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Introduzione
Spiderbeam Base
Guida alla Costruzione
Dati Tecnici
Lista Kits & Componenti
Consiglio di installazione
La Storia di Spiderbeam

1. Principio base dell’antenna
2. Sviluppo della Spiderbeam
3. Com’è rispetto ad altre Yagi tribanda?
4. Antenne con struttura simile
5. Misure e test sull’antenna
6. Evoluzione della Spiderbeam
7. Ringraziamenti


Per coloro che vogliono capire più in dettaglio, la seguente sezione fornisce una panoramica completa sulla teoria dietro il progetto della Spiderbeam. E’ stato scritto basandosi sulla versione 3-bande (20-15-10m), ma può essere applicata a tutte le altre configurazioni. Quanto scritto qui sotto può anche essere visto come la storia degli avanzamenti e delle esperienze fatte durante l’evoluzione della Spiderbeam.



1. Principio base dell’antenna

Il principio base dell’antenna è piuttosto semplice. Nessuna magia.
Si parte da una normale 3 elementi yagi e piegando direttore e riflettore a forma di V:



L’antenna risultante può essere costruita utilizzando del filo fissato su un supporto a croce, rendendo possibile l’utilizzo di materiali leggeri come fibra di vetro e filo. Piegare in dietro gli estremi degli elementi ha ulteriori benefici con un migliore accoppiamento tra gli elementi (“estremi accoppiati capacitivamente/induttivamente”), che migliorano il rapporto Fronte/Retro e la larghezza di banda. Dick Bird, G4ZU fu il primo che ebbe l’idea di piegare gli elementi in questo modo, chiamandola "Yagi Arco-e-Freccia" o "Bird-Yagi". a quanto sappiamo sviluppo solo yagi monobanda con questa forma.

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2. Sviluppo della Spiderbeam

La spider beam è un progetto multibanda. Tre monobanda “yagi arco-e-freccia” sono interlacciate sullo stesso supporto a croce:


Con questo disegno, diversi obbiettivi si realizzano:

1. Interazione minima:
Questo è la più grande sfida in tutte le antenne multibanda: dobbiamo trovare uno schema dove le interazioni tra le monobande siano minime. Dopo infinite simulazioni NEC al computer e test, siamo giunti alla dimensioni finali. Le interazioni sono trascurabili, risultando molto prossime alle performance di una monobanda su ogni banda.

2. Disegno non critico:
Attenzione speciale è stata spesa per arrivare ad un disegno stabile. La spaziatura degli elementi filari non è critica, questo è un punto piuttosto importante: questa antenna non ha solo buone performance nel mondo teorico della simulazione al computer. Ha anche performance ugualmente buone nella realtà (dove potrebbe piegarsi, flettersi nel vento forte) – anche se montata “velocemente e non precisamente” durante una DXpedition (dove nessuno ha tempo di accordare e affinare un sistema critico). Gli utilizzatori della Spiderbeam hanno solo bisogno di prestare attenzione durante il primo montaggio, per essere sicuri che gli elementi filari siano tagliati esattamente alle dimensioni date. Una volta che questo lavoro è completato con cura, l’antenna funzionerà sempre bene, e le condizioni nei successivi montaggi saranno perfette.

3. Sistema di alimentazione:
Un’altra sfida con molte delle antenne multibanda è il sistema di alimentazione. Una soluzione molto semplice, robusta può essere trovata qui. I 3 radiatori sono 3 dipoli separati che sono uniti tutti insieme in un punto di alimentazione comune. Il trucco è distanziare i centri dei dipoli utilizzando brevi tratti di linee di trasmissione simmetriche per connetterli tra loro. Questo minimizza l’interazione con il risultato di uno stabile dipolo multibanda a larga banda e basse perdite. L’impedenza di alimentazione è 50 ohm, alimentato direttamente attraverso un balun in corrente del tipo W1JR. Nessuna linea di sfasamento o dispositivi di accordo di cui preoccuparsi. Una singolo linea coassiale può essere utilizzata per alimentare fino a 5 bande senza nessun problema.

4. Protezione alla corrosione:
I radiatori e le brevi linee di trasmissione simmetriche sono costruite con un solo pezzo, senza lasciare nessuna giunzione aperta alla corrosione. Lo stesso vale per tutti i riflettori e i direttori. Tutte le parti attive dell’antenna sono protette da uno spesso strato di rivestimento in PE, che li protegge dall’ambiente per molti e molti anni. Semplicemente non ci sono problemi di corrosione con questi materiali utilizzati per gli elementi filari! Questo è un enorme pregio rispetto alle antenne in alluminio (specialmente se ci sono delle trappole), dove le performance possono degradare una volta che la corrosione inizia ad agire.

5. Forza meccanica:
I tubi in fibra di vetro saranno molto importanti, dato che sono molto flessibili. L’antenna si fletterà nel vento senza rompersi. Bisogna ricordare che un materiale robusto e flessibile spesso surclasserà un materiale rigido e fragile. Questo è particolarmente vero per i tubi rinforzati in fibra di vetro che sono utilizzati nella versione heavy duty – sono tubi molto forti ma sempre molto flessibili.
Un altro trucco è l’estensione dei tiranti in Kevlar. Ogni braccio è legato 4 volte (alto/basso/sinistra/destra) – un concetto ben conosciuto per gli alberi delle barche. Inoltre tutti componenti usati nel kit sono resistenti ai raggi UV e alle condizioni meteo.
Per gli elementi filari, nei nostri kit utilizziamo cavo di alta qualità “CQ-532” della “The Wireman”, e di certo lo raccomandiamo a tutti i costruttori. Questo cavo praticamente non si allungherà, e questo è molto importante. Altrimenti le frequenze di risonanza degli elementi parassiti potrebbe cambiare, e le buone performance dell’antenna andrebbero perse.

6. Ottimizzazione per le operazioni in portatile:
La costruzione meccanica è ottimizzata con cura per le installazioni portatili su mast leggeri. Le speciali piastre di montaggio assicurano che il mast sia proprio nel centro di gravità dell’antenna, invece di posizionare l’antenna sul lato del mast. Il peso dell’antenna e il momento della torsione verticale sono distribuite in modo ottimale sul mast e il rotore, riducendo enormemente il carico su queste parti rendendo più facili le operazioni per allungare e ritrarre il mast. Possono essere usati una grande varietà di diametri per il mast (30-60mm) e praticamente non sono necessari attrezzi (solo due chiavi del 10). I bracci sono costituiti da 20 segmenti identici di tubo in fibra di vetro – permettendo una ridondanza e maggiore ripetibilità rispetto a tubi telescopici. Gli elementi filari e il balun sono fissati con strisce di Velcro – un metodo sorprendentemente forte e molto rapido, che allo stesso tempo mantiene la flessibilità dell’antenna – utilizzabile anche come un dispositivo per smorzare lo sforzo della struttura. (Nella versione heavy duty per le installazioni permanenti, le strisce di Velcro sono rimpiazzate da fascette in metallo con un rivestimento in gomma).



CONCLUSIONI:
La spider beam è una yagi multibanda senza trappole formata da 3 monobanda interfacciate, che costituiscono una antenna con un alta efficienza e di semplice costruzione. I radiatori sono un dipolo multibanda alimentato direttamente, anche in questo caso contribuendo con una costruzione semplice, a larga banda e basse perdite. Il disegno è molto stabile, gli elementi filari sono tagliati esattamente solo all’inizio ed è utilizzato cavo di alta qualità (nessuna-estensione). La struttura meccanica è ottimizzata per l’installazione veloce, leggera e portatile, utilizzando materiali di alta qualità per una buona riproducibilità e una lunga vita senza che le performance degradino.

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3. Com’è rispetto ad altre Yagi tribanda?

Confronta i diagrammi e le tabelle nella sezione dei dati tecnici. Troverai che la spiderbeam è sempre equivalente o migliore di una tribanda convenzionale con un boom di lunghezza di 7-8m(25ft). Specialmente la banda operativa è molto maggiore rispetto ad una configurazione trappolata:
  • guadagno diretto è circa 5 dBd(7dBi) nello spazio libero (= 12dBi a 10m di altezza dal suolo) e rimane piuttosto costante in tutta la banda (bande)
  • rapporto F/R è circa 20dB o maggiore su tutte le bande
  • SWR rimane sotto 1:2 su tutte le bande
I confronti in aria e le misure confermano questi risultati.
Solo una vera 3 elementi monobanda sarà leggermente migliore: ha lo stesso rapporto F/R e diagramma e un guadagno di 6dBd (spazio libero). Sfortunatamente qualche produttore dichiara ancora guadagni molto più alti anche per le loro multibanda, numeri semplicemente non veri.

Una caratteristica interessante è la flessibilità con cui ottimizzare velocemente la spider beam per le porzioni di banda CW o SSB.
Le dimensioni base della spider beam sono stabilite per coprire l’intera banda. Se vuoi operare solamente in CW o SSB, basta semplicemente cambiare leggermente la lunghezza degli elementi filari per ottimizzare i parametri nel banda di frequenza desiderata.

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4. Antenne con struttura simile

Negli anni i progettisti hanno usato la loro immaginazione per piegare gli elementi in varie forme. Nessuna magia anche in questi casi. Esempi ben conosciuti di yagi 2 elementi con elementi piegati sono il Moxon rectangle e la Hexbeam. Anche questi progetti beneficiano dell’accopiamento causato dal piegamento degli estremi degli elementi uno verso l’altro (“accoppiamento capacitivo/induttivo degli estremi”). Queste antenne possono essere costruite con fibra di vetro e filo in modo simile, risultando nelle performance simili ad una yagi 2 elementi ben disegnata. Un altro esempio simile è la X-beam, nella quale ho trovato caratteristiche minori rispetto ad una yagi 2 elementi.





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5. Misure e test sull’antenna

Il processo di sviluppo dell’antenna ha richiesto infinite simulazioni NEC, seguite da test & misure su l’antenna reale. Durante questa fase di test l’antenna è stata montata a 10 metri di altezza in uno spazio aperto e misurata intensivamente. a velocità del cavo usato (“CQ-532” della The Wireman) è stata determiniata esattamente e la lunghezza ottenuta dalle simulazioni adattata di conseguenza. Gli effetti finali dovuti agli isolatori è stata tenuta in conto. Dopo aver applicato queste correzioni il diagramma di radiazione dell’antenna (posta a 10m di altezza) è stata misurata su tutte le bande, a passi di 100kHz. Il programma shareware “Polar-Plot” di G4HFQ lo strumento ideale per questo scopo. Questa prova ha dimostrato un’ottima corrispondenza tra la simulazione al computer e le misurazioni.

Nell’agosto del 2003 ho fattto alcune misure di comparazione tra due spiderbeams con differenti sistemi di alimentazione. Le due antenne erano installate fianco a fianco sul campo del test. Dopo aver concluse le misure ho trasformato una delle due direttive in un semplice dipolo rotativo e ripreso con una lunga serie di misure confrontando il guadagno della spiderbeam rispetto al dipolo alla stessa esatta altezza. Anche in questo caso è stata trovata una buonissima corrispondenza tra i valori previsti è quelli trovati.

(Clicca sulle foto per leggere maggiori informazioni sulle misure di guadagno e per ingrandire le immagini)



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6. Evoluzione della Spiderbeam

  • Spiderbeam Versione 0
    (1998 - 2002: simulazioni al computer e primi prototipi)
  • Spiderbeam Versione 1.0
    (2003: vecchio sistema di alimentazione (in qualche modo critico), assemblaggio complicato (cavo rigido e isolatori epossilici), riproducibilità e tempo di assemblaggio non ottimizzato)
  • Spiderbeam Version 2.0
    (2004: nuovo & migliorato sistema di alimentazione (non critico e a larga banda) e struttura meccanica rivisitata (nuovo: segmenti di tubi in fibra di vetro, isolatori, assemblaggio veloce con Velcro, cavo flessibile CQ-532, nuovo balun) con un miglioramento generale nella semplicità, ripetitibilità e ridotto tempo di assemblaggio)
  • Spiderbeam Version 2.2
    (2005: versione corrente, ulteriori miglioramenti meccanici, aggiunta della versione rinforzata - heavy duty – per installazioni fisse)



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7. Ringraziamenti

Grazie a W9XR per avermi portato nella via del "Bow-and-Arrow Yagi" (“Yagi arco-e-freccia”), e a tutti coloro che mi hanno aiutato durante la fase di sviluppo – specialmente DF4RD, DF9GR, DJ6LE, DL6LAU, HA1AG, HB9ABX, W4RNL, WA4VZQ. Grazie anche a tutti coloro che hanno tradotto la giuda alla costruzione nelle loro lingue: 7X5AV, 9A2EU, 9A2NO, 9A6C, BG7IGG, CT1IUA, CT3EE, EA2PA, F2LZ, F4ANJ, F5IJT, F6IIE, G3MRC, G3SHF (& Team), HA8SLT, HB9ABX, I0SKK, IZ5DIY, JA1KJW, LX2AJ, LZ2STO, OH1RX, OH6NT, OK1DMU, OK1FIM, OZ8A, PA1TT, PB0P, PE2RID, S51TA, S57XX, SM0ETT, SM0JZT, SP8SW, SV2KBS, SV8YM, RA3TT, RV3DA, UA3ZTZ, YC0CRA, YO5QCD, YU1QT. Grazie per l’incredibile supporto e risposta a livello mondiale – senza questo questo intero progetto non sarebbe mai arrivato così lontano.

Gloria a Dick Bird G4ZU che per primo avanzò l’idea “Arco-e-freccia”, che guida l’intero sviluppo della Spiderbeam. Sfortunatamente non l’ho mai incontrato prima che fosse troppo tardi. R.I.P. OM.



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