Antenne VHF/UHF/SHF

VHF

Antenne VHF nella tecnologia radio

Qual è la sfida delle comunicazioni radio in VHF?

La portata è uno dei fattori più importanti nelle comunicazioni radio. La portata in VHF è limitata alla portata ottica. Ciò significa che deve esserci una linea visiva libera tra il trasmettitore e il ricevitore per poter stabilire un contatto. Il collegamento radio diventa più debole o addirittura impossibile se uno dei partecipanti si trova dietro un ostacolo o dietro una montagna o un grande edificio. Tuttavia, funziona anche per i contatti oltre l'orizzonte. Ma come?

In questa pagina vogliamo illustrarvi le possibilità delle comunicazioni radio in VHF, come è possibile entrare in contatto con altri operatori radio oltre l'orizzonte (visivo) e l'importanza di scegliere la giusta antenna VHF.

Le gamme di frequenza (bande VHF)

Le classiche bande VHF da 2 m e 70 cm costituiscono la maggior parte delle operazioni radio. Le bande da 6 e 4 m e soprattutto quella da 23 cm tipicamente sono riservate agli specialisti. La gamma di frequenze generalmente indicata come VHF è suddivisa in VHF da 30 MHz a 300 MHz e UHF da 300 MHz a 3 GHz. Entro questi limiti si trovano un totale di quattro bande radioamatoriali:

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Le bande più importanti in VHF si trovano nella gamma inferiore (da 110 a circa 450 MHz). In particolare, si tratta delle bande con lunghezze d'onda di circa 2 m e 70 cm. Queste riguardano i radioamatori, le radio marittime e aeronautiche e i servizi pubblici come la polizia e i vigili del fuoco. Naturalmente, esistono altre bande di frequenza che vengono generalmente chiamate "VHF" e che svolgono un ruolo molto importante in altri settori (telefoni cellulari, Wifi, radar, ecc.). Tuttavia, non considereremo queste bande in questa sede.

Campi di applicazione delle antenne VHF

Per quanto riguarda le possibili applicazioni, si fa distinzione tra radio mobile, cioè la stazione radio fissa, in auto, in barca o in aereo, o semplicemente la radio portatile; e uso stazionario, cioè il funzionamento da casa con una stazione fissa.

Radio mobile, cioè la stazione radio fissa, in auto, in barca o in aereo, o semplicemente la radio portatile

Stazionario, cioè il funzionamento da casa con una stazione fissa

Caratteristiche distintive delle diverse antenne VHF

La maggior parte dei tipi di antenna VHF può essere classificata come segue:: Le antenne omnidirezionali sono antenne che irradiano l'energia del trasmettitore in modo uguale in tutte le direzioni."

Caratteristiche principali delle antenne omnidirezionali VHF

Le antenne con schema polare circolare sul piano orizzontale sono chiamate antenne omnidirezionali. Le antenne omnidirezionali polarizzate verticalmente sono ampiamente utilizzate nel settore commerciale, ad esempio nel settore del servizio pubblico e per le stazioni radio fisse e mobili. La polarizzazione verticale è comune anche in campo radioamatoriale in gamma FM. Tutte le stazioni ripetitrici FM in ambito radioamatoriale utilizzano antenne polarizzate verticalmente, per lo più omnidirezionali. Le antenne omnidirezionali sono disponibili non solo in versione monobanda, ma anche in due o tre bande, ad esempio 2 m, 70 cm e 23 cm.

Esistono differenze nell'alimentazione delle antenne omnidirezionali

  • Nella sua forma più semplice, un'antenna omnidirezionale polarizzata verticalmente è un'antenna ʎ/4 o un'antenna groundplane per il funzionamento stazionario. Come i "ʎ/4-rod", i radiatori a quarto d'onda, sono spesso utilizzati per il funzionamento mobile. Il corpo del veicolo fornisce il contrappeso necessario.
  • Il gruppo dei radiatori a mezz'onda comprende l'antenna Sleeve (radiatore interno), l'antenna a J e il radiatore ʎ-5/8 esteso oltre la mezz'onda. I radiatori a mezz'onda verticali sono per lo più alimentati ad un capo e producono un angolo di radiazione inferiore e un leggero guadagno.
  • Solo il dipolo coassiale è elettricamente alimentato al centro, anche se non è evidente a prima vista.
  • Zu guter Letzt zählt die Familie der kurzen Wendelantennen an den Handfunkgeräten auch zu den vertikalen Rundstrahlern.

Infine, la famiglia delle antenne elicoidali corte delle radio portatili include anche le antenne omnidirezionali verticali.

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Caratteristiche principali delle antenne direttive VHF

Un'antenna direttiva è composta da almeno due elementi, il radiatore e un riflettore, un elemento passivo accoppiato alla radiazione e assegnato allo stesso piano. Sul boom dell'antenna possono essere disposti altri elementi, i cosiddetti direttori, nella direzione del fascio, davanti al radiatore. Con l'aumento del loro numero, il guadagno davanti dell'antenna aumenta e l'angolo di apertura si riduce.

A seconda del montaggio orizzontale o verticale, le antenne direttive sono polarizzate orizzontalmente o verticalmente. Il diagramma di radiazione di tutte le antenne direttive è costituito da un grande lobo in avanti e da un possibile piccolo lobo dietro. Le loro caratteristiche sono il guadagno (davanti) e la perdita di ritorno. Quando si valutano le antenne, occorre distinguere tra il radiatore isotropico (dBi) (radiatore omnidirezionale teorico) e il guadagno su dipolo (dBd). Le specifiche di guadagno nei dati tecnici delle antenne VHF si riferiscono spesso al radiatore isotropico. La specifica di guadagno della stessa antenna in dBd, cioè sul dipolo come antenna di confronto, è sempre inferiore di 2,15 dB. Questo deve essere tenuto in considerazione quando si confrontano i dati dell'antenna! Un altro criterio è l'angolo del fascio orizzontale e verticale.

Le antenne ad array logaritmico-periodico sono molto adatte quando sono richieste gamme di frequenza molto ampie senza lacune di copertura. Le caratteristiche dell'antenna sono quasi costanti sull'intera gamma operativa. Tuttavia, a favore delle prestazioni a banda larga, non raggiungono gli elevati guadagni delle antenne Yagi con una larghezza di banda inferiore.

Antenne Yagi

Non a caso, l'antenna Yagi in versione corta o lunga è l'antenna direttiva più utilizzata nella gamma VHF e UHF dei radioamatori. È facile e poco costosa da realizzare, con una piccola quantità di materiale. Questo la rende adatta alla costruzione fai-da-te. Ulteriori vantaggi sono il basso carico al vento e la posizione favorevole del centro di gravità se disposta in configurazione ruotabile su un rotore. A seconda del concetto e del numero di elementi, una singola antenna Yagi raggiunge un guadagno davanti di circa 5 dBd fino a un massimo di 16 dBd. Oltre questo valore, l'ulteriore estensione del supporto dell'antenna e l'aggiunta di altri elementi parassiti non è più utile, perché il guadagno non aumenta linearmente con l'aumentare della lunghezza dell'antenna e del numero di elementi, ma solo con una curva sempre più piatta. A circa 5-6 m di lunghezza dell'antenna, si raggiunge il limite della fattibilità meccanica e della stabilità. Un ulteriore aumento del guadagno è possibile solo raggruppando (impilando) più antenne identiche. Forme speciali sono le cross-yagi, le antenne direttive con elementi a forma di anello quadrato e le antenne direzionali a polarizzazione circolare (antenne Helix).

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Caratteristica

Quali sono i più importanti?
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Quale antenna per cosa?

Le antenne omnidirezionali verticali sono preferibilmente utilizzate per le comunicazioni FM, dirette o tramite ripetitore. Nei qso locali con partecipanti in luoghi diversi sparsi in tutte le direzioni, un'antenna direttiva non è ovviamente molto adatta. In questo caso, è necessaria un'antenna omnidirezionale aggiuntiva. Le antenne omnidirezionali più grandi con un po' più di guadagno sono adatte anche per avere una previsione panoramica dell'occupazione della banda in gamma SSB in occasione di buone condizioni, in modo da passare a un'antenna direttiva polarizzata orizzontalmente per stabilire un collegamento successivo.

Anche se si può ottenere successo con un'antenna omnidirezionale in SSB in condizioni di propagazione molto buone, per partecipare regolarmente alle operazioni DX è indispensabile avere una potente antenna yagi che può essere ruotata per mezzo di un rotore. Con le yagi incrociate (cross yagi), il piano di polarizzazione può essere commutato tra verticale e orizzontale, e anche in modo circolare. Nelle comunicazioni FM è comune la polarizzazione verticale, per SSB, CW e altri modi la polarizzazione orizzontale. Inoltre, esistono le cosiddette antenne elicoidali, antenne direzionali con polarizzazione circolare (cioè rotante) utilizzate nelle radio satellitari. In breve: Per la radiofonia locale, le antenne da interno o piccole antenne "di compromesso" vanno bene, ma per il DX serio, le antenne devono essere all'aperto, il più possibile alte e senza ostacoli.

Radiofonia mobile

Naturalmente esistono anche casi d'uso speciali, come il funzionamento utilizzando la luna come riflettore passivo (EME, terra-luna-terra), la dispersione di meteoriti (meteor scatter) o il transito via satellite. Tutti questi casi d'uso si effettuano quasi esclusivamente in VHF, nella maggior parte dei casi con antenne direttive. A differenza della radio terrestre, in questo caso si utilizza spesso la polarizzazione circolare. Sulle frequenze più alte (da 13 cm a 2,4 GHz) vengono spesso utilizzate antenne paraboliche come antenne direttive, perché sulle frequenze più alte (lunghezze d'onda più corte) le dimensioni di queste soluzioni diventano gestibili.

Troposcatter
Radio satellitare
Meteorscatter
Terra-Luna-Terra
Comunicazioni aeronautiche
Radio Marina

Quanto è importante la scelta del cavo coassiale per le antenne VHF?

Un buon sistema d'antenna nella gamma VHF richiede un cavo coassiale di qualità superiore con bassi valori di attenuazione. Pochi metri di RG-58 con connettori PL saranno sufficienti per un funzionamento occasionale tramite il ripetitore FM locale. Cavi più lunghi e connettori economici annullerebbero il guadagno di una buona antenna. In questo caso i cavi a bassa attenuazione e i connettori di alta qualità (N o BNC) sono sicuramente la scelta migliore. Il valore dell'attenuazione del cavo varia con la frequenza ed è solitamente indicato in dB standardizzati per una lunghezza di 100 m. L'attenuazione della lunghezza del cavo utilizzato può essere facilmente determinata dividendo per 100 il valore in dB specificato per il cavo e la frequenza e moltiplicandolo per la lunghezza del singolo cavo. Il collegamento del cavo coassiale all'antenna deve essere protetto dalle sollecitazioni e dagli agenti atmosferici, con un connettore che corrisponda al diametro del cavo e allo standard associato al connettore d’antenna predisposto per il collegamento.

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È assolutamente necessario un rotore per il funzionamento in VHF?

Forse una Yagi 4el può essere montata in una direzione fissa verso il ripetitore FM più prossimo. Le Yagi più lunghe e le altre antenne direttive hanno bisogno di un rotore per utilizzare efficacemente la loro direttività. A seconda delle dimensioni dell'antenna, del carico del vento e del peso, il mercato offre soluzioni adatte, che vanno dai piccoli rotori per le yagi di dimensioni prossime ad un’antenna televisiva fino alle attrezzature pesanti per la rotazione di array d’antenne di grandi dimensioni. I sistemi di elevazione/azimutali sono necessari per il funzionamento con i satelliti in orbita terrestre e per l'EME. Sono costituiti da una combinazione di due rotori e possono puntare un'antenna sia orizzontalmente a 360° in azimut sia verticalmente a 90° in elevazione.

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Di cosa ho bisogno per la ricezione VHF?

Per la sola ricezione, di cosa ho bisogno? Dipende: Se si vuole ascoltare solo il ripetitore FM più vicino, di solito è già sufficiente un’antenna quadrata da finestra montata in casa, una corta antenna mobile sul davanzale o una HB9CV in soffitta.

Per la ricezione di stazioni FM o SSB lontane fino a DX in buone condizioni, si raccomanda almeno una buona antenna omnidirezionale sul tetto della casa o su un palo tubolare. Alcune antenne hanno una polarizzazione orizzontale e un modello omnidirezionale, ad esempio la Big Wheel o l'antenna Halo.

Se si desidera ricevere tutte le bande della gamma VHF e UHF, è consigliabile scegliere un'antenna Discone. Grazie all'ampia larghezza di banda e alla polarizzazione verticale, è l'antenna ideale per la ricezione omnidirezionale.

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FAQ

Posso ancora utilizzare un economico cavo coassiale RG-58 nella gamma VHF?
Sì, ma solo con cavi di breve lunghezza per operare sulle stazioni ripetitrici FM più vicine e sul traffico radio FM locale.
Un'antenna interna è sufficiente per i QSO sui ripetitori FM più vicini?
Se i ripetitori più vicini non sono troppo lontani, un'antenna da interno o da finestra è sufficiente.
I collegamenti DX sono possibili anche con un'antenna omnidirezionale FM verticale?
In condizioni di propagazione eccezionalmente buone, sono possibili collegamenti di centinaia di chilometri o più anche con un'antenna omnidirezionale posizionata alta e libera. Tuttavia, la maggior parte dei collegamenti radio DX in SSB e CW avviene in polarizzazione orizzontale: la percentuale di successo sarà molto più alta.
Un'antenna direttiva consente di effettuare collegamenti DX regolari?
Certo, un'antenna direttiva aumenta la portata rispetto a un'antenna omnidirezionale anche in condizioni di propagazione normali o scarse. Tuttavia, anche con il suo utilizzo, il DX vero e proprio dipende da buone condizioni di propagazione. A seconda della posizione, sono possibili portate di 200-400 km anche senza particolari condizioni di propagazione.
Ho un misuratore SWR per le onde corte, posso usarlo per misurare l'SWR in VHF?
No, purtroppo non è possibile. Esistono alcuni misuratori di SWR progettati principalmente per le onde corte, che possono misurare anche la banda dei 2 metri. Ma per misurare con precisione l'intera gamma VHF, è necessario uno strumento separato progettato per queste frequenze.
È più difficile o più facile rispettare i limiti di radiazione in VHF rispetto alle onde corte?
A causa delle brevi lunghezze d'onda nella gamma VHF, il campo distante inizia molto prima. Inoltre, l'altezza delle antenne dal suolo rispetto alla lunghezza d'onda è molto maggiore rispetto alle onde corte. Pertanto, a parte le possibili riflessioni, la situazione nella gamma VHF è più gestibile. Per le misure >144 MHz, inoltre, non è quasi mai necessario misurare la componente magnetica dovuta alle condizioni di campo distante, per cui è sufficiente un dispositivo di misura con una sonda E-Field (campo E)