a OWA 6 elementi per i 20m

Optimized Wideband Antenna
sei elementi per la banda dei 20m
il punto di partenza per un sistema stack
by I7PHH, IK7JWY, IZ7CDB
Modena Contest Meeting – 16 ottobre 2010
ARI
Sezione di Modena
Perché una OWA
Un'antenna monobanda Yagi tradizionale richiede un sistema di
adattamento di impedenza che consenta di alimentarla con il cavo coassiale
a 50 Ohm. L'impedenza nel punto di alimentazione dell'antenna sarà vicina
a quella caratteristica del cavo coassiale solo entro un certo intervallo di
frequenza. La presenza del gamma match o dell’hairpin match rappresenta
una complicazione.
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0,05
-0,0
6 la
mb
da
Nel caso delle OWA, invece, l'alimentazione avviene direttamente
con il cavo coassiale a 50 Ohm, senza alcun sistema di
adattamento di impedenza, basta un RF-choke in coassiale. Il ROS si
mantiene basso in un range di frequenze più ampio.
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Ricerca della bibliografia
Orientata al progetto di Nathan A.
Miller NW3Z e Jim Breakall WA3FET.
Antenne simili sono installate presso
note stazioni da contests come
K3CR , NP4A, K3LR. Alcune note ,
scritte direttamente da Nathan Miller
su questo progetto di antenne,
furono presentate ad una edizione
di Hamvention a Dayton (USA). Si
trovano in Rete al seguente
indirizzo:
http://www.naic.edu/~angel/kp4ao/ha
m/owa.html
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Modellazione con software
Sono stati utilizzati vari software di modellazione antenne
basati sul NEC nelle varie versioni (miniNEC, NEC2), in
particolare:
- MMANA-GAL (miniNEC, freeware)
- EZNEC (NEC2)
- 4NEC2 (NEC2, freeware)
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Le originarie misure in pollici
sono state convertite in millimetri.
La conversione causa
discrepanze che non si possono
approssimare senza andare a
variare la successione dei
diametri prevista in origine.
Per ovviare a questo ostacolo, si è
reso necessario effettuare il retapering
dei
sei
elementi
costituenti l'antenna.
A tale fine è stato utilizzato un
procedimento
empirico e che
richiede un passaggio intermedio
rappresentato
dall’uso
del
software Yagi Optimizer di K6STI.
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Una
peculiarità
di
questo
software è quella di far uso di
vari algoritmi di calcolo che, una
volta
inserita
la
struttura
dell’antenna,
consentono
di
visualizzare per ogni singolo
elemento
l’equivalente
lunghezza “untapered” dello
stesso, cioè esiste la possibilità
di considerare ogni elemento
con
il
proprio
tapering
caratteristico come un elemento
composto da un unico tubo di
lunghezza ideale equivalente.
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inserite le lunghezze proposte
da NW3Z, si sono determinate le
lunghezze untapered dei sei
elementi secondo l’algoritmo
denominato “mod-W2PV”.
Poi, inserendo la struttura degli
elementi realmente previsti, se
ne è modificata manualmente la
lunghezza delle sezioni esterne
di diametro minore per ottenere
le stesse lunghezze untapered
del progetto originario.
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Una volta definita la geometria
dell'antenna,
essa
è
stata
finalmente inserita nei software
di modellazione e si è proceduto
al calcolo. Per brevità si riportano
i risultati grafici ottenuti con il
solo 4NEC2
Altezza antenna da terra: 30m
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Diagramma di radiazione nel piano orizzontale.
Diagramma di radiazione nel piano verticale.
(apertura a -3dB del lobo = 52°°)
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13,8 MHz
14,4 MHz
13,8 MHz
Curva del ROS e del coefficiente di riflessione
ROS < 1,5:1
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14,4 MHz
Curva dell'impedenza
R intorno ai 45 Ohm X prossima a zero
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Confronto con Yagi 5 el.
Yagi 5 el.
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OWA 6 el.
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Yagi 5 el.
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OWA 6 el.
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In definitiva, a parità di lunghezza
del boom, una antenna OWA 6
elementi presenta prestazioni
radiative pressoché identiche,
pur se leggermente superiori, a
quelle di una Yagi tradizionale 5
elementi.
Anche l'ampiezza a -3dB del lobo
principale di radiazione sul piano
orizzontale , nel caso della OWA
è risultato pari a 52 gradi circa,
contro i 56 gradi della Yagi ARRL
Antenna Handbook.
Da notare a questo proposito che
la differenza dell'ampiezza del
lobo d'irradiazione in free space
sul piano orizzontale fra la OWA
6el. e una comune 3 el. è di circa
10° complessivi (52° Vs. 62°) e
comunque, nel punto in cui il
fascio della 3el. è a -3b, la 6el.
conserva un vantaggio di circa 1
db.
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Realizzazione
Una volta definito il progetto,
si è passati alla sua
realizzazione pratica.
Gli elementi sono stati
realizzati con tubolari tondi in
lega di alluminio 6060-T6,
secondo una successione di
diametri dal centro verso le
estremità da 30mm a 12mm.
Per il boom, invece, è stato
adottato
un
tubolare
a
sezione
quadrata
80x80x3mm.
Le lavorazioni sono state da
noi effettuate tutte presso
l’officina PRO.SIS.TEL.
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Abbiamo verificato la resistenza degli
elementi e del boom all'azione del vento e del
peso proprio con l’uso di un foglio elettronico
Excel appositamente scritto. Tale foglio
consente di inserire la successione di
diametri e lunghezze delle varie sezioni di
elemento considerato, nonché della velocità
del vento prevista e sulla base del tipo di lega
di alluminio considerata fornisce la verifica di
resistenza.
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Verifica sul campo
La verifica strumentale è stata effettuata utilizzando come
analizzatore di antenna sia, preliminarmente, un MFJ-259B
sia, con l’antenna alla sua altezza prevista di 30m dalla
copertura del capannone, l’AIM4170 di W5BIG. Quest’ultimo
utilizzato in modo bluetooth, cioè con l’analizzatore montato
direttamente sull’antenna e connesso ad un computer a terra
via bluetooth.
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13,8 MHz
14,48 MHz
l'andamento della curva del ROS rilevata sul campo è risultata
praticamente la fotocopia di quella prevista in fase di modellazione.
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Abbiamo infine ricostruito
in loco il diagramma di
radiazione dell'antenna nel
piano orizzontale.
Per far questo abbiamo
utilizzato il software
PolarPlot di G4HFQ. Tale
software consente di
tracciare su un piano
polare l'intensità del
segnale emesso da una
stazione “beacon” ubicata
ad una certa distanza e
ricevuto dalla radio a cui è
connessa l'antenna in
prova. Ruotando l'antenna
di 360 gradi mentre il
beacon emette un segnale
di potenza costante, il
software restituisce il
diagramma di radiazione
sul piano orizzontale
dell'antenna.
Beacon a circa 4 km dall’antenna
Front/back rilevato = 30 dB circa
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Come supporto dell’antenna è stato utilizzato
un traliccio telescopico motorizzato
PRO.SIS.TEL. , H=36m, con cestello sulla
prima sezione da 12m, anche esso
motorizzato.
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Come sottolineava il titolo di questa
presentazione , la realizzazione di
questa antenna è un punto di partenza
verso un sistema di più antenne OWA
in stack.
Passando dall’antenna stand-alone
allo stack, è necessario ritoccare
qualche misura e studiare con il
software la migliore spaziatura tra le
antenne.
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Ma di questo speriamo di parlarvi un’altra volta.
Sul sito hamradioweb troverete tutti i dettagli di questa realizzazione e una
bibliografia web per chi volesse approfondire l’argomento OWA.
73 de I7PHH, IK7JWY, IZ7CDB
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