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Recensione antenna ZX-Yagi ZX20_4
Ecco recuperato, sempre da altro spazio web da me utilizzato in passato e ora non più attivo, un articolo-recensione datato 2006 a proposito della monobanda per i 20m prodotta all'epoca da ZX-Yagi.
versione 1.0 (agosto 2006)
L'antenna presa in esame in questo articolo è la monobanda 4 elementi Yagi della ZX-Yagi per la banda dei 20 metri. Preciso che questa recensione non ha alcun fine commerciale ma è il frutto di personali esperienze a livello amatoriale, con finalità esclusivamente tecniche. Per questo motivo nell'articolo non si riportano dati commerciali dell'antenna, come il prezzo e il rivenditore in Europa, sui quali chi è interessato potrà informarsi agevolmente con Google.
Iniziamo con la meccanica.
Il diametro del boom è di 60mm, spessore per una lunghezza di circa 10 metri. Il diametro degli elementi varia da un massimo di 30mm (sezioni centrali di ogni elemento) ad un minimo 12mm (sezioni di estremità di ogni elemento). Anche lo spessore degli elementi è variabile da 2mm a 1mm.Meccanicamente l'antenna si presenta robusta e opportunamente dimensionata.
Una volta montata si nota solo una leggera inflessione del boom dovuta al peso degli elementi montati sopra di esso. Potrebbe ovviarsi a tale deformazione flessionale con due tirantini in corda di nylon o Bayco fissati da una parte alle estremità del boom e dall'altra alla sommità del mast.Il materiale con cui sono realizzati il boom e gli elementi è lega di alluminio appartenenete alla famiglia 6XXX (anticorodal). In particolare, sembrerebbe lega del tipo 6060 (designazione UNI; componenti Alluminio, Magnesio, Silicio), corrispondente alla lega "AlMgSi0,5" (designazione DIN). Caratteristiche : ottima resistenza alla corrosione, buone resistenze meccaniche migliorabili con particolari trattamenti termici.Certamente non è la più blasonata lega di alluminio 6061-T6 utilizzata quasi da tutte le ditte americane produttrici di antenne per radioamatori. La differenza sostanziale sta appunto nel trattamento termico, che nella 6061-T6 è previsto mentre nella 6060 no. In sostanza il trattamento di invecchiamento artificiale, eseguito nella 6061-T6, ne migliora le proprietà meccaniche e ne aumenta il limite di snervamento.Per compensare questo gap, nell'antenna in esame gli spessori sono leggermente superiori a quelli strettamente necessari. Questo si avverte anche dal peso dell'antenna, che ammonta a circa 27 kg.
Chi volesse approfondire il discorso delle leghe di alluminio può visitare questo sito:http://www.ing.unitn.it/~colombo/laboratorio/cap1.htm
Per quanto riguarda gli accessori, tutta la viteria è in acciaio INOX. Il sistema di ancoraggio degli elementi al boom è quello classico con piastra rettangolare in alluminio e ferri a U in acciaio INOX (U-bolts)Anche il sistema di fissaggio del boom al mast è quello con piastra rettangolare di alluminio e U-bolts in acciaio INOX.Tutti i bulloni e gli U-bolts sono dotati di dadi in acciaio INOX del tipo normale, ossia non del tipo "Palnut" antivibrazioni, nonchè di rondelle anche esse in acciaio INOX. Personalmente preferisco il tipo normale di dadi, perchè avvitabili con maggiore facilità, specialmente quando occorre fare tale operazione in quota. La presenza delle rondelle e una buona coppia di serraggio garantiscono da allentamenti accidentali dei dadi.Le varie sezioni di ciascuno degli elementi sono fissate con viti autofilettanti in acciaio INOX.
A causa del poco tempo a disposizione e della mancanza di almeno un aiutante, ho dovuto installare quest'antenna un pò alla volta, e quando sono riuscito ad alzarla sul mast, ve l'ho lasciata lì, provvisoriamente fissata, per diversi mesi.. Quando sono poi riuscito a riprendere i lavori per terminarli, mi è capitata una cosa curiosa. L'antenna, a suo tempo fissata, pur se alla meglio, con il boom più o meno orizzontale, si era inclinata fortemente da una parte. Tirandola sul mast per il fissaggio definitivo, notavo uno sbilanciamento del peso, pur essendo stata fissata la piastra di ancoraggio al mast esattamente in corrispondenza del baricentro dell'antenna. Pensandoci e riflettendosi su, al fine di capire cosa fosse successo, mi è balenato in testa il sospetto che fosse entrata dell'acqua nel boom e si fosse accumulata tutta da un lato. Il sospetto si è rivelato certezza quando ho avvicinato l'orecchio all'estremità inclinata del boom e l'ho strattonata un pò: il rumore dell'acqua all'interno era inconfondibile.Le estremità del boom sono chiuse con dei tappi in gomma , che ho preferito lasciare dove erano. Per far uscire l'acqua ho proceduto a praticare un forellino in corrispondenza della generatrice inferiore del boom, in prossimità delle sue estremità. Saranno usciti forse 5 litri di acqua. Potrebbe trattarsi di condensa, ma considerata la quantità, tendo a pensare che sia anche entrata fisicamente dell'acqua nel boom durante le piogge, attraverso le giunzioni tra i tre pezzi in cui il boom è suddiviso.
Passiamo ora agli aspetti elettrici.
Non ci sono novità di rilievo per questa antenna. Siamo di fronte a una classica antenna Yagi 4 elementi a spaziatura degli elementi non costante.L'alimentazione avviene con il sistema del gamma-match.
Per ovvie ragioni, non posso qui riportare le misure dell'antenna. Ho tuttavia modellato l'antenna con alcuni software e riporto di seguito i risultati delle simulazioni.
Naturalmente, tali grafici vanno presi con le dovute cautele, perchè nessun software è ancora in grado di simulare perfettamente il contesto reale in cui l'antenna è immersa, però forniscono un'idea abbastanza realistica del suo funzionamento e delle sue prestazioni attese.Nel mio caso, l'antenna è montata a 10 metri di altezza dalla terrazza di casa (dimensioni in pianta 10x10m circa), alta a sua volta 10 metri circa dalle strade circostanti, presenti su tre lati della casa. Non ho grossi ostacoli intorno, mi trovo nel centro storico di un piccolo paese. A nord della mia abitazione è ubicata una piazza di dimensioni 40x30 m circa.I software utilizzati sono MultiNEC, MMANA, EZNEC e 4NEC2. I risultati ottenuti con i quattro software sono pressocchè identici. Per semplicità riporto i diagrammi ottenuti con MultiNEC, che consente di usare al suo interno come motore di calcolo sia EZNEC che 4NEC2, oltre al NEC-2 di default.
Per completezza, riporto anche i risultati di una simulazione più affinata eseguita con 4NEC2, inserendo nel modello anche le parti metalliche dell'edificio su cui l'antenna è installata, nonchè le parti metalliche presenti nei paraggi (linee elettriche, ferri armatura solai etc).
Notare come in questo caso il solido di radiazione si presenti notevolmente distorto e frastagliato, a causa di riflessioni dovute ai circostanti oggetti metallici di dimensioni non trascurabili rispetto alla lunghezza d'onda. Ciò naturalmente, accadrebbe con ogni tipo di antenna per i 20 metri.Questo per quanto riguarda il comportamento teorico dell'antenna, sulla base del modello adottato dai vari software di simulazione utilizzati. Ma nella pratica ?
Iniziamo con la risonanza e la curva del R.O.S. Le misure sono state fatte con l'antenna alla sua altezza definitiva e utilizzando l'analizzatore d'antenna MFJ-259B, collegato all'antenna a mezzo di uno spezzone di cavo coassiale lungo un multiplo di mezza lunghezza d'onda elettrica (lunghezza d'onda per il coefficiente di velocità del cavo). La risonanza dell'antenna è risultata inizialmente troppo alta, intorno a 14500 kHz, così che nella parte bassa dei 20 metri, dove solitamente faccio la mia attività, il R.O.S. è risultato pari a 2,5:1. Avrei potuto anche non dare troppa importanza ad un tale valore di R.O.S., ma non è stato dello stesso parere lo stadio PA del mio transceiver (FT1000MP), che ha puntualmente ridotto la potenza di uscita a protezione dei transistors finali. Avrei potuto rimediare usando l'accordatore automatico d'antenna entrocontenuto nel transceiver, ma preferisco adottare tale soluzione, che in realtà è un compromesso, solo in caso di effettiva necessità, allorquando non si può intervenire sull'antenna. In sostanza, l'antenna è risultata corta. Ho così ricontrollato almeno una dozzina di volte tutte le misure, ho agito sul gamma match muovendo sia il tubicino di diametro minore in quello di diametro maggiore sia il ponticello di collegamento tra gamma rod e radiatore. Quello che sono riuscito a fare è stato solo ridurre al minimo il R.O.S. (1,2:1) alla risonanza, ma questa non si è spostata di un Hz. E non poteva essere altrimenti, visto che il gamma match dovrebbe servire ad adattare l'impedenza dell'antenna e non a variarne la risonanza. Alla fine, non mi è rimasto altra soluzione che allungare un poco il radiatore, estraendo alle due estremità di circa dieci centimetri i due elementi terminali più sottili. Con questa configurazione modificata la risonanza è scesa a circa 14200 kHz, facendo così risultare il R.O.S. inferiore a 2:1 all'interno di tutta la banda dei 20 metri.Potete visualizzare la curva dell'impedenza (R e X) e del R.O.S. al variare della frequenza scaricando il seguente file in formato acrobat: curveros.pdf
Stando a quello che risulta dalle simulazioni con MultiNEC, EZ-NEC, 4NEC2 etc, rifatte a seguito della modifica di lunghezza del radiatore, il suddetto allungamento non ha inciso in misura sensibile sulle prestazioni radiative dell'antenna. Il massimo guadagno è rimasto praticamente uguale, come pure il rapporto Front/Back. Ancora non ho chiaro il motivo per cui l'antenna, con le misure indicate nel manuale, è risultata corta.Per quanto riguarda il diagramma di radiazione nel piano orizzontale, come ho fatto in passato per altre antenne, anche stavolta ho chiesto all'amico Mauro IK7VWT, distante circa 3 km in linea d'aria da casa mia, di garantirmi per il tempo necessario un segnale di ampiezza costante (in trasmissione) a 14200 kHz. In presenza del segnale, ho quindi fatto compiere un giro completo all'antenna, precedentemente connessa ad un analizzatore di spettro con preselettore, annotando via via l'ampiezza del segnale ricevuto, indicata dallo strumento direttamente in dBm. Ho poi inserito i risultati in un foglio Excel , ricostrudendone il grafico polare, che riporto di seguito.
La misura è stata fatta di notte, a banda quasi completamente chiusa. Si tenga presente che quello ottenuto è il diagramma di radiazione sul piano orizzontale ma relativo ad un angolo di elevazione molto basso, pari a circa mezzo grado. Il segnale studiato con l'analizzatore di spettro, infatti, veniva irradiato da un'antenna, quella dell'amico Mauro, posta a 3 km di distanza e più alta di circa 25 metri rispetto a quella in studio. Il front/back è risultato superiore a 20 dB (fare riferimento alle direzioni 40° e 220°). La leggera asimmetria del diagramma è dovuta probabilmente al contesto in cui è immersa l'antenna in studio, con presenza di qualche oggetto metallico e strutture in cemento armato. Sicuramente il diagramma cambia al variare dell'angolo di elevazione sotto il quale lo si va a ricostruire, ma per far questo occorrerebbe un elicottero con misuratore di campo a bordo :-)Un problema, infine, di cui soffre anche questa antenna, come tutte le Yagi tradizionali, è il fastidioso noise che si verifica quando inizia a piovere. In pratica, si ascolta un rumore che, a regime, ricorda vagamente quello dell'olio che frigge. All'inizio si possono ascoltare le singole gocce d'acqua che urtano contro gli elementi orizzontali dell'antenna ! Più di una volta ho capito che stava iniziando a piovere grazie a questo fenomeno. Presumibilmente esso è dovuto alla carica elettrostatica contenuta nelle gocce d'acqua della prima pioggia che, venendo a contatto con gli elementi metallici orizzontali dell'antenna, produce il rumore sopra descritto. Non ho sinora avuto modo di verificare se tale inconveniente si verifica anche con antenne yagi alimentate con un sistema diverso dal gamma match. Con il gamma match, infatti, mentre la calza del cavo è fisicamente connessa al radiatore (nel suo punto intermedio), il centrale del cavo coassiale non è invece elettricamente connesso al radiatore, essendovi interposta la capacità rappresentata dai due tubicini infilati per un certo tratto uno dentro l'altro.
versione 1.0 (agosto 2006)
L'antenna presa in esame in questo articolo è la monobanda 4 elementi Yagi della ZX-Yagi per la banda dei 20 metri. Preciso che questa recensione non ha alcun fine commerciale ma è il frutto di personali esperienze a livello amatoriale, con finalità esclusivamente tecniche. Per questo motivo nell'articolo non si riportano dati commerciali dell'antenna, come il prezzo e il rivenditore in Europa, sui quali chi è interessato potrà informarsi agevolmente con Google.
Iniziamo con la meccanica.
Il diametro del boom è di 60mm, spessore per una lunghezza di circa 10 metri. Il diametro degli elementi varia da un massimo di 30mm (sezioni centrali di ogni elemento) ad un minimo 12mm (sezioni di estremità di ogni elemento). Anche lo spessore degli elementi è variabile da 2mm a 1mm.Meccanicamente l'antenna si presenta robusta e opportunamente dimensionata.
Una volta montata si nota solo una leggera inflessione del boom dovuta al peso degli elementi montati sopra di esso. Potrebbe ovviarsi a tale deformazione flessionale con due tirantini in corda di nylon o Bayco fissati da una parte alle estremità del boom e dall'altra alla sommità del mast.Il materiale con cui sono realizzati il boom e gli elementi è lega di alluminio appartenenete alla famiglia 6XXX (anticorodal). In particolare, sembrerebbe lega del tipo 6060 (designazione UNI; componenti Alluminio, Magnesio, Silicio), corrispondente alla lega "AlMgSi0,5" (designazione DIN). Caratteristiche : ottima resistenza alla corrosione, buone resistenze meccaniche migliorabili con particolari trattamenti termici.Certamente non è la più blasonata lega di alluminio 6061-T6 utilizzata quasi da tutte le ditte americane produttrici di antenne per radioamatori. La differenza sostanziale sta appunto nel trattamento termico, che nella 6061-T6 è previsto mentre nella 6060 no. In sostanza il trattamento di invecchiamento artificiale, eseguito nella 6061-T6, ne migliora le proprietà meccaniche e ne aumenta il limite di snervamento.Per compensare questo gap, nell'antenna in esame gli spessori sono leggermente superiori a quelli strettamente necessari. Questo si avverte anche dal peso dell'antenna, che ammonta a circa 27 kg.
Chi volesse approfondire il discorso delle leghe di alluminio può visitare questo sito:http://www.ing.unitn.it/~colombo/laboratorio/cap1.htm
Per quanto riguarda gli accessori, tutta la viteria è in acciaio INOX. Il sistema di ancoraggio degli elementi al boom è quello classico con piastra rettangolare in alluminio e ferri a U in acciaio INOX (U-bolts)Anche il sistema di fissaggio del boom al mast è quello con piastra rettangolare di alluminio e U-bolts in acciaio INOX.Tutti i bulloni e gli U-bolts sono dotati di dadi in acciaio INOX del tipo normale, ossia non del tipo "Palnut" antivibrazioni, nonchè di rondelle anche esse in acciaio INOX. Personalmente preferisco il tipo normale di dadi, perchè avvitabili con maggiore facilità, specialmente quando occorre fare tale operazione in quota. La presenza delle rondelle e una buona coppia di serraggio garantiscono da allentamenti accidentali dei dadi.Le varie sezioni di ciascuno degli elementi sono fissate con viti autofilettanti in acciaio INOX.
A causa del poco tempo a disposizione e della mancanza di almeno un aiutante, ho dovuto installare quest'antenna un pò alla volta, e quando sono riuscito ad alzarla sul mast, ve l'ho lasciata lì, provvisoriamente fissata, per diversi mesi.. Quando sono poi riuscito a riprendere i lavori per terminarli, mi è capitata una cosa curiosa. L'antenna, a suo tempo fissata, pur se alla meglio, con il boom più o meno orizzontale, si era inclinata fortemente da una parte. Tirandola sul mast per il fissaggio definitivo, notavo uno sbilanciamento del peso, pur essendo stata fissata la piastra di ancoraggio al mast esattamente in corrispondenza del baricentro dell'antenna. Pensandoci e riflettendosi su, al fine di capire cosa fosse successo, mi è balenato in testa il sospetto che fosse entrata dell'acqua nel boom e si fosse accumulata tutta da un lato. Il sospetto si è rivelato certezza quando ho avvicinato l'orecchio all'estremità inclinata del boom e l'ho strattonata un pò: il rumore dell'acqua all'interno era inconfondibile.Le estremità del boom sono chiuse con dei tappi in gomma , che ho preferito lasciare dove erano. Per far uscire l'acqua ho proceduto a praticare un forellino in corrispondenza della generatrice inferiore del boom, in prossimità delle sue estremità. Saranno usciti forse 5 litri di acqua. Potrebbe trattarsi di condensa, ma considerata la quantità, tendo a pensare che sia anche entrata fisicamente dell'acqua nel boom durante le piogge, attraverso le giunzioni tra i tre pezzi in cui il boom è suddiviso.
Passiamo ora agli aspetti elettrici.
Non ci sono novità di rilievo per questa antenna. Siamo di fronte a una classica antenna Yagi 4 elementi a spaziatura degli elementi non costante.L'alimentazione avviene con il sistema del gamma-match.
Per ovvie ragioni, non posso qui riportare le misure dell'antenna. Ho tuttavia modellato l'antenna con alcuni software e riporto di seguito i risultati delle simulazioni.
Naturalmente, tali grafici vanno presi con le dovute cautele, perchè nessun software è ancora in grado di simulare perfettamente il contesto reale in cui l'antenna è immersa, però forniscono un'idea abbastanza realistica del suo funzionamento e delle sue prestazioni attese.Nel mio caso, l'antenna è montata a 10 metri di altezza dalla terrazza di casa (dimensioni in pianta 10x10m circa), alta a sua volta 10 metri circa dalle strade circostanti, presenti su tre lati della casa. Non ho grossi ostacoli intorno, mi trovo nel centro storico di un piccolo paese. A nord della mia abitazione è ubicata una piazza di dimensioni 40x30 m circa.I software utilizzati sono MultiNEC, MMANA, EZNEC e 4NEC2. I risultati ottenuti con i quattro software sono pressocchè identici. Per semplicità riporto i diagrammi ottenuti con MultiNEC, che consente di usare al suo interno come motore di calcolo sia EZNEC che 4NEC2, oltre al NEC-2 di default.
Per completezza, riporto anche i risultati di una simulazione più affinata eseguita con 4NEC2, inserendo nel modello anche le parti metalliche dell'edificio su cui l'antenna è installata, nonchè le parti metalliche presenti nei paraggi (linee elettriche, ferri armatura solai etc).
Notare come in questo caso il solido di radiazione si presenti notevolmente distorto e frastagliato, a causa di riflessioni dovute ai circostanti oggetti metallici di dimensioni non trascurabili rispetto alla lunghezza d'onda. Ciò naturalmente, accadrebbe con ogni tipo di antenna per i 20 metri.Questo per quanto riguarda il comportamento teorico dell'antenna, sulla base del modello adottato dai vari software di simulazione utilizzati. Ma nella pratica ?
Iniziamo con la risonanza e la curva del R.O.S. Le misure sono state fatte con l'antenna alla sua altezza definitiva e utilizzando l'analizzatore d'antenna MFJ-259B, collegato all'antenna a mezzo di uno spezzone di cavo coassiale lungo un multiplo di mezza lunghezza d'onda elettrica (lunghezza d'onda per il coefficiente di velocità del cavo). La risonanza dell'antenna è risultata inizialmente troppo alta, intorno a 14500 kHz, così che nella parte bassa dei 20 metri, dove solitamente faccio la mia attività, il R.O.S. è risultato pari a 2,5:1. Avrei potuto anche non dare troppa importanza ad un tale valore di R.O.S., ma non è stato dello stesso parere lo stadio PA del mio transceiver (FT1000MP), che ha puntualmente ridotto la potenza di uscita a protezione dei transistors finali. Avrei potuto rimediare usando l'accordatore automatico d'antenna entrocontenuto nel transceiver, ma preferisco adottare tale soluzione, che in realtà è un compromesso, solo in caso di effettiva necessità, allorquando non si può intervenire sull'antenna. In sostanza, l'antenna è risultata corta. Ho così ricontrollato almeno una dozzina di volte tutte le misure, ho agito sul gamma match muovendo sia il tubicino di diametro minore in quello di diametro maggiore sia il ponticello di collegamento tra gamma rod e radiatore. Quello che sono riuscito a fare è stato solo ridurre al minimo il R.O.S. (1,2:1) alla risonanza, ma questa non si è spostata di un Hz. E non poteva essere altrimenti, visto che il gamma match dovrebbe servire ad adattare l'impedenza dell'antenna e non a variarne la risonanza. Alla fine, non mi è rimasto altra soluzione che allungare un poco il radiatore, estraendo alle due estremità di circa dieci centimetri i due elementi terminali più sottili. Con questa configurazione modificata la risonanza è scesa a circa 14200 kHz, facendo così risultare il R.O.S. inferiore a 2:1 all'interno di tutta la banda dei 20 metri.Potete visualizzare la curva dell'impedenza (R e X) e del R.O.S. al variare della frequenza scaricando il seguente file in formato acrobat: curveros.pdf
Stando a quello che risulta dalle simulazioni con MultiNEC, EZ-NEC, 4NEC2 etc, rifatte a seguito della modifica di lunghezza del radiatore, il suddetto allungamento non ha inciso in misura sensibile sulle prestazioni radiative dell'antenna. Il massimo guadagno è rimasto praticamente uguale, come pure il rapporto Front/Back. Ancora non ho chiaro il motivo per cui l'antenna, con le misure indicate nel manuale, è risultata corta.Per quanto riguarda il diagramma di radiazione nel piano orizzontale, come ho fatto in passato per altre antenne, anche stavolta ho chiesto all'amico Mauro IK7VWT, distante circa 3 km in linea d'aria da casa mia, di garantirmi per il tempo necessario un segnale di ampiezza costante (in trasmissione) a 14200 kHz. In presenza del segnale, ho quindi fatto compiere un giro completo all'antenna, precedentemente connessa ad un analizzatore di spettro con preselettore, annotando via via l'ampiezza del segnale ricevuto, indicata dallo strumento direttamente in dBm. Ho poi inserito i risultati in un foglio Excel , ricostrudendone il grafico polare, che riporto di seguito.
La misura è stata fatta di notte, a banda quasi completamente chiusa. Si tenga presente che quello ottenuto è il diagramma di radiazione sul piano orizzontale ma relativo ad un angolo di elevazione molto basso, pari a circa mezzo grado. Il segnale studiato con l'analizzatore di spettro, infatti, veniva irradiato da un'antenna, quella dell'amico Mauro, posta a 3 km di distanza e più alta di circa 25 metri rispetto a quella in studio. Il front/back è risultato superiore a 20 dB (fare riferimento alle direzioni 40° e 220°). La leggera asimmetria del diagramma è dovuta probabilmente al contesto in cui è immersa l'antenna in studio, con presenza di qualche oggetto metallico e strutture in cemento armato. Sicuramente il diagramma cambia al variare dell'angolo di elevazione sotto il quale lo si va a ricostruire, ma per far questo occorrerebbe un elicottero con misuratore di campo a bordo :-)Un problema, infine, di cui soffre anche questa antenna, come tutte le Yagi tradizionali, è il fastidioso noise che si verifica quando inizia a piovere. In pratica, si ascolta un rumore che, a regime, ricorda vagamente quello dell'olio che frigge. All'inizio si possono ascoltare le singole gocce d'acqua che urtano contro gli elementi orizzontali dell'antenna ! Più di una volta ho capito che stava iniziando a piovere grazie a questo fenomeno. Presumibilmente esso è dovuto alla carica elettrostatica contenuta nelle gocce d'acqua della prima pioggia che, venendo a contatto con gli elementi metallici orizzontali dell'antenna, produce il rumore sopra descritto. Non ho sinora avuto modo di verificare se tale inconveniente si verifica anche con antenne yagi alimentate con un sistema diverso dal gamma match. Con il gamma match, infatti, mentre la calza del cavo è fisicamente connessa al radiatore (nel suo punto intermedio), il centrale del cavo coassiale non è invece elettricamente connesso al radiatore, essendovi interposta la capacità rappresentata dai due tubicini infilati per un certo tratto uno dentro l'altro.