Come avere un’antenna radio FM più efficiente

Selezionare l’antenna corretta è fondamentale per ottenere prestazioni ottimali dal sintonizzatore della tua radio FM. La selezione e l’installazione di un’antenna FM appropriata è probabilmente l’aspetto più importante della ricezione di trasmissioni FM di alta qualità. Nessun tipo di antenna singola, sia interna che esterna, è perfetta per tutte le situazioni di ricezione. L’intento di questo articolo è di aiutarti nella scelta di un’antenna FM che meglio si adatta alla tua posizione di ricezione. I paragrafi seguenti descrivono, in particolare, i tipi di antenne FM riceventi che è possibile usare nei vari casi.

Anche se un’antenna televisiva esterna comune può, in alcuni casi, fornire risultati accettabili (tipicamente sono costruite per la ricezione di uno o più canali VHF e UHF), le antenne progettate specificamente per ricevere la banda di trasmissione FM – che va da 88 MHz a 108 MHz – sono le più efficaci per la ricezione delle emittenti FM. Il segnale di trasmissione FM è di tipo VHF (frequenza molto alta) e generalmente può essere ricevuto solo entro una distanza nota come “linea di vista”: circa 60 km.

Senza colline, montagne o edifici a impedirne il progresso, un fenomeno FM comunemente noto come “diffrazione” fa sì che il segnale di trasmissione FM si conformi alla curvatura della terra per una distanza di circa 45 km oltre la normale linea di vista. È questo fenomeno che consente la ricezione a lunga distanza, o “ricezione marginale” del segnale di trasmissione FM. La ricezione marginale di solito può fornire un segnale FM ascoltabile, sebbene spesso sia rumoroso e di bassa qualità audio.

Le interferenze nella banda radio FM

Le fonti di interferenza che influenzano la qualità audio del segnale FM includono l’interferenza co-canale e canale adiacente, così come “il rumore flutter” (ad esempio, l’interferenza di modulazione causata dagli aerei). Tuttavia, i problemi di interferenza nella banda FM si verificano più spesso quando, semplicemente, aumenta la distanza tra le antenne trasmittente e ricevente.

Una tipica interferenza nelle trasmissioni radio FM dovuta alle onde riflesse.

La dispersione troposferica, infatti, fa sì che una parte delle trasmissioni FM sia rifratta verso terra ad una certa distanza all’interno della normale linea di vista. Tale fenomeno transitorio può verificarsi, ad esempio, quando si verifica un’inversione di temperatura nel percorso del segnale di trasmissione FM. Tale rifrazione del segnale può creare una ricezione FM dove prima non ce n’era, ma può anche disturbare la ricezione di una trasmissione FM di un emittente locale di alta qualità.

Le ostruzioni a un segnale di trasmissione FM possono variare da piccole colline e edifici a torri di uffici e montagne. Gli effetti risultanti potrebbero essere l’assorbimento parziale, che riduce l’intensità del segnale ricevuto, o la riflessione. Ciò fa sì che il segnale FM desiderato lungo la linea di vista venga ricevuto insieme a segnali sfasati, distorti nel tempo. Questa cosiddetta “interferenza multi-percorso” distorce il segnale FM, risultando molto spesso in una ricezione radio a bassa fedeltà.

I vari tipi di antenne FM per esterno

Come regola generale, un’antenna ricevente FM esterna con molti elementi (vedi ad es. i modelli che trovi qui) può essere considerata altamente direzionale. Cioè, sarà più sensibile ai segnali FM ricevuti perpendicolarmente ai suoi elementi attivi rispetto ai segnali provenienti da altri angoli o anche nella direzione opposta. Tale direzionalità è auspicabile in un’antenna FM esterna principalmente per due motivi. Il primo è che le antenne che sono altamente direzionali di solito hanno un guadagno maggiore.

Un’antenna radio FM direzionale ad alto guadagno. Puoi trovare delle ottime antenne Yagi da esterno per le FM online cliccando qui.

Il secondo motivo è che il guadagno dell’antenna fornirà una maggiore potenza del segnale durante la ricezione di un segnale FM trasmesso. Quando si fa riferimento a un’antenna FM, il guadagno viene spesso riferito a un dipolo a semionda standard, ad esempio un’antenna a due conduttori piatta semplice. Per esempio, un’antenna FM con un guadagno pubblicizzato di 3 dB fornirà al tuo apparecchio FM circa il doppio della potenza rispetto a un dipolo a semionda standard.

Un’antenna direzionale riceverà solo le stazioni entro l’ampiezza del fascio dell’antenna. L’ampiezza del fascio dell’antenna è la misura generale della quantità di direzionalità ed è definita dai punti di metà potenza (-3 dB) dell’angolo dell’emisfero anteriore di radiazione.

Se quest’angolo è troppo grande (vi è cioè un’ampia larghezza del fascio d’antenna), l’antenna riceverà la trasmissione FM desiderata ma anche i segnali riflessi (multi-percorso) da diverse direzioni orizzontali che potrebbero causare interferenze di trasmissione FM. Viceversa, come è abbastanza ovvio, potrebbe risultare difficile posizionare con precisione un’antenna con una larghezza di fascio molto ridotta per una corretta ricezione della trasmissione FM desiderata.

Il tipico diagramma di sensibilità di un’antenna FM direzionale a più elementi.

Un’antenna omnidirezionale, anche se molto più bassa nel guadagno e priva di qualsiasi direzionalità significativa, potrebbe rivelarsi adeguata in alcune applicazioni. Ad esempio, se vivi in ​​un’area che è relativamente priva di problemi di multi-percorso e riceve segnali forti da molte direzioni, un’antenna esterna omnidirezionale a basso costo può essere sufficiente.

Delle possibili antenne per la ricezione di trasmissioni FM esterne, le seguenti sono le più comuni:

1) Dipolo unidirezionale – Si tratta di un dipolo di grandi dimensioni con due elementi e un guadagno leggermente superiore rispetto al comune dipolo a doppio cavo interno. Concentra la ricezione del segnale principalmente in una direzione. Questo tipo di antenna può essere utilizzato dove le stazioni desiderate sono in una direzione generale e entro circa 30 chilometri.

2) Tornello (dipolo incrociato) – Questa antenna tenta di fornire un diagramma di ricezione omnidirezionale, senza la necessità di ruotare l’antenna. Sfortunatamente, questo tipo di antenna ha un guadagno relativamente basso (circa -3 dB) su tutti i piani.

3) Schiera a più elementi (ad esempio, Yagi, collineare, Log periodica, etc.) – Questa è un’antenna unidirezionale ad alta efficienza in grado di ricevere stazioni molto distanti a causa del suo elevato guadagno. Tuttavia, questo guadagno è direzionale e in alcuni casi potrebbe richiedere la rotazione dell’antenna ogni volta che ci si sintonizza su una stazione (di solito utilizzando un sistema di rotazione dell’antenna). Un’antenna di buona qualità di questo tipo, montata in alto su un palo nella maggior parte delle installazioni suburbane e rurali, dovrebbe fornire la migliore ricezione FM possibile.

Un’antenna Yagi FM a larga banda composta da 3 elementi a polarizzazione verticale.

Se segui la strada dell’antenna Yagi, ti consiglio di acquistare un’antenna già pronta, in pratica un’antenna commerciale. Puoi impilare più antenne su un palo e combinare le uscite per aumentare il guadagno. Queste antenne possono essere facilmente ruotate, ma dal momento che probabilmente non avrai energia disponibile, dovrai montare un mezzo manuale per ruotare le antenne.

I vari tipi di antenne FM per interno

Per le aree urbane, suburbane o in altre situazioni in cui un’installazione di un’antenna esterna non sia possibile o auspicabile, un’antenna FM per interni di alta qualità dovrebbe fornire un’eccellente ricezione. Va notato che il luogo di ricezione FM urbano pone una serie di problemi completamente diversi da quella di un impianto di ricezione suburbano o marginale.

Infatti, l’ambiente di radiofrequenza all’interno e intorno alle moderne aree metropolitane è pieno zeppo di trasmissioni voce e dati, trasmissioni modulate, FM multi-percorso e interferenze spurie fuori banda, tutte in competizione per un prezioso spazio aereo, traboccando e interferendo con la tua stazione radio FM preferita. Inoltre, vi sono importanti differenze fra la ricezione mono e stereo.

Dato che la porzione L-R (destra –sinistra) del segnale di trasmissione stereo FM è più facilmente influenzata da questa interferenza a radiofrequenza e multipath rispetto alla porzione L + R, la ricezione stereo anche di una stazione FM locale molto forte potrebbe essere disturbata e distorta, mentre la ricezione monofonica della stessa stazione risulterà, al contrario, pulita e chiara.

Per complicare le cose, i segnali multi-percorso in un ambiente urbano FM vengono generalmente ricevuti quasi dalla stessa direzione (sul piano orizzontale); perciò anche un’antenna direzionale esterna con la sua discriminazione angolare orizzontale è spesso incapace di separare il segnale di percorso diretto desiderato da questa interferenza multi-percorso orientata verticalmente.

La maggior parte dei modi in cui le antenne amplificate sono progettate hanno implicazioni intrinseche nel rapporto segnale-rumore e in altri attributi negativi della radio-frequenza che tendono ad esacerbare le difficili condizioni di ricezione nell’ambiente RF urbano. E il rumore di fondo FM notevolmente aumentato dall’antenna amplificata degrada la sensibilità del sintonizzatore nel mondo reale.

Un’antenna radio FM da interno amplificata. Puoi trovare vari esempi interessanti di antenne FM  amplificate da interno oggi in commercio qui.

Per quanto riguarda, invece, le antenne per interni non amplificate, ne esistono due configurazioni di base che vengono generalmente utilizzate, ed entrambe sono dei dipoli:

1) Dipolo bidirezionale – Questa è forse l’antenna FM per interni più comunemente utilizzata. Il design a dipolo singolo a 1/2 onda esiste come riferimento di guadagno del settore (O dB) per la maggior parte delle antenne nella banda di trasmissione FM. La forma più cruda di un dipolo è il “dipolo a nastro” che si trova all’interno della maggior parte dei sintonizzatori e ricevitori FM.

2) Semi-onda verticale – Il design verticale a 1/2 onda presenta un guadagno relativamente elevato per un’antenna interna, circa il doppio del guadagno del dipolo bidirezionale. Il dipolo verticale a 1/2 onda è probabilmente l’antenna preferita per la ricezione FM di alta qualità in un ambiente urbano.

Antenne ad alto guadagno e impedenza

Prima di continuare, farò una domanda molto ovvia: la tua radio ha una presa per antenna o terminali che funzionano per le FM? Ci sono molte radio portatili in cui il jack dell’antenna è solo per la ricezione a onde corte. Inoltre ti informo – casomai volessi optare per delle semplici antenne a filo lungo – che il loro principale svantaggio è che le loro proprietà direzionali non sono ben definite. Se usi un cavo lungo, le stazioni radio diventeranno più forti, ma lo stesso vale per tutte le interferenze.

Per le FM, si desidera o meno ricevere stazioni solo da una posizione geografica? Infatti, le antenne ad alto guadagno necessarie per la ricezione a lunga distanza sono direzionali. Se ti interessano solo le stazioni da una direzione, una delle tue opzioni è un’antenna rombica. Questa è un’antenna ad alto guadagno che può essere auto costruita: richiede quattro poli, un filo, alcuni isolatori e due resistenze. Occupa molto spazio e non è possibile ruotarla facilmente una volta che è stata creata.

Un’antenna rombica con il relativo diagramma di sensibilità.

Le antenne rombiche erano popolari fino all’inizio degli anni ’50 per la ricezione televisiva nelle aree rurali; molti dei primi sistemi di TV li usavano per ricevere stazioni TV lontane. Antenne di questo tipo, utilizzabili anche all’interno degli edifici, possono dare grandi risultati anche in una grande città, dove la distorsione multi-percorso rende la ricezione stereo di molte stazioni troppo disturbata per essere ascoltate con una comune antenna a dipolo, e captano stazioni lontane altrimenti non ricevibili.

L’impedenza nominale di un’antenna rombica è compresa fra 600 e 800 Ohm, che è molto lontanno dai 300 Ohm tipici dell’ingresso di antenna di una radio FM. Le tecniche standard di adattamento dell’impedenza ridurrebbero la larghezza di banda. Far operare due antenne rombiche in parallelo fornisce un ottimo adattamento all’ingresso a 300 Ohm. Il modo più semplice di realizzarla è di usare una piattina, anziché un cavo singolo. Occorreranno anche due set di resistenze di terminazione da 600 Ohm.

Dettagli di installazione di un’antenna rombica. Fate attenzione a non cortocircuitare i due cavi della piattina fra loro o con la terra.

Anche costruire un’antenna Yagi o Log-Periodica è relativamente facile, ma collegarla al radio ricevitore tramite l’amplificatore RF non sempre. Ciò perché è necessario adattare l’impedenza dell’antenna a quella dell’ingresso dell’amplificatore (e far corrispondere anche l’impedenza dell’uscita dell’amplificatore se si tratta di una rice-trasmittente), altrimenti tutti i vantaggi derivanti dall’avere un guadagno alto dell’antenna verrebbero persi in caso di mancata corrispondenza delle impedenze.

L’impedenza di un’antenna Yagi è di circa 300 Ohm e un modello commerciale di solito offre due possibilità per collegare l’antenna: a 300 Ohm o ridotta a 75 Ohm. I ricevitori delle radio e dei sistemi di comunicazione VHF, SSB, UHF, FRS etc. usano (quasi) sempre un’impedenza caratteristica di 50 Ohm. La TV, alcune radio FM e alcuni satelliti usano 75 Ohm. Perciò, occorre accoppiare sempre il cavo, i connettori e le antenne al sistema desiderato per quanto riguarda il valore dell’impedenza.

Per quanto riguarda le autoradio, sono in realtà due radio in una (AM-FM). L’antenna a frusta ha un’impedenza caratteristica di circa 36 Ohm alla frequenza di risonanza a 1/4 di onda per la sezione FM. La frusta viene solitamente estesa a circa 78-86 cm per aumentare la sua impedenza a circa 75 ohm. L’impedenza di ingresso della sezione FM della radio è infatti normalmente di 75 ohm, quindi per collegare l’antenna a frusta è possibile utilizzare qualsiasi cavo da 75 ohm.

Come auto-costruirsi un’antenna FM

Se si vuole migliorare la ricezione della propria radio FM, realizzare da soli un’antenna FM sarà una delle migliori soluzioni alternative. Di solito, infatti, l’intervallo della distanza coperta da una emittente radio è di circa 110 km. Quindi, se il ricevitore radio si trova ad oltre 75 km, il segnale FM non può raggiungere il ricevitore molto bene. In tal caso, è necessaria una buona antenna radio.

La maggior parte degli stereo domestici e buona parte degli apparecchi radio sono forniti di terminali appositi che permettono di connettere un’antenna esterna. In genere, quella fornita con queste apparecchiature è assai “minimale”: può essere incorporata, un’antenna telescopica o semplicemente un pezzo di filo. È possibile realizzare un’antenna migliore spendendo molto poco. Qui vedremo come migliorare la ricezione di una radio FM auto-costruendosi un’antenna a dipolo.

Un’antenna del tipo dipolo a onda intera (a sinistra) ed a dipolo a semionda (a destra) con i relativi diagrammi di sensibilità. Si noti come quello a semionda sia omnidirezionale.

Se usiamo come antenna per la banda FM (88-108 MHz) un semplice dipolo, per calcolare la sua lunghezza fisica basta conoscere la frequenza su cui vogliamo risuonare, poichè qualsiasi pezzo di filo di una data lunghezza potrà (irradiare o) ricevere un segnale solo se la sua lunghezza fisica gli permetta di risuonare sulla lunghezza d’onda su cui vogliamo ricevere. In pratica, l’antenna di un dipolo – o pezzo di filo – risulta risonante alla frequenza completa di un’onda intera, cioè con semionda “+”e “-”.

Il dipolo a semionda è il più semplice tipo di antenna possibile per le FM e, più in generale, le VHF. Un dipolo a mezz’onda usato verticalmente è omnidirezionale (e polarizzata verticalmente, come solitamente accade per le emittenti radio FM), ma se usato orizzontalmente ha un diagramma di ricezione “a otto” come quello mostrato in figura. Ora mostreremo come realizzare un’antenna fatta di filo, ma come elementi del dipolo si possono usare anche tubi di alluminio o di rame.

Un dipolo a semionda con il relativo diagramma di sensibilità. 

La lunghezza in metri è data da 300 / frequenza (in MHz), perciò per le FM è pari a 300 / 88 = 3,41 m, e 300 / 108 = 2,78. Tuttavia, l’antenna che ora illustreremo – chiamata “antenna a T” – viene di solito costruita con una lunghezza fisica di 5/8 d’onda, realizzata con un doppio cavo a piattina da 300 Ohm. Questa antenna, infatti, è simile a quelle montate sugli impianti stereo di un certo livello, solitamente più costosi, e supera in prestazioni qualsiasi antenna interna o telescopica di serie.

Perciò, il nostro dipolo, affinché sia più sensibile alla frequenza più bassa (88 MHz) della gamma di ricezione che ci interessa (88-108 MHz), dovrà essere lungo 300 / 88 x (5/8) = 2,1 m, ed avrà un diagramma di ricezione relativamente circolare. Un dipolo tarato, invece, a metà circa della banda FM, ovvero su una frequenza di 98 MHz, avrà una lunghezza di 300 / 98 x (5/8) = 1,91 m. E così via. Ora, però, illustreremo la realizzazione di un’antenna adatta soprattutto per la frequenza più bassa.

È possibile seguire diversi metodi per farsi un’antenna FM in casa, ma tra questi il più facile ed economico è realizzare procurarsi la piattina usata negli impianti TV, che per legge è da 300 Ohm (mentre il cavo TV coassiale è da 75 Ohm), ed in particolare uno spezzone della lunghezza di 3,0 metri. Quindi individua su questo cavo doppio una distanza di 91 cm. Ora dividi la piattina in due fili e crea una forma a “T”: cioè, la porzione da 91 cm sarà perpendicolare ai restanti 2,1 metri.

Una semplice antenna a “T” auto-costruibile per la banda radio FM. In alternativa, potete trovare delle antenne a dipolo da interni cliccando qui.

Ora devi togliere i 6 cm dell’estremità dello strato isolante dal filo. Dopo aver attorcigliato i due fili alle estremità del dipolo a formare un unico cavo singolo, è necessario unire anche i due fili all’estremità dello spezzone verticale in unico cavo di connessione, se la connessione dell’antenna esterna è a singolo morsetto. Infine, devi estendere l’antenna per trovare la posizione migliore. Posiziona il cavo nella parte esterna della finestra, nella posizione più alta possibile. Ora devi estendere i due bracci della “T” in direzioni opposte della finestra.

Se il ricevitore ha solo un collegamento d’antenna a cavo coassiale da 75 ohm, avrai bisogno di un “balun” 300-75, che converte il segnale da 300 Ohm del doppio cavo in un segnale da 75 Ohm. I balun sono usati, in generale, per collegare linee a diversa impedenza o per l’adattamento fra una linea bilanciata (dipolo) e una sbilanciata (cavo coassiale). Inoltre, se intendi posizionare l’antenna all’esterno, sarà necessario usare una protezione contro i fulmini sulla cosiddetta “feedline”, ovvero la parte verticale dell’antenna.

Due esempi di balun per l’adattamento dell’impedenza da 300 Ohm a 75 Ohm. Potete trovarne facilmente alcuni online cliccando qui.

A questo punto, accendi il ricevitore e controlla il livello del segnale dei canali che ti interessano. È possibile spostare il cavo in una direzione diversa per verificare il livello di segnale disponibile se non si è soddisfatti della prima collocazione. Potrebbe essere necessario estendere opportunamente la lunghezza dell’antenna se ancora non si ottiene il risultato atteso. Una volta raggiunto l’obiettivo, potrebbe essere necessario anche il supporto del filo con dei chiodi, se necessario.

La lunghezza fisica di un’antenna classica “a dipolo ripiegato” si ottiene moltiplicando per ½ i valori trovati in precedenza. Ad esempio, un’antenna tarata al centro banda (98 MHz) sarà lunga 300 / 88 x (5/8) x (1/2) = 0,957 metri. Tuttavia, per migliorare la ricezione basta raddoppiare, triplicare, quadruplicare, etc. tale lunghezza, o comunque quella ottenuta tramite la formula illustrata. Tuttavia esiste un limite, intorno ai 100 metri, dove il segnale non riesce a viaggiare lungo il filo per la sua resistenza.

L’antenna di cui abbiamo illustrato l’autocostruzione è un’antenna “bilanciata”, dunque non consigliata per collegamenti con antenne telescopiche, che sono invece “sbilanciate”. Se la tua radio non dispone di una presa per l’antenna esterna, potresti semplicemente collegare un pezzo di filo elettrico di qualsiasi lunghezza (più lungo è, migliore sarà la ricezione) all’antenna esistente, posizionandolo quanto più in alto possibile in direzione della stazione trasmittente che desideri ricevere.

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