• Rotore di antenna autocostruito di IZ8MWG Gino

L'installazione di una antenna direttiva in una stazione radioamatoriale, si sà, comporta
automaticamente l'acquisto di un rotore d'antenna necessario a puntare la nostra arma letale
nella direzione che ci interessa per poi aprire il fuoco e colpire il bersaglio 
(la stazione dx!). I rotori di antenna commerciali però hanno il difetto di essere un tantino
costosi e, specie se si punta ai modelli di classe medio-alta non è difficile imbattersi 
in prezzi superiori a 600-700 euro. Per alcuni modelli prodotti da una nota azienda italiana 
caratterizzati dal fatto di avere l'ingranaggio principale con vite senza fine, che garantisce 
un'elevata resistenza e affidabilità, il prezzo supera i 1000 euro e per i modelli di punta 
si va anche oltre i 2000! Nulla da dire sulla loro efficienza ma all'idea di spendere una cifra 
simile per portarmi a casa un pezzo di ferro, un motore elettrico e poco altro mi si rizzano 
i capelli oltre che, personalmente, preferirei investire questa somma di denaro per qualche 
cosa di più utile e serio.

E' anche vero che grazie al mercato dell'usato sarebbe possibile trovare il modello di nostro 
interesse ad un prezzo vantaggioso se non che le inserzioni davvero convenienti spesso 
propongono pezzi palesemente vecchi, arrugginiti e usurati venduti con formula AS IS senza 
possibilità di restituzione o rimborso nel caso in cui dovessero avere qualche difetto. 
Inoltre il fatto che i ricambi siano difficili da trovare spesso riduce un rotore che magari 
è in ottime condizioni elettriche ed estetiche ma ha un ingranaggio danneggiato in un 
ingombrante fermacarte senza possibilità di rimetterlo in funzione.

Come fare quindi?

Una validissima alternativa è costituita dai cosiddetti motoriduttori. Si tratta di ingranaggi 
(solitamente a vite senza fine con gli alberi sfasati di 90°) per uso industriale, di ottima 
fattura, in bagno d'olio, usati in accoppiamento a potenti motori elettrici spesso trifasi a 
380V in applicazioni gravose, soggetti ad alti regimi di rotazione continuati nel tempo e 
carichi applicati così elevati da farli riscaldare anche fino a 80°C senza nessuna conseguenza. 
Ideali quindi per essere usati come rotori d'antenna dove devono stare sostanzialmente fermi! 
Sono prodotti da numerose aziende in Italia (ad es. Bonfiglioli, Siti, TLS, Rossi ecc..). 
E' possibile trovarli nei cataloghi on-line sui siti web delle rispettive aziende ma bisogna 
chiamare per un preventivo o chiedere a qualche rivenditore di motori elettrici. Ce ne sono 
per tutti i gusti da quello buono per farci un rotore per una piccola direttiva HF a quello 
che può far girare dalla base un'intero traliccio (non sto affatto scherzando!) Il costo? 
Certo è che non li regalano! Il prezzo è adeguato alla qualità del prodotto acquistato ma è 
comunque MOOOOLTO piu basso rispetto ad un rotore commerciale di pari, o quasi sempre 
inferiori, caratteristiche di resistenza.

Anzi c'è di più! Gli stessi rotori a vite senza fine tanto blasonati altro non sono 
che........dei motoriduttori!!! Nello specifico prodotti da TLS, azienda meccanica italiana. 
Si richiedono solo l'accoppiamento al mast della nostra antenna, un potenziometro che indichi 
la posizione, ed ovviamente un piccolo motore elettrico. Mi è bastato, girando per caso su 
ebay nel negozio on-line di un'azienda di macchine agricole, vedere le scritte: "Riduttore" 
e "39Euro" per alzare immediatamente la cornetta del telefono! Dopo pochi giorni il pezzo, 
nuovo di zecca, era sul mio tavolo di lavoro. Il riduttore è un "SITI", a vite senza fine, 
con rapporto di riduzione 40:1 ovvero per avere 1 giro dell'albero condotto sono necessari 
40 giri dell'albero di presa, il riduttore è dotato di flange per il fissaggio al motore e 
alla macchina alla quale deve trasferire forza motrice. I fori per gli alberi sono da 11mm 
per l'albero di presa (quello che va al motore) e 19mm per l'albero condotto (che andrà 
all'antenna), gli alberi dovranno essere provvisti di scanalature e relative chiavette che 
andranno ad incastrare negli appositi incavi.

Come tutti gli ingranaggi a vite senza fine il moto è irreversibile ovvero l'albero di presa può 
far girare l'albero condotto come è logico che sia ma non è ammissibile il viceversa quindi il 
riduttore agisce efficacemente da freno meccanico nei confronti dell'antenna con resistenza a 
coppie di torsione di centinaia di Newton/metri (anche migliaia, dipende dal riduttore che 
scegliamo!). La cavità all'interno della flangia inferiore sembra fatta apposta per alloggiare 
il potenziometro di indicazione della posizione

 

Adesso che abbiamo il "cuore" del nostro rotore è necessario procurarsi tutti i pezzi di 
complemento che sono indispensabili per una realizzazione che non avrà nulla da invidiare agli 
equivalenti commerciali venduti in base alle quotazioni dell'oro (materiale di cui, dato il costo, 
presumibilmente devono essere costituiti :D) Parliamo del motore e degli alberi.

Il più delicato è l'albero condotto al quale dovrà essere fissata l'antenna. Io personalmente ho 
racimolato l'albero di un grosso motore elettrico bruciato e arrugginito che ho smontato e  
"ripulito" dall'avvolgimento e dai cuscinetti facendo uso di un potente flessibile, uno scalpello 
e una mazza da 2kg (con le buone maniere si ottiene tutto!). L'albero, che era di diametro 
via via crescente allontanandosi dalla chiavetta, ha richiesto una "passata" di tornio per portare 
i primi 10cm uniformemente a 19mm di diametro che è stata effettuata da un'officina meccanica.

 

Al centro del lato inferiore dell'albero ho praticato un foro al quale è stato fissato con una 
goccia di Loctite il perno del potenziometro. Quest'ultimo è stato poi bloccato con l'ausilio 
di una piccola staffa in lamiera zincata. Nel punto in cui l'albero entra nel riduttore, un "doppio 
bicchiere" fatto con due tappi siliconati a dovere impedirà all'acqua di infiltrarsi e allagare il vano 
inferiore riservato al potenziometro, distruggendolo.

 

Per l'alberino di presa da 11mm il discorso è stato un po piu complesso in quanto non sono 
riuscito a trovarlo da nessuna parte e per realizzarmelo dal pieno al tornio-fresa l'officina mi ha
chiesto una cifra spropositata (20 euro). Ho tentato allora di costruirlo io stesso con metodi
ben più rozzi e inevitabilmente meno precisi ma ottenendo comunque un ottimo risultato.

 

Sono partito da un bullone da 13mm di diametro, l'ho tagliato in modo da ottenere un tondino 
di 5cm poi l'ho bloccato nel mandrino di un trapano a colonna (come se fosse una punta). 
Ho fissato alla morsa del trapano un flessibile di precisione con disco da smeriglio in modo 
da far sfiorare quest'ultimo con il bullone una volta abbassato il mandrino. Accesi sia il 
flessibile che il trapano ho fatto scendere lentamente il bullone in rotazione a 500 rpm, 
non appena esso è entrato in contatto con il disco a 12000 rpm sono cominciate le scintille. 
Risultato: un bell'alberino da 10.97 mm che entra perfettamente e senza gioco nel foro del 
riduttore. Perfetto! Sembra fatto al tornio!

Ora non resta che fare la scanalatura che alloggerà la chiavetta. Non disponendo di fresa 
toccherà adattare qualcosa, il flessibilino di precisione con un minuscolo disco di taglio 
va più che bene. Una volta fatta la scanalatura, la chiavetta, che purtroppo andava un po 
lenta, è stata fermata per sempre con due punti di saldatura con elettrodo da 1,5mm e 
l'eccesso di saldatura, pressochè inevitabile, rimosso sempre con il flessibilino tuttofare.

Procedimento alquanto laborioso ma risultato più che accettabile e a costo zero!

 

Arriviamo alla parte più importante dopo il riduttore e cioè il motore. Considerato che 
l'antenna dovrà fare un giro completo in circa 1 minuto (1 rpm) e che il rapporto di 
riduzione è di 1:40 ne consegue che il motore dovrà avere un regime di rotazione di 40 rpm. 
Decisamente pochi!  
Specie considerando che i piccoli motori in corrente continua raggiungono senza difficoltà 
regimi da motore di Formula 1! Si rende pertanto necessario un'altro riduttore questa volta 
con rapporto ben superiore a 40:1. La soluzione arriva bella e pronta dalla demolizione di 
un triciclo giocattolo a batteria di mio cugino, il blocco motore è composto da un motorino 
a 6 volt con riduttore incorporato che garantisce una notevole forza difatti è difficile 
fermarlo con le mani una volta avviato. I giri sono quelli giusti circa 70 rpm che 
diminuiscono se si abbassa la tensione senza eccessiva perdita di potenza. Sembra fatto 
apposta per essere usato nel mio rotore! L'accoppiamento con l'alberino di presa è stato 
molto semplice, ho saldato una grossa rondella di ferro all'alberino avendo cura di metterlo 
esattamente dritto per evitare che, essendo fuori asse, potesse causare vibrazioni. 
Il tutto è stato poi fissato con due viti forando l'ingranaggio del motorino che è di 
plastica dura. In alternativa un motorino di alzacristalli/tergicristalli di auto, facilmente
reperibile presso qualsiasi ferrovecchio, dovrebbe comportarsi più che egregiamente data 
la presenza del riduttore interno.

Tutto il complesso motore-riduttore è stato smontato, pulito con la nafta e ingrassato, 
inoltre è stato protetto dall'acqua chiudendolo in una cassetta stagna per impianti 
elettrici fissata alla flangia del riduttore con 4 viti, sigillata con silicone e 
opportunamente forata per far passare l'albero di presa, fissare stabilmente il motorino 
(che è sporgente dalla cassetta) e proteggerlo dall'acqua rinchiudendolo in un tubo in 
PVC tappato all'estremità. La flangia inferiore del riduttore è stata chiusa con un tappo 
di lamiera mentre il filo tripolare del potenziometro è stato fatto fuoriuscire dalla 
parte laterale del corpo del riduttore praticando un foro munito di pressacavo per avere 
una sigillatura a prova di bomba e contemporaneamente fare un lavoro decente. 
Le foto chiariscono più di mille parole!

 

 

Bene. Il rotore è praticamente finito. Per quanto riguarda l'accoppiamento dell'albero condotto 
con l'antenna anzichè saldare una piastra alla quale staffare il mast come nei rotori commerciali 
ho preferito una soluzione più immediata. Ho infatti praticato 6 fori nell'estremità inferiore 
del mast (fatto incastrando e saldando tubi di diametro via via piu piccolo) sui quali ho saldato 
i dadi di altrettanti bulloni con testa da 13mm, che quando serrati stringono l'albero del rotore 
che è coassiale all'interno del mast offrendo inoltre la possibilità di metterlo perfettamente 
in asse con il rotore.

 

Ora arriviamo al control box, un concentrato di elettronica avanzata che ha richiesto mesi 
di progettazione. Già: un'alimentatore, due pulsanti, due relè, uno strumento a lancetta 
e qualche resistenza da 5cent HI!! Vediamo un po, al rotore arrivano 4 fili più il ritorno 
di massa. Due sono per il motore, gli altri due per il potenziometro, anche il ritorno di 
massa svolge un ruolo funzionale, se non c'è, bisogna aggiungere un quinto filo. 
Lo schema è molto semplice... Il pulsante " destra" manda la corrente direttamente al motore 
che gira in senso orario, quello "sinistra" fa esattamente la stessa cosa ma pilota anche 
un relè a doppio scambio che inverte la polarità in modo da farlo girare al contrario.
Tutto qui.

 

 

 

ELENCO COMPONENTI

C1 470uF 50V

C2 10 uF 25V

C3 100 nF 63V

C4 4700 uF 25V

C5 100 nF 63V

C6 10 uF 25 V

C7 100 nF 63V

C8 10 uF 25V

 

D1 = D2 = D3 1N4004

PD ponte diodi 50V 10A

PD ponte diodi 50V 10A

 

R1 240 Ohm 1/4 W

R2 5 kOhm trimmer

R3 220 Ohm 1/2 W

R4 5 kOhm trimmer o potenziometro

P1 600 Ohm potenziometro

P2 5 kOhm potenziometro di precisione (multigiri)

RL1 relè due vie due scambi DPDT 12V

RL2 relè una via uno scambio SPST 12V

S1 interruttore a levetta 220V

S2 = S3 pulsante NA bassa tensione

M microamperometro 250-1000 uA (vedi testo)

LM338K con dissipatore e kit di isolamento

LM317

 

CALIBRAZIONE INIZIALE

-Posizionare il potenziometro del rotore P2 in modo che tra il terminale centrale e massa 
vi siano circa 2900 Ohm (e di conseguenza tra il centrale e il positivo del LM317 5000-2900=2100).

-Posizionare il potenziometro del control box P1 in modo che tra il terminale centrale e 
massa vi siano circa 330 Ohm (e di conseguenza tra il centrale e il positivo circa 600-330=270), 
da farsi prima di installarlo in quanto se collegato al resto del circuito la misurazione è falsata.

-Collegare il rotore, posizionare il trimmer R2 a metà e dare tensione. Misurare il voltaggio 
in uscita dal LM317 tra il positivo e massa e regolando R2 portarlo a circa 15V (tale valore 
dipende dalla sensibilità del microamperometro M).

-Regolare P1 in modo da avere con la lancetta del microamperometro lo zero.

-Azionare il motore in senso orario e fare un giro completo. Al termine regolare R2 fino 
a leggere 360°

-Se necessario ripetere il procedimento un'altra volta e assicurarsi della linearità della 
scala.

Il sistema di lettura della posizione è anch'esso semplicissimo. Si sfrutta il principio del 
ponte di Wheatstone tra due potenziometri sottoposti ad una uguale tensione (15 Volt). 
Lo strumento a lancetta è da 500uA fondoscala ma anche valori diversi vanno bene basta che 
non si discostino troppo ad esempio con uno strumento da 2000uA (=2mA) da 15V bisognerebbe 
salire a ben 30V, decisamente troppo! Per piccoli range (250-1000 uA) basterà adeguare la 
tensione sui potenziometri tramite il trimmer dell' LM317. E' importante che il quadrante 
sia ampio onde avere una certa definizione della misura per non avere il dubbio se stiamo 
puntando verso il pacifico... o il Sudafrica! Il potenziometro del rotore è 5000 Ohm multigiri 
in quanto i normali potenziometri "monogiro" in realtà non ruotano di 360° ma di circa 270° 
quindi sarebbero state necessarie demoltipliche e artifici meccanici vari (meglio evitare!).

L'alimentazione è doppia con due trasformatori di rete. Perchè mai? E' presto detto. 
La lettura della posizione avviene leggendo la corrente che circola in un serie-parallelo di 
resistenze, alcune variabili (vedi potenziometri) ma pur sempre di resistenze si tratta. 
Per la legge di ohm la corrente è proporzionale alla tensione (a parità di resistenza) pertanto 
si richiede che essa sia sufficientemente stabile (a questo ci pensa l' LM317).Però se alla 
stessa fonte di alimentazione ci colleghiamo un motore elettrico che assorbe una corrente 
consistente (in questo caso quasi 5A) specie nelle partenze da fermo avremo una certa 
instabilità che non ci possiamo permettere pena vedere la lancetta che oscilla di qua e 
di là quando spostiamo l'antenna. Quindi alimentazione separata e buonanotte! 
E' la soluzione più semplice anzichè tentare di stabilizzare la tensione sovradimensionando 
l'alimentatore o aggiungendo enormi elettrolitici! Tanto un piccolo trasformatore da 12-15V 
si recupera facilmente da alimentatori a parete, vecchie lampade di emergenza, radioline 
scassate e simili.

Per quanto riguarda la sezione di alimentazione del motore essa dipende ovviamente dalla 
tensione di funzionamento del motore stesso. Io ho voluto "complicare" ulteriormente il 
circuito con un alimentatore a tensione variabile facendo uso dell' integrato LM338K che 
esteticamente è identico ad un comune 2N3055 (contenitore TO3) ma ha il vantaggio di non 
richiedere altri transistor per regolare la tensione. Sono sufficienti un potenziometro e 
qualche altra diavoleria da 2 soldi e l'alimentatore variabile è fatto! Ovviamente il 
potenziometro fa bella mostra di sè sul frontale del control box contrassegnato dalla 
dicitura "VELOCITA'", infatti al variare della tensione varierà anche il regime di rotazione 
del motore e quindi il tempo che l'antenna ci metterà a fare un giro completo. Da notare 
che non tutti i rotori commerciali dispongono di questo sofisticatissimo optional ;-)

Il circuito si presta a mille altre modifiche come ad esempio un fine corsa elettronico che 
successivamente ho intenzione di adottare o una lettura digitale della posizione o un 
circuito che generi una rampa di accensione e spegnimento "dolce" del motore (utile in caso 
di antenne leggermente impegnative, vedi 3 el. In 80! :D) o ancora tramite qualche circuito 
integrato e un'interfaccia seriale o usb la gestione via computer ecc.... Non è mia intenzione 
pubblicare un progetto complicato che potrebbe facilmente indurre chi non è molto ferrato in 
elettronica a cliccare la X in alto a destra nello schermo del PC alla vista del solo schema 
elettrico :D, contemporaneamente mi scuso con i lettori più esperti per essere stato così prolisso.

Quello che mi preme sottolineare è che chiunque con un po di pazienza e di buona volontà può 
realizzare un componente importante di una stazione radio che si rispetti con una cifra 
irrisoria se confrontata con l'equivalente commerciale ed in più con la soddisfazione di 
esserselo costruito con le proprie mani o al più facendo ricorso a qualche lavorazione in 
officina (dopotutto non tutti abbiamo torni e frese cnc in garage!).

Con questo saluto chi ha avuto la pazienza di leggere fino alla fine!

73 de Gino IZ8MWG!