Commutatore Antenna

Commutatore d’antenna a relé, 5 posizioni, HF / 50 MHz

La maggior parte degli utenti delle HF hanno necessità di utilizzare antenne diverse per coprire tutte le bande, ma le radio sono solitamente dotate di pochi connettori, a volte uno soltanto da condividere anche con la banda dei 6 metri. A tal proposito vengono in aiuto i commutatori di antenna, dai tradizionali meccanici a controllo manuale a quelli remoti e automatici. Gli switch remoti hanno il vantaggio di poter essere collocati anche lontano dallo shack, in prossimità delle antenne, consentendo l’utilizzo di un solo cavo coassiale di discesa. Per le stazioni radio più complesse esistono commutatori a matrice che permettono di condividere antenne diverse tra più ricetrasmettitori.
Spinto da questa necessità, ho realizzato uno switch di antenna remoto HF e 50 MHz, 5×1. Vediamo di seguito i dettagli della costruzione.

Commutatore Antenna
Commutatore Antenna

Schema elettrico

Commutatore Antenna - Schema elettrico
Commutatore Antenna – Schema elettrico

Lo schema elettrico è molto semplice, le bobine dei relè vengono alimentate da una tensione comune positiva Vcom (+12 Vdc), per commutare una delle antenne è sufficiente chiudere a ground l’altro capo della bobina tramite il relativo contatto riportato sulla morsettiera di comando SV1. Se necessario è possibile porre la Vcom su ground, semplicemente invertendo il verso dei diodi. Le bobine sono filtrate da condensatori, i diodi flyback proteggono il sistema di controllo dalla tensione inversa generata dall’induttanza al rilascio dell’alimentazione, i varistori proteggono le linee dalle sovratensioni. Lato antenne, i contatti dei relé sono posti a ground quando sono a riposo, mentre la linea selezionata viene mandata verso il ricetrasmettitore, a switch spento tutte le antenne sono a ground, realizzando una sorta di protezione per l’RTX che rimane scollegato quando inutilizzato.

IDComponente
R1, R2, R3, R4, R5, R6Varistore S07K11
C1, C2, C3, C4, C5Condensatore ceramico 10nF, 25V
D1, D2, D3, D4, D5Diodo 1N4001
RL1, RL2, RL3, RL4, RL5Relè DPDT Omron G2RL-1-E o simili
SV1Connettore a pettine passo 2.54 mm
RTX, ANT1, ANT2, ANT3, ANT4, ANT5Connettore SO239 flangia quadrata
Elenco componenti

Realizzazione

Per la costruzione dello switch ho studiato e disegnato un PCB doppia faccia (dimensioni 140 x 120 mm), che ho fatto realizzare da una delle tante ditte che offrono questo servizio online. Non era realizzabile in proprio con i metodi casalinghi, trattandosi appunto di un doppia faccia con un centinaio di vias, inoltre la fabbricazione industriale con tanto di silk screen e solder mask rende sicuramente la realizzazione professionale. Le piste RF sono ad impedenza controllata ed in grado di reggere la legal power senza eccessivo riscaldamento. Per chi volesse cimentarsi nella realizzazione del progetto, ho ancora a disposizione qualche PCB.

Il circuito è collocato all’interno di una scatola metallica o plastica per impianti elettrici (dimensioni 190 x 140 mm) rivestita con nastro conduttivo in alluminio. La scatola è stata opportunamente forata per accogliere i sei connettori coassiali SO239 con flangia quadrata e le quattro torrette M3 di altezza 8 mm disposte agli angoli per il montaggio del PCB. Prima di fissare definitivamente le viti dei connettori, occorre allinearli con un po’ di pazienza ai fori dove verrà saldato il contatto centrale. E’ preferibile bloccare i dadi con il frenafiletti, perché dopo aver saldato sopra il circuito saranno difficilmente raggiungibili.

Sul lato della scatola trova posto un pressacavo o un connettore per il cavo che porta i segnali di controllo. Per quest’ultimo occorro almeno sette poli ed è bene sia schermato, si possono utilizzare ad esempio cavi lan o per antifurto.

PinSegnale
1Antenna 1
2Antenna 2
3Antenna 3
4Antenna 4
5Antenna 5
6Vcom
7GND
Connettore SV1 – Pin out

Test

Nei plot che seguono sono indicati i risultati delle prove strumentali con VNA del commutatore, riassumendo:

Freq [MHz]IL [dB]SWRIsolamento [dB]
300.021.244
500.071.336
Caratteristiche

I risultati sono in linea con i prodotti commerciali o con commutatori simili realizzati da altri radioamatori. Avendo già esperienza nell’utilizzo RF di questi relé, ho provato a schermarli, ma l’operazione pur migliorando leggermente l’isolamento, peggiora di poco l’SWR. Altre prove si potrebbero fare utilizzando relé del tipo SPDT per verificare se si migliorano ulteriormente le caratteristiche. Per quanto riguarda la potenza sopporata, prodotti commerciali utilizzanti gli stessi relé sono dati fino a 3 kW continui in HF, 1.5 kW in 50 MHz, mentre personalmente ho sperimentati gli stessi in 144 MHz fino a 300 W (su un diverso sistema di commutazione).

E veniamo all’utilizzo pratico: sto utilizzando il commutatore da diverso tempo sia in HF che 6 metri con potenza massima 100 W ed al momento non ho riscontrato problemi.

Controllo

Il controllo può avvenire con un commutatore meccanico o elettronicamente tramite un transistor nella tipica configurazione open collector. Quest’ultima soluzione si presta bene ad un sistema automatico con microcontrollore tipo Arduino, pilotato dalla radio o con interfaccia web raggiungibile da remoto, ad esempio il Controller web commutatore antenna e altri progetti indicati nei link a fine pagina.

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