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HF Crossed Loops Antenna Ancora M .pdf



Nome del file originale: HF Crossed Loops Antenna_Ancora_M_.pdf
Titolo: Documento1
Autore: massimolucio

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HF Crossed
Loops
Antenna
Pubblicato sul mensile
Radio Kit Elettronica 2013
5 Maggio
6 Giugno
7/8 Luglio Agosto

ANTENNE

HF Crossed Loops Antenna
La teoria messa in pratica

di Massimo Ancora IZ8DMS

T

ra le antenne con particolari caratteristiche di direttività e reiezione ai disturbi senza dubbio le antenne
loop si trovano al primo posto.
Grazie al lavoro di molti ricercatori e appassionati radioamatori
conosciamo di queste antenne
tutti i pregi e gli inconvenienti. Se
da un lato per le loro dimensioni,
la bassa rumorosità, e la particolare direttività ben si distinguono
dalle altre antenne, per contro il
difficile adattamento d’impedenza e per alcuni aspetti il poco entusiasmante rendimento in trasmissione, ne suggeriscono un
vantaggioso impiego nelle applicazioni di ricezione e di radiolocalizzazione. D’altro canto operando sulle frequenze HF nei
centri urbani spesso è molto più
facile farsi ascoltare, aumentando talvolta la propria potenza di
trasmissione, che ricevere il segnalino del corrispondente nel
marasma degli immancabili disturbi atmosferici e “man-made”
presenti h24. Allora, perché non
adottare un’antenna loop come
antenna ricevente alternativa di
stazione? Molti ricetrasmettitori
HF moderni prevedono un ingresso separato per un’eventuale
seconda antenna ed altri ancora
un ulteriore comodo ingresso RX
dedicato, altri RTX di fascia alta
dispongono di un doppio identico ricevitore con ingressi separati … perciò senza utilizzare alcun commutatore coassiale esterno perché non approfittarne così
da migliorare le nostre condizioni d’ascolto?
Un’antenna loop correttamente
alimentata con circuito di adattamento bilanciato e orientata ver22

Rke 9/2012

ticalmente esibisce i massimi valori di direttività sul piano orizzontale con un diagramma d’irradiazione bidirezionale. Il massimo guadagno rispetto a questo
piano nelle due direzioni preferenziali (per esempio Nord-Sud
oppure se ruotata di 90° EstOvest) avviene pertanto quando
i segnali di nostro interesse, propagati per onde di cielo o di terra, sono polarizzati verticalmente
e il loro angolo di elevazione non
sia superiore a circa 20°. I segnali delle onde di cielo restituiti per
riflessione dagli strati della ionosfera più o meno distanti dalla
superficie terrestre, nel particolare momento del giorno o della
notte, non godono di una stabile
polarizzazione perché interessaFig. 1

ti da un imprevedibile fenomeno
conosciuto come “rotazione di
Faraday”. La frequenza con cui
si manifesta tale fenomeno è del
tutto casuale per cui la polarizzazione dei segnali che vogliamo
ricevere, può variare ruotando
da verticale ad orizzontale e viceversa[1], per brevi o lunghi periodi, spesso in maniera repentina ma a volte anche con una lenta variazione. Quando i segnali
delle onde di cielo hanno angoli di irradiazione[2] più grandi di
30° e sono affetti da tale fenomeno essi potranno presentarsi con
polarizzazione orizzontale, in
questo caso l’elemento loop favorirà tutti quelli che gli giungono con un angolo azimutale di
90° rispetto all’asse che caratte-

Fig. 2

rizza i suoi massimi sul piano orizzontale. Quindi otterremo la migliore ricezione ruotando il nostro loop di 90°. Ponendo particolare attenzione alla propagazione sulle frequenze prossime e
inferiori ai 7 MHz, possiamo considerare i segnali con un elevato
angolo di irradiazione tutti quelli provenienti da una distanza relativamente breve, con un percorso inferiore ai 500 ~ 600 km,
che per le ragioni appena esposte quando si presenteranno alla
nostra antenna con polarizzazione orizzontale saranno ascoltati
meglio con l’elemento loop ruotato in maniera ortogonale rispetto alla loro direzione di provenienza. La casuale variabilità
della frequenza con cui gli effetti dovuti alla rotazione di Faraday
agiscono su questi segnali preclude, per motivi pratici, la possibilità di adottare un sistema
meccanico per far ruotare l’elemento loop perché troppo lento
e ovviamente soggetto ad una
precoce usura. Per questi motivi,
dopo aver sperimentato con successo il valido progetto dell’antenna loop sintonizzata a distan-

za mediante diodi varicap di Chris Trask N7ZWY
che ho recentemente riproposto sulle pagine di
questa rivista[3], mi sono
chiesto quale potesse essere il sistema più efficace per utilizzarla senza
l’ausilio di un rotore d’antenna capace di farla
ruotare. La risposta mi è
stata suggerita dall’analisi dei diagrammi di irradiazione tipici ad “otto”
di tali antenne, pertanto
similmente alle realizzazioni adibite all’uso radio-goniometrico[4], la
precisa disposizione ortogonale di un secondo
elemento loop avrebbe
soddisfatto le mie esigenze senza alterare significativamente la risposta polare dei singoli
elementi. Difatti l’antenna Crossed Loops che
descrivo possiede un
diagramma d’irradiazione sul piano orizzontale
simile ad un “quadrifoglio” permettendo di ricevere sulle frequenze
sintonizzabili
con
un’apertura azimutale di 360°
(Fig.1). Commutando le due antenne loop singolarmente o sommando opportunamente verso
l’ingresso d’antenna del ricevitore i due distinti segnali, si ottiene
un diagramma quasi omnidirezionale con tollerabili attenuazioni nei quattro punti di sovrapposizione delle curve polari delle due antenne. Il progetto adopera perciò due identiche antenne loop del diametro di 82 cm
incrociate a 90° meccanicamente solidali e singolarmente sintonizzate attraverso le due discese
coassiali d’antenna (Fig. 2). Un
semplice box di sintonia, parte
integrante del progetto, ha il
compito di sintonizzare gli elementi loop e di gestire con estrema velocità i suoi segnali così da
poterli utilizzare a nostro piacimento, sia in maniera indipendente commutandoli secondo
necessità all’ingresso del nostro
ricevitore, sia inviandoli verso
due ricevitori separati per la ricezione diversity isofrequenza o

per il dual-watching su frequenze diverse. Inoltre grazie ad un
accoppiatore magnetico a larga
banda, integrato nello stesso box
di sintonia dove possono confluire i due segnali, si ricava al prezzo di una modesta attenuazione
un unico “segnale somma” ottenendo anche così, in funzione
del loro angolo di fase, una risposta omnidirezionale del sistema
d’antenna. Per chi è incline alla
sperimentazione può modificare
la fase dei due segnali in arrivo
attraverso un’opportuna rete L/C
passiva (consigliata) e variabile
5], oppure confrontarli alternativamente, attraverso la stessa rete
di sfasamento, con un terzo segnale di riferimento fornito da
un’antenna verticale (wideband
monopole), consentendo in determinate condizioni di propagazione di attenuare e in molti casi
di annullare fastidiosi segnali interferenti provenienti da una direzione diversa da quella del segnale desiderato[6] e non per ultimo, attraverso la correlazione
delle fasi e delle ampiezze dei
segnali che giungono con un angolo di irradiazione sufficientemente basso, scoprire con buona
approssimazione la loro direzione di provenienza. Il box di sintonia che controlla la Crossed
Loops impiega anche due amplificatori wideband a basso rumore e alta dinamica, utili per far
fronte alle attenuazioni introdotte
dalle reti di adattamento ed indispensabili per quelle dovute ad
ulteriori trattamenti dei segnali
ricevuti.
E’ quasi superfluo dire che per
il buon funzionamento delle due
antenne si deve rispettare la perfetta identità delle reti di adattamento e degli elementi loop così
come quella dei circuiti che permettono di effettuare la sintonia
insieme a quelli preposti al controllo dei segnali che la Crossed
Loops presenterà al nostro sistema ricevente. Selezionando la
componentistica e verificando
con adeguata strumentazione sia
il valore dei componenti passivi,
con particolare attenzione per
quelli avvolti, sia le caratteristiche dei componenti attivi non si
rischia di ottenere delle differenRke 9/2012

23

ti risposte in intensità e fase dei
segnali ricevuti vanificando il
raggiungimento degli obiettivi
prefissati.
Schema elettrico delle reti di
adattamento
La variazione di sintonia delle
due antenne loop con elementi
da 82 cm di diametro, si attesta
nella copertura continua di due
ottave di frequenza, ovvero da
3,5 MHz a 14,5 MHz, con i diodi
varicap impiegati nel progetto
l’escursione di tensione capace
di provocare tale variazione parte da 0,20V e termina a circa 6,8V.
Nel grafico di figura 3 vi è rappresentata la curva di variazione
della tensione di sintonia delle
reti di adattamento con elementi
loop da 82 cm di diametro, mentre la curva rossa tratteggiata è
stata ricavata da un test eseguito
con due elementi loop da 65 cm
di diametro. Il progetto originale[1] della rete di adattamento
dell’elemento loop prevedeva
l’impiego dei diodi varicap Motorola MVAM109 per cui erano
necessari circa 15V per raggiungere la minima capacità e pertanto la massima frequenza di
esercizio dell’antenna. L’uso di
Fig. 3

due diodi varicap funzionanti ad
una tensione più bassa mi ha permesso di realizzare un controllo
di sintonia che può essere alimentato alla tensione continua di
13,8V facilmente disponibile in
tutte le nostre stazioni amatoriali.
I diodi Toko KV1590NT impiegati in questa realizzazione sono
doppi varicap nati per il settore
Radio-Automotive e pertanto con
una buona stabilità in temperatura sono capaci di offrire un fattore di merito Q=200 (Fig. 4) già
a poche frazioni di volt di polarizzazione inversa con una capacità corrispondente di circa
650pF per diodo. Come si nota
nello schema di Fig. 5 i due circuiti sono elettricamente separati (GND-A e GND-B) così da evitare indesiderati loop di corrente
che potrebbero interessare i cavi
coassiali di discesa e per questo
motivo sono stati assemblati su
due pezzi di vetronite ramata mono faccia da 30 x 65 mm (Figg. 6
e 9), ricavando le poche piste necessarie con una piccola fresa da
taglio tipo Dremel. L’impiego di
due brevi discese d’antenna
(15+15 m) con cavo coassiale di
modesto diametro del tipo RG
58, consentono di realizzare le
connessioni senza adoperare alcun connettore coassiale, ovve-

ro, avvitandoli direttamente sulle
due basette di vetronite dopo
aver saldato sul lato rame dei comuni morsetti di ottone per cablaggi elettrici muniti di viti serrafilo. I trasformatori T1 e T2 del
tipo Guanella con rapporto d’impedenza 4:1 sono costruiti su due
nuclei toroidali Amidon T 44-6
contraddistinti dal colore giallo,
gli avvolgimenti che li compongono sono singolarmente costituiti da due coppie bifilari di filo
smaltato da 0,22 mm. Ogni coppia bifilare è intrecciata incrociando i fili tra loro per un preciso numero di volte, così da minimizzare le differenze d’induttanza tra i quattro avvolgimenti sullo
stesso toroide e infine quella tra
i due trasformatori. Ogni trasformatore è composto da 12 + 12
spire (Fig. 7) con le due coppie
bifilari avvolte nello stesso senso,
delicatamente serrate e omogeneamente distribuite sulla circonferenza del toroide. Se tutto
è andato per il verso giusto ai capi delle coppie di avvolgimenti
T1-2, T1-3 e T2-2, T2-3 otterremo
un’induttanza di 3 H mentre ai
capi estremi degli avvolgimenti
T1-1, T1-4 e T2-1, T2-4 avremo
un’induttanza quattro volte più
grande ovvero 12 H. I trasformatori 1:9 T3, T4, T5 e T6 sono
costruiti utilizzando quattro ferriti binoculari del tipo BN 43-2402
con ognuno 4 spire trifilari di filo
di rame smaltato da 0,22 mm avvolte al loro interno (Fig. 8); anche in questo caso i tre fili smaltati sono stati preventivamente intrecciati con le stesse attenzioni
adottate per la costruzione dei
trasformatori T1 e T2. L’induttanFig. 4

24

Rke 9/2012

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Componenti reti di adattamento (fig. 5)

Fig. 5
Fig. 6

T1, T2 = T 44-6 i 8 Amidon 12 + 12
spire bifilari 0,22 mm
T3, T4, T5, T6 = BN 43-2402 i 850
Amidon 4 spire trifilari 0,22 mm
DD1, DD2, DD3, DD4 = Doppi diodi
varicap KV1590NT Toko
C1A, C1B = 100 kpF 50V ceramico
C2A, C2B = 10 kpF 50V ceramico
SMD
RPA, RPB = 10 k ¼ W film metallico
N°2 Morsetti serrafilo in ottone diametro interno 5,5 mm
N°2 Morsetti serrafilo in ottone diametro interno 3,5 mm
N°2 Ritagli da 65 x 30 mm vetronite
ramata mono faccia spessore 1,6 mm

za ai capi delle prese intermedie
di ognuno dei quattro trasformatori dovrà essere di 33 H mentre
ai capi estremi sarà di circa 300
H. Una nota importante è per le
due uniche resistenze RPA e RPB
da 10k presenti nei due circuiti di adattamento. Queste fanno
parte dei partitori di tensione, insieme ai resistori variabili R7 e R8
Rke 9/2012

25

Fig. 10

Componenti cablaggio generale (Fig. 10)
L1, L2, L3 = Perlina ferrite PF8 diametro est. 4 mm lunghezza 6 mm
D1 = 1N5402 200V 3A
D2, D3 = 1N4002 100V 1A
LED1 ~ LED5 = LED diametro 5 mm
con ghiere porta LED in plastica
C1, C2 = 100 kpF 50V ceramico
C3 = 220 F 25V
C4, C5 = 100 kpF 50V ceramico
C6, C7, C8 = 1 F 50V mylar
R1 = 680 
R2 ~ R5 = 820 
R7, R8 = Potenziometro 10 giri Bourns
3549S RS 692-8531
N°2 Manopole RS 502-174 Ten Turn
Counting Dial Mechanism
S1 = Deviatore unipolare ON-OFFON
S2, S4 = Deviatore unipolare ONOFF
S3 = Pulsante microswitch Crouzet
835420
F1, F2 = Fusibile in vetro 5 x 20 1,2A
con porta fusibile da telaio
PW4 = Spina da pannello Japan 4
poli diametro 16 mm
X1, X2 = Cavo coassiale teflon RG196
diametro esterno 2,1 mm

(Fig. 10), che stabiliscono la giusta tensione per la sintonia degli
elementi loop pertanto dovranno
essere del tipo a strato metallico.
HF Crossed loops tuning
control
In figura 10 è rappresentato il
cablaggio elettrico generale del
box di controllo che provvede alla sintonia delle due antenne, al26

Rke 9/2012

la preamplificazione dei segnali
e alla loro commutazione quando non si adoperano due distinti
ricevitori come nel caso della ricezione “diversity”. La sintonia è
attuata per mezzo dei due potenziometri di precisione da 50 k
a dieci giri R7 e R8 muniti di manopole con meccanismo contagiri tipo RS 502-174, la cui fine
graduazione numerica permette
di stilare una precisa scala di sintonia così da rendere ripetibili e
veloci le escursioni in frequenza
o il cambio di gamma. I quattro
blocchi cablati visibili in figura
sono: lo “Switch Control”, costituito da un elementare circuito
logico che controlla attraverso
l’interruttore a pulsante S3 la sequenza delle commutazioni attuate dai relativi relay di segnale;
i due “Loop A e Loop B Wideband
Preamplifier”, contenenti i trasformatori a larga banda necessari per sintonizzare attraverso i
cavi coassiali di discesa le reti di
adattamento degli elementi loop,
insieme ai preamplificatori e i relay che permettono di includerli
nel percorso dei segnali RF; infine il blocco “Coupler” con i suoi
cinque relay consente di alternare al connettore d’uscita J5 i segnali provenienti dal Loop A e
dal Loop B oppure il risultato della loro somma ottenuta attraverso
i trasformatori dell’accoppiatore
magnetico a larga banda T13 e
T14. Ad esclusione del circuito

“Switch Control” gli altri tre blocchi sono adeguatamente schermati utilizzando tre piccoli contenitori da 74 x 37 x 30 mm (l x p
x h) in lamiera stagnata dove trovano sede i connettori da pannello coassiali BNC flangiati per le
connessioni RF, insieme ai condensatori passanti necessari per
connettere le alimentazioni e le
tensioni di controllo. Sebbene in
questo progetto il dimensionamento degli elementi loop e delle reti di adattamento consentono
di operare con ampio margine
dagli 80 metri ai 20 metri, il box
di sintonia è capace di “trattare”,
nel rispetto dei 50 canonici, tutti i segnali con frequenze che
vanno dai 450 kHz fino ai 30 MHz
offrendo quindi la possibilità di
sperimentare e ottimizzare l’antenna con elementi di diverso
diametro e/o con reti di adattamento modificate.
Switch control
Per fruire vantaggiosamente
delle possibilità di ascolto che
l’antenna Crossed Loops può offrire senza immettere i segnali in
due ricevitori separati per fare
ascolto “diversity”, possibilità offerta attraverso i connettori BNC
J3 e J4, bisogna agevolare la
commutazione dei due segnali
verso una singola uscita. Scartati i sistemi di commutazione a stato solido con diodi PIN per i limi-

Fig. 11

Componenti switch control (fig. 11)

Fig. 12

ti di intermodulazione che per
loro natura impongono, l’impiego di relay destinati alle commutazioni di segnali a radio frequenza è senza dubbio la scelta
più sensata. A tale scopo un semplice circuito logico, formato da
due comuni integrati CMOS della serie “40” e tre transistor NPN
che fungono da relay driver, consente di utilizzare un pratico interruttore a pulsante (S3 in Fig.
10) come selettore dei segnali da
commutare. In figura 11 è mostrato il suo schema elettrico,
IC1A e IC1B sono due dei quattro 2-Input NAND Schmitt Triggers contenuti nell’integrato
CD4093 adoperati per ottenere
un perfetto de-bouncing dell’impulso elettrico fornito dal contatto in chiusura del nostro pulsante-selettore. In questo modo, comunque lo si prema, fornirà un
impulso con caratteristiche ben
precise, essendo definito dalla
costante di tempo stabilita dalla
cella R/C formata da R28/C46,
e con i fronti di salita e di discesa
noti. Tale impulso presente sul
piedino 4 di IC1B è inviato all’ingresso di clock del contatore decimale IC2 CD4017, nel cui in-

terno dei contatori Johnson in
funzione di registro a scorrimento, fanno avanzare il conteggio
portando a livello basso la posizione Q0 e a livello alto la posizione Q1. Ricordando che la posizione Q0 era già a livello alto
per l’intervento all’accensione
del circuito di reset formato da
C47 e R29, un secondo impulso
al piedino 14 di IC2 fa avanzare
il conteggio rendendo alto Q2.
Un ulteriore terzo impulso porterà a livello alto Q3 che attraverso
il diodo D10 fornirà un nuovo impulso di reset posizionando di
nuovo il contatore in posizione
Q0. Le uscite Q0, Q1 e Q2 in sequenza, attraverso le resistenze
di base R30, R31 e R32 porteranno in conduzione i tre transistor
BD517 che svolgono la funzione
di relay driver. Sulla stessa pratica basetta preforata di vetronite,
su cui è stato assemblato il semplice circuito appena descritto
(Fig. 12), trovano posto anche lo
stabilizzatore di tensione a 9V
LM7809 in contenitore TO220
fornito di dissipatore, insieme alle due resistenze R33 e R34 da
470 1/2W che limitano la massima corrente disponibile in caso

IC1 = CD 4093N
IC2 = CD 4017N
IC3 = LM 7809 con dissipatore
TO220
Q9, Q10, Q11 = BD 517 o equivalente NPN IC 0,5 ~ 2A
D9, D10 = 1N4148
LED GREEN = LED diametro 3 mm
C38, C42 = 68 F 25V tantalio
C39, C44 = 10 kpF ceramico
C40, C41, C43, C45, C46 = 100 kpF
ceramico
C47 = 47 kpF mylar
R26 = 680 
R27 = 1 k
R28 = 100 k
R29 = 12 k
R30, R31, R32 = 8,2 k
R33, R34 = 470  ½ W
N°1 Ritaglio 100 x 30 mm vetronite
preforata passo 2,5 mm

di accidentale cortocircuito nei
circuiti di controllo della sintonia
che è attuata dai due potenziometri a dieci giri R7 e R8 attraverso i cavi coassiali di discesa
d’antenna.
Bibliografia
1) ARRL Antenna Book 21st Edition, “HF
Fading” cap. 23, pp. 35-36
2) ARRL Antenna Book 21st Edition, “HF
Elevation Angle” cap. 23, pp. 28-33
3) Ancora M. “Un’antenna loop HF sintonizzata a varactor” Radio Kit Elettronica 7/8 2012 pp. 19-23 e seguenti
4) Bellini E., Tosi A., U.S. Patent number
948086 Feb 1, 1910 Current U.S. Classification 342/367 Directive Radio Wave
Systems and Devices
5) Dallas Lankford, “New Improved Passive Phasers” 100 kHz ~ 30 MHz Aug 2,
2007, rev. May 23, 2008
6) ARRL Antenna Book 21st Edition, “Direction Finding Antennas” cap. 14, pp.
1-15
(continua)
Rke 9/2012

27

ANTENNE

HF Crossed Loops Antenna
La teoria messa in pratica
2ª parte

di Massimo Ancora IZ8DMS
Loop A / loop B wideband
preamplifier
Per ottenere una buona schermatura RF dei segnali forniti dalla Crossed Loops bisogna adottare efficaci misure sia meccaniche sia elettriche. Iniziamo con
la foratura dei due contenitori in
lamierino stagnato che devono
accogliere i due connettori BNC
flangiati J1 e J2, gli otto condensatori passanti e quelli per due
cavi coassiali d’uscita X1 e X2. I
fori per i connettori BNC flangiati saranno eseguiti sui coperchi
inferiori dei due contenitori,
quelli per i condensatori passanti e per i due cavi coassiali sulle
pareti laterali. La saldatura dei
Fig. 13

28

Rke 9/2012

Componenti loop A / loop B wideband preamplifier (Fig. 13)
T7, T8 = BN 43-202 i 850 Amidon 6
spire bifilari 0,45 mm
T9, T10 = ANRA 42 i 650 Aros 3 + 4
spire 0,45 mm
T11, T12 = ANRA 42 i 650 Aros 8 + 4
spire 0,45 mm
L1, L2 = Perlina ferrite PF8 diametro
est. 4 mm lunghezza 6 mm
L4, L5 = 2,2 mH Neosid SD75 110
mA
Q1 ~ Q4 = J310 TO92 / ID matched
quartet
Q5 ~ Q8 = J310 TO92 / ID matched
quartet
D1, D2 = BAV 21
C1, C2, C19, C22, C23, C24, C25,
C26 = 100 kpF 50V ceramico
C3, C4 = 8,2 pF 50V NP0
C5, C6 = 22 pF 50V NP0

C7 ~ C10 = 10 kpF 50V SMD
C11 ~ C18 = 100 kpF 50V SMD
C20, C21, C27, C28 = 100 kpF 50V
SMD
C29, C30 = 10 kpF 50V ceramico
C31, C32 = 100 F 25V tantalio
TH1 ~ TH8 = Condensatori passanti 1
kpF diametro 3 mm
R1 ~ R8 = 34  SMD ± 10 ppm RS
614-5036
R9, R10, R13, R14, R17, R18 = 10 k
¼ W film metallico
R11, R15 = 10,5  ½ W film metallico
R12, R16 = 47  ¼ W
K1, K2 = Relay V23105-A5403-A201
Siemens
J1, J2 = Presa BNC da pannello flangiata
N°2 Circuiti stampati vetronite metallizzati AEMME 857
N°2 Contenitori stagnati SL03 – 74 x 37
x 30 mm

plessiva è estesa da 470 kHz fino
a 30 MHz con un guadagno di
+12 dB ± 1 dB.
Coupler

Fig. 14

connettori BNC J1 e J2 deve essere eseguita con un attrezzo saldante di adeguata potenza, facendo attenzione a non occludere le filettature per le quattro viti
di fissaggio poste agli angoli delle flange che serviranno per sostenere l’intera schermatura al
pannello posteriore del contenitore in metallo che conterrà l’intero strumento. Dopo aver saldato gli otto condensatori passanti
TH1~TH8 si possono sistemare
al loro interno tutti i componenti
necessari secondo lo schema di
Fig. 13. I due trasformatori 1:1 T7
e T8 sono costruiti su due nuclei
binoculari BN 43-202 avvolgendo sei spire bifilari intrecciate di
filo smaltato da 0,45 mm. Al termine del lavoro ogni avvolgimento dovrà avere un’induttanza di
117 H.
I due moduli preamplificatori a
quattro FET sono premontati selezionati per guadagno e banda
passante, costruiti con tecnologia mista SMD / componenti discreti su circuiti stampati metallizzati con dimensioni (l x p x h)
55 x 18 x 25 mm. E’ di fondamentale importanza per il buon funzionamento dei preamplificatori
l’impiego di FET selezionati J310
nel tradizionale contenitore
TO92 scartando gli equivalenti
SMD MMBFJ310 oggi facilmente
reperibili e proposti come sostituti. Infatti la dissipazione massima degli MMBFJ310 è di 125 mW
più bassa rispetto agli originali in
tecnologia discreta, ponendo seri problemi di dissipazione termi-

ca che inesorabilmente incidono
pesantemente sul valore di MTBF
del modulo. Le caratteristiche di
ogni modulo sono adeguate alle
funzioni di Front-End HF oppure
al gravoso compito di stadio amplificatore post mixer nei ricevitori a conversione di frequenza.
I moduli singolarmente sottoposti
al test di intermodulazione di terzo ordine, Two-Tone con frequenze 28 MHz e 29,5 MHz ed input
di 0 dBm, forniscono un’uscita di
+12 dBm e un valore IMD di -58
dBm, ottenendo pertanto un
OIP3 di +41 dBm e un IIP3 di
+29 dBm, mentre il punto a 1 dB
di compressione del segnale
d’uscita si ottiene con una potenza del segnale d’ingresso di +19
dBm. Il rumore rilevato a campione alla frequenza di 28 MHz è di
1,3 dB tipico e di 1,4 dB massimo. Questi valori sono stati ottenuti alimentando ogni modulo alla tensione di 13,8V con una corrente assorbita di 96mA. Iniettando alternativamente l’uscita del
generatore di segnali nel connettore J1 Loop A e J2 Loop B del
box di sintonia e prelevandolo
dal connettore d’uscita J5, opportunamente commutato, è stato ricavato il grafico di figura 14
dove è rappresentato in maniera
lineare il reale andamento del
guadagno dei due amplificatori
(praticamente coincidenti) in
funzione della frequenza. Possiamo notare come nel tratto che va
da 650 kHz fino a 15 MHz il guadagno è costante e vale +13 dB,
mentre la banda passante com-

Il terzo contenitore in lamierino
stagnato del gruppo “Coupler”
contiene il circuito sommatore a
fase 0° dei segnali provenienti
dalla Crossed Loops insieme ai
cinque relay di commutazione
necessari e i tre connettori BNC
flangiati J3, J4 e J5 che avvitati al
pannello posteriore del box di
sintonia lo sostengono. Come si
vede nello schema elettrico di figura 15, i due segnali provenienti rispettivamente dal Loop A e
dal Loop B, attraverso i cavi coassiali X1 e X2, giungono direttamente ai due connettori J3 e J4
per la ricezione diversity. Tutti i
relay sono rappresentati in posizione di riposo, pertanto se la
tensione di alimentazione dei relay +13,8VN è assente, perché
l’interruttore di accensione S1
(Fig. 10) è in posizione “Diversity”, tra le due linee di segnale
agiranno soltanto le capacità parassite dei contatti aperti dei relay K4, K5, K6 e K7. Adoperando
relay progettati per la commutazione di piccoli segnali a radio
frequenza si ha il vantaggio di
prevedere anche il loro comportamento in delicate applicazioni
come questa, dove certamente,
in funzione della sensibilità del
sistema ricevente, si richiede un
isolamento dei segnali superiore.
In figura 16 vi è la foto dei sette
relay impiegati nel progetto, come si vede quattro di questi sono
completamente schermati da
una calotta di rame nichelata
perfettamente saldabile che consentono con il loro aiuto di raggiungere un isolamento RF tra le
due linee di segnale adeguato
allo scopo essendo superiore ai
100 dB da 450 kHz fino ai 14
MHz, mantenendosi uguale o
prossimo a tale valore fino ai 30
MHz estremi. Il circuito sommatore costruito con inediti trasformatori binoculari BN 43-202, ricalca uno schema molto diffuso
anche a livello commerciale che
fa normalmente uso di due eleRke 9/2012

29

Fig. 15

menti magnetici toroidali. Le caratteristiche del circuito sommatore (o divisore, se adoperato al
contrario) costruito con i nuclei
binoculari BN 43-202 sono in effetti superiori sia per la maggiore
larghezza di banda sia per il migliore isolamento tra le due porte d’ingresso che si attesta sul valore di 35 dB da 1,8 MHz fino a
30 MHz. L’attenuazione dei due
segnali in transito dal circuito formato dai trasformatori T13 e T14
è di -3 dB, ma come vedremo in
seguito la presenza al suo ingresso di segnali con angoli di fase
tendenti ad essere coincidenti
rende questo dato relativamente
importante. Per ottenere questi
risultati bisogna prestare molta
attenzione alla costruzione dei
due trasformatori; T13 è formato
da un avvolgimento di tre spire
bifilari con fili non intrecciati,
mentre T14 è costituito da un avvolgimento di due spire trifilari
con fili preventivamente intrecciati, adoperando per i due avvolgimenti del filo di rame smalFig. 16

30

Rke 9/2012

tato da 0,45 mm di diametro. Nella foto di Fig. 17 si vedono i quattro blocchi circuitali descritti, cablati sul pannello posteriore in
alluminio del contenitore che
racchiude il controllo di sintonia
della Crossed Loops. I tre contenitori in lamierino stagnato privati del loro coperchio, mostrano la
sistemazione dei trasformatori T7
e T8 subito dietro i connettori J1
Loop A e J2 Loop B e rispettivamente vicini ai relay K1 e K2 che
includono i due moduli preamplificatori HF a quattro FET quando questi sono alimentati attraverso l’interruttore S2 posto sul
pannello anteriore. I due cavi coassiali X1 e X2 in teflon RG196
ben sopportano la saldatura delle calze nei quattro fori muniti di
rivetti in rame che ne agevolano
il passaggio, è un metodo “spartano” ma efficace ed economico
in alternativa agli otto connettori
coassiali miniatura tipo SMB o similari, eventualmente necessari.
Fig. 17

Componenti coupler (fig. 15)
T13 = BN 43-202 i 850 Amidon 3
spire bifilari 0,45 mm
T14 = BN 43-202 i 850 Amidon 2
spire trifilari 0,45 mm
L3 = Perlina ferrite PF8 diametro est.
4 mm lunghezza 6 mm
D3 ~ D8 = BAV 21
C33, C34, C37, C41, C42, C43, C44
= 10 kpF 50V ceramico
C47, C48, C49, C50, C51, C52 = 10
kpF 50V ceramico
C35 = 68 pF NP0
C36 = Parallelo 10 kpF + 100 kpF
50V ceramici
C38, C39, C40, C45, C46 = 100 kpF
50V ceramico
TH9 ~ TH12 = Condensatori passanti 1 kpF diametro 3 mm
R19 = 100  ¼ W
R20 = 10 k ¼ W film metallico
R21, R22, R24, R25 = 470  ¼ W
R23 = 33  ¼ W
K3 = Relay V23105-A5403-A201 Siemens
K4, K5, K6, K7 = Relay CUP P001A112
Clare
J3, J4, J5 = Presa BNC da pannello
flangiata
N°1 Contenitore stagnato SL03 – 74 x
37 x 30 mm

Fig. 19

Fig. 18

Sempre in figura 17 si vede la disposizione dei quattro relay K4,
K5, e K6, K7 sovrapposti e saldati sul lato lungo del gruppo “Coupler” e al centro, sul lato opposto,
il relay K3 con a fianco i due trasformatori T13 e T14 anch’essi
sovrapposti e tenuti in posizione
da alcune gocce di collante. In
figura 18 vi è la foto del pannello
posteriore dove si affacciano i
cinque connettori BNC insieme
al connettore di alimentazione a
quattro poli, la finitura con chiari adesivi Dymo stampati termicamente e plastificati distinguono
gli ingressi dalle uscite.
Nella foto di figura 19 si vede
invece la sistemazione a pannello degli interruttori S1 e S2, dei
potenziometri a dieci giri R7 e R8
Bourns 3549S e del pulsante miFig. 20

croswitch Crouzet 835420, sopra
di essi i cinque LED di segnalazione da 5 mm di diametro. Un
corto spezzone di calza in rame
stagnato, protetto da una guaina
isolante, assicura una stabile
continuità elettrica tra il pannello
posteriore in alluminio e il contenitore di ferro trattato con vernice
epossidica. In figura 20 si vede il
pannello frontale del box di sintonia finito con una semplice etichetta adesiva in plastica termo
stampata.
L’antenna crossed loops
Gli elementi da 82 cm di diametro della Crossed Loops sono
costruiti con due spezzoni di tubo
in rame lunghi 2,38 m da 6 mm

di diametro (Fig. 21). Così come
le reti di adattamento anche gli
elementi loop devono essere isolati tra loro, pertanto prima di saldare i connettori che ne permettono la sostituzione, sono stati infilati su ogni elemento tre spezzoni di guaina termo restringente trasparente da 10 mm di diametro. Uno di questi sarà sistemato alla sommità della circonferenza, gli altri due saranno ristretti a protezione delle saldature dei connettori. Questi ultimi
sono degli adattatori coassiali tipo UHF SO239 / RCA maschio,
chiamati AD259, le loro robuste
ghiere esterne in ottone, dal lato
RCA, permettono una forte saldatura (Fig. 22). Quattro ulteriori
adattatori coassiali doppi maschi
PL259 servono per connettere i

Fig. 21

Rke 9/2012

31

Fig. 22

due elementi loop al contenitore
stagno in plastica quadrato 100
x 100 mm (Fig. 23) che porta sui
quattro lati i classici connettori
flangiati SO239 avvitati con sedi-

Fig. 25

32

Rke 9/2012

ci viti in ottone da 3 x 15 mm (Fig.
24). Nel disegno di figura 25 è
riportato il suo piano di foratura;
si può notare la piccola differenza di quota (4 mm) tra le due coppie di connettori SO239 al centro
dei quattro lati, ciò consente
un’identica sagomatura delle
due circonferenze degli elementi loop prima del montaggio. Sul
fondo è riportata la foratura per
la sistemazione delle due reti di
Fig. 24
Fig. 23

Fig. 26

adattamento, per il passaggio
dei cavi di discesa attraverso due
passacavi in gomma e per il fissaggio del piccolo contenitore
stagno alla staffa di sostegno attraverso un piano di appoggio in
polietilene compatto da 9 mm di
spessore. Quest’ultimo (Fig. 26)
permette di adattare facilmente
la staffa di sostegno a 90° da 100
x 100 x 70 mm già forata, reperita in un magazzino “Brico”, al

Fig. 27

contenitore stagno di plastica,
agevolando nello stesso tempo, il
passaggio dei cavi delle discese
d’antenna. I diametri di foratura
usati sono tre: 9 mm per il passaggio dei cavi coassiali; 5 mm
per i fori delle viti inox con testa
svasata adibite al sostegno del
contenitore stagno al piano di
polietilene e di quest’ultimo alla
staffa a 90°; 3 mm per i sei fori
necessari al fissaggio delle due
reti di adattamento con appropriati distanziatori filettati in ottone, ed altri sedici per fissare i
connettori SO239. La foto di figura 27 mostra il piano di polietilene avvitato alla staffa a 90° e
pronto per accogliere il fondo
del contenitore stagno, come si
nota i due fori da 9 mm sono stati svasati in modo da alloggiare
la parte inferiore dei passacavi in
gomma leggermente sporgenti
dallo stesso fondo. La foto 28 mostra i particolari interni del contenitore stagno con le reti di adattamento in posizione e gli ingressi saldati ai rispettivi loop; si notano inoltre i connettori degli elementi loop protetti da guaine termo restringenti di opportuno diametro. Al termine del lavoro di
assemblaggio degli elementi loop è stato sagomato e disposto
un “ovetto” in plastica PVC, a mo
di stampo, proprio al centro delle due circonferenze e quindi nel
punto in cui queste si intersecano. In un secondo tempo, attraverso un foro di circa 10 mm di
diametro praticato in precedenza sul fondo dello stampo, sono
stati colati circa 320 grammi di
resina epossidica bi-componen-

Fig. 28

te adeguatamente
miscelata. Questa
operazione
permette di conferire
agli elementi della
Crossed Loops la
necessaria rigidità
meccanica perché
possano rimanere
“in forma” senza
scomporsi, anche
sotto l’azione di forti raffiche di vento.
Al momento dell’installazione in testa
ad un sostegno in
ferro zincato alto poco più di 2
metri da 50 mm di diametro, sono state collegate le due discese
d’antenna preparando i cavi coassiali RG58/U come mostrato in
figura 29, fissando infine il sostegno a delle robuste staffe a muro
dopo aver orientato i due elementi loop A e loop B secondo le
direzioni dei quattro punti cardinali Nord–Sud / Est-Ovest.
Ascoltando con la crossed
loops
Terminata l’installazione la prima operazione da fare è quella
di prendere nota delle posizioni
numeriche degli indicatori multi
giri dei due controlli di sintonia
in modo da poter redigere una
tabella con tre colonne, sulla prima riporteremo i valori di frequenza mentre sulle altre due
annoteremo le posizioni di sintonia del loop A e del loop B. Benché si possa adottare una veloce
strategia alternativa sintonizzan-

Fig. 29

do “al volo” i due loop mentre si
ascolta il rumore atmosferico di
banda su una frequenza pulita e
priva di emissioni, in alcune circostanze tale metodo può essere
fonte di incertezza nel posizionamento dei due potenziometri
multi giri, per questo motivo una
precisa tabella di riferimento è
senz’altro utile sia per velocizzare la sintonia sulle “fette” di banda di maggiore interesse sia per
effettuare il cambio di banda. La
sintonia dei due elementi loop è
precisa e ripetibile, ed è risultata
stabile anche con forti escursioni
termiche (giorno / notte) e in
condizioni meteo avverse (forte
vento, umidità, pioggia) inoltre
non è critica perché in ogni caso,
una volta sintonizzati, si ottiene
un’accettabile attenuazione e
quindi una buona ricezione dei
segnali fino ad una distanza dalla frequenza centrale di sintonia
di circa ± 40 ~ 80 kHz, in ragione della banda sintonizzata. In
alternativa ad un generatore di
segnali ed un analizzatore di
Rke 9/2012

33

spettro per redigere una
tabella di sintonia precisa
al decibel, si può utilizzare come generatore un
analizzatore d’antenna tipo MFJ259 o similare munito di carico a 50 e disposto ad una certa distanza dalla Crossed Loops. Si potrà poi ricevere
il suo segnale, attenuandolo se necessario, con
un ricevitore HF munito di
strumento S-meter analogico controllato a sua volta, possibilmente, da un
circuito di AGC anch’esso
completamente analogico, prendendo nota dalla minima frequenza di 3,5 MHz fino alla massima sintonizzabile di 14,5
MHz. Per comprendere quanto
siano grandi le potenzialità di
questa piccola antenna bisogna
fare molte ore di ascolto nelle
condizioni di propagazione più
diverse ma anche nelle condizioni meteo più critiche, confrontandola di volta in volta con le tradizionali antenne sensibili anche al
campo elettrico. Ovviamente la
nostra attenzione dovrà essere rivolta alla qualità dei segnali ricevuti nei termini del rapporto segnale/rumore perché il confronto stabilito soltanto sul livello assoluto degli stessi segnali, magari utilizzando come riferimento
una antenna full-size ben installata, può essere al primo ascolto
senz’altro fuorviante. La possibilità di commutare con estrema
velocità i segnali delle due antenne loop e di poter disporre del
segnale “somma” permette diversi gradi di libertà nella loro
gestione consentendo di migliorare l’ascolto in maniera significativa.
Ovviamente non esiste una
precisa regola nella opportunità
di commutare al connettore J5 il
segnale proveniente dal loop A,
dal loop B o dal Coupler, tutto
dipende dalle condizioni della
propagazione del momento sulla
banda di frequenze in uso e
all’ora del giorno o della notte in
cui si fa ascolto. Con una certa
approssimazione possiamo conoscere le probabilità con cui
determinati segnali saranno riceRke 9/2012

Fig. 30

vuti con una buona o sufficiente
intensità ed anche il loro angolo
di elevazione ma sicuramente
non potremo conoscerne la loro
polarizzazione. Con la nostra antenna, scegliendo il segnale proveniente dal loop giusto, si riesce
ad abbattere efficacemente l’effetto evanescenza più o meno
profondo dovuto sia alla rotazione di Faraday sia in alcuni casi
alla contemporanea presenza
per due vie dell’onda di cielo insieme all’onda di terra del medesimo segnale, permettendoci così di non perderlo nel rumore; e
ancora, quando la propagazione
diventa “lunga” si possono discriminare i segnali che giungono
con un basso angolo di irradiazione, spesso da zone remote, da
quelli con angolo più elevato
provenienti dalle distanze più
brevi. Inoltre quando i segnali di
nostro interesse hanno un angolo di irradiazione mediamente
elevato e la rotazione di Faraday
alterna velocemente la loro polarizzazione, il segnale “somma”
fornito dal “Coupler” del box di
sintonia della Crossed Loops attenua l’effetto evanescenza che
si verifica normalmente nelle antenne a singola polarizzazione,
nello stesso tempo quando gli
angoli di irradiazione diventano
molto elevati (45° ~ 90°) si realizza anche una somma vettoriale
positiva dei segnali con fase prossima, ottenendo un guadagno
che potremo leggere sul nostro
S-meter di 3 ~ 12 dB (quindi al
netto dell’attenuazione di -3 dB
che i due segnali subiscono

nell’accoppiatore magnetico). Questa ulteriore opportunità che
l’antenna Crossed Loops offre, rivelatasi vantaggiosa nei collegamenti NVIS, si concretizza perché per loro
natura gli elementi loop si comportano in
maniera progressivamente meno direzionale verso i segnali che
giungono con angoli di
irradiazione sempre
più elevati, fornendo
nel nostro caso, due segnali con differenza
dell’angolo di fase man mano più
piccola. Più si riduce la differenza tra gli angoli di fase dei due
segnali, maggiore sarà il segnale “somma” all’uscita dell’accoppiatore magnetico. In sostanza
realizzando la Crossed Loops
non si apprezzeranno soltanto le
caratteristiche peculiari delle antenne loop in fatto di bassa rumorosità e particolare direttività, ma
estendendo di fatto le loro possibilità operative si farà tesoro anche delle qualità ritenute sin’ora
meno importanti se non, in alcuni casi, controproducenti.
Sono a disposizione di quanti
vorranno cimentarsi nella realizzazione per via e-mail all’indirizzo iz8dms@radiotransverter.com
oppure per eventuali “tips and
tricks” tramite la redazione di Radio Kit Elettronica.
73 da Massimo, IZ8DMS (ex
I8HYF)


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