Introduzione

Questo articolo ha una genesi molto vecchia e risale agli albori della mia attività radiantistica. In quegli anni, per chi cominciava l'attività era molto popolare dotarsi di un “palmarino”, un apparato portatile in grado di operare in 2m o 70cm con qualche watt di potenza. Questo permetteva con semplicità e a costi contenuti, in una era “pre-internettiana”, di tenersi collegati in diretta o tramite i ponti cogli amici locali e di interessi. La resa era ovviamente modesta e si provava di tutto per migliorarla, giocando in particolare sulla loro piccola antenna. Proprio le antenne di questi apparati sono il tema di studio di questo articolo. Qual'è più indicata? E sempre vero che “più è lunga e meglio è”? Perché con l'apparato in mano i segnali sembrano aumentare? Sono costruite tutte uguali? A queste e ad altre domande cercheremo di dare una risposta nel seguito.

Le 12 antenne in prova

Anzitutto vediamo una per una le antenne oggetto della prova, raccolte fra amici, nei vari cassetti, di vari marchi, dimensioni e anzianità. E' importante sottolineare come questo studio voglia semplicemente fare un po' di luce su un tema così comune ma altrettanto poco trattato nella letteratura amatoriale. Non è quindi obiettivo ​​ giudicare l'antenna “migliore” né dare approvazione o discredito ad un particolare modello, marchio o soluzione tecnica. Vediamole ora nel dettaglio.

n°1
Kenwood	194mm	Questa antenna era a corredo del vecchio apparato Kenwood TR-2500 per soli 2m. Il più classico dei “gommini”, con attacco BNC

n°2
Yaesu	248mm	Questa antenna è quella a corredo del noto Yaesu FT-817, nei test non è stato installata il cimino per i 6m. Attacco BNC

n°3
Kenwood	162mm	Antenna a corredo del bibanda ICOM TH-D72. Attacco SMA

n°5
Non nota	456mm	Antenna a stilo estensibile di marca non identificata. Probabilmente, vista la lunghezza, per apparati a 144MHz. Attacco BNC

n°6
ICOM	640mm	Antenna a corredo del vecchio ricevitore PCR-100. Attacco RCA

n°7
Diamond RH-205	1335m	Forse l'antenna più lunga in commercio per apparati palmari in 2m. Attacco BNC

n°8
Diamond RH-701	214	La classica antenna compatta after market per palmari bibanda 2/70. Connettore BNC

n°9
Proxel SRH536	360mm	Antenna after market bibanda di medie dimensioni. Stilo molto sottile e flessibile. Connettore SMA

n°10
Yaesu YHA-27	187mm	Antenna compatta per apparati bibanda Yaesu. Connettore BNC

n°11
ICOM FA-1443BA	160mm	Antenna compatta per apparati 2/70 ICOM. Attacco BNC

n°12
Standandr	116mm	Antenna a corredo del noto apparato bibanda Standard C-520. Connettore BNC

Illustrazione 1: Esempio del setup di prova utilizzato. Il box di alluminio è sostenuto all'altezza definita da una canna di bamboo.

Set up di prova

Per poter eseguire misure perlomeno ripetibili e comprabili e non avendo conoscenza di standard tecnici applicabili a questa situazione, mi sono “inventato” una configurazione che permettesse di misurare tutte le antenne nella medesime situazioni:

• in aria 1,5m da terra (ad esempio l'apparato appoggiato su un mobile di legno, tavolo, etc.)

• in mano all'operatore a 1,5m da terra (tipica situazione di utilizzo sul campo)

Per simulare queste situazioni ho costruito un box in alluminio di 105x75x40mm, dotato di connettore BNC da un lato e SMA sull'altro. Le dimensioni sono medie fra quelle di un vecchio apparato tipo i gloriosi IC-2, IC4, TR-2500 e i più moderni e compatti oggi sul mercato. E' chiaramente un compromesso, ma anche un tentativo di standardizzazione delle condizioni di prova che ha permesso, come vedremo nel seguito, interessanti valutazioni nonostante la sua semplicità e empiricità.

L'adattamento

Per questa misura, nota anche SWR, ho impiegato un miniVNAtiny direttamente collegato al connettore dell'antenna in prova e contenuto nel simulacro del palmare in modo da minimizzare errori ed interferenze. Prima di iniziare le misure ho ovviamente calibrato il sistema su ogni connettore con le caratteristiche terminazioni open, short e load.

Per questi test, il box di prova è stato montato in cima ad una canna di bamboo (quindi isolante) con la base dell'antenna posizionata a 1,5m dal suolo, il tutto in campo libero da ostacoli. Il sito di prova era situato in una golena del Po, non lontano da casa mia, dove non vi sono segnali particolarmente forti nelle bande analizzate.

Vediamo ora i risultati di questo primo gruppo di misure, eseguite quindi in spazio aperto. Nella tabella sono riportati i valori di return loss misurati a 145 e 435MHz e le frequenze di miglior adattamento.

Appare evidente come in queste condizioni il sistema corpo radio e antenna risuoni sempre più in alto rispetto alla frequenza di lavoro attesa e l'adattamento risulti veramente mediocre se non quasi “disastroso” nelle bande amatoriali.

Vediamo ora come le misure si modifichino nel caso un generico operatore posto a fianco del setup di prova, impugni saldamente con una mano il corpo radio (simulacro).

Una rappresentazione grafica dei dati ci può sicuramente aiutare nella loro interpretazione:

Illustrazione 2: Andamento del return loss delle varie antenne in funzione della banda di funzionamento e della presenza o meno dell'operatore

In linea generale possiamo notare come in 2m (linee blu) impugnare la radio migliori l'adattamento. In 70cm (linee rosse) la differenza non è altrettanto marcata e distinguibile invece.

Vediamo ora come si modifica la frequenza di risonanza delle varie antenne nelle consuete due situazioni di prova.

Illustrazione 3: Variazione della frequenza di miglior adattamento in funzione della posizione operatore in banda 70cm

Nota: questa valutazione è eseguita solo per le antenne funzionanti nella banda di verifica.

Illustrazione 4: Variazione della frequenza di miglior adattamento in funzione della posizione operatore in banda 2m

Nella banda 2m la prossimità ed il contatto col corpo della radio da parte dell'operatore abbassano sempre la frequenza di miglior adattamento, portandola in prossimità di quella di lavoro ottimale. Questo giustifica il miglior adattamento in quella situazione di utilizzo, sopra misurato. In 70cm la situazione è meno definita e non sempre la presenza dell'operatore migliora le cose.

Per una valutazione obiettiva dei risultati occorre tener presente come queste antenne abbiano un compito molto arduo in quanto:

• sono generalmente corte rispetto al quarto d'onda

• la “controparte” dell'ideale dipolo è costituito dal corpo radio (generalmente piccolo rispetto alla lunghezza d'onda) e dalla presenza o meno in sua prossimità dell'operatore

Questi due aspetti rendono la situazione operativa alquanto “indefinita” e il lavoro del progettista molto complesso. Pochi dB di return loss, che in altre situazioni farebbero gridare “allo scandalo” o più semplicemente sarebbero giudicati come un grave problema, sono in questa applicazione accettabili, comuni e praticamente inevitabili.

La ricezione

Vediamo ora come quanto appreso prima, si ripercuote nella capacità di ricezione del sistema. Uno studio completo è ben oltre gli scopi di questo articolo e richiederebbe mezzi non a mia disposizione. Ho quindi anche qua applicato un metodo semplificato che ha però mostrato risultati abbastanza ripetibili e significativi.

Il setup di prova è molto simile a quanto impiegato per le misure di adattamento. Stesso supporto isolante, stesso simulacro dell'apparato radio, ma al posto del VNA ho applicato il FunCubeDongle ProPlus, una comune e mediamente performante SDR contenuta in chiavetta USB. Come sorgenti di segnali ho impiegato alcuni ponti per ogni banda (2m/70cm) in portata ottica rispetto al punto di misura e ho mediato le varie letture.

Questi i risultati comprando la situazione spazio libero rispetto ad antenna in mano all'operatore nelle due bande utilizzando come prima le antenne solo nelle bande di loro progetto.

145MHz

Illustrazione 5: Differenza di segnala medio ricevuto impugnando l'apparato

E' evidente come con la radio in mano, la situazione migliori decisamente con qualunque antenna, da 1 a 5dB, merito senz'altro del miglior adattamento che si realizza.

435MHz

In banda 70cm la situazione è meno evidente che in 2m ma anche qua la maggioranza delle antenne provate migliorano il loro comportamento, da 1 a 3dB, quando installate su un apparato tenuto fra le mani dell'operatore. L'antenna 11 fa caso a se per motivi non meglio chiariti.

Un altro modo di studiare queste differenti antenne è provare a verificare se la loro lunghezza incida sulla quantità di segnale ricevuto, come istintivamente ci si attenderebbe.

Vediamo l'analisi per le due bande, normalizzando i dati.

Illustrazione 6: Andamento segnale/lunghezza antenna per i vari modelli analizzati

Illustrazione 7: Andamento segnale/lunghezza antenna per i vari modelli analizzati

Già dai grafici (le linee verdi sono quelle di tendenza media del gruppo analizzato) è evidente come la lunghezza dell'elemento radiante incida positivamente sul segnale ricevuto in tutte e due le bande. Non sempre però ad antenna più lunga equivale automaticamente miglior segnale, specie in 70cm.

Una sintesi può essere fatta calcolando il coefficiente di correlazione fra lunghezza delle antenne e loro prestazioni nelle due bande. Ricordo che un valore unitario indica come lunghezza e segnale ricevuto siano strettamente legate mentre valore zero indichi come le due grandezze siano sostanzialmente indipendenti l'una dall'altra.

Anche analizzando la situazione in questo modo, rimane confermata la precedente percezione: in banda 2m la lunghezza incide significativamente sul segnale ricevuto, mentre in 70cm, questo legame è molto più blando e con comune a tutte le antenne provate.

L'ultima curiosità

Tutto il lavoro fin qua compiuto ha analizzato le antenne da un punto di vista “esterno”, misurandone dimensioni, geometrie, risonanze ed adattamento d'impedenza. Rimane, ultima curiosità insoddisfatta, di conoscere come sono costruite al loro interno e se impiegano soluzioni differenti. Questa analisi è quasi sempre distruttiva nei confronti del componente a meno di non potervi “guardare attraverso”, un po' come Superman. Questa facoltà un tempo appannaggio dei supereroi, è oggi disponibile tramite opportuni apparati a raggi X, solitamente destinati ai controlli qualitativi del montaggio di circuiti elettronici non altrimenti ispezionabili, quali ad esempio quelli che impiegano dispositivi con componenti BGA (Ball Gate Array).

Vediamo quindi ora alcune radiografie in falsi colori per migliorare la tridimesionalità della vista, (ove ho cercato di mettere a fianco l'equivalente inquadratura nel visibile) delle antenna sopra discusse.

n°	Immagine radiografica/visibile	Commenti
1		Costruzione fra le più classiche e tipiche degli anni '80. La parte radiante ​​ è costruita per mezzo di una molla che conferisce anche una ottima flessibilità. Il tutto può essere anche visto che una antenna ad elica disegnata per funzionare in “radial mode” (diametro e passo molto piccoli rispetto alla lunghezza d'onda)
2		Tipica struttura bibanda, con bobina e due capacità. La parte radiante è in questo caso costruita con una calza metallica
3		Sostanzialmente uguale alla numero due
4		Anche qui la parte radiante è realizzata con una calza. Essendo monobanda, rispetto alle due precedenti, mancano induttanza e capacità
8		Sostanzialmente equivalente alle numero due e tre
10		Sostanzialmente equivalente alle numero due e tre, otto
11		Interessante soluzione che si distingue nettamente dalle altre. Pur essendo una bibanda mancano induttanza e condensatori, ma la parte radiante è costituita da due elementi distinti: una “molla” e un conduttore al suo interno
12		Soluzione costruttiva che combina la parte radiante “a molla/spirale” con il consueto adattamento alla base con induttanza e capacità

Considerazioni finali

Confesso che all'inizio di questo studio mai avrei immaginato di arrivare “così lontano” nelle analisi, ma da curiosità nasce curiosità, ovvero da ogni soluzione (trovata) nascono nuove domande. In estrema sintesi penso si possa concludere con le seguenti linee guida:

@144MHz più è lunga meglio funziona

• @ 430MHz la lunghezza non sembra dare un chiaro vantaggio

• tutte le antenne funzionano meglio con la radio nelle mani dell'operatore piuttosto che la stessa “abbandonata” su qualche supporto, magari non conduttivo (i.e. tavolo in legno, mensola, etc.)

• la costruzione interna può essere abbastanza differente sia per metodo d'adattamento sia per tipo radiatore:

• radiatore a “molla/elicoide”

• radiatore a calza

• adattamento con induttanza e due capacità

• adattamento a doppio radiatore

Conclusioni e ringraziamenti

Come sempre in questi casi mi corre il piacevole obbligo di ringraziare quanti hanno collaborato a questo studio. Ricordo quindi con stima e gratitudine, Claudio IK4MTS per avermi messo a disposizione alcune delle antenne provate e Roberto IZ4BEH per le radiografie che tanto mi hanno aiutato nella comprensione della costruzione delle antenne.

Bibliografia

www.miklor.com/COM/UV_Antennas.php