Hula-Hop! Antenna attiva per 630m
Introduzione
Una delle belle novità degli ultimi tempi è l'apertura all'attività amatoriale della banda dei 630m, una fettina di pochi kHz attorno ai 475kHz (472-479kHz per l'esattezza), in posizione in qualche modo intermedia fra quella dei 160m e la più “estrema” dei 137kHz.
Essendo una banda relativamente nuova per noi radioamatori, vi è ampio spazio sia per la sperimentazione, sia per colmare con autocostruzioni il vuoto lasciato dalle soluzioni commerciali, in particolare le antenne.
Vista la lunghezza d'onda in gioco, soluzioni ottimali richiedono spazi purtroppo non sempre disponibili al radioamatore moderno e questo ci spinge a trovare soluzioni alternative per sperimentare, capire, divertirsi ugualmente.
Una soluzione abbastanza opportuna è l'impiego di antenne o meglio sensori “short” sia di campo elettrico sia magnetico. Esempi commerciali e amatoriali sono facilmente reperibili in rete e nella bibliografia.
Uno dei limiti spesso lamentati dagli utilizzatori di queste antenne attive a larga banda (stilo o loop che siano) è l'interferenza che soffrono in molti casi dall'enorme potenza dei segnali della banda broadcasting AM, posta proprio lì accanto (senza dimenticarsi anche dei segnali delle vecchie onde lunghe!). Alla sera e alla notte, proprio quando migliori sono le possibilità di collegamento a 630m, altrettanto ottime sono le condizioni di propagazione delle frequenze più basse fino ai 2MHz, che possono veicolare all'ingresso dell'antenna e del ricevitore segnali molto forti, che tutti assieme arrivano anche a valere qualche dBm.
Una possibile soluzione allora, è realizzare una antenna che per propria natura sia “selettiva”, cioè sensibile solo o meglio, principalmente, alle frequenze attorno a 475kHz mentre sia poco ricettiva per quelle circostanti ed in particolare per le onde medie prima citate.
L'antenna
L'antenna proposta appartiene alla famiglia delle “small loop”, cioè di quelle sensibili alla componente magnetica del campo radio e di dimensioni trascurabili rispetto alla lunghezza d'onda in oggetto. Per ottenere la voluta selettività si è scelta la configurazione risonante-parallelo, con un Q scelto come compromesso fra selettività e copertura dell'intera banda senza bisogno di aggiustamenti.
All'elemento captatore è abbinato un opportuno stadio di amplificazione o meglio di adattamento di impedenza.
Vediamo ora meglio nei dettagli le varie parti appena citate.
Il loop
Per contenere le dimensioni del loop ed al tempo stesso ottenere una buona area di cattura ho scelto di realizzarlo infilando dentro un hula-hop da 80cm di diametro circa 2,6m di cavo multipolare 7x1, (tipo quello usato per i rotori ad esempio) collegando la fine di ogni capo all'inizio del successivo in modo da ottenere di fatto 7 spire, avvolgendone una sola. Questa soluzione è economica, facilmente replicabile e di semplice realizzazione. Ha però in sé una intrinseca caratteristica che può portare facilmente lo sperimentatore “fuori strada”. Le spire del loop così costruito sono molto accoppiate fra loro e hanno anche per questo una elevata capacità fra di esse.
Quello che è interessante notare è che collegandosi fra differenti punti del loop, lo stesso (auto)risuonerà sempre alla stessa frequenza pur pensando di coinvolgere un numero di spire e quindi induttanza, differenti!
La sintonia ed amplificazione
Questo premesso e precisato, vediamo come ottenere la risonanza della struttura alla frequenza voluta di 475kHz. Il modo è ovviamente il classico condensatore in parallelo, che a seconda dei gusti o delle necessità può essere fisso, variabile meccanico o elettronico (varicap) come nel caso presentato.
Ho optato per questa soluzione per renderla più flessibile: è possibile compensare facilmente differenze di costruzione della struttura così come sintonizzare la struttura su altre frequenze interessanti, quali ad esempio le vicine assegnate agli NDB a cui molti appassionati di radioascolto sono interessati. Non ultimo, un varicap oggi costa molto meno di un condensatore variabile “classico” (a meno di non trovarlo nel solito fondo del cassetto) e ha il pregio di essere comandabile a distanza con estrema semplicità.
Il gruppo LC così costituito, di cui il loop è la parte “attiva”, nel senso di elemento sensibile, alimenta un amplificatore ad alta impedenza d'ingresso e bassa distorsione. Per l'amplificatore operazionale ho sperimentato due dispositivi: un comune e ben noto agli audiofili TL071 ed un moderno AD8033ARZ.
Ovviamente, nulla vieta allo sperimentatore di provare altri dispositivi. Nel seguito dell'articolo vedremo una comparazione del comportamento dinamico fra i due provati.
La realizzazione è estremamente semplice e personalizzabile. Nel mio caso ho impiegato una scatola stagna in materiale plastico per contenere le giunte e l'elettronica, mentre l'hula-hop è tenuto in posizione da due passacavi stagni sui fianchi del box.
Le misure
L'antenna provata in laboratorio sia con il TL071 sia con AD8033 (vedi bibliografia per il metodo) ha dato i seguenti risultati:
Risposta | Commento |
 | Risposta in frequenza attorno alla risonanza. I punti a -3dB sono a 467 e 482kHz, pari ad un fattore di merito di circa 32. |
 | Risposta in frequenza nella banda delle onde medie rispetto a quella a 475kHz. I 550kHz sono attenuati già di 18dB, mentre a 1,6MHz la risposta crolla di 46dB |
 |  |
Risposta del sistema al minimo e massimo della sintonia. Gli estremi nel mio esemplare sono collocati a 384 e 494kHz, con un Q costantemente oltre 30. | |
Comparazione prestazioni dinamiche fra dispositivi
Per comparare il comportamento dinamico fra i due dispositivi ho misurato il livello della seconda e terza armonica al variare del livello d'uscita a 475kHz.
Nel grafico sottostante i risultati:
La differenza è sostanziale e si aggira sui 15-20dB sia nel confronto della seconda sia della terza armonica. Il TL071 mostra tutti i suoi limiti d'età e di limitata capacità di erogare corrente, nonché di ridotta banda passante. Nonostante tutto però, è usabile e se si ricorda che nacque 40 anni fa per uso audio, non ci si può nemmeno lamentare per quanto ancora oggi riesce a regalarci.
L'AD8033 si conferma un ottimo dispositivo, moderno, veloce, silenzioso e di costo contenuto. I suoi 80MHz di banda a guadagno unitario abbinati ai ben 80V/μS di slew rate lo rendono molto appetibile per questi usi.
Illustrazione 6: Schermata di HDSDR durante una sessione di ascolto
Prove sul campo
Illustrazione 6: Schermata di HDSDR durante una sessione di ascolto
Ho ripetutamente provato “on field” l'antenna in qualche serena uscita notturna, abbinata al S1 Elad. I risultati sono stati soddisfacenti con buoni ascolti di stazioni europee. Nella schermata a fianco uno spettrogramma acquisito in una delle ultime uscite. Un breve filmato di una ricezione può essere visualizzato al seguente url: https://goo.gl/fID3zI
Considerazioni finali
L'antenna è facile ed economica da realizzare. Non è certamente “l'antenna perfetta” ma rappresenta una buona base da cui partire con semplicità con varie ottimizzazioni.
Possono ad esempio essere facilmente sperimentati altri dispositivi così come può essere ridimensionata per l'ascolto della banda destinata agli NDB (Non Directional Beacon), che tanti appassionati raccoglie, oppure direttamente per l'ascolto delle onde medie, sempre più ricche di opportunità di ascolti DX con la progressiva dismissione degli impianti in Europa. Buoni ascolti e sperimentazioni a tutti quindi!
Bibliografia
Antenna attive, Pierluigi Poggi, Sandit
Radio natura, Renato Romero, Sandit
SDR, la tua prossima radio, Pierluigi Poggi, Sandit
Datasheet TL071
Datasheet AD8030
http://en.wikipedia.org/wiki/Third-order_intercept_point