Quad, al metro

Ho approfittato di un periodo di vacanza in montagna per rimettere in ordine e completare i miei lavori sulle quad che giacevano sparsi sul disco fisso da un bel po' di tempo. Benche' alcune di queste antenne siano state effettivamente costruite, confermando sostanzialmente i dati dei progetti, quella che leggete e' essenzialmente una ricerca teorica. Ci servira' a chiarire quello che i software di analisi hanno da dire sulle quad, in particolare su alcuni parametri fondamentali quali il guadagno, il rapporto fronte-retro e la larghezza di banda. Altri aspetti dell'efficienza di una antenna non sono analizzabili con questi strumenti informatici e dunque non e' nelle mie intenzioni esprimere una opinione su essi. Non voglio pero' sottrarmi a quello che e' ovvio, e cioe' il confronto con le yagi, limitatamente ben inteso ai dati che emergono dai progetti sviluppati al computer.

Gli array yagi sono stati sottoposti,ormai da anni, a ricerche che potremmo anche considerare esaustive. Per quanto ne so io, questo non e' vero per gli array basati su loop a onda intera, eccezion fatta probabilmente per la quad a due elementi. Ne consegue che le quad sono ancora oggi progettate basandosi su vecchie formule e senza tenere nella dovuta considerazione alcuni parametri essenziali quali il diametro e il tipo di materiale con cui sono costruiti i loop. Come vedremo, questo ha invece un grande impatto sulle performance ottenibili. Dunque si imponeva a priori una scelta di materiale e ho creduto corretto indicare il cordino da due millimetri in bronzo fosforoso come componente dei loop. Dopotutto e' quello che offre il mercato, ma e' anche un materiale elettricamente poco efficiente. Il rame nudo, sempre da due millimetri di diametro, permetterebbe un maggiore guadagno, nell'ordine dei due o tre decimi di dB. Non e' comunque gran cosa e in realta' bisognerebbe poter costruire le quad in tubo di alluminio, come si fa per i dipoli ...

Il guadagno.
Il loop quadrato ha un vantaggio teorico sul dipolo di circa 2 dB. Ci si potrebbe aspettare che questo vantaggio si ripresenti immutato anche negli array, ma purtroppo cio' non e' vero. In realta' una frazione di questo maggiore guadagno compare fino a certe lunghezze di boom, ma si attenua progressivamente fino a scomparire del tutto proprio dove ne gradiremmo la presenza, cioe' nelle antenne con molti elementi e lunghezze di boom importanti.

Il F/B.
Una costante dei progetti yagi moderni e' un buon rapporto fronte/retro, diciamo circa 20 dB per il 4% della frequenza di progetto. Questo si traduce in 1 Mhz nella banda degli 11 metri. Benche' sia necessario sacrificare una quota di guadagno a questo obiettivo, nelle yagi con piu' di due elementi il risultato e' ottenuto con una certa facilita'. Nelle quad invece risulta assai difficile arrivarci, e in ogni caso il prezzo da pagare in termini di guadagno e' maggiore. Questa difficolta' sembra causata in gran parte dal diametro del loop che e' solitamente molto inferiore ai 10 o 20 millimetri che sono normali per i dipoli. E in effetti il problema e' meno evidente nelle vhf dove il rapporto fra lunghezza d'onda e diametro del materiale e' meno sfavorevole. Un aspetto positivo da segnalare e' che ottimizzando la quad per il F/B si ottiene automaticamente anche una antenna con sufficiente larghezza di banda.

La larghezza di banda
Come nel caso del F/B, a un buon progetto si richiede un ROS adeguato a coprire una discreta larghezza di banda. Raramente questo costituisce un problema nelle yagi, almeno se non si e' compiuto l'errore di ottimizzare il progetto su una unica frequenza. Nelle quad la questione si complica assai, di nuovo a causa anche del piccolo diametro del cordino usato nella costruzione del loop. Infatti il loop a onda intera gia' presenta, per sua natura, una escursione maggiore nella variazione della reattanza con la frequenza. Il diametro del materiale non aiuta ma, per la quad due elementi, almeno la parte resistiva della impedenza e' alta e, per cosi' dire, compensa la grande variazione della reattanza. Negli array a piu' elementi la resistenza di irradiazione tende ad essere piu' bassa, ed ancora piu' bassa negli array ottimizzati quasi solo per il guadagno. Quando la parte resistiva della impedenza e' bassa e la variazione della reattanza imponente, non possiamo non avere ROS alti e una banda passante insufficiente. Anche per questo motivo i progetti che presento hanno tutti una resistenza di irradiazione almeno superiore a 50 ohm.




Ma veniamo ai progetti promessi. Fra essi non troverete la due elementi. Come ho gia' detto, e' l'esemplare piu' studiato della famiglia. Dalla tre alla sei elementi, da tre a quindici metri di boom, ho cercato piu' che altro di mettere in luce cosa si possa ottenere dalle quad e cosa sia invece piu' difficile da raggiungere. Non posso escludere, anzi do per scontato che esistano lunghezze di boom intermedie capaci di fornire prestazioni migliori. E' ugualmente chiaro che cio' cui io do importanza, un buon rapporto F/B e una buona larghezza di banda, possano pesare molto meno per altri o in altre situazioni.


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dettagli
Guadagno dBi free space
@27.500
Impedenza Ohm
@27.500
q03m03e Quad 3 elementi, boom 3 metri 7.64 86
q04m03e Quad 3 elementi, boom 4 metri 8.74 63
q04503e Quad 3 elementi, boom 4.5 metri 8.78 74
q04303e Quad 3 elementi, boom 4.36 metri (Cebik) 9.02 59
q05m03e Quad 3 elementi, boom 5 metri (Cebik) 8.52 81
q06m03e Quad 3 elementi, boom 6 metri 8.92 (boom troppo lungo) 108
       
q04m04e Quad 4 elementi, boom 4 metri 8.35 (boom troppo corto) 58
q05m04e Quad 4 elementi, boom 5 metri 9.47 70
q06m04e Quad 4 elementi, boom 6 metri 9.79 82
q07m04e Quad 4 elementi, boom 7 metri 10.06 76
q08m04e Quad 4 elementi, boom 8 metri 10.23 83
       
q06m05e Quad 5 elementi, boom 6 metri 10.06 78
q07m05e Quad 5 elementi, boom 7 metri 10.34 78
q08m05e Quad 5 elementi, boom 8 metri 10.66 63
q09m05e Quad 5 elementi, boom 9 metri 10.95 66
q10m05e Quad 5 elementi, boom 10 metri 11.19 79
q11m05e Quad 5 elementi, boom 11 metri 11.37 80
q12m05e Quad 5 elementi, boom 12 metri 11.33 88
       
q10m06e Quad 6 elementi, boom 10 metri 11.31 78
q11m06e Quad 6 elementi, boom 11 metri 11.45 80
q12m06e Quad 6 elementi, boom 12 metri 11.57 70
q13m06e Quad 6 elementi, boom 13 metri 11.80 69
q14m06e Quad 6 elementi, boom 14 metri 12.03 62
q15m06e Quad 6 elementi, boom 15 metri 12.17 80