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Antenna multibanda HF (160-6 metri) a polarizzazione selezionabile autoaccordata

Dopo alcuni anni passati a giocare con molta soddisfazione fra le MF e le LF, trasmettendo con una L invertita alta circa 10 metri e lunga 16, composta da sei fili paralleli, ho deciso che la mia nuova radio, una fiammante FT991A, sarebbe stato più utile e divertente utilizzarla su tutte le bande.
Ho pensato quindi di effettuare una modifica sostanziale alla mia antenna TX MF senza stravolgerne troppo la funzione elettrica e che quindi, una volta modificata, continuasse ad essere buona senza ulteriori perdite anche sui 630 e magari sui 2200 metri.
Questa in basso è la foto dell’antenna prima del “trattamento”.

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Massima resa possibile con lo spazio disponibile. Praticamente un’antenna da condominio, se si hanno almeno una ventina di metri di terrazzo.
Come massa tutto il metallico disponibile e un paletto a terra, due piani più sotto.

Lo stravolgimento ha fatto in modo che trasformassi la Inv-L in una T, si una T ma con delle caratteristiche particolari.

Come tutti ben sappiamo un dipolo istallato in postazione condominiale è un’antenna che funziona discretamente bene, senza lode ne infamia, dai 10 metri a scendere, fino cioè a quando l’altezza dal suolo e le caratteristiche stesse della radiofrequenza sotto i 7/5 Mhz non cominciano a richiedere un’antenna polarizzata in verticale sia per il minor assorbimento sul terreno e gli oggetti circostanti, sia perchè i solo 8 metri di altezza sono veramente pochi per un dipolo funzionante sugli 80 o peggio 160 metri, oltretutto corto meno di 1/8 d’onda. Quindi un dipolo corto e basso (rispetto alla lunghezza d’onda) sostanzialmente non serve a molto, se non a fare qualche QSO nazionale/europeo (sfruttiamo la caratteristica NVIS).
Di controparte una verticale molto lunga sulle frequenze più alte, pur avendo un guadagno teorico maggiore (elettricamente sarebbe circa un paio di lambda interi), ha un angolo di irradiazione altissimo e tanta energia RF sarebbe inutilmente sprecata in direzioni non utili per i nostri DX.
Allora ho pensato che sarebbe stato interessante alimentare l’antenna con una piattina bifilare, in modo che potessi dalla stazione commutare la sua alimentazione alla base per avere una volta un dipolo “fat” del tipo G5RV e una volta una verticale molto top loaded!
Questa è la configurazione elettrica di un dipolo G5RV con alimentazione a linea bilanciata:

G5RV

Questa invece è la stessa antenna configurata come verticale con grande cappello capacitivo:
vert

Ecco cosa è uscito fuori:

La prospettiva inganna...

La prospettiva inganna…

In un primo momento avevo pensato di utilizzare due accordatori separati, uno automatico già presente da qualche parte in stazione (CG3000) per la configurazione verticale e l’altro, un tuner bilanciato del tipo S-Match, per la configurazione a dipolo, poi il colpo di genio…!! E se inserisco un balun 4:1 in uscita al CG3000?
Detto fatto. Apro uno dei mie cassetti magici e prendo un toroide del tipo T200-2, che per i miei soli 100 W è più che sufficiente, non andrà certo in saturazione, e comincio a costruirmi il semplice balun 4:1, appunto.
Reperisco tutto il materiale necessario e comincio ad inscatolarlo in una cassetta stagna in vetroresina.

Approfitto del fatto di avere da parte un SWR bridge remoto e lo infilo nella scatola, in questo modo mi leggo il ROS e la potenza direttamente sotto l’accordatore.
Una serie di toroidi messi sul cavo, su vecchio consiglio di Tim K3LR, mi aiuterà a non avere eventuali correnti di modo comune sul cavo in discesa e a diminuire i rumori inutili.
Per la commutazione ho utilizzato un paio di grossi contattori Siemens a 24VDC che avevo in parcheggio da anni, questo mi consente di avere commutazioni multiple con un solo comando e un isolamento elevato per quando metterò l’accordo esterno (variometro e bobinone di carica) per le onde medie e lunghe: in quel punto si generano tensioni altissime durante le trasmissioni in MF e LF tali da poter rientrare nell’accordatore automatico distruggendolo.

Questo che segue è un semplice schema elettrico di principio per comprendere come funziona la parte di comando della RF ovvero come viene pilotata la RF per far diventare l’antenna sia bilanciata (dipolo) che sbilanciata (verticale)
schema

La piattina bifilare è stata anch’essa costruita da me, in base al funzionamento ipotizzato su carta per ottimizzare anche il funzionamento in MF, ho scelto un’impedenza di 500 Ohm per avere una maggiore spaziatura tra i due fili. Questi sono posti ad una distanza di circa 42mm, il filo è di 1,5 mmq. La scaletta è fissata in larghezza tramite dei chiudi busta di plastica ai quali ho effettuato una piccola scanalatura per poter più comodamente fissare i cavi. Ho poi verniciato i chiudi busta (multicolore con i cuoricini stampigliati…) ma inutilmente in quanto la vernice usata una volta asciutta si stacca. Pazienza. Avevo preparato circa 10 metri di piattina per cercare di arrivare almeno ad una lunghezza della linea di alimentazione di 8 metri, purtroppo i pali che supportano l’antenna superano di poco i 9 metri e quindi il tratto verticale è poco più di 7,5 metri di lunghezza considerando l’ansa che l’antenna ha al suo centro.

Il centrale dell’antenna è un pezzo di lexan sul quale convergono i 12 piccoli fili dell’originale cappello capacitivo della ex inverted L. Ogni filo è stato tagliato a metà e munito in testa di capocorda pressato e saldato. I due poli (6 + 6 fili) sono stati messi in parallelo da dei ponticelli. La scaletta è stata collegata in modo da avere più o meno la stessa larghezza del tratto di discesa.

Centrale dell'antenna

Centrale dell’antenna

Per commutare i due contattori ho utilizzato un selettore che mi alimenta una o l’altra bobina, così seleziono le due configurazioni elettriche Balanced e Unbalanced. Si, le etichette fanno un po’ desiderare.

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A commutatore spento l’antenna è separata da tutto, anzi ognuno dei due elementi è isolato da tutto il resto e tra di loro.
È possibile naturalmente utilizzare altri tipi di relè di potenza, sarebbe molto vantaggioso usarne del tipo sotto vuoto, in questo caso ne serviranno 5. Consiglio a chi utilizzarà la mia soluzione (comunque non proprio economica) di inserire dei diodi anti scarica in parallelo alle bobine dei due contattori in quanto ad ogni apertura si genera una forte scarica elettrica che oltre a mandare un forte disturbo alla radio con il tempo potrebbe danneggiare il commutatore o peggio l’alimentatore dei relè stessi.

Come dicevo prima quando utilizziamo la configurazione a dipolo per bilanciare il carico sul CG3000, che nasce come accordatore sbilanciato, ho usato un balun 4:1 che consente non solo di connettere un carico bilanciato al tuner automatico ma anche di abbassare eventuali impedenze elevate che non consentirebbero un corretto funzionamento dell’accordatore per limiti costruttivi. Una prossima modifica sarà quella di mettere anche un balun 1:1 in modo da estendere l’accordo da 12 a 4000 Ohm di impedenza il range del tuner.
Il toroide è il comune T200-2 con 17 doppie spire, il suo utilizzo è un po’ diverso da quello classico dove all’ingresso sbilanciato si attacca un coassiale, in questo caso al suo posto abbiamo l’uscita del tuner automatico che “riallinea” l’uscita verso il TX in base al carico rilevato.

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In questi giorni, nonostante la propagazione sulle bande alte sia un po’ scarsa, sto facendo delle prove sul campo ed effettivamente la teoria è confermata dalla pratica in quanto l’antenna modalità verticale è vero che si accorda dai 160 ai 6 metri ma tendenzialmente sulle bande alte perde un po’ rispetto alla modalità G5RV. La modalità G5RV è possibile utilizzarla al massimo in 40 metri e con difficoltà in 80, l’accordo è molto difficile a volte anche in 40 metri, probabilmente perchè il balun 4:1 mi limita su impedenze troppo basse, forse installando un paio di radiali dedicati il problema si risolve. In modalità verticale il rumore di fondo è naturalmente un po’ più alto ma anche i segnali spesso sono più forti nel DX, nell’altra modalità il rumore di fondo è più basso e i disturbi da QRN sono minori.

Altra nota di cui tener conto è quella che ogni volta che si cambia modo antenna sulla stessa frequenza l’accordatore deve riaccordare tutto da capo rendendo inutile la memorizzazione del precedente accordo fatto su quella frequenza. Quindi credo che stabilirò a prescindere di usare il dipolo dai 6 fino ai 30 metri e la verticale dai 40 ai 160. In questo modo l’accordo sul cambio frequenza sarà molto più rapido passando da qualche secondo a pochi decimi di secondo.

Per ora è tutto, cercherò di scrivere altre notizie in merito a questa strana antenna, i suoi pregi ed i suoi difetti e come cercherò di limitare questi ultimi.

Draconids 2018 meteor shower

From the APA-LAN observatory it was possible to record a nice meteor outburst last night, this was confirmed also from IMO members who posted some pictures of the event.
In the images that follow is possible to compare the last past 5 days until the Draconids peak.

outbDrac18
The presence of vertical lines is very clear in the last part of our 24 hours spectrogram (lightblue oval shape), what is not for the previous 4 days.

We can even see that on the day before the peak there is a decrease in the number of events (yellow).
For the Draconids We report a peak of about 300 echoes but in this number are included the background events, moreover not many iperdense echoes where detected.

At the end of the page some of the best captures of the Draconids shower outburst.

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APA – lan|Meteor scatter antenna improving

After about a month and a half from the beginning of the meteor scatter project with a satisfactory success, we wanted to make a small improvement to the reception system by doubling the antenna.
From the beginning the antenna was a four element 1.5 lambda boom length with a gain of about 8.5 dbd. We found it very performing so I quickly build a second one twin antenna.
The total gain at the moment is increased to about 11 dbd, stacking between booms is only about 1 meter so to get a fatter main lobe, it’s not an ham radio DX antenna, for the project was better to get a wider capture area.
The result was since the first start really impressive! The average per hour of the captured events was more than doubled immediately.
Take a look at the chart:
AntennaChart
The orange line represents the day with maximum recorded events in semptember with only one antenna, the blue line shows the first complete 24 working hours of the system with 2 antennas.
Probably the higher gain and the wider capture area give to the system many more and stronger echoes, what was under the noise level before is now a good signal to sample.
What follows is an example of what the receiver catch during a non-peak period:
meteorNow

Antenna work in progress

Antenna work in progress

The stacking at APA Observatory

The stacking at APA Observatory

The project: how to “show” the falling stars to the blind

It’s more than three years that I monitor VHF for meteor scatter signals thanks to the French GRAVES radar near Dijon. This is a bistatic radar that transmits a CW signal at 143.050.
With a simple radio system is possible to receive the radar signal reflected by the meteors ionized plasma that these objects create when entering into the ionosphere.
Talking with my friend Andrea Miccoli, member of APA (Associazione Pontina di Astronomia) an astronomical association here in Latina, he told me that this activity could be an interesting allied for its works about astronomy for blind people.
Andrea and other members of APA teach, thanks to appropriate courses, astronomy and how the space is to people that can’t see by special high quality home made tools.
In the last year I took in account to better perform my reception tecnique to give a one more opportunity to blind that is to “watch” falling stars!
Here starts the project!
Before of the Perseids shower, this year in August, We (Andrea Miccoli, Andrea Alimenti, my second son Gabriel and me) installed a receiving station at the APA observatory so to have an indipendent 24h system that can streams the radio signal over the Internet so that is possible to listen the echoes from the impacting debris.

The hardware system is composed by an homemade four elements Yagi beam antenna, an also homemade bandpass two helical filter, a SDR RTL 0.5 ppm receiver, a PC and a smartphone for internet connection.

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The antenna has a 1.5 lambda boom lenght, a gain of 8.8 dBd, it was build under the DK7ZB project (http://www.qsl.net/dk7zb/2m-port-SSB/4-Element.htm).
1x4El-ver
I decided to build this one because of its performance, high gain with a single antenna and both horizontal and vertical wide pattern.

The filter was necessary because of lack of filters in the SDR receiver, the sensitivity increases drammatically with a good bandpass filter. I built a very simple and effective helic filter which usually is used for transmission, too. The filter has a very low loss and an adeguate out-band rejection.

On the web there is a wide choice of cheap RTL 2832 receiver, for the project I focused to a 0.5 ppm model. It is provided with a TCXO and effectively is more stable then the cheapest models. The cost is not so high and for the moment We are satisfied about its job. Other differences compared to other models are the SMA connector, the lack of unnecessary IR-LED for remote control and power LED. It’s quite warm when powered on so We’ve fixed it to a heatsink plate so to keep its internal temperature stable. It’s plugged with an USB cable with a ferrite bead to limit any noise from the PC.chiavetta

After a look to the this first part concerning the radio hardware system, a second and not less important part is composed by some software needed to manage the radio signal and transport it to the web for public sharing and for analizing and storing into images file the meteor events.

The SDR receiver is managed by SDR# (SDR sharp), a freeware easy to use software which can provide several functions to control this cheap receiver.
The frequency is centered to 143.049 MHz USB with a width of the audio band of 2500 Hz about, so the reflected signal of the GRAVES radar is centered at about 1 kHz.
Fast AGC was set.
Through a first VAC (Virtual Audio Cable) the output signal coming from SDR# is transmitted simultaneously to SpectrumLab and VSThost.
SpectrumLab is used to elaborate a coulpe of spectrograms, the first is a 6 minute long screen, saved on the HD every 6 minutes which shows the echoes received from the RTL2832, a second one is a 24h spectrogram that shows the entire day trend at glance.
A simple 6h plot is also created to see relative values in the time domain of peak values and duration of the events.
These three pictures are dowloaded every 6 minutes to my web server for a public view.
vst
VSTHost is used, instead, to process the audio signal and reduce noise. This is done by a couple of plug-in: an expander and a multitrack equalizer.
The output audio is sent to a second VAC where is routed into another software, BUTT, so to be sent to an Icecast audio webserver. Butt takes care to prepare the signal with certain characteristics as audio sample rate, bit rate, informations of the trasmission, etc.
To have a minimum required band the digital transmission is only 8 kHz wide for 16 kbps streaming bitrate.
Icecast server is hosted at another location, running in a Raspberry PI, where is possible to have a public IP associated to the DNS: apalan.hopto.org:1081/stream. This is the address where is possible to listen the elaborated audio streaming and where blind people accede to listen for the meteors.
Internet connection is via smartphone because of a semi-remote position.

A lot is still to be done, improvements, upgrades, tests … just started and in the mind a lot of ideas as apply a preamplifier, build a second antenna to get more gain, etc…
I hope that these few notes can be useful for those who want to build a simple meteor scatter station with a little budget and if this project can be useful for people who can not see falling stars… well it’s welcome!

APA

At the moment you can reach the stream to this address: http://apalan.hopto.org:1081/stream

Recycling an old Smartphone to easily remote VLF probes

All this started when I decided to move my home made geophone from my lab room to my cellar at about 3 meters under the ground.
It was a better position for this device because of absence of electro-magnetic noise. Only a simple 220VAC socket and an incandescent lamp are located in the cellar, no other electric or electronic device, surrounded by reinforced concrete and innocent camping tent, skis, bikes, etc…
So, just for this electric “loneliness” it was difficult for me to have a connection with the PC located about 3 floors up. The only way was to use the wireless house net with a repeater on the first floor, but how to connect the geophone amplifier to SpectrumLab? Should I to transform analog signal into data signal? Than back to analog-digital signal. I’m too lazy for these.
An old Samsung smartphone was into my lab powered off from a while, so i tought: why don’t exploit the embedded smartphone technology for my goals?
I’ve dowloaded and tested some applications for the smartphone to stream audio by its wifi connection creating a simple audio server.
The easiest and lighter application that I supposed it to work well is free and it’s name is Wireless Mic.
wirelessmic
It is very easy to use and configure, moreover latency is very low, it didn’t load the old smartphone CPU, in general it don’t require many resources, this absolutely avoid audio flow interruption.
I connected the output from the geophone amplifier to the headphones-microphone input of the mobile phone, a capacitor separates eventual DC continuity. After some regulations for audio strenght and IP configurations for intranet comunication I tried to receive the stream in my LAN.
To get and listen the stream I’ve used the freeware VLC media player software, it can simply manage a network flow just writing server IP address and port.vlcmedia
Just started the player I was sure that connection was ok, of course audio was non audible because of the low audio frequency, this was the big question, would this system transport a so low frequency audio signal? To see if all was right I’ve send the signal from VLC media player to a VAC (Virtual Audio Cable) to pass the signal to SpectrumLab, unfortunately SL at the moment can’t receive direclty a compressed audio stream.

With my big surprise all was working perfectly! Great! Giving some weak touch close to the probe I saw the signals on the low frequencies of the spectrum. Another test was made injecting a sub audio signal to the smartphone.

I’ve tested with success this system also for VLF reception for about a couple of months before to move it all into the cellar.

I’ve tried this system with other smartphones and I’ve find that not all models can manage well the audio, some phones use to cancel what they consider an audio noise, like for embedded microphone, also from headphone-microphone plug so to get out a too digitized or weak sound. Some models can manage this some not. The old Samsung made its dirty job well.

As power supply you can choose for a big 12V gel battery and a 5 V stabilizer to keep in charge the phone battery or a wall power supply, this second solution doesn’t give the safety from AC noise but you can build your own low noise one.

An example of the needed material with another cellphone brand

An example of the needed material with another cellphone brand

Here some pictures of the remote cellar seismograph:

shocks detected by the system

Shocks detected by the system

Meteor20170524062926

Shocks detected by the system

30MAY17-1200_geophone-multistrip

Hourly multistrip geophone signal

SAQ 1st of May 2018 transmission

After a while and some technical problem the VLF station SAQ from Sweden was again in the air today.
Signal was very strong despite the noise created by statics and thunderstorms.
I received the station more than 20 db over the noise level. Unfortunately a local noise appeared time to time exaclty on the same frequency (17200 Hz) so I had to narrow down the band to get a better signal.
Here you can hear the CW message:


Signal was received by my VLF loop and SpectrumLab via sound card.

Tiangong: Pasqua e fuochi cinesi

Tra qualche giorno la stazione spaziale cinese Tiangong-1 entrerà nell’atmosfera terrestre disintegrandosi, speriamo per gran parte della sua mole.
Per l’occasione ho predisposto il mio sistema per la ricezione meteor-scatter VHF tramite il radar GRAVES, in modo da provare a ricevere un’eco radio prima della totale disintegrazione della stazione. In questo caso, visto che attualmente l’altezza della Tiangong è di soli 250 km circa, ci si aspetta una prima riflessione di tipo Airplane scatter, ossia una riflessione sulla superficie metallica della stazione spaziale, simili a quelle viste spesso con la ISS. In seguito, durante il momento di attrito con l’atmosfera terrestre, a seconda della velocità di discesa, forse sarà possibile rivelare l’eco dovuto alla ionizzazione dell’atmosfera stessa.
tiangong_2018_thumb660x453
Alla solita pagina Meteors Radar è possibile vedere la schermata aggiornata ogni 6 minuti dello spettro radio preso in esame a 143.050 MHz. E’ inoltre possibile ascoltare gli echi meteorici cliccando al link suggerito in alto nella stessa pagina.
Seguirà un eventuale aggiornamento sperando che la Tiangong si schianti in mare aperto.
Qui sotto una immagine delle zone dove potrebbe rientrare la stazione spaziale in Europa.
Tiangong1-Reentry-Bands-Europe

11 reports from Canada WSPR 630m, VE9GJ

First MF TA of 2018

On the night of February 14th my first TA of 2018 on 630 meter band.
IK0VVE_TA_2018_02

In the same night my first two USA stations have been received at Ripoli remote station with call IK0VVE/0
IK0VVE0_TA_2018_02

Ready for another trip to Mars!


MaxMarte