LA VERITA' SULLE END FED 

Come suggerisce il nome, un'antenna "end-fed" è proprio questo: l'elemento radiante è alimentato a una delle sue estremità, invece che da qualche parte tra le sue due estremità (cioè, alimentato al centro come un dipolo standard, o off-fed). alimentazione centrale). Un caso speciale di questo è l'antenna End-Fed Half-Wave (EFHW). Ovviamente un'antenna EFHW ha una lunghezza di "semionda" solo su una frequenza specifica. Quindi, un'antenna "multi-banda a semionda end-fed" è in realtà un termine improprio...

Un radiatore a "mezza lunghezza d'onda" ha un'alta impedenza (= alta tensione, bassa corrente) nel punto di alimentazione. In effetti, entrambe le estremità di un radiatore di questo tipo, quindi è necessario tenerle lontane da tralicci metallici, pareti, ecc. Tuttavia, questo vale anche per un radiatore "n x mezza lunghezza d'onda". Pertanto, un radiatore che è "mezza lunghezza d'onda" a una particolare frequenza (o in una particolare banda), avrà anche un'impedenza del punto di alimentazione elevata a frequenze armoniche più alte. Pertanto un radiatore end-feed dimensionato per la banda degli 80 metri può essere utilizzato anche per le bande dei 40, 20 e 10 metri. O almeno parti di esse, poiché le bande non sono armonicamente correlate al 100%.

Come detto, l'impedenza alle frequenze di risonanza è elevata: nell'ordine di 2500-3000 Ω, a seconda della situazione installativa. In genere, viene utilizzato un trasformatore per abbinare questo filo del radiatore a un cavo coassiale da 50 Ω. I trasformatori hanno un numero intero di spire negli avvolgimenti primari e secondari. Il rapporto di trasformazione della tensione è uguale al rapporto spire del trasformatore. L'attuale rapporto di trasformazione è il reciproco del rapporto di trasformazione.

Quindi, il rapporto di trasformazione dell'impedenza è il rapporto del quadrato delle spire. Quindi, con un rapporto di trasformazione della tensione (= rapporto del numero di spire) di 1:7 o 1:8, si ottiene un rapporto di trasformazione dell'impedenza di 1:72 = 1:49, ovvero 1:82 = 1:64. Questo trasforma rispettivamente 50 ↔ 2450 e 50 ↔ 3200.

Nota: come con tutte le antenne, l'impedenza effettiva del punto di alimentazione (e, quindi, il rapporto effettivo del trasformatore necessario) dipenderà dall'altezza di installazione, ecc.

Figura 1: Rapporti del trasformatore (N e M sono il numero di spire primarie e secondarie) 

Esistono (almeno) due modi standard per abbinare il radiatore alimentato all'estremità alla linea di alimentazione:

Con un trasformatore di impedenza dotato di un condensatore variabile sul lato antenna del trasformatore. Il circuito risonante parallelo risultante deve essere risintonizzato quando la frequenza operativa viene modificata. In questo caso l'antenna è isolata galvanicamente dalla linea di alimentazione.

Questa è anche conosciuta come antenna "Fuchs", dal nome OE1JF, Josef Fuchs (da pronunciare in inglese come "Foox") di Vienna/Austria, che la brevettò nel 1927. Nel suo progetto originale, ci sono in realtà due condensatori variabili: uno su ciascun lato del trasformatore. Il circuito del trasformatore risonante in parallelo è chiamato circuito di Fuchs ("Fuchskreis" in tedesco).

Con un trasformatore di impedenza configurato come autotrasformatore. Pertanto l'antenna non è isolata galvanicamente dalla linea di alimentazione. Anche in questo caso, su un lato del trasformatore può essere presente un condensatore fisso o variabile.

Figura 2: L'antenna originale "Fuchs".

Un modo per rendere l'antenna Fuchs multibanda è aggiungere prese selezionabili sul lato primario e/o secondario del trasformatore. Un'ulteriore "sintonizzazione" può essere eseguita con un condensatore variabile tra la presa selezionata dell'avvolgimento lato antenna del trasformatore e il "fondo" di tale avvolgimento. 

Figura 3: Antenna multibanda "Fuchs" con singolo condensatore di sintonia

Figura 4: Configurazione con autotrasformatore e trimmer-condensatore di sintonia

In alcune implementazioni, il trasformatore può essere commutato tra entrambe le configurazioni con un semplice interruttore sul "fondo" del trasformatore. Potrebbe sembrare che un'antenna "end-fed" sia un'antenna unipolare: non esiste un "contrappeso" esplicito nella maggior parte dei casi. disegni alimentati. Ovviamente il radiatore finale ha bisogno di qualcosa contro cui "spingere" proprio come tutti i radiatori dell'antenna.

La necessità di espandere una End-Fed con un simile “contrappeso” era già stata riconosciuta ben più di un secolo fa! Esempio: il famoso sistema di antenne "Zeppelin" ("Zepp"). È stato brevettato da Hans Beggerow di Berlino/Germania nel 1909. Nel brevetto si afferma che lo scopo dell'invenzione è quello di allontanare i punti ad alta tensione dell'antenna dal pallone di un dirigibile, per ridurre il rischio di incendiare le sempre presenti perdite di idrogeno.

La superficie del pallone e del cestello venivano spesso usate come "contrappeso" per il filo dell'antenna, o usate per attaccare tale "contrappeso". Quindi, l'applicazione di Beggerow era per i dirigibili, come i dirigibili progettati e costruiti dal conte Ferdinand von Zeppelin. Da qui il soprannome di antenna "Zepp(elin)".

Figura 5: L'antenna originale dello "Zeppelin".

La disposizione di Beggerow comprende un lungo filo dell'antenna e un filo di "contrappeso" parallelo ma più corto. I due fili paralleli formano un tratto di linea di trasmissione bilanciata. Questo è il motivo per cui il brevetto la chiama "linea Lecher", dal nome dell'austriaco Ernst Lecher che utilizzò tale disposizione (con lunghezza variabile) alla fine degli anni '80 del XIX secolo per misurare le frequenze dei segnali. Il brevetto non menziona né suggerisce alcuna dimensione per la lunghezza dei cavi e la loro spaziatura, né per il trasformatore di accoppiamento. Inoltre non suggerisce un condensatore di sintonizzazione.

Figura 6: L'antenna Zepp con condensatore di "sintonizzazione" (circuito Fuchs) 

La sezione della linea di trasmissione dello Zepp originale può essere "sacrificata" aprendola, in modo tale che l'antenna diventi un doppietto della Fed Off-Center (OCF).

Figura 7: L'antenna Zepp con condensatore di sintonizzazione e sezione della linea di trasmissione spiegata

Il primo End-Fed radioamatoriale pubblicato sembra essere quello di W3EDP del 1936. Si tratta di un normale end-fed multibanda per 160-80-40-20-10m (a quei tempi non c'erano bande WARC).

L'antenna è stata adattata direttamente al trasmettitore (= senza linea di alimentazione) con un circuito trasformatore risonante in parallelo, cioè un circuito Fuchs come descritto nella sezione Introduzione. Il cavo dell'antenna aveva una lunghezza di 25,6 m (84 piedi) ed era installato ad un'altezza di 6 m (20 piedi).

Un filo di "contrappeso" lungo 5,2 m (6,5 piedi per 20 m) era collegato alla parte inferiore del lato antenna del trasformatore del circuito di Fuchs. Questo cavo era installato all'interno, lungo il soffitto della sua baracca (probabilmente a circa 7-8 piedi dal livello del suolo), quindi non poteva essere installato in parallelo con il cavo dell'antenna.

Un condensatore di regolazione dell'impedenza è stato posizionato sul lato dell'antenna del trasformatore, con impostazioni invariate su tutte le bande. 

Figura 8: la configurazione originale dell'antenna W3EDP

In molte versioni successive del W3EDP, il filo "contrappeso" è installato in parallelo al filo dell'antenna. La versione originale e quella successiva di questa antenna possono essere viste in diversi modi (rif. 10C): Quando i cavi dell'antenna e del "contrappeso" sono disposti in parallelo, come nello "Zepp", il cavo dell'antenna è lungo 67 piedi (84 - 17 = 67 piedi). Questo filo dell'antenna viene alimentato tramite una sezione di linea di trasmissione a filo parallelo con 1/4 della lunghezza del filo dell'antenna (ovvero 67/4 ≈ 17 piedi).

Un cavo dell'antenna alimentato all'estremità lungo 84 piedi, con un cavo "contrappeso" di 1/5 della lunghezza di quel cavo dell'antenna (ovvero, 84/5 ≈ 17 piedi).

Un dipolo con alimentazione fuori centro (OCF) con campata totale di 84+17=101 piedi, con il punto di alimentazione a 1/6 della campata totale (101 / 6 ≈ 17 piedi = 17%) da un'estremità (= 83 /17OCF). Il dipolo può essere dritto o piegato. 

La figura successiva mostra una variazione del W3EDP originale, aggiungendo un condensatore in serie variabile al lato trasmettitore del trasformatore:

Figura 9: antenna W3EDP con ATU

Molte versioni moderne del W3EDP utilizzano la configurazione della linea di trasmissione, con una sezione di linea ladder a filo aperto o cavo doppio a nastro standard da 300 o 450 ohm. Si noti che il cavo doppio da 300 e 450 ohm ha un fattore di velocità VF leggermente diverso, quindi è necessario utilizzare una lunghezza leggermente diversa.

Al posto del trasformatore Fuchs viene utilizzato un BALUN 4:1 oppure un UNUN 4:1. Il doppio conduttore viene generalmente installato verticalmente e il filo dell'antenna orizzontalmente. Naturalmente, può essere installato completamente verticalmente (come nel brevetto originale "Zepp", o capovolto), o in una configurazione a V invertita, ecc.

Di seguito sono mostrate varie configurazioni 80-40-20-10 con alimentazione finale - l'elenco non è esaustivo. Hanno tutti caratteristiche e prestazioni diverse per quanto riguarda i problemi di modo comune (RFI, livello di rumore RX,...) e il livello di corrente nel filo dell'antenna (potenza irradiata).

Figura 11: configurazione di base con autotrasformatore

Nella configurazione di base di cui sopra, il radiatore utilizzerà semplicemente il cavo coassiale come contrappeso: il cavo coassiale avrà corrente di modo comune su di esso e si irradierà! Se questo sia o meno un problema (RFI, TVI, alto livello di rumore di ricezione, ecc.) nella tua specifica posizione/QTH, dipende dal livello di potenza del trasmettitore e dall'inevitabile accoppiamento per "contrapporre" gli oggetti vicino all'antenna e al (radiante) coassiale e altre fonti di rumore di modo comune.

Esistono tre approcci di base per cercare di eliminare (o almeno ridurre sufficientemente) la corrente di modo comune dal cavo coassiale. Vedere le sei configurazioni successive.

La prima opzione considerata è collegare il punto comune dell'autotrasformatore alla terra reale, con un filo e un picchetto di terra. Si noti che ora scorrerà una certa corrente verso terra. Ci sarà ancora corrente di modo comune sul cavo coassiale. Pertanto, sia il filo di terra che il cavo coassiale si irradieranno ed entrambi potrebbero captare rumore elettrico da tutti i tipi di fonti. Il punto di messa a terra può anche essere collegato alla "terra della stazione" - direttamente o indirettamente. Ciò crea un anello di massa indesiderato.

Figura 12: Configurazione di base con trasformatore messo a terra

Possiamo anche dare al radiatore dell'antenna qualcosa contro cui spingere, collegando un filo di contrappeso al punto comune dell'autotrasformatore. Vedere la figura 13 di seguito. Quel filo non deve essere di lunghezza simile al filo del radiatore principale. Tutto ciò che serve è un filo corto: circa 0,05 λ, ovvero ≈ 4,2 mo ≈14 ft per un'estremità da 80 m (o 80-40-20-10). Parte della corrente fluirà ora nel filo di contrappeso e ridurrà la corrente di modo comune sul cavo coassiale. Il filo di contrappeso si irradierà, il che è OK.

Figura 13: Configurazione di base con filo di contrappeso al trasformatore

Per bloccare la corrente di modo comune rimanente sul cavo coassiale, possiamo aggiungere un'induttanza di modo comune (= balun di corrente 1:1) direttamente sul lato trasmettitore del trasformatore. Vedere la figura 14 di seguito. Tuttavia, questo non è un punto ad alta corrente del sistema di antenna. Quindi, lo strangolamento non sarà così efficace come potrebbe essere...

Figura 14: Configurazione di base con filo di contrappeso e induttanza di modo comune sul trasformatore

Per rendere più efficace lo choke balun non dobbiamo fare altro che inserirlo in un punto del cavo coassiale che dista circa 0,05 λ dal trasformatore (la stessa lunghezza del filo di contrappeso in fig. 13). Vedere la figura 15 di seguito: ancora una volta, ≈ 4,2 mo ≈14 piedi per un'alimentazione finale di 80 m. Rif. 2A, 3, 14. Sì, il cavo coassiale si irradierà, ma solo la parte del cavo coassiale tra il trasformatore e lo starter balun. Fa parte dell'antenna! In effetti, le configurazioni di Fig. 14 e 15 sono molto simili.

Figura 15: Configurazione di base con induttanza di modo comune ad una certa distanza dal trasformatore

Un'altra opzione per bloccare la corrente di modo comune sul cavo coassiale è quella di non utilizzare un autotrasformatore, ma un trasformatore "normale" che fornisca isolamento galvanico tra il lato primario e quello secondario. Vedere la figura 16. Bene. Ma senza un esplicito contrappeso, il filo del radiatore deve ora spingere contro qualcos'altro nella zona, affinché l'antenna possa funzionare bene.

Oppure non funziona affatto, a seconda di cosa può spingere vicino all'antenna (inclusa capacità parassita/parassita nell'ambiente o tra il lato dell'antenna del trasformatore e la linea di alimentazione).

Figura 16: Configurazione di base con lati del trasformatore isolati galvanicamente

La soluzione ovvia è aggiungere un filo di contrappeso, come discusso sopra:

Figura 17: Configurazione di base con trasformatore aperto e filo di contrappeso

Potresti voler collegare la parte inferiore del trasformatore con un resistore da 1 MΩ, per eliminare le cariche statiche. Mentre una qualsiasi delle configurazioni di cui sopra può "funzionare" nella tua posizione particolare, le configurazioni in Fig. 14, 15 e 17 dovrebbero risultare nella corrente di modo comune più bassa sul cavo coassiale e anche con il livello di rumore di ricezione più basso (specialmente le configurazioni nelle Fig. 14 e 15).

Non tutti abbiamo spazio per appendere un terminale alimentato a grandezza naturale (almeno non in un retta). Tuttavia, potrebbe essere possibile una versione di dimensioni ridotte

Figura 18: configurazione di base di mezza misura

Esistono diversi fornitori commerciali di antenne end-fed (ad esempio, rif. 1, 2A/B/C/D). Ma il design è abbastanza semplice per la costruzione di case a un costo (molto) inferiore (sebbene il trasformatore QRP end-fed del rif. 2D sia abbastanza ragionevole).

Figura 19: Configurazione multibanda commerciale di HyEndFed 

Alimentazione finale di mezza lunghezza d'onda nella banda degli 80 m, bobina di caricamento posizionata a circa 1/4 WL della banda più alta (qui: la banda dei 10 m) dal punto di alimentazione.

CONCETTO DI QUESTA ANTENNA:

Con l'aumento della frequenza (di risonanza) (= bande più alte), per un dato diametro del radiatore, aumenta la lunghezza del radiatore richiesta per adattarsi elettricamente alle lunghezze d'onda Nx2. Ad esempio, un radiatore per 7,2 MHz deve essere leggermente più lungo del doppio di un radiatore per 3,6 MHz.

Al contrario, se la lunghezza del radiatore viene tagliata per 3,6 MHz, sarà un po' troppo corta per 7,2 MHz, soprattutto per le bande armoniche pari più alte.

Una bobina di caricamento è più efficace al massimo di corrente e diventa sempre più inefficace quando viene spostata al minimo di corrente. Se tale bobina viene posizionata (= posizione fissa) vicino al massimo corrente per la fascia più alta più vicina al punto di alimentazione, allora sarà più efficace per quella fascia (dove è necessario il carico maggiore, poiché il radiatore viene tagliato per la banda più bassa) e sempre meno efficace per le bande subarmoniche inferiori, dove è necessario un carico minore.

Inserisci il diagramma a 2 colonne. Prima colonna: valore della lunghezza d'onda elettrica per 3,6 e armoniche pari, 80-10. 2a colonna: lunghezza del radiatore richiesta per la risonanza (filo di diametro 2 mm) e fattore associato rispetto a 80 m di lunghezza. Inoltre: per le voci di entrambe le colonne: NEC distribuzione della corrente

Oppure: figura sotto + figura simile, tagliata per 80 m, ma senza bobina di carico, e lunghezze d'onda risultanti 2N.

Figura 20: Concetto del multibanda End-Fed DL7AB - distribuzione della corrente semplificata

Fig sopra: distribuzioni per caso ideale - spazio libero. Speciale carico/accoppiamento capacitivo parassita con/per ambiente di installazione: senza una bobina di carico adeguata, la lunghezza di risonanza a 80 m non sarà risonante su nessuna delle bande armoniche (pari e dispari).

La lunghezza dipende dal diametro del cavo, dall'altezza di installazione, dalle strutture e dagli oggetti vicini (specialmente vicino alle estremità del cavo), la lunghezza varia da 38,5 a 41,5 m. L = 2 m, bobina 1,4 uH (filo di diametro 1,9 mm, 4 spire strettamente avvolte su nucleo di diametro 60 mm) !!!!!! vs 5 giri su 5 cm di diametro per Rothammel!!!! 

CONFIGURAZIONE COMUNE 40-10 MTR O MEZZA TAGLIA 80-10 

L'antenna base comprende: 

un filo che è circa 1/4 di lunghezza d'onda sulla banda più bassa,

una bobina di caricamento,

un cavo di prolunga oltre la bobina,

un trasformatore di impedenza e

un condensatore sul lato secondario del trasformatore.

Figura 21 Schema elettrico di principio 

Le dimensioni nominali e i valori dei componenti per le estremità 80-10 e 40-10 sono riportati di seguito (vedere anche rif. 7 per una discussione sulle lunghezze). Ho utilizzato un cavo THNN multifilo AWG n. 14 (1,6 mm Ø) dal negozio DYI per l'antenna e un filo di rame smaltato AWG n. 20 (0,8 mm Ø) per il trasformatore e la bobina.