L'antenna col filtro dentro!

L'UV-5R

Negli ultimi anni, dopo un quasi completo monopolio di apparti nipponici, vi è stata una crescente diffusione di apparati palmari amatoriali di produzione cinese, spesso a costi molto interessanti.

Uno dei più popolari è il Baofeng UV-5R, ora reperibile a meno di 25€.

E' un compatto apparecchio bibanda, con una copertura ben estesa oltre le frequenze assegnate ai radioamatori e con la possibilità di ricevere le broadcasting in FM, permettendone così anche un uso "da compagnia". Completano il quadro, la potenza di 4W su tutte e due le bande e le consuete e più recenti funzioni di selezione ed accesso quasi subtoni, CTSS, etc. Oltre ad interessanti gadget quali la possibilità di impiegare l'apparato quale torcia a led sia fissa sia intermittente.

L'anomalia "inspiegabile"

Nei modelli più recenti, vari utenti hanno segnalato uno strano fenomeno: l'apparato dotato della sua antenna a corredo funziona egregiamente in gran parte delle situazioni, mentre non appena lo si collega ad una antenna esterna (ad esempio quella di stazione fissa) pare "ammutolirsi", non ricevendo praticamente più alcun segnale, spece in 2m.

Le prime ipotesi

Dai primi test tutto faceva ricondurre a quanto già in passato si notava quando si collegava un apparato per le decametriche, ovvero uno scanner per V-UHF di classe "medio-bassa" ad un buon sistema di antenne esterno: la ricezione peggiorava drasticamente a causa forse della saturazione del front end, probabilmente affetto da scarsa dinamica nonchè dotato di un preselettore poco efficace. Vista anche l'economicità del piccolo palmare cinese, lo scenario immaginato pareva credibile. L'evidenza che il problema fosse più avvertito in 144MHz, faceva immaginare che i forti segnali delle broadcasing FM ne fossero i primi responsabili e ne saturassero il front-end.

Altri test e il crescere delle domande

Se lo scenario sopra esposto pareva di primo acchito essere credibile e "spiegare tutto", qualche altro test ne confondeva i contorni, gettando così nuove ombre sulla realtà dei fatti. Infatti sostituendo la sua antenna originale con altre simili prese da apparati simili o after market, la desensibilizzazione specie in aree urbane ricche di segnali FM si faceva molto più evidente. Eppure le antenne avevano dimensioni molto simili ed era difficile immaginare che fossero quei pochi centimetri di differenza a portare all'ingresso del ricevitore segnali sensibilmente differenti. In buona sostanza con la sua antenna originale, l'apparato dava prestazioni accettabili, con "qualunque altra", no.

I primi sospetti

Se antenne simili davano risultati molto differenti una volta accoppiate al UV-5R qualcosa dentro alla sua antenna originale ci doveva essere, qualcosa di non visibile dall'esterno, ma che in qualche modo mutava il funzionamento del sistema. Ad esempio, che so, un filtro? Non rimane che "andare a cercarlo"!

Le misure col VNA

La prima istintiva misura a cui ho pensato per mettere in luce la presenza di un eventuale filtro dentro l'antenna è misurarne la curva di impedenza vista dal connettore. Per il test ho simulato il corpo dell'apparato radio con un box in alluminio di dimensioni simili ad un palmare moderno e posto il tutto a circa 1,5m da terra in campo libero. Ecco le cinque misure in sequenza nel campo di maggiore interesse per il nostro studio: 20 ÷ 200MHz.

n°	Spettro ricevuto	Antenna	Return loss @98MHz
1		Diamond 2/70 lunghezza 210mm	-0,97 dB
2		Kenwwod THD72 lunghezza 160mm	-0,89 dB
3		Nagoya NA-771 lunghezza 375mm	-1,7 dB
4		Wouxun lunghezza 205mm	-1,5 dB
5		Baofeng UV-R5 originale lunghezza 155mm	-1,3 dB

In tutti i casi visti, l'adattamento in banda FM è veramente basso, attorno al dB e anche osservandone la fase non si notano fatti probanti per il nostro caso. Occorre tentare un'altra strada..

Le misure con l'analizzatore di spettro

Se l'ipotesi era ragionevolmente corretta, ma con una analisi dell'impedenza non era possibile metterla in luce, certamente il risultato non doveva dipendere dal ricevitore, quindi anche un comune analizzatore di spettro avrebbe dovuto ​​ mostrare significative differenze fra l'antenna originale e altre apparentemente equivalenti.

Ecco allora selezionare quattro antenne simili (disponibili nel mio cassetto, senza preferenze commerciali!) ed allestire una maquette che in qualche modo simulasse il corpo del Baofeng. Vediamo i risultati da 10 a 200MHz ottenuti con una funzione di "max-hold" attivata per alcuni minuti sul mio analizzatore di spettro:

n°	Spettro ricevuto	Antenna	Commenti
1		Diamond 2/70	Banda FM mediamente a -25 dBref. Molti segnali anche a bassa frequenza, HF comprese
2		THD72	Banda FM mediamente a -30 dBref. Molti segnali anche a bassa frequenza, HF comprese
3		Nagoya NA-771	Banda FM mediamente a -20 dBref. Molti segnali anche a bassa frequenza. HF & FM più forti di tutte le antenne provate, forse per la maggiore lunghezza dell'antenna
4		Wouxun	Banda FM mediamente a -25 dBref. Molti segnali anche a bassa frequenza ma ridotti rispetto alle antenne precedenti.
5		Baofeng UV-R5 originale	Banda FM mediamente a -40 dBref. E con un profilo di livello molto inclinato. La banda FM è la più bassa di tutte le antenne simili provate, così come sorprende il "silenzio radio" nella parte bassa dello spettro

Basta aspettare: apriamola!

Viste le misure fatte e le ipotesi in essere, i dubbi crescevano sempre più e non rimaneva che aprire l'antenna del Baofeng per vedere quale "diavoleria" vi fosse nascosta. Per fortuna l'operazione non è troppo complessa nè completamente distruttiva. Operando con calma e cautela è possibile accedere all'interno, vedere e richiudere in modo accettabile l'antenna. Una volta pelata a mo' di banana, ecco come appare:

All'interno troviamo due bobinette in serie e un condensatore da pochi pF. Vediamo il circuito equivalente:

A 140MHz (e frequenze inferiori), uno stilo così corto ha una bassa resistenza di radiazione e presenta una elevata reattanza capacitiva. Indicativamente da simulazioni e letteratura possiamo stimare la sua impedenza a 145MHz come 1,6-j411 Ohm. Proviamo ora a simulare il circuito complessivo "campo elettromagnetico + stilo + rete + ricevitore" a bassa frequenza accettando la semplificazione pessimizzante che l'antenna non muti le sue caratteristiche elettriche.

Ecco il risultato:

Dove i valori salienti sono:

• attenuazione a 145MHz: inferiore al dB

• attenuazione a 98MHz rispetto 145MHz: 27dB

• attenuazione a 71MHz rispetto 145MHz: 39dB

Ometto per semplicità di riportare la simulazione in banda 430MHz, ma che con i valori ricalcolati per quella banda dell'impedenza dello stilo, esce una risposta sostanzialmente priva di attenuazione.

Quanto elaborato è un "worst case" abbiamo detto. Infatti, al calare della frequenza in gioco l'effetto di filtro passa alto della rete di adattamento diventa ancor più pesante migliorando nella realtà quanto simulato con qualche semplificazione.

In buona sostanza, le dimensioni del'antenna e la sua rete di adattamento necessaria per garantirne il contemporaneo funzionamento a 144 e 430MHz sono state ben ingegnate e dimensionate anche per fornire una significativa funzione di filtro passa alto, volto proprio a tagliare un 25-40dB tutta la banda FM, limitando così la saturazione del front end.

E le altre antenne invece? Non hanno "filtro"? La domanda è più che lecita, ovviamente. Da radiografie fatte, dalle loro dimensioni fisiche e dalle curve di risposta sembra più che sensato affermare abbiano una rete di adattamento con la stessa architettura (2 induttanze, 1 condensatore) ma non "ottimizzata" per risultare un drastrico passa alto "anti FM" come nel caso dell'antenna del Baofeng. Tutto li.. e questo è stato l'uovo di Colombo per i designer cinesi.

Vincit omnia pertinax virtus

Alla fine il "re è rimasto nudo" e la verità apparsa chiara. Non posso che fare un doveroso e meritato "chapeau" ai progettisti Baofeng per la brillante soluzione trovata che ottimizza d'un colpo costi produttivi, ingombri e prestazioni dell'economico apparato applicando quello che loro chiamano molto frequentemente "ingenuity". Non ultimo, spinge ad usare solo le loro antenne.. e anche questo è business!