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Quando si parla di onde corte, il pensiero corre quasi automaticamente al DX: collegamenti con altri continenti, antenne direttive, bassi angoli di radiazione e segnali che percorrono migliaia di chilometri.
Esiste però un’altra tecnica di propagazione ionosferica estremamente interessante per il radioamatore: la NVIS, acronimo di Near Vertical Incidence Skywave.
Lo scopo della NVIS è quasi opposto a quello del DX. Invece di inviare il segnale con un angolo molto basso rispetto all’orizzonte, cerchiamo di irradiarlo quasi verticalmente verso la ionosfera, in modo che venga rifratto nuovamente verso Terra nelle vicinanze della stazione trasmittente.
In questo modo è possibile coprire efficacemente distanze dell’ordine di qualche decina fino a diverse centinaia di chilometri, compresa quella problematica zona spesso chiamata skip zone, difficilmente raggiungibile sia tramite onda di terra sia mediante normali collegamenti ionosferici a basso angolo.
Perché la NVIS è interessante
Immaginiamo due stazioni separate da 200 km.
In VHF la distanza è eccessiva per un normale collegamento diretto, salvo condizioni particolari.
In HF, utilizzando antenne progettate per il DX, il segnale potrebbe invece superare completamente la stazione ricevente, tornando sulla superficie terrestre magari 800 o 1.000 km più avanti.
La NVIS cerca di risolvere proprio questo problema.
Il segnale viene irradiato verso l’alto con angoli generalmente molto elevati, indicativamente compresi fra 60° e 90°.
La ionosfera lo rifrange verso il basso creando una sorta di copertura ad ombrello attorno alla stazione.
In condizioni favorevoli si ottiene quindi una copertura relativamente uniforme su:
- 50 km;
- 100 km;
- 200 km;
- 300 km;
- 500 km;
e, in alcuni casi, anche distanze superiori.
Naturalmente non esiste un raggio NVIS fisso: tutto dipende dalla frequenza, dallo stato della ionosfera, dall’ora, dalla stagione, dall’attività solare e dall’antenna utilizzata.
L’importanza della ionosfera
Per comprendere la NVIS dobbiamo ricordare che la ionosfera non è uno specchio metallico.
Il segnale radio viene rifratto progressivamente dalle regioni ionizzate dell’atmosfera fino a essere riportato verso Terra, a condizione che la frequenza utilizzata sia sufficientemente bassa.
Per la NVIS assume particolare importanza la regione F, in particolare la F2.
Un parametro fondamentale è la cosiddetta frequenza critica, spesso indicata come foF2.
Semplificando, la foF2 rappresenta la frequenza massima che può essere rinviata verso Terra quando il segnale arriva praticamente in verticale.
Se trasmettiamo molto al di sopra della foF2, il segnale può attraversare la ionosfera e disperdersi nello spazio.
Se utilizziamo una frequenza troppo bassa, invece, aumentano le perdite per assorbimento, soprattutto nello strato D durante le ore diurne.
Il segreto della NVIS consiste quindi nel trovare una frequenza sufficientemente elevata da limitare l’assorbimento ma sufficientemente bassa da essere ancora rifratta verso Terra.
Quali bande radioamatoriali utilizzare
Per il radioamatore europeo le bande più interessanti sono generalmente:
80 metri
La banda degli 80 metri è probabilmente una delle più classiche per NVIS.
Durante la notte può offrire collegamenti regionali estremamente affidabili.
Di giorno, tuttavia, l’assorbimento dello strato D può essere consistente.
40 metri
I 40 metri sono spesso eccellenti nelle ore diurne e durante i periodi nei quali la frequenza critica della ionosfera è sufficientemente elevata.
In alcune condizioni, però, 7 MHz possono essere troppo alti per una vera propagazione NVIS.
È il motivo per cui capita di ascoltare stazioni lontane senza riuscire a collegare quelle situate a poche centinaia di chilometri.
60 metri
Dove l’utilizzo radioamatoriale della banda è consentito dalle normative nazionali, i 5 MHz rappresentano una frequenza particolarmente interessante per applicazioni NVIS, trovandosi spesso in una zona favorevole tra 80 e 40 metri.
160 metri
Possono essere utilizzati in determinate condizioni, soprattutto nelle ore notturne, ma l’elevato rumore atmosferico e le dimensioni delle antenne ne limitano la praticità.
NVIS di giorno e di notte
Non possiamo scegliere una frequenza NVIS una volta per tutte.
Durante il giorno la ionizzazione aumenta e la frequenza critica può salire.
Possiamo quindi utilizzare frequenze maggiori.
Al tramonto la situazione cambia rapidamente.
Lo strato D tende a scomparire, riducendo l’assorbimento, ma contemporaneamente cambiano anche le caratteristiche degli strati superiori.
Una configurazione tipica potrebbe quindi vedere:
durante il giorno: 40 m o, dove disponibile, 60 m;
durante la notte: 80 m o 60 m.
Non si tratta però di una regola assoluta.
La propagazione deve sempre essere osservata nel momento in cui si opera.
Come deve essere un’antenna NVIS
Qui troviamo uno degli aspetti più interessanti.
Per il DX cerchiamo normalmente un’antenna capace di concentrare l’energia verso l’orizzonte.
Per la NVIS dobbiamo fare esattamente il contrario.
Vogliamo molta energia verso lo zenit.
Un semplice dipolo orizzontale montato relativamente vicino al terreno può diventare un’eccellente antenna NVIS.
Quanto deve essere alto il dipolo?
Un dipolo posto a circa mezza lunghezza d’onda dal terreno sviluppa già una componente importante verso angoli relativamente bassi.
Abbassando l’antenna, invece, il diagramma tende progressivamente a spostarsi verso angoli elevati.
Per applicazioni NVIS si utilizzano frequentemente altezze comprese indicativamente fra:
0,1 λ e 0,25 λ.
Prendiamo i 40 metri.
A 7 MHz la lunghezza d’onda è circa 43 metri.
Un’altezza di 0,1 λ significa circa 4,3 metri.
0,2 λ significa circa 8,6 metri.
Un dipolo installato a 5–8 metri dal terreno può quindi produrre un diagramma molto interessante per comunicazioni regionali.
Sugli 80 metri le altezze assolute diventano ovviamente maggiori, ma anche antenne relativamente basse possono offrire ottime prestazioni NVIS.
Perché una verticale è meno adatta
Una normale antenna verticale installata su un buon sistema di radiali tende a concentrare molta energia verso angoli bassi.
È esattamente ciò che desideriamo per il DX.
Ma è quasi l’opposto di quanto richiesto dalla NVIS.
Direttamente sopra una verticale ideale troviamo infatti un forte minimo del diagramma di radiazione.
Per collegamenti regionali un dipolo orizzontale basso può quindi superare nettamente una verticale apparentemente più sofisticata.
Il terreno fa parte dell’antenna
In NVIS il terreno assume grande importanza.
L’onda irradiata verso il basso dal dipolo viene riflessa e interagisce con quella irradiata direttamente verso l’alto.
Il risultato dipende da:
- altezza dell’antenna;
- conducibilità del terreno;
- permittività;
- frequenza;
- polarizzazione.
Per questo motivo abbassare semplicemente un dipolo modifica radicalmente il suo diagramma.
Non significa però che “più basso è sempre meglio”.
Quando l’antenna si avvicina troppo al terreno aumentano le perdite e può diminuire l’efficienza complessiva.
Bisogna trovare un compromesso.
Dipolo NVIS per 40 metri
Un semplice progetto sperimentale può essere realizzato utilizzando un normale dipolo mezz’onda.
La lunghezza teorica complessiva può essere stimata con:
L ≈ 143 / f(MHz)
ottenendo la lunghezza in metri del dipolo completo come valore iniziale.
Per 7,1 MHz:
143 / 7,1 ≈ 20,1 metri.
Avremo quindi due bracci da circa 10 metri.
La lunghezza dovrà poi essere rifinita sul posto.
Installiamo il dipolo orizzontalmente a circa 5–7 metri dal terreno.
Al centro utilizziamo preferibilmente un choke 1:1, per impedire al cavo coassiale di diventare parte indesiderata dell’antenna.
Si ottiene così una stazione estremamente semplice ma efficace per comunicazioni regionali.
Dipolo 40/80 metri
Per chi vuole sperimentare seriamente la NVIS, una soluzione interessante è il cosiddetto fan dipole.
Sul medesimo punto di alimentazione possiamo installare:
- un dipolo per gli 80 metri;
- un dipolo per i 40 metri.
Il ricetrasmettitore potrà quindi cambiare rapidamente banda adattandosi alle condizioni ionosferiche.
È probabilmente una delle configurazioni NVIS più semplici ed efficaci disponibili al radioamatore.
Potenza necessaria
La NVIS non richiede necessariamente potenze elevate.
Con un’antenna efficiente e condizioni favorevoli, qualche decina di watt può essere più che sufficiente.
100 W rappresentano già una potenza considerevole per moltissime comunicazioni regionali.
In modalità digitale o CW possono essere sufficienti potenze ancora inferiori.
Ancora una volta emerge una regola fondamentale della radio:
l’antenna e la propagazione contano spesso più della potenza.
Come capire se in questo momento la NVIS funziona
Possiamo utilizzare diversi strumenti.
Il primo è banalmente ascoltare la banda.
Se sui 40 metri ascoltiamo numerose stazioni distanti 1.000–2.000 km ma nessuna stazione italiana vicina, probabilmente la banda non sta sostenendo bene la propagazione NVIS.
Possiamo inoltre consultare i dati delle ionosonde, strumenti che misurano il comportamento della ionosfera trasmettendo segnali verticalmente su frequenze crescenti.
Il parametro foF2 è particolarmente interessante.
Se, per esempio, la foF2 si trova intorno a 6 MHz, una frequenza di 7 MHz potrebbe risultare eccessivamente alta per una propagazione quasi verticale.
I 5 MHz potrebbero invece funzionare.
NVIS e comunicazioni di emergenza
Storicamente la tecnica NVIS è stata utilizzata in ambito militare e nelle comunicazioni di emergenza proprio perché consente di coprire un territorio relativamente ampio senza dipendere da infrastrutture intermedie.
Un singolo collegamento HF può unire due stazioni separate da montagne o da centinaia di chilometri.
Per il radioamatore questo rappresenta anche un interessante esercizio tecnico.
Non dobbiamo pensare alle HF esclusivamente come strumento per “fare DX”.
Possono essere anche una straordinaria infrastruttura autonoma per comunicazioni regionali.
Esperimento da provare
Se disponete di spazio, fate una prova molto semplice.
Installate un dipolo per i 40 metri a circa 6 metri dal terreno.
Confrontatelo con una verticale multibanda.
Durante il giorno chiamate alcune stazioni poste a 100–500 km.
È molto probabile che noterete differenze sorprendenti.
La verticale potrebbe vincere nettamente sui collegamenti lontani.
Il dipolo basso potrebbe invece risultare decisamente superiore sulle distanze regionali.
Non è magia.
È semplicemente il diagramma di radiazione.
Conclusioni
La NVIS dimostra perfettamente perché la radio non possa essere ridotta al semplice valore del ROS o alla quantità di watt utilizzati.
La stessa antenna, spostata di pochi metri in altezza, può cambiare completamente comportamento.
Per chi ama sperimentare, un dipolo NVIS rappresenta uno degli esperimenti più economici e istruttivi possibili.
Un po’ di filo, qualche isolatore, un choke e un supporto sono sufficienti.
E improvvisamente quella stazione distante 200 km, che con la nostra verticale sembrava irraggiungibile, può arrivare con un segnale sorprendentemente forte.
Perché talvolta, in radio, per arrivare vicino bisogna prima trasmettere verso l’alto.