonante costituito dai consueti fili elettrici di lunghezza tarata sulle varie bande.

Ho voluto fare qualche domanda a Saverio in merito alla sua realizzazione.

L'altezza

Cominciamo con la domanda più frequente: a che altezza hai sistemato la tua verticale multibanda, considerando la banda più bassa dei 40 metri?

"Per l'installazione ho usato un palo da 3 metri, in maniera tale da avere il sistema di radiali risonanti ad una distanza intermendia dal suolo. Lo scopo è quello di avere una buona risonanza per annullare le correnti di modo comune mantenendo una certa vicinanza al suolo per avere un angolo basso di radiazione."

La trappola

La trappola è un particolare elemento inserito nel radiatore di un'antenna e non ha nulla a che vedere con i roditori che potrebbero aggirarsi nello shack

È un circuito risonante costituito da bobina e condensatore in grado di funzionare come un interruttore: è aperto sulla banda alta, isolando il pezzo di antenna sopra di lui; chiuso sulla banda più bassa, mettendo in connessione elettrica i due pezzi del radiatore.

Come l'hai realizzata?

"Il progetto iniziale si differenzia da quello attuale solo per il condensatore che era a filo... purtroppo, questa soluzione, non si è dimostrata adeguata e si bruciava con facilità a causa delle alte tensioni in gioco; successivamente, ho realizzato un secondo esemplare di trappola con un tubolare di alluminio ed un tondino interno da 4 mm: i due pezzi costituivano le armature del condensatore. In questo caso, il punto critico si è dimostrato il tappo in basso: lì potrebbe crearsi condensa e bruciare il condensatore, distruggendo la trappola."

"Ricordo che una di queste trappola prese fuoco perchè il foro in cui scorreva il tondino aveva un po' di lasco e, sotto pioggia battente e il vento di Gallipoli, entrò acqua ed umidità. In fase di trasmissione si generò un arco voltaico che ha letteralmente carbonizzato il tappo inferiore. Tuttavia, sostituiendo semplicemente il tappo, tutto ha ripreso a funzionare."

D'accordo: la bobina è un pezzo di filo ma tappi e tondini è facile farli?

"Dalle foto può sembrare una realizzazione «grossolana», ma ho voluto realizzarla di proposito in maniera spartana; prima di tutto per reperire sempre con facilità i ricambi ed anche per garantire riparazioni rapide in caso di guasti. Quanto a solidità, ormai è in aria da quasi 2 anni e non ha fatto una mossa. Ho anche previsto un fermo di ottone, che si vede nella parte inferiore del condensatore: questo serve, oltre che a tenere in sede il condensatore, anche a fermare il tondino da 4mm una volta portata a risonanza la trappola mentre i perni che sostengono il condensatore affiancato alla bobina sono in acciaio inox."

Un'antenna trappolata è abbastanza efficiente?

"Considera che, quando si parla di trappole, ci sono due capacità in gioco: una è costituita dal radiatore sopra la trappola e l'altra è lo stesso condensatore; entrambe le capacità si sommano per far risuonare la trappola. Molti sbagliano a tarare la trappola «a vuoto» e, quando viene inserita sull'antenna, il pezzo di antenna superiore sposta la risonanza della stessa verso il basso. In questo modo la trappola non restituisce il massimo di impedenza (le due reattanze unite nella risonanza) sul vertice della sezione inferiore, andando ad abbassare sensibilmente il rendimento del sistema d'antenna."

"Gli episodi di bruciatura del condensatore che ho spiegato prima sono dovuti proprio alla risonanza regolata con estrema precisione."

"Più è precisa la trappola, meglio va l'antenna ma più alte sono anche le tensioni che si generano fra la punta della sezione di antenna che va in risonanza e la base della trappola. Ad esempio, usando una potenza di 100W, se la trappola e tarata male, in quel punto si generano tensioni di non superiori ai 5000 Volts; al contrario, se la trappola è tarata bene (come nella mia realizzazione), si arriva a punte di tensione oltre i 10.000 Volts!"

Caspita, 10.000 volts sono un problema per parecchi condensatori casalinghi...

"C'è da fare un distinguo... Quanto spiegato sinora vale per le le antenne con un piano di terra risonante, mentre per quelle senza piano di massa risonante e con il trasformatore di impedenza le tensioni in quel punto sono ancora più alte. Inoltre, è necessario sottolineare che, se la trappola non è tarata perfettamente, costituisce un «peso» che si oppone alla risonanza della sezione inferiore e, nel caso di un'antenna con piano di terra risonante, questo «effetto peso» di una trappola tarata male è minore rispetto all'effetto che ci sarà su un'antenna senza piano di massa risonante."

"Questo è spiegato dal fatto che un'antenna col piano di massa risonante ha 50ohm nel suo punto di alimentazione; al contrario, un'antenna senza piano di massa avrà nel punto di alimentazione un'impedenza intorno ai 200ohm: pertanto, tutte le impedenze distribuite sono 4 volte più alte."

"Ne consegue che, lavorando con impedenza più alta, una trappola tarata male andrà a ridurre notevolmente il rendimento finale..."

"Per questo motivo, una verticale multibanda senza piano di massa risonante è più critica ed ha un minor rendimento rispetto ad una verticale multibanda con il piano di massa risonante. In pratica si sono perdite sia nel trasformatore di impedenza che nel choke di alimentazione, delle perdite causate dal lavoro di blocco delle correnti di modo comune... a tutto questo si aggiunge il colpo di grazia inferto dalle trappole che hanno un peso sulla risonanza dell'antenna."

"Avendo già avuto esperienza con le trappole nel passato, per questo motivo sulla mia verticale ne ho messa solo una, però con una risonanza impeccabile."

Come sono stati eseguiti i test sul rendimento della verticale?

"Ho piazzato una mini loop magnetica a circa 15m di distanza e, utilizzando una sorgente da 10 Watts, ho misurato il campo elettromagnetico usando un semplicissimo misuratore di campo passivo realizzato con due classici 2 diodi al germanio."

"Un'altra misurazione l'ho fatta con un NanoVNA, mettendo sul canale «0» l'antenna da testare e sul canale «1» la mini loop magnetica: con entrambi i metodi è stato possibile apprezzare le differenze di rendimento dell'antenna."

"Infine, anche modificando l'altezza della mini loop magnetica è possibile avere un'idea (anche se non proprio precisa) degli angoli di irradiazione."

In conclusione

In questa pagina non ci sono i dati costruttivi di una antenna verticale ma si propone la discussione che si è svolta, qualche giorno fa, tra me e Saverio; una discussione certamente impegnativa ma che, con parole chiare e facendo ricorso all'esperienza scaturita da anni di pratica ed autocostruzione, porta a chiarire alcuni concetti fondamentali ed a dare una risposta all'eterna domanda dei radioamatori sulla efficienza o meno di una antenna trappolata.

E, concludendo, la risposta è che, semplicemente, se la trappola è tarata bene, anche una antenna trappolata diventa molto efficiente.