La leggenda dell’antenna risonante

Uno dei miti durissimi a morire che girano nel mondo del radiantismo è che le antenne risonanti siano, in qualche modo, migliori delle antenne non-risonanti.

L’ARRL Antenna Book, subito nella prima pagina, esordisce dicendo: “Ci si renda conto che un’antenna non ha alcun bisogno di essere risonante per essere un buon radiatore. Infatti non c’è nulla di magico nell’avere un’antenna risonante, fintanto che si dispone di un sistema efficiente con cui alimentarla”.

Eppure la frase “l’ideale sarebbe avere un dipolo risonante monobanda per ogni banda” prima o poi, in una discussione tra radioamatori, salta fuori. E ancora più interessanti sono le spiegazioni in tecnichese di tali affermazioni, tipo “l’accordatore si mangia tutta la potenza” o “l’accordatore fa solo vedere i 50 ohm alla radio ma l’antenna rimane non risonante”… povero accordatore, ladro e truffatore.

Gli sfidanti

In questo post, un setup composto da un dipolo di lunghezza random di circa 14m con accordatore in stazione (che chiameremo “Random-14”), sfiderà ben cinque dipoli monobanda per le bande dei 10, 12, 15, 17 e 20m installati nelle stesse condizioni.

La sfida vedrà il dipolo random da 14m confrontarsi di volta in volta con un singolo dipolo monobanda sulla banda su cui esso è risonante.

Le condizioni operative della sfida saranno:

  • i dipoli sono montati orizzontalmente ed alimentati al centro;
  • la linea di alimentazione è lunga per tutti 30m;
  • il palo di sostegno è alto 10m;
  • il dipolo non-risonante “Random-14” sarà alimentato da 30m di window-line bifilare a 450 ohm e accordatore;
  • il dipolo risonante di turno sarà alimentato da 30m di RG-213, naturalmente senza accordatore;
  • tutti i dipoli saranno considerati dotati di balun di pari prestazioni;

Le misure

Nella sfida non ci si limiterà a buttare un’occhio ai lobi: verranno accuratamente conteggiate le perdite introdotte dalla linea di trasmissione nella effettiva condizione di mismatch e le perdite introdotte dall’accordatore (usato dal solo dipolo non risonante).

Le perdite introdotte da accordatore e linee possono essere accuratamente calcolate, dato che la dinamica dei regimi di onde stazionarie all’interno di questi dispositivi è ben nota da molti decenni.

Le analisi di questa sfida sono eseguite con i seguenti software:

  • il calcolo dei diagrammi di irradiazione e dell’impedenza con 4NEC2;
  • i calcoli della trasformazione di impedenza e della perdita introdotte dalla linea di trasmissione sono eseguiti con il software Transmission Lines Details 2.0 di AC6LA;
  • il calcolo della perdita introdotta dall’accordatore è eseguito con il software T-Network Tuner Simlator di W9CF; in particolare, i risultati di questo software corrispondono con le misure da me eseguite con camera bolometrica sulla dissipazione del mio accordatore;

Dipolo Random-14 vs. monobanda 10m

Frequenza: 28.50 MHz

Antenna
Impedenza
Gain
Line loss
Tuner loss
Total Gain
Monobanda 10m 74.7+j0 7.42 dBi -0.981 dB 0 dB 6.439 dBi
Random-14 108-j454 10.10 dBi -0.545 dB -0.1 dB 9.455 dBi

Il dipolo Random-14 (blu), nonostante i lobi un po’ a quadrifoglio, vince la sfida con un guadagno totale maggiore di ben 3.016 dB rispetto al monobanda risonante in banda 10m (rosso).

Dipolo Random-14 vs. monobanda 12m

Frequenza: 24.95 MHz

Antenna
Impedenza
Gain
Line loss
Tuner loss
Total Gain
Monobanda 12m 78.1+j0 7.10 dBi -0.928 dB 0 dB 6.172 dBi
Random-14 378-j1176 9.62 dBi -0.594 dB -0.1 dB 8.926 dBi

Il dipolo Random-14 (blu) vince la sfida con un guadagno totale maggiore di 2.754 dB rispetto al monobanda risonante in banda 12m (rosso).

Dipolo Random-14 vs. monobanda 15m

Frequenza: 21.20 MHz

Antenna
Impedenza
Gain
Line loss
Tuner loss
Total Gain
Monobanda 15m 69.6+j0 7.47 dBi -0.821 dB 0 dB 6.649 dBi
Random-14 3396-j2122 9.11 dBi -0.571 dB -0.1 dB 8.439 dBi

Il dipolo Random-14 (blu) vince la sfida con un guadagno totale maggiore di +1.790 dB rispetto al monobanda risonante in banda 15m (rosso).

Dipolo Random-14 vs. monobanda 17m

Frequenza: 18.10 MHz

Antenna
Impedenza
Gain
Line loss
Tuner loss
Total Gain
Monobanda 17m 63.2+j0 7.82 dBi -0.742 dB 0 dB 7.078 dBi
Random-14 1130+j1859 8.91 dBi -0.472 dB -0.2 dB 8.238 dBi

Il dipolo Random-14 (blu) vince la sfida con un guadagno totale maggiore di +1.160 dB rispetto al monobanda risonante in banda 17m (rosso).

Dipolo Random-14 vs. monobanda 20m

Frequenza: 14.20 MHz

Antenna
Impedenza
Gain
Line loss
Tuner loss
Total Gain
Monobanda 20m 72.5+j0 7.12 dBi -0.675 dB 0 dB 6.445 dBi
Random-14 218+j569 7.55 dBi -0.251 dB -0.2 dB 7.099 dBi

Il dipolo Random-14 (blu) vince la sfida con un guadagno totale maggiore di +0.654 dB rispetto al monobanda risonante in banda 20m (rosso).

E, fuori concorso, dipolo Random-14 vs. monobanda 40m!

Per curiosità vediamo anche come si confronta il dipolo Random-14 contro un monobanda per i 40m, che è nettamente più lungo (circa 20m).

Frequenza: 7.10 MHz

Antenna
Impedenza
Gain
Line loss
Tuner loss
Total Gain
Monobanda 40m 79.5+j0 6.02 dBi -0.499 dB 0 dB 5.701 dBi
Random-14 29.4-j513 5.81 dBi -1.134 dB -0.2 dB 4.476 dBi

Il dipolo Random-14 (blu) ovviamente perde la sfida contro un dipolo più lungo, con un guadagno totale minore di -1.225 dB rispetto al monobanda risonante in banda 40m (rosso).

Vantaggi e svantaggi del dipolo non-risonante Random-14

Vantaggi:

  • maggiori prestazioni su ampia banda;
  • multibanda a sintonia continua;
  • semplicità costruttiva (bastano due canne da 7m e un filo);
  • economicità estrema (non serve nemmeno comprare il coassiale o i PL e la bifilare si può autocostruire);
  • non richiede taratura;
  • non avendo trappole o altre strutture esposte, è molto leggero e può essere montato su pali fini e con rotori piccoli;
  • può essere facilmente trasformato in un folded dipole, chiudendo i lati liberi con un ulteriore filo di 14m; in questo modo si ottiene una silenziosissima antenna chiusa a polarizzazione orizzontale; le altre prestazioni sono praticamente identiche;
  • può essere usato efficacemente pur se con prestazioni un po’ ridotte anche fuori dal suo range ottimale 10-20m, come ad esempio in 40m o addirittura in 80m;
  • la bifilare può essere chiusa nelle battute delle finestre senza così dover forare il muro;

Svantaggi:

  • richiede la regolazione dell’accordatore ad ogni cambio banda; questo problema può essere mitigato con un accordatore automatico;
  • la linea bilanciata è più difficile da gestire del coassiale (es. canaline nei muri); questo problema può essere eliminato con un accordatore remoto;

Vantaggi e svantaggi del dipolo risonante

Vantaggi:

  • non richiede accordo quando si cambia banda;
  • usa il coassiale che è più gestibile;

Svantaggi:

  • ha prestazioni inferiori;
  • è monobanda;
  • per renderlo multibanda sono necessarie ad esempio delle trappole, che collateralmente riducono ulteriormente la lunghezza fisica e di conseguenza le prestazioni;
  • se multibanda, diventa complesso e pesante;
  • richiede taratura, tanto più critica quante più sono le bande che deve coprire;

Le conclusioni

I dati dimostrano che un singolo dipolo rotativo non risonante lungo 14m, alimentato da linea bilanciata ed accordatore ha sempre prestazioni migliori di ben cinque dipoli monobanda nelle medesime condizioni.

Ciò dimostra come sia il dipolo risonante ad essere un compromesso dove le prestazioni sono immolate alla mera necessità dell’apparato di “vedere” una certa impedenza. Infatti, dipoli più lunghi (entro certi limiti, circa 1.15-1.25 lambda) hanno guadagni nettamente superiori ma non possono essere alimentati direttamente dalla radio per via della loro impedenza.

Purtroppo una enorme quantità di radioamatori non conosce l’uso delle linee bilanciate e delle antenne non risonanti. E’ così che si assiste ad un gran proliferare di soluzioni in cui il 99% del lavoro è speso per ottenere un ROS basso. Si pensi alla complessità di tarare un fan-dipole per cinque bande o di realizzare un dipolo trappolato, si badi bene, per avere comunque guadagni inferiori anche di 3dB e oltre (ricordo che un aumento di 3dB corrisponde al raddoppio della potenza!).

La soluzione non risonante qui proposta è molto semplice e molto performante: secondo me essa andrebbe esclusa in favore di quella risonante solo in presenza di motivi ben ponderati, non viceversa.

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10 Commenti

  1. Il tuo articolo mi fa sorridere, grazie di averlo scritto, tempo fa lo volevo scrivere io ma poi non ho avuto tempo.
    Temo che molti non ti crederanno e si ostineranno a continuare al solito modo.
    Io per motivi condominiali ho dovuto studiare bene questo sistema.
    All’inizio della mia attività ham ho usato per anni una doublet alimentata in piattina che ha lavorato in modo eccezzionale attaccata al balcone. In casa usavo uno zm-2.

    Ora uso un accordatore remoto sgc direttamente attaccato ad un mega loop. Il concetto è lo stesso di quello che hai descritto tu con l’unica differenza che il tuner, anzi coupler lavora ai capi dell’antenna.

    Definisco il mio tuner, coupler come descritto sui manuali sgc perchè è quello che veramente esegue sul sistema.

    Molti non credono al sistema dipolo/loop + piattina un peccato per loro!!

    73 de in3aqk

  2. Ciao Paolo.

    Grazie per il commento. La linea bilanciata è un tipo di alimentazione antico ed efficiente che però oggi sembra diventato sconosciuto e vittima di innumerevoli pregiudizi, miti e leggende.
    Ed è un peccato, perché molti nelle situazioni in cui sono, potrebbero goderne.

    Ciaoo
    Davide

  3. Ciao Davide, ottimo articolo, Io ho per l’appunto una G5RV 6-80 MFJ e va che è una meraviglia……minima spesa (70 Euro comprese spese di spedizione)….massima resa 😉

    Ho scovato questo tuo blog tramite i soci dell’Ari-Scandiano, cercherò di seguirti frequentemente……Ottimo lavoro (Y)

    73 de Iz4irn Marco

  4. Ottimo articolo !! ma devo associarmi al coro… pochi capiranno e o crederanno…
    Io ne ho fatto varie di queste antenna, e una volta mi feci tutta una linea bifilare!!
    In /P ho sempre usato fili random e bifilare.
    Mi ero fatto uno Z-match che va benissimo.
    Ho scoperto oggi il tuo Blog ! grazie e complimenti per i tuoi interessanti articoli !
    73 de Mario IK1LBL

  5. ciao
    tempo fa ti scrissi una mail in privato, forse non sarà pervenuta, in cui ti dicevo che avevo costruita un tale sistema come da te descritto ancora non installato, lungo leggermente in più (17 metri circa) ho sfruttato una piastra della Create la cosidetta cornuta. ebbene la mia domanda era: invece di installare una linea bifilare a scaletta cosa pensi nell’inserire un UNUN/BALUN 9:1?
    grazie

    • Ciao Luigi.
      La peculiarità della “scaletta” è nel fatto che si può accordare alla base con perdite molto basse.
      Se impieghi un trasformatore di impedenza avrai risultati analoghi ma con qualche dB in più di perdita in base alla banda e alla fortuna.
      E’ molto importante che il balun isoli correttamente la linea coassiale, altrimenti questa diventerà parte radiante e ricevente dell’antenna, penalizzando le prestazioni ed aumentando il rumore (vedi effetti sulla ricezione). Per verificare che il tuo balun stia funzionando correttamente, cioè che la linea non irradi, ti serve amperometro RF.
      Ciaoo
      Davide

  6. Ciao Davide, ottimo articolo.
    Vorrei chiederti un consiglio, fra qualche settimana dovrò traslocare e mi trasferirò in una villetta a schiera, per ovvi motivi, almeno all’inizio, non vorrei montare antenne troppo vistose e per operare in HF mi è balenata l’idea della doublet, vengo al dunque ;
    la mia stazione sara ubicata in un seminterrato tutto mio 😉 solo che…..per forza di cose (almeno per il momento) dovrò passare i cavi dentro una canna fumaria ( lunga almeno 8 metri) in acciaio inox, coibentata e murata, che non utilizzerò per l’uso a cui è destinata, mi chiedevo, ma la piattina irradia, giusto ?
    Se dovesse irradiare, come penso, e quindi perdere in efficienza, potrei mettere al max 5 m di piattina in verticale e il restante in un sottotetto fatto di tegole e travi in legno appoggiata però su un solaio in cemento e con un accordatore automatico collegato al coassiale che andrà in stazione ?
    lo so non sarà il massimo ma tant’è…
    Ciao e grazie
    iw9hhv Carlo

  7. Ciao Davide,
    quando hai un attimo di tempo avrei bisogno di un consiglio..
    Vorrei montare un dipolo non risonante alimentato con una piattina
    e acquistare un accordatore manuale da interno..
    volendo scegliere un prodotto Palstar devo obbligatoriamente
    optare per il BT1500 (bilanciato) ?
    Grazie mille per il tempo che hai dedicato nel pubblicare i tuoi interessantissimi articoli
    e per quello che dedicherai nel rispondermi.

    IU1CYF Paolo

  8. Grazie Davide del bell’articolo, via i fantasmi! Da sempre uso antenne non risonanti con buoni risultati in relazione alla loro disposizione. Le convinzioni che l’antenna debba essere risonante, che un ROS non trascurabile corrisponda sempre ad una perdita significativa anche usando l’accordatore, che comunque la perdita avvenga principalmente nella discesa (w la scaletta), sono nozioni pubblicate da moltissimi anni, ma, ahimè, in lingua inglese, e, le poche volte in cui ciò è avvenuto in italiano, sono state sommerse dai moltissimi che predicavano, niente sapendone, il contrario.
    Spero che il tuo articolo venga letto da tanti.
    IK3OCA Rosario

  9. ciao,
    grazie del post molto interessante. ti chiedo un chiarimento. il tuner deve essere in grado di supportare un mismatch 9:1 o ha una porta per la piattina a 450ohm? mi sembra che gli ATU integrati nelle radio nella maggior parte dei casi supportano un swr di 3 al massimo. in alternativa se si optasse per un trasformatore tipo unun 9:1 la perdita di efficienza come andrebbe calcolata? rimane comunque una soluzione vantaggiora il dipolo non risonante?
    grazie
    Luigi

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