L'antenna a dipolo a ventaglio è una delle antenne HF multibanda più popolari tra i radioamatori. La sua popolarità deriva dalla semplicità costruttiva, dal basso costo e dalle ottime caratteristiche operative. A differenza di altre antenne multibanda, non utilizza trappole accordate, ma diversi dipoli separati collegati a un unico punto di alimentazione.
Per il radioamatore che desidera coprire più bande HF senza utilizzare un accordatore d'antenna o complessi sistemi di commutazione, il dipolo a ventaglio rappresenta una soluzione interessante. Con una progettazione adeguata, può operare in modo affidabile su diverse bande amatoriali con parametri paragonabili a quelli dei dipoli monobanda.
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Principio di funzionamento
Il nome "dipolo a ventaglio" deriva dalla disposizione dei conduttori, che, visti di lato, ricordano un ventaglio aperto. Diversi dipoli di lunghezze differenti, destinati a bande di frequenza diverse, sono collegati a un unico punto di alimentazione.
Ciascun dipolo è sintonizzato su una banda specifica. In fase di trasmissione o ricezione, l'energia si distribuisce naturalmente in modo che il ramo risonante a una determinata frequenza risulti predominante. Gli altri conduttori presentano un'elevata impedenza e contribuiscono solo minimamente al funzionamento.
L'antenna a dipolo a ventaglio più semplice può essere progettata, ad esempio, per le bande dei 40 e 20 metri. Le configurazioni più complesse spesso coprono le bande degli 80, 40, 20, 15 e 10 metri utilizzando un singolo cavo coassiale.
Vantaggi rispetto alle antenne a trappola
L'alternativa più comune al dipolo a ventola è il dipolo a trappola. Questi utilizzano trappole risonanti formate da una combinazione di bobina e condensatore. La trappola separa elettricamente una parte dell'elemento radiante a una determinata frequenza e consente il funzionamento su più bande.
Tuttavia, il dipolo a ventaglio non presenta trappole. Ciò comporta diversi vantaggi significativi.
Il primo vantaggio è rappresentato dalle minori perdite. Ogni trappola contiene componenti reali con un fattore di qualità Q finito. A potenze più elevate, si verificano perdite e parte dell'energia viene convertita in calore. Il dipolo a ventaglio utilizza solo conduttori, quindi le perdite aggiuntive sono minime.
Il secondo vantaggio è una maggiore larghezza di banda operativa. Le antenne a trappola tendono ad essere relativamente a banda stretta su alcune bande, mentre un dipolo a ventaglio si comporta in modo simile a un classico dipolo risonante.
Il terzo vantaggio è la maggiore affidabilità. Le trappole sono esposte alle condizioni atmosferiche e alle sollecitazioni meccaniche. Nel dipolo a ventaglio, tale elemento è completamente assente.
Un fattore importante è anche la semplicità costruttiva. Il radioamatore non ha bisogno di progettare o sintonizzare trappole risonanti. È sufficiente preparare singoli dipoli della lunghezza corretta e sintonizzarli gradualmente sulle bande desiderate.
Progettazione a dipolo a ventaglio
La struttura di base è costituita da un isolante centrale con un collegamento tramite cavo coassiale. A questo punto, vengono collegati in parallelo singoli dipoli progettati per bande di frequenza diverse.
Il dipolo più lungo è progettato per la frequenza operativa più bassa. Gli altri dipoli sono progressivamente più corti. I conduttori sono distanziati mediante distanziatori in plastica o fibra di vetro.
La distanza tra i conduttori è solitamente di poche decine di centimetri. Una distanza troppo piccola può causare un'influenza reciproca più forte e una sintonizzazione più complessa.
In edilizia, si utilizzano più frequentemente conduttori in rame o in rame intrecciato con isolamento resistente ai raggi UV. La sollecitazione meccanica è simile a quella di un dipolo classico.
Regolazione dell'antenna
Sintonizzare un dipolo a ventaglio è un po' più difficile che sintonizzare un dipolo a banda singola. I singoli conduttori interagiscono tra loro e la modifica della lunghezza di un ramo può influenzare leggermente la risonanza delle altre bande.
La lunghezza dei singoli emettitori è ridotta dal fattore di accorciamento del conduttore e dall'influenza della terra (capacità parassita). Se si utilizza un filo con isolamento in PVC, è prevedibile che gli emettitori siano più corti del 4-7%.
Si consiglia di iniziare con la banda più bassa e poi procedere gradualmente verso frequenze più elevate. Dopo ogni regolazione, è opportuno misurare tutte le bande utilizzando un analizzatore di antenna.
Dopo diverse iterazioni, è possibile ottenere un'ottima corrispondenza su tutte le bande desiderate.
Alimentatore e balun
Come con il dipolo classico, si consiglia di utilizzare Balun di corrente 1:1Il suo ruolo è quello di limitare la corrente comune che scorre attraverso la treccia del cavo coassiale.
In assenza di un balun, la radiazione della linea coassiale può essere significativa, causando distorsioni del diagramma di radiazione e misurazioni PSV instabili.
Per potenze fino a diverse centinaia di watt, i balun di corrente in ferrite con nuclei di tipo 31 o 43 si sono dimostrati efficaci.
Risultati pratici
Numerose misurazioni pubblicate dimostrano che un dipolo a ventaglio ben progettato raggiunge parametri molto simili a quelli di un dipolo a banda singola. Sia il guadagno che il diagramma di radiazione rimangono praticamente invariati.
Il vantaggio risiede nella possibilità di coprire più bande senza bisogno di un commutatore d'antenna o di alimentatori separati. Il radioamatore ottiene così un'antenna HF universale a un costo relativamente contenuto.
In pratica, i dipoli a ventaglio sono spesso utilizzati in installazioni domestiche permanenti, field day e operazioni QRP. Le configurazioni 80/40/20/15/10m o 40/20/15/10m sono molto diffuse.
limitazioni del dipolo a ventaglio
Il principale svantaggio è la necessità di spazio sufficiente. Il numero di conduttori aumenta con il numero di bande e l'antenna diventa meccanicamente più complessa e pesante. Pertanto, in alcune località potrebbe essere più pratico utilizzare un dipolo a trappola o un'antenna verticale.
Con un numero elevato di bande, è necessario dedicare più tempo alla sintonizzazione, poiché i singoli emettitori si influenzano a vicenda.
Conclusione
Il dipolo a ventaglio è una delle migliori soluzioni per il radioamatore che desidera operare su più bande HF utilizzando una singola antenna. Rispetto alle antenne a trappola, offre perdite inferiori, una costruzione più semplice e un'elevata affidabilità.
Sebbene richieda più spazio e pazienza durante la messa a punto, il risultato è un'antenna multibanda efficace, in grado di fornire parametri molto simili a quelli di un singolo dipolo risonante. Per questo motivo, il dipolo a ventaglio rimane uno dei progetti autocostruiti più popolari tra i radioamatori di tutto il mondo.
Video
Il video mostra la costruzione pratica di un'antenna dipolo a ventaglio multibanda, compresa la soluzione meccanica dei distanziatori e il processo di sintonizzazione delle singole bande.