raggio esagonale G3TXQ

hexbeam è un'antenna direzionale a filo che combina i principi di yagi a Moxon antény. Verziu G3TXQ, prodotto da Anthony MW0JZE dal 2009Oggi, questa antenna è utilizzata da un gran numero di radioamatori come sostituto della classica Yagi multibanda o quad a terra, dove non c'è spazio per una struttura più grande. L'articolo descrive il principio di funzionamento, la struttura meccanica, la storia della sua creazione, l'aggiunta della banda dei 40 metri, la soluzione con balun e l'esperienza pratica con la costruzione di un'antenna simile in ambito domestico.

Vantaggi dell'antenna hexbeam

Il principale vantaggio dell'antenna Hexbeam risiede nella combinazione di guadagno direzionale e dimensioni ridotte. Questo design raggiunge un guadagno di circa 5-6 dBi e un rapporto fronte/retro fino a 20 dB, risultando quindi simile, in termini di parametri, a un'antenna Yagi a due elementi. Grazie ai sei bracci paralleli, è possibile posizionare fino a sei bande separate su un'unica colonna centrale, con ciascuna banda che funziona come un'antenna indipendente a due elementi, senza bobine e filtri passa-banda, ovvero senza le perdite che questi elementi normalmente causano.

Il vantaggio pratico maggiore rispetto a una classica antenna Yagi è la sua dimensione. L'antenna hexbeam a sei bande G3TXQ ha un raggio di rotazione di soli 3,25 m, mentre un'antenna Yagi a due elementi comparabile per la banda dei 20 m necessita di un'apertura di 10,75 m e di un raggio di rotazione di 5,75 m. Questo permette all'antenna hexbeam di adattarsi a un giardino di dimensioni standard e di essere ruotata anche con un rotatore meno potente.

Il progetto originale dell'antenna hexbeam degli anni '90 aveva caratteristiche a banda stretta e richiedeva una sintonizzazione. La versione G3TXQ, invece, è progettata per essere a banda larga: se assemblata correttamente, non necessita di un accordatore d'antenna e il ROS (rapporto d'onda stazionaria) rimane basso su tutta la gamma delle singole bande.

Caratteristiche dell'antenna Hexbeam

Hexbeam G3TXQ è un'antenna Yagi a due elementi di dimensioni standard con elementi in filo curvato. L'elemento attivo ha una forma a M vista dall'alto, mentre il riflettore ha una forma a U. L'antenna può essere assemblata in versione monobanda o multibanda senza un significativo degrado delle prestazioni, poiché le singole bande non si influenzano praticamente a vicenda: scollegare o modificare un elemento non ha quasi alcun effetto sulle altre bande.

La larghezza totale dell'antenna a sei bande è di 6,5 m, l'altezza dalla piastra di base alla sommità della colonna centrale è di 107 cm. Il peso della versione attuale con inserti più spessi è di 12 kg (dato del 2014), mentre la versione precedente con inserti più sottili pesava 9,5 kg.

Il produttore dichiara che l'antenna è stata testata nel Regno Unito fino a 400 W, con alcuni utenti che la utilizzano regolarmente in SSB fino a 2 kW e in CW e modalità digitali fino a 1 kW. La resistenza meccanica è stata testata fino a 75 mph di velocità del vento, ma questo valore è valido solo se il palo di supporto è in grado di sopportare lo stesso carico.

I valori elencati sono stati pubblicati dal produttore per la versione HD a sei bande dell'antenna hexbeam G3TXQ; il guadagno è espresso in dBd, per convertirlo in dBi è necessario aggiungere 2,15 dB.

Storia dell'antenna Hexbeam

Il concetto di antenna hexbeam fu ideato per la prima volta da Mike Traffie, N1HXA, che pubblicò il suo progetto su Communications Quarterly nel 1996. Questo progetto originale, ora noto come progetto "classico", aveva un raggio di rotazione di circa 2,9 m e copriva le bande dei 20, 17, 15, 12 e 10 metri.

Il radioamatore britannico Steve Hunt, G3TXQ, ha esaminato più attentamente il progetto originale, notando discrepanze nei valori di guadagno, larghezza di banda e rapporto fronte-retro forniti da vari costruttori. Ha pubblicato i risultati della sua modifica sulla rivista online AntennaX alla fine del 2007 con il titolo "Broadband Hexbeam", e dal 2008 questa versione a banda larga ha iniziato a diffondersi tra i costruttori. Ha modificato le dimensioni e la forma degli elementi in modo che l'antenna funzionasse a banda larga senza bisogno di sintonizzazione, mentre l'elemento eccitato ha mantenuto la forma a M, ma il riflettore ha assunto una forma più semicircolare. Il prezzo da pagare per l'estensione della larghezza di banda è stato un aumento del raggio di rotazione a 3,25 m.

La produzione commerciale della versione a banda larga dell'antenna G3TXQ è iniziata nel luglio 2009 per mano di Anthony, MW0JZE, inizialmente in seguito a una richiesta di antenna per l'attività IOTA di radioamatori portatili. La produzione è guidata da Steve Hunt, G3TXQ, e opera con il nome commerciale Hexbeam UK dal 31 marzo 2013. Secondo il produttore, ad oggi sono state vendute oltre 3000 unità dell'antenna in più di 65 paesi.

Progettazione di antenna hexbeam multibanda

pilastro centrale

Il cuore della struttura è la colonna centrale coassiale ad aria di nostra progettazione MW0JZE, prodotta dall'agosto 2012. Il conduttore esterno è un tubo di alluminio con un diametro di 35 mm e uno spessore di 3,5 mm, mentre il conduttore interno è un'asta rigida posizionata su distanziatori in nylon al centro del tubo; la colonna stessa non contiene alcun cavo coassiale. La struttura è progettata per un'impedenza di 50 ohm ed è simmetrica, il che migliora il bilanciamento dell'alimentazione e l'isolamento dalle altre parti della struttura. La parte superiore della colonna è chiusa con un perno in nylon per garantire l'impermeabilità, il connettore di alimentazione è SO-239 e, su richiesta, è disponibile anche un connettore N. 

Piastra di base

La piastra di base è realizzata in lamiera di alluminio T6 da 6 mm, lavorata a CNC, con marcature incise per un posizionamento preciso dei distanziali. Tutti i bulloni a U e gli elementi di fissaggio sono in acciaio inossidabile. La flangia inferiore è dimensionata per un diametro massimo del tubo di supporto da 50 a 40 mm (metrico), ovvero da 1 e 7/8 a 1 e 5/8 pollici, con uno spessore minimo della parete consigliato di 2,5 mm.

Rivestimenti in fibra di vetro

Ciascuno dei sei bracci è costituito da tre sezioni di profilo in fibra di vetro estruso, una delle quali, una volta ripiegata, misura 353 cm di lunghezza.

Le estremità delle sezioni sono rinforzate con manicotti in alluminio per evitare che si crepino quando i montanti vengono piegati a formare un'antenna. Ciascun braccio è fissato al palo e al braccio adiacente tramite cavi di tensione Mastrant P2 con una resistenza alla trazione di 95 kg, che mantengono i montanti nella corretta curvatura. I conduttori sono guidati sui montanti in supporti in HDPE, che il produttore ha sostituito con il design originale, meno resistente, nella revisione di gennaio 2025.

Elementi di filo

L'antenna viene fornita di serie in una configurazione a cinque o sei bande per una portata da 6 a 20 m. Ogni elemento è un'unità separata, quindi l'aggiunta o la rimozione di una banda non influirà in modo significativo sulle caratteristiche delle altre. I conduttori sono realizzati in filo di rame a sette conduttori con isolamento in PVC, e tra l'elemento attivo e il riflettore sono presenti distanziatori in corda di poliestere.

Da gennaio 2013, tutti gli elementi sono dotati di isolanti appositamente sviluppati per prevenire la formazione di archi elettrici durante il funzionamento prolungato ad alta potenza in modalità CW e dati, tipicamente durante competizioni o spedizioni DX. Tutti i collegamenti sono sigillati con guaine termorestringenti.

Secondo il produttore, l'assemblaggio completo dell'antenna richiede circa un'ora. L'altezza ottimale dal suolo è superiore a 10,7 m, ma l'antenna fornisce risultati soddisfacenti anche a un'altezza di circa 6 m da un terreno libero e privo di ostacoli nelle vicinanze, con un rapporto di onde stazionarie (ROS) che diminuisce all'aumentare dell'altezza.

Espansione della banda dei 40 metri

Per i possessori dell'antenna hexbeam a sei bande G3TXQ, è disponibile un kit di estensione per la banda dei 40 metri sotto forma di un singolo elemento dipolo. Il kit include sei bracci di estensione con accessori, un braccio di estensione verticale, un adattatore Balun per il collegamento diretto di un alimentatore da 50 ohm con un carico di potenza fino a 1,5 kW e dell'elemento a filo stesso per la banda dei 40 m.

Il kit ha sostituito il precedente modello a sette bande con antenna esagonale, la cui produzione è stata interrotta a causa della sua elevata complessità e della necessità di un lavoro prolungato. Il nuovo kit può essere installato anche su antenne a sei bande preesistenti, aggiunge solo pochi chilogrammi di peso e richiede circa un'ora per l'assemblaggio.

Secondo le simulazioni del programma EZNEC, l'elemento stesso raggiunge un guadagno di 3,77 dBi per 40 m in spazio libero, mentre il dipolo di riferimento ha un guadagno di 2,14 dBi nelle stesse condizioni. Quando montato a un'altezza di 10 m dal suolo, la simulazione ha anche mostrato un aumento del guadagno direzionale dell'elemento adiacente per 15 m - da 9,12 dBi a 10,35 dBi, il rapporto fronte-retro è aumentato da 16,51 dB a 16,94 dB, mentre la larghezza del fascio di radiazione si è ridotta con una migliore attenuazione laterale, ma con la formazione di lobi posteriori più pronunciati.

Secondo il produttore, la larghezza di banda dell'elemento per i 40 metri è di circa 175 kHz inferiore al limite di SWR 2:1, valore che rientra nella gamma della maggior parte degli accordatori d'antenna integrati nei ricetrasmettitori moderni; il centro della gamma può essere specificato al momento dell'ordine in base alla parte di banda preferita. Con il kit per i 40 metri, il raggio di rotazione dell'antenna aumenta a 4,1 metri e il kit pesa circa 3,5 kg.

balun

L'Hexbeam è alimentato da una singola linea da 50 ohm e, secondo il produttore, richiede un balun o un induttore 1:1 posizionato il più vicino possibile al punto di alimentazione – in pratica, tipicamente a 20 m vicino alla sommità della colonna centrale – per sopprimere le correnti di modo comune sulla guaina del cavo coassiale.

Oltre alle antenne, MW0JZE fornisce anche il proprio balun di isolamento in linea basato sul concetto W1JR con un nucleo toroidale FT240-43. L'avvolgimento è costituito da 70 cm di cavo coassiale RG-303 avvolto in otto spire attorno al nucleo, il tutto alloggiato in un contenitore impermeabile in resina poliestere, con connettori SO-239 su entrambi i lati. Il balun è testato al limite di potenza massimo consentito nel Regno Unito; il nucleo FT-240 può gestire fino a 1 kW di potenza in SSB con un rapporto SWR ideale di 1:1, ma non in modalità a ciclo di lavoro completo come CW o dati.

Nella scelta di una specifica soluzione di induttore, il produttore fa riferimento a una ricerca separata condotta da Steve Hunt, G3TXQ, che ha confrontato l'impedenza di diversi nuclei e il numero di spire nella soppressione delle correnti di modo comune. Le opzioni consigliate includono, ad esempio, otto spire di cavo RG58, o in alternativa RG142, su un nucleo FT240-43, oppure sei nuclei in ferrite FB-31-1020 infilati su un cavo RG213.

Esperienza nel settore edile

Ho costruito un'antenna Hexbeam per tre bande a casa. Nonostante la sua semplicità estetica, la sua realizzazione è laboriosa, ma i materiali sono economici, le dimensioni accettabili e la funzionalità è ottima.

Ho utilizzato una piastra di base in duralluminio. Su di essa è fissato un tubo in duralluminio con staffe angolari, che sostiene le estremità dei radiatori, i collegamenti coassiali tra di essi e gli occhielli per il fissaggio delle funi di tensionamento. È importante prestare attenzione all'impermeabilità di questo collegamento.

Le strutture di supporto degli elementi sono costituite da normali canne da pesca in fibra di vetro, di cui vengono utilizzate parti più spesse. Ogni giunzione è ulteriormente fissata con una fascetta stringitubo con una rondella di gomma, ricavata da una vecchia camera d'aria di bicicletta. L'interno delle canne è inoltre riempito con schiuma PUR; utilizzando un tubo più lungo, è possibile riempire l'intera canna, rendendola più robusta.

Realizzare gli elementi in filo dell'antenna è stato facile: bastava misurarli, crimparli e saldare i terminali o installare gli isolanti.

La parte più difficile è stata collegarli e fissarli alla struttura di supporto. L'ho fatto in giardino, d'inverno, e non è stato facile: ci sono molti elementi di fissaggio, connessioni e cavi. Il lavoro ha richiesto anche un po' di agilità, perché a volte bisogna raggiungere l'elemento di fissaggio che si trova già dietro i fili tesi, e le connessioni sono davvero tante.

Dopo l'assemblaggio, si è proceduto alla taratura. Nel mio caso, l'antenna era leggermente sfasata e ha richiesto una regolazione fine. Avendo accorciato i radiatori, è stato necessario spostare anche alcuni supporti. Tuttavia, la taratura ha funzionato esattamente come previsto, segno di un'antenna ben progettata.

In fase operativa, l'antenna Hexbeam si è comportata esattamente come previsto. Rispetto all'antenna Moxon, il guadagno era leggermente inferiore, ma la differenza non era significativa. Nei rapporti fronte-retro e fronte-retro, la Moxon ha mostrato prestazioni nettamente superiori.

Dopo queste esperienze, direi che l'antenna Hexbeam è una buona antenna per piccoli spazi, ma la sua fabbricazione è molto laboriosa ed è più pratico optare per un prodotto finito, per il quale la taratura e l'implementazione sono già state verificate.

Purtroppo, mi sono trasferito pochi mesi dopo il completamento dell'antenna, quindi ho dovuto portarla con me.

Video della costruzione di un'antenna Hexbeam

Un'idea di come assemblare l'antenna G3TXQ originale del produttore MW0JZE è fornita dal video tutorial ufficiale pubblicato direttamente sul sito web del produttore, che mostra l'assemblaggio della colonna centrale e della piastra di base nell'attuale revisione del progetto.

Dove acquistare un'antenna HexBeam

Il produttore originale della versione a banda larga del G3TXQ è un'azienda britannica Hexbeams UKGestita da Anthony, MW0JZE, che produce e vende l'antenna direttamente dal suo laboratorio in Galles dal 2009, l'azienda offre sul sito web www.g3txq-hexbeam.com, oltre alla versione base HD a sei bande, una versione portatile e leggera per le spedizioni DX, un kit aggiuntivo per la banda dei 40 metri, un balun separato, una piastra di inclinazione per la manutenzione dell'antenna e altri accessori. L'acquirente originale è coperto da una garanzia a vita e il produttore fornisce assistenza via e-mail e WhatsApp; il pagamento può essere effettuato tramite bonifico bancario, carta di credito o PayPal.

Per chi fosse interessato all'Italia, il produttore indica Giorgio, IZ3KVD, gestore del sito web Hamproject.it, come distributore autorizzato; un elenco aggiornato degli altri rivenditori autorizzati è disponibile nella sezione Distributori del sito web del produttore.

Anche chi desidera costruire l'antenna G3TXQ autonomamente può utilizzare il sito web. hex-beam.com, ktorú vedie K4KIO (LEO (Shoemaker) e che offre istruzioni di costruzione dettagliate, un elenco dei materiali e singoli componenti più complessi, come una colonna centrale o una piastra di base, per coloro che non vogliono o non possono realizzare tutto da soli.