RADIOAMATORI

by Art IK7JWY

Questo articolo risale al 1998 ed era pubblicato su altro sito, che si pensava ormai cancellato e irrangiungibile. Ma, sorpresa di internet, è stato ritrovato dall'autore grazie al servizio web.archive.org . Provate questo sito, potreste avere anche voi delle piacevoli sorprese !
Purtroppo, mentre è stato possibile recuperare completamente il testo dell'articolo, altrettanto non è stato con le foto che esso conteneva. Me ne scuso con i lettori. Ma sempre meglio di niente ...

Informazioni generali
La cubical quad è un'antenna derivata dal dipolo ripiegato ad onda intera. Essa è costituita da un elemento radiatore e da uno o piu' elementi parassiti, con funzione generalmente di riflettore, se in un numero di uno, o di direttori se in numero maggiore. Una cubical quad due elementi (radiatore+riflettore), secondo la letteratura tecnica, presenta un guadagno analogo a quella di una Yagi a tre elementi, con l'ulteriore vantaggio di presentare, ad altezze di installazione correnti, un angolo verticale di irradiazione più basso. Questo la rende particolarmente adatta al traffico DX. 
A tale proposito, tuttavia, ho effettuato un'analisi comparativa al computer tra una cubical quad 2 elementi e una yagi 3 elementi, entrambe ottimizzate per la frequenza di 28250 Khz e ubicate ad altezze crescenti dal suolo, da 2,5 mt a 10 mt. I risultati di tale analisi, effettuata con l'uso del software Antenna Optimizer di K6STI (lo stesso autore di Yagi Optimizer ed altri software molto validi), hanno smentito tale convinzione, essendo risultati straordinariamente uguali per la cubica come per la yagi.
Questi sono i risultati analitici riferiti all'angolo di irradiazione delle due antenne ottenuto per le varie altezze dal suolo considerate:

H in metri	QUAD	YAGI
2,5	37°	38°
5	25°	26°
10	14°	14°

Praticamente, i risultati coincidono per le due antenne ! Sarebbe interessante effettuare delle simulazioni con altri software. Resto a disposizione per scambio di esperienze in proposito.
La polarizzazione di tale antenna è orizzontale o verticale a seconda del punto di alimentazione dell'elemento radiatore. Se alimentata al centro di uno dei due lati orizzontali dell'elemento radiatore, presenterà polarizzazione orizzontale. Se alimentata, invece, al centro di uno dei lati verticali dell'elemento radiatore, presenterà polarizzazione verticale.
L'elemento parassita, se utilizzato come riflettore, dovrà essere più lungo del radiatore di un 5% oppure potrà avere lunghezza uguale a quella del radiatore, a condizione di dotarlo di uno stub di taratura. Se utilizzato, invece, come direttore, l'elemento parassita dovrà essere più corto del radiatore di un 5%.
Per quanto riguarda la spaziatura tra i due elementi, secondo la letteratura tecnica disponibile, essa può variare da 0,1 Lb a 0,25 Lb, dove Lb è la lunghezza d'onda di lavoro. Al variare della spaziatura variano molte delle grandezze fisiche dell'antenna: Impedenza, rapporto Front to Back, Guadagno. Si tratta dunque di procedere per tentativi cercando un buon compromesso tra queste grandezze. Spesso infatti la spaziatura ottimale per il massimo rapporto Front to Back non coincide con quella ottimale per il massimo guadagno.
Se la cubical quad è multibanda, inoltre, tale discorso andrebbe ripetuto volta per volta su ciascuna delle bande di lavoro. Avremmo, cioè, una spaziatura per i 10 metri, una per i 15 metri e una per i 20metri. Nel mio progetto, trattandosi di antenna per due sole bande (10 e 15 metri), ho inizialmente preferito fissare un'unica spaziatura, ottimale per i 15 metri (pari a 0,19 Lb) e larga per i 10 metri. In un secondo tempo, in fase di ottimizzazione dell'antenna, ho passato il riflettore dei 10 metri su un supporto a sè, a distanza ottimale dal radiatore.

La lunghezza a del radiatore, e quindi anche degli elementi parassiti (riflettore e/o direttori), dipende da diversi fattori tra cui l'altezza dell'antenna dal suolo, la vicinanza di altre strutture metalliche, il tipo e il diametro del conduttore con cui è realizzato etc. Pur essendo costante la formula per il dimensionamento del radiatore, esistono, pertanto, valori diversi del numeratore della formula, a seconda della letteratura. Personalmente ho dimensionato la mia cubical quad, su ciascuna banda, con la seguente formula:

Lradiatore =30632 / freq (MHz)

 Quanto incide sul dimensionamento di una quad il diametro del conduttore con cui si realizzano gli elementi ? A tale domanda ha risposto egregiamente W4RNL che, sul suo sito www.cebik.com , fornisce una esauriente analisi del problema. In effetti, come risulta da tale analisi, il diametro del conduttore incide non solo sulle dimensioni degli elementi ma addirittura sulle prestazioni complessive di una quad. In linea di massima, si può dire che il diametro in corrispondenza del quale si ha l'optimum delle prestazioni è assai maggiore di quello che generalmente si utilizza per realizzare una quad. W4RNL, allora, propone un interessante modo di simulare un grosso diametro del conduttore, in realtà non utilizzabile per ovvi motivi di carattere pratico. In sostanza suggerisce di realizzare gli elementi della quad con due conduttori "normali", per esempio diametro 1,78 mm, accostati a qualche pollice di distanza tra loro. Sul suo sito, alla pagina http://www.cebik.com/q3le.html illustra il progetto di una quad 3 elementi progettata tenendo conto del suddetto criterio. L'autore fornisce anche il listato BASIC di un programmino da lui creato per il calcolo automatico di antenne quad tenendo conto del diametro del conduttore. Tale programma consente il dimensionamento di una quad partendo dalla frequenza su cui deve funzionare e dal diametro del conduttore utilizzato. Io ho trasformato il citato listato BASIC relativo al progetto di una quad 4 elementi, in un file per Excel. Con tale file è possibile, appunto, dimensionare in modo automatico i 4 elementi della quad, tenendo conto della incidenza del diametro del conduttore utilizzato. Usando questo file Excel, inputando valori via via crescenti del diametro del conduttore utilizzato, potrete verificare che aumenterà il guadagno dell'antenna fino ad un certo valore, per poi tornare a diminuire man mano che il diametro del conduttore continua ad aumentare oltre un certo limite. Esiste cioè un valore del diametro del conduttore in corrispondenza del quale è massimo il guadagno dell'antenna, e tale valore è notevolmente maggiore di quelli che generalmente si utilizzano. Ecco, dunque, l'utilità dello studio di W4RNL e dell'idea di realizzare gli elementi non già con un unico conduttore sottile, ma con due conduttori sottili affiancati. Sinora non ho realizzato alcuna quad seguendo queste indicazioni, ma mi ripropongo di farlo appena possibile. Saranno ben accette le prove che eventualmente farete voi.  
Un'altra caratteristica molto interessante della cubical quad è la sua facilità di costruzione. In pratica, la parte elettrica di tale antenna è costituita da semplice filo elettrico. E il supporto meccanico degli elementi in filo elettrico si realizza altrettanto agevolmente.
Un aspetto a cui bisogna particolare attenzione è la solidità meccanica del supporto, in quanto, una volta realizzata, la cubical quad si presenta come una sorta di castello in aria, quindi è soggetta più di altre antenne all'azione del vento.
Il nome è dovuto alla forma dei singoli elementi (a quadrato) e a quella dell'antenna nel suo insieme (un ideale cubo).

Materiali Utilizzati
Per il boom ho utilizzato tubolare tondo di alluminio, diametro cm.5. Le diagonali degli elementi sono state realizzate con delle comunissime canne in vetroresina del tipo da pesca, comprate all'ingrosso a buon prezzo. Le crociere per il fissaggio delle diagonali sul boom sono state recuperate, insieme al boom, da una vecchia direttiva per 27 Mhz (Galaxy) in rottamazione. Dopo averle fissate al boom, ho trattato le canne in vetroresina con del gelcoat, un materiale usato nei cantieri nautici per lavori di manutenzione su scafi in vetroresina. Ho, in tal modo, conferito alle canne maggiore protezione agli agenti atmosferici e maggiore resistenza meccanica, oltre al discreto risultato estetico (anche l'occhio vuole la sua parte...) rappresentato dalle canne tutte di colore rigorosamente bianco.
Per quanto riguarda il conduttore impiegato per la parte elettrica dell'antenna, ho utilizzato il comunissimo cavetto unifilare in rame rivestito in PVC, del tipo per impianti elettrici, sezione 2,5 mmq.

Sistema di sostegno
Il sistema di sostegno della cubical quad, nel mio caso, è costituito da un palo tubolare in ferro zincato, del tipo per impianti idrici, del diametro di 1" e 1/4. Per garantire facilità di manutenzione al sistema di antenna, ho deciso di dotare il suddetto palo di un meccanismo per il suo sollevamento. In particolare ho ritenuto comodo un innalzamento del sistema palo-antenna del tipo a ponte levatoio.
Ho, a tale scopo, realizzato un secondo palo, tubolare quadro da cm. 8 di lato, che ho fissato al torrino vano scala della mia abitazione (non abito in un condominio, fortunatamente...) e sulla cui sommità ho incernierato una puleggia. Dall'altro lato del torrino vano scala, ho fissato la cerniera, sempre autocostruita con pezzi di tubolari in ferro coassiali ma a diverso diametro, intorno alla quale ruota il palo di sostegno dell'antenna durante la fase di innalzamento. Ad una distanza da tale cerniera di circa 4 metri, ho ancorato saldamente sul palo di sostegno dell'antenna un cavo in acciaio di idonea sezione che passando sulla puleggia sopra accennata va poi ad avvolgersi in un verricello (del tipo usato sui carrelli per il trasporto delle barche). Agendo su tale verricello, dunque, si solleva lentamente tutto il sistema palo-antenna con sforzi estremamente contenuti. Naturalmente, per garantire la necessaria sicurezza in caso di rottura del cavo di trazione nella fase di innalzamento o abbassamento dell'antenna, ho predisposto un secondo cavo in acciaio di riserva, di sezione anche maggiore.
Con il sistema sopra descritto, ho ottenuto che, quando l'antenna è abbassata, essa si trova praticamente poggiata sulla copertura della mia abitazione, con tutti i comprensibili vantaggi per gli eventuali lavori di manutenzione e/o modifica.
Quando invece sollevo il tutto, l'antenna viene a trovarsi a circa 7 metri dalla copertura della mia abitazione e a circa 17 metri dal suolo circostante.
Alimentazione e Sistema di commutazione tra le due bande
Il sistema consiste in un semplice commutatore d'antenna da palo, anch'esso da me autocostruito. Esso è costituito da un certo numero di relè a 12 Volt (del tipo con buona spaziatura tra i contatti), esattamente tanti quante sono le bande da commutare. Tali relè vengono gestiti da una consolle (praticamente un commutatore 1 via, n posizioni) ubicato in stazione. Si rende dunque necessario un cavo multipolare per la connessione tra il commutatore posto in stazione e la scatola con i relè posta sul palo dell'antenna.
Devo precisare che, con un pò di pazienza è possibile tarare i due radiatori della cubical quad per far si che possano essere alimentati entrambi con un unico cavo coassiale, il che eliminerebbe la necessità del commutatore da palo. Io, tuttavia, ho preferito adottare la soluzione del commutatore in quanto preferisco che su una determinata frequenza sia connesso elettricamente al cavo coassiale solo il radiatore risonante su tale frequenza.

Risultati e Prestazioni
I risultati del lavoro da me svolto si sono rivelati del tutto soddisfacenti e oltre le aspettative.
In poche ore di lavoro e con una spesa complessiva di circa 300.000 Lire ho realizzato una antenna che non ha alcunchè da invidiare ad antenne commerciali di pari livello.
Devo anzi dire chiaramente che il confronto tra le prestazioni della cubical quad due elementi e quelle della yagi tre elementi trappolata 10-15-20 metri si è rivelato decisamente favorevole alla cubical quad.
Dal mese di gennaio 1999 sono praticamente attivo solo sulle due bande dei 10 e 15 metri, grazie anche alle favorevoli condizioni della propagazione radio-ionosferica, e l'uso di questa antenna autocostruita mi riserva ogni giorno qualche piccola o grande soddisfazione, considerato anche il fatto che trasmetto con una potenza in antenna di soli 100 Watts.
Le prestazioni sono risultate incoraggianti non solo in termini di guadagno, ma anche (come era ovvio che fosse) in termini di rapporto avanti/indietro.
Spesso mi capita di perdere completamente il segnale DX, anche se sostenuto, appena ruoto l'antenna di 180° rispetto alla direzione della sua provenienza.
Devo pure precisare che l'antenna gode di orizzonte libero su 360 °, senza strane riflessioni su palazzi, alberi o altro.
Le curve del ROS relative alla cubical quad, sulle due bande per cui è stata progettata, sono state ricavate andando a misurare ogni 20 Khz il Rapporto Onde Stazionarie e riportando sull'asse delle ascisse la frequenza e sull'asse delle ordinate la lettura ROS.
Naturalmente il suddetto metodo non è dei più precisi, ma serve a dare un'idea della risonanza dell'antenna all'interno della parte di banda che interessa.
Vediamo, infine, il diagramma di irradiazione della cubical quad da me costruita. Non avendo a disposizione un misuratore di campo, il diagramma è stato ricavato, assai empiricamente, nella maniera seguente.
Ho chiesto ad un amico OM locale , IK7VWT, distante dalla mia ubicazione circa 3 Km, di trasmettere per alcuni minuti senza interruzione, sempre con la stessa potenza di trasmissione di 1 Watt e con la stessa antenna a polarizzazione orizzontale, su una frequenza prestabilita (una volta in banda 10 metri e una volta in banda 15 metri). Durante la trasmissione di riferimento, ho fatto ruotare la mia cubical quad di un giro completo (360°) andando ad annotare ogni 10° l'intensità del segnale ricevuto, letta sull'S-meter del mio RX dopo aver preventivamente inserito l'attenuatore. Ho poi riportato i risultati in un diagramma polare.
Da tali diagrammi azimutali di irradiazione ho potuto ricavare il rapporto front-to-back della cubica sulle due bande, che è risultato di circa 25 dB, come dalle aspettative.