Stabantenne zu HFH

… era un po’ di tempo che cercavo una antenna per sola ricezione, da abbinare al mio vecchio Hammarlund SP600 che mi tiene una calda compagnia nelle sere d’inverno. Certo, esistono prodotti commerciali quali ad esempio le antenne attive Dressler, MFJ o Wellbrook ma cercavo qualcosa di più “intonato” al ricevitore, al suo spirito, alla sua epoca..

Fu così che, girando per mercatini mi capitò di trovare una strana antenna marcata Rohde & Schwarz, dall’aspetto curioso ed invitante al tempo stesso per il mio uso.

Tornato a casa, mi misi in cerca di informazioni sullo strano oggetto, trovando in realtà ben poco, anche chiedendo lumi ai più grandi “trafficanti” di materiale radio in Germania.

L’oggetto appariva come una specie di “pentola a pressione” con sopra montato uno stilo in due sezioni ed un connettore speciale sul fianco, il tutto databile a prima vista fra fine anni ’60 e primi anni ’70.

Dopo qualche tempo, un caro amico riuscì a trovare qualche informazione: era parte di un sistema di misurazione di intensità di campo per standard militari, coprente la gamma da 0,1 a 30 MHz, denominato HFH. Il sistema comprendeva il misuratore vero e proprio e due antenne: una loop (rahmenantenne) ed appunto la mia a stilo (stabantenne).

L’opuscoletto ritrovato, ben descriveva il sistema completo e sopratutto il ricevitore, mentre ben poco si addentrava nelle antenne.

Così, stanco delle vane ricerche, ruppi gli indugi e decisi di studiare personalmente “l’oggetto misterioso”….

La costruzione meccanica

  L’antenna è costituita da due parti: lo stilo ricevente ed un contenitore per l’elettronica. Lo stilo in mio possesso, del quale non assicuro al originalità, è lungo 1,92 m e diviso in due sezione, di cui la inferiore monta un innesto filettato. Il contenitore, è costituito da due gusci, in alluminio argentato all’interno e verniciati in grigio sulla superficie esterna. Nota importante: il contenitore, ancorchè ben costruito, non è stagno e quindi non è da installare in maniera permanente all’aperto. Proseguendo nella descrizione, sul fianco troviamo uno speciale connettore coassiale, simile a quella antenne per autoradio, che provvede sia all’uscita del segnale sia all’alimentazione della parte elettronica.

Rimuovendo le viti sul fondo, è possibile separare i due gusci ed accedere all’interno del vano contenente l’elettronica. Nell’eseguire questa operazione è bene prestare molta attenzione in quanto alcuni cavi interni sono molto corti e smontandola in maniera frettolosa si rischia di strapparli.

L’elettronica è tutta montata su una piastra a forma circolare, che divide in due il contenitore, con molto ordine e secondo la tradizione dei montaggi a telaio valvolari. Il perfetto contatto elettrico col contenitore è garantito da un giro di “fingers” (contatti striscianti) disposto tutto lungo la circonferenza della piastra stessa.

Lo stilo viene avvitato su una idonea boccola filettata inserita su un supporto isolante in resina fenolica.

L’antenna prevede per il suo corretto impiego, l’installazione su un piano di massa. Nella foto d’epoca, è possibile vedere la raggiera di 18 radiali che lo realizzano. In quella che ho recuperato, i radiali sono verosimilmente originali, mentre non lo è il loro supporto, artigianalmente riprodotto sfruttando il cestello di un vecchio altoparlante woofer.

Lo schema elettrico

Non trovando alcuna informazione né su internet, né su altra documentazione cartacea, decisi di ricavare lo schema elettrico dall’antenna stessa, arrivando al seguente risultato:

Circuitalmente l’antenna è composta di due parti principali:

• l’amplificatore vero e proprio

• il survoltore per l’anodica della valvola

L’amplificatore

Il cuore attivo è un pentodo tipo D3A, pensato per uso telefonico e strumentazione. Dal datasheet Philips (ma anche Siemens la costruiva) riportato qui a fianco possiamo vedere come fosse qualificata come “S.Q. Tube” cioè special quality, proprio per le caratteristiche di robustezza, longevità e stabilità dei parametri, necessari in applicazioni speciali.

La sua vita media è particolarmente lunga, indicativamente di 10.000 ore, da paragonare colle 2000-5000 ore di un tubo “consumer”.

 La valvola è collegata a triodo, in configurazione anodo comune. Nessuna amplificazione quindi in tensione (anzi un guadagno di poco inferiore all’unità), ma solo in corrente, realizzando un adattamento d’impedenza fra quella elevatissima dello stilo e quella bassa (60 Ohm) dello strumento di misura.

Il punto di lavoro in continua è definito dalla rete R13, R14, R15, R19, mentre R15 e C19 realizzano una configurazione “bootstrap” per mantenere elevata l’impedenza di ingresso dello stadio.

L’uscita di catodo è trasferita all’uscita per mezzo del trasformatore T1, che isola la componente continua del segnale e riduce l’impedenza di uscita dello stadio ai 60 Ohm nominali, tipici dei sistemi Rohde. Il gruppo R16, R17, R18 è un attenuatore a Pi-greco da pochi dB, verosimilmente per migliorare la piattezza della curva di adattamento su tutto il range di frequenza coperto dall’antenna.

Una piccola chiosa: sin dai tempi dei miei studi all’Istituto, mi chiedevo cosa mai centrassero i lacci delle scarpe (bootstrap) coll’elettronica. Col passare degli anni mi tolsi la curiosità di indagare, giungendo alla conclusione che l’origine del termine bootstap è quantomai incerta, ma si ritiene comunemente derivare da un episodio delle “The Adventures of Baron Munchausen” di Rudolf Erich Raspe, dove il personaggio principale si tira fuori d’impaccio da una palude sollevandosi per i lacci delle proprie scarpe.

La cosa è evidentemente impossibile, ma il senso trasposto è di esemplificare la possibilità di uscire da una situazione scomoda coi propri mezzi.

Nei circuiti elettronici analogici, si intende una disposizione di componenti tale da elevare l’impedenza di ingresso di un circuito per mezzo di una piccola retroazione positiva.

Il prezzo da pagare è di solito una stabilità inferiore ed un aumento del rumore, tutti e due parametri non significativi nell’impiego in esame.

Il survoltore

L’antenna viene alimentata attraverso il cavo coassiale. Il filtro passa basso a due celle (quarto ordine) composto da L5-C20, L4-C18 ha una duplice funzione:

• prelevare la continua dalla linea coassiale per alimentare il survoltore

• impedire che il disturbo (ripple) provocato sulla linea di potenza dal survoltore possa accoppiarsi alla linea d’uscita disturbando così la ricezione.

L’elevatore di tensione è uno schema classico per l’epoca. Due “poderosi” transistor ASZ15 (vedi datasheet a fianco) realizzano un oscillatore a 77 Hz. Gli avvolgimenti 2-9 e 5-6 sono quelli di retroazione, mentre i 3-8 e 4-7 sono quelli di potenza. La resistenza da 5k fra una base e massa di un solo ASZ15, che di fatto altera la perfetta simmetria del circuito, serve all’avvio dell’oscillatore. Il segnale ad alta tensione disponibile sul secondario viene raddrizzato dal consueto (per noi oggi) ponte di 4 diodi e filtrato con una, invece consueta per l’epoca, rete C-R-C.

Come alimentarla

Come detto, l’alimentazione dell’elettronica è fornita dal cavo coassiale. Occorre quindi installare in prossimità del ricevitore un dispositivo che inietti sulla linea la tensione di 12V continui e al tempo stesso permetta al solo segnale di raggiungere inalterato il ricevitore. Nel setup originale, detta funzione era svolta all’interno dello strumento di misura, come visibile nello schema a blocchi a fianco, preso dal manuale origina R&S. Per ovviare a questa mancanza, vi propongo lo schema del dispositivo che ho recuperato assieme all’antenna e che funziona egregiamente:

La mia antenna, alimentata a 12V consuma 1 A ed è quindi adatta con una semplice batteria a funzionare egregiamente per ore in campo aperto.

Prove

Eseguire misure oggettive ed attendibili su antenne HF presenta difficoltà rilevanti , che lo scrivente, ha tentato di aggirare con un po’ di sano spirito “ham”.

Ecco dunque, che le prove di laboratorio si tramutano in una “jam session” colla complice collaborazione di due amici: Marco IK1ODO e Renato IK1QFK che tengo qui a ringraziare per la disponibilità e l’aiuto profuso per realizzare i test.

Eccoci così una sera d’estate, ritrovarci tutti e tre una sera a casa di Marco, ognuno con una antenna ricevente da provare e comparare colle altre:

• R&S Stabantenne HFH, io

• Dressler ARA30, Renato

• Loop Spin-DLA, Marco

Mentre la HFH e l’ARA30 sono prodotti ormai noti, vale la pena spendere qualche parola sull’antenna di Marco. E’ un loop schermato, quindi sensibile solo alla parte magnetica dell’onda radio, realizzato in coassiale di 1 m di diametro seguito da un amplificatore di alte prestazioni per rumore e dinamica. Il tutto a livello prototipale ma perfettamente funzionante.

Il set up di prova era costituito, oltre che dal cortile di Marco, da un ricevitore SDR Perseus e la prima prova la ricezione dello spettro da 1 a 20 MHz.

Durante la prova si sono velocemente commutate le antenne, registrando gli spettri e facendo una comparazione “uditiva” della qualità dei segnali ricevuti.

La seconda prova invece, si è concentrata sulla parte bassa dello spettro, da poche decine di kHz a 1,6 Mhz.

Conclusioni

L’antenna R&S si dimostra un ottimo prodotto ancora oggi, 40 anni dopo la sua uscita sul mercato. Il guadagno basso, può trarre in inganno all’ascolto, ma la pulizia dei segnali è notevole e alla fine si ascolta di più e meglio che non con altre soluzioni commerciali. La sua vocazione “da misura” appare evidente nella piattezza di risposta e nella bassa intermodulazione. La banda coperta è veramente ampia e può soddisfare sia gli appassionati SWL delle HF e BCL sia per chi vuole esplorare le LF-VLF. Come tutte le antenne “elettriche”, cioè sensibili alla componente elettrica dell’onda, è più sensibile ai disturbi sia atmosferici sia di origine umana rispetto ad una antenna “magnetica”. Meglio quindi installarla lontano da fonti di disturbo e nel caso di installazione fissa esterna, provvedere ad un adeguato riparo dell’elettronica. Questo detto, non mi rimane che augurare a quanti la trovassero in qualche mercatino di poterla acquisire a buon prezzo e poterne poi apprezzare a lungo le tante doti di antenna professionale. Buoni ascolti a tutti!

Bibliografia

1. Documentazione Rohde & Schwarz

2. datasheht ASZ15

3. datasheet D3A

4. http://en.wikipedia.org/wiki/Bootstrapping

5. http://www.uoguelph.ca/~antoon/tutorial/xtor/xtor3/xtor3.html