SPROLOQUIO N. 5
ANTENNE
Premesse
Come per tutta la serie di questi SPROLOQUI i matematici, i fisici e comunque tutti gli addetti ai lavori, sono pregati di
interrompere qui la loro lettura perchè le mie esposizioni sono, e saranno, volutamente pedestri.
Per gli IW che intendono affacciarsi alle bande HF le antenne sono un problema. Quanto segue vuole solo illustrare gli aspetti
reali del problema antenne e vuole essere solo uno stimolo ad approfondire e/o migliorare le proprie conoscenze in proposito.
Premesso che con una buona antenna è possibile trasmettere in CW con un tasto, una batteria e ...... una bobina per candele
recuperata da un motore a scoppio, mentre si conclude molto poco con un ottimo RTX e una antenna non buona, per una corretta
istallazione di antenna bisogna esaminare prima le caratteristiche del terreno, poi le antenne e la relativa altezza. Su un terreno
a bassa conduttività una delta loop, con il vertice di alimentazione verso il basso, il R.O.S. non cambia al variare della sua altezza,
ma, sullo stesso terreno, una Yagi alta solo 1/4 lambda diventa inutilizzabile, viceversa su un terreno ad alta conduttività una
verticale, oltre a richiedere un basso numero (se non addirittura alcuno) di radiali avrà un ottimo comportamento anche come
angolo d'irradiazione. Sempre su terreno ad alta conduttività un dipolo a V invertita andrà molto meglio dello stesso dipolo in
orizzontale a meno che non venga posto ad un' altezza pari ad 1 lambda. Tutto questo dimostra che c'è una relazione tra
conduttività del terreno, altezza e tipo di antenna.
I prossimi SPROLOQUI verranno presentati nell' ordine, terreno, sostegno, antenne.
TERRENO
Il terreno ha caratteristiche elettriche che è bene conoscere non solo per realizzare messe a terra, ma anche per farsi un' idea
di come scegliere e come istallare un' antenna.
In Italia vi sono 240.000 stazioni di rilevamento (prevalentemente dell' AGIP Mineraria attuale E.n.i.) coordinate dal C.N.R. Quasi
tutti i Comuni e molte Università forniscono dati sulle caratteristiche del terreno riferite agli ultimi 5 anni.
Dato che il suolo, per le onde irradiate dall' antenna ad angoli più bassi dell' orizzonte, si comporta come un enorme riflettore
diventa importante conoscerne le caratteristiche. Di queste caratteristiche due sono determinanti, oltre alla frequenza di lavoro.
La prima è la conduttività ( l' inverso della resistività ), la seconda è la costante dielettrica. In tabella le caratteristiche citate di
alcuni terreni italiani.
Superficie
Costante dielettrica
Conduttività mS/m
Valutazione
Acqua dolce
80
1
Acqua di mare
81
5000
Terreni fertili, colline basse (pianura Padana)
20
30
buono
Terreni fertili, colline medie (Maremma)
14
10
buono
Terreni boschivi pianeggianti con stagni
12
7,5
buono
Pascoli, colline medie boschive
13
6
buono
Terreni collinosi e argillosi
(Appennino emiliano)
13
5
discreto
Terreni rocciosi montagnosi
12 - 14
2
cattivo
Zone sabbiose secche
pianeggianti (Salento)
10
2
cattivo
Centri abitati industrializzati
5
2
molto cattivo
Città, zone altamente
industrializzate
3
0,1
pessimo
Osserviamo ora la figura 1,1 e immaginiamo una antenna verticale su una terra ideale ( una enorme superficie piatta e
perfettamente conduttrice). Si nota come la radiazione A si propaga verso lo spazio mentre la radiazione B si dirige verso il suolo
e, con un' angolo di riflessione uguale all' angolo di incidenza, viene da questo riflesso (C) parallelamente alla radiazione A.
Figura 1
Le radiazioni A e C, captate da una antenna ricevente, daranno un segnale di poco inferiore alla somma algebrica delle due
radiazioni in quanto la riflessione della terra ideale non comporta attenuazioni e la differenza di fase, dovuta al maggior percorso
(B + C) della radiazione C, è relativamente piccola. Questo vale anche per un dipolo o antenna filare, vedi fig. 1,2.
Figura 2
Osserviamo ora la fig. 2. Premesso che quanto illustrato vale sempre anche per un dipolo o antenna filare, è evidente come il
percorso (B + C) della radiazione C sia di poco superiore al percorso della radiazione A con conseguente minor differenza di fase
rispetto all' esempio di fig.1 e quindi nel punto P si avrà un segnale ancor più prossimo alla somma algebrica delle due radiazioni.
Appare evidente come una terra ideale possa incrementare l' intensità del segnale irradiato con certi angoli mentre può diminuirla
con altri, inoltre, sempre su terra ideale, una radiazione con polarizzazione verticale può essere riflessa senza alcuna rotazione
di fase mentre, nelle stesse condizioni, una radiazione con polarizzazione orizzontale subisce una rotazione di fase di 180°.
Sia per la terra ideale che per la terra reale l' area di riflessione dista dall' antenna diverse lunghezze d'onda.
Con la terra reale ci si avvicina a quanto visto solo a frequenze elevate e con terreno ad alta conduttività. Già in gamma VHF la
riflessione avviene ad una certa profondità, profondità che aumenta con il diminure della frequenza e con il diminuire della
conduttività del terreno. La peggiore condizione che può verificarsi è quella di un percorso B + C tale per cui il segnale C giunge
al punto P ruotato di 180°. Se il segnale C, oltre a essere in opposizione di fase, avesse anche la stessa ampiezza di B, nel
punto P avremmo uno zero, ma il segnale riflesso subisce una discreta attenuazione per cui il segnale risultante sarà pari alla
differenza algebrica tra A e C. In pratica su terra reale un segnale a R.F. viene sempre riflesso con una riduzione di ampiezza e
una rotazione di fase.
Su acqua salata e alla frequenza di 1.8 MHz il punto di riflessione è a 18 cm. di profondità e sale a soli 5 cm. alla frequenza di
30 MHz., ma su acqua dolce e nello stesso range di frequenza il punto di riflessione scende a 47 m. circa, in un terreno cattivo
tale punto è oltre i 12 m., ma nel caso di terreni stratificati la situazione è più complessa avendo ogni strato caratteristiche
diverse. Il cosi detto "effetto pelle" è riscontrabile solo per frequenze superiori ai 150 MHz circa, ma diventa una vera corrente
di superficie solo da 1.5 GHz circa a salire.
Figura 3
Sin dai primi studi sul comportamento del suolo, per comodità e per semplificarne considerevolmente la trattazione, viene
ipotizzata, nel sottosuolo, una antenna immagine speculare della antenna reale. Vedere fig.3 che è una semplificazione della
fig.2 non dovendosi, ad esempio, fare calcoli, o proiezioni, sugli angoli di riflessione e di incidenza.
Sotto vengono riportate, per chi ne ha voglia o particolare interesse, le formule per determinare il coefficiente di riflessione
secondo la polarizzazione dell' antenna e note la conduttività e la costante dielettrica del terreno. Alcuni simboli mi hanno indotto
a riprendere con lo scanner tali formule da ARRL Antenna Book 14ma edizione e da Standard of Good Engineering Practice
Concerning Standard Broadcast Station.
Coefficiente di riflessione per radiazioni a polarizzazione:
verticale orizzontale
Il coefficiente di riflessione può essere determinato con maggior precisione determinando prima lo pseudo angolo di Brewster.
Al prossimo SPROLOQUIO, 73 de IW6MKI Ubaldo
Una rapida descrizione delle apparecchiture utilizzate da Giuseppe Biagi nella mitica
tenda rossa dopo l'urto sul pack del dirigibile Italia.
IW6MKI
Giuseppe Biagi e le sue apparecchiature a bordo del
rompighiaccio Krassin poco dopo il recupero dal pack.
A sinistra il trasmettitore, a destra il ricevitore.
Il ricevitore era il modello MK IV, costruito dalla ditta inglese Burndept nel 1927. Consentiva la ricezione delle
lunghezze d'onda comprese fra i 12 e i 100m. Circuito a reazione, seguito da due stadi a bassa frequenza, utilizzava tre
valvole S525 della Mullard ed era alimentato da accumulatori per i filamenti e da pile a secco per la tensione anodica.
La serie di bobine intercambiabili era sistemata in un cassettino nella base.
Il trasmettitore, progettato dal radioamatore Giulio Salom I1MT, era un
oscillatore Hartley con una valvola TB 04/10 della Philips. La
versione campale, realizzata nell'Arsenale della Regia Marina Militare di
La Spezia, poteva coprire le lunghezza d'onda comprese tra i 30m. e i
55m., aveva un vibratore/survoltore, che utilizzava la bobina di uno
spinterogeno per motocicletta, in grado di fornire da 300 a 500 V per
l'anodica. La potenza massima a R.F. era di 5 W con un assorbimento sulla
batteria a 12 V di 3A. e la stessa batteria forniva gli 8 V. per il
filamento. La versione imbarcata a bordo del dirigibile Italia era
montata in una cassetta di legno delle dimensioni di 55 x 22 x 25 cm, pesava circa
12 Kg., aveva il frontale in ebanite con tre galvanometri
Weston, con le manopole di accordo, di regolazione della tensione di filamento
e con un piccolo tasto manipolatore. La denominazione ufficiale era
Ondina campale S, dove S stava per Salom, e ne furono realizzati 6
esemplari. L'esemplare usato da Giuseppe Biagi era il n° 3.
NOTA. L' SWL russo, Nicolaj Schmidt, che per primo ricevette, nella città
di Arcangelo il 2 giugno1928, i segnali di Giuseppe Biagi, usava un ricevitore a reazione a una valvola
autocostruito.
Lo schema dell'Ondina campale S n°
3.
L'Ondina campale S n° 3 è oggi conservata nel
Museo dell'Arsenale della Marina Militare a La Spezia
Tabella
delle più importanti caratteristiche di alcuni materiali isolanti
Costante dielettrica assoluta del vuotoeo = 8,854·10-12[F/m]
Dielettrico
Costante dielettrica
Rigidità dielettrica [KV/mm]
Aria secca (alla pressione di 1 [bar])
1,0006
3
Acqua pura
81,07
15
Olio minerale
2,2
¸ 2,5
7,5
¸ 16
Bachelite
5,5
¸ 8,5
10
Carta comune
2
6
Carta paraffinata
2,5
¸ 4
40
¸ 50
Carta da condensatori
5
¸ 5,5
30
Gomma
2,2
¸ 2,5
15
¸ 40
Mica
6
¸ 8
50
¸ 100
Polietilene
2,3
50
Porcellana
4 ¸ 7
12
¸ 30
Vetro
6 ¸ 8
25
¸ 100
Ossido di titanio
90 ¸ 170
5
Titanati di Ba-Sr
1000 ¸ 10000
5
Convenzione
R/S (Radio/Segnale)
R = Radio
R - 1
Non
distinguibile
R - 2
Distinguibile
R - 3
Comprensibile con difficoltà
R - 4
Comprensibile senza difficoltà
R - 5
Perfettamente comprensibile
S = Segnale
S - 1
Debolissimo
S - 2
Molto debole
S - 3
Debole
S - 4
Mediocre
S - 5
Medio
S - 6
Buono
S - 7
Molto buono
S - 8
Forte
S - 9
Molto forte
S - 9 +
Oltre +20 dB sul S - Meter
Programmi freeware in formato .zip da scaricare e
decomprimere sul proprio computer.
CONVERT
-
Convertitore di tutte le unità di
misura.
COLCOD
-
Codice dei colori per resistenze (4 e 5
bande) e per
condensatori. Reti resistive e capacitive.
RADIOUTILITARIO
-
Programma di I4JHG, molti dei calcoli
più utili agli autocostruttori e/o appassionati. Per
Windows 98xx
RADIOUTILITARIO
- Programma di I4JHG, versione 2.6 ampliata
e aggiornata. Per Windows XP
CW PLAYER
- Programma di G. Rivat F6DQM, per un comodo e
rapido apprendimento e/o esercitazione del CW.
~~
Come determinare la R interna di un
galvanometro.
Regolare
P1 per portare l'indice del galvanometro a fondo scala, collegare P2 e
regolarlo per portare l'indice a metà scala, scollegare P2 e misurarne la
resistenza. Tale resistenza è uguale alla resistenza interna del
galvanometro.
MARCHI DI QUALITA'
Nel mondo vi sono vari Organismi
e/o Enti che, ognuno con il proprio marchio, certificano che apparati
elettrici ed elettronici rispondono agli standard di sicurezza e di qualità
costruttiva prefissati.
Italia
IMQ
Austria
OVE
Svizzera SEV
Germania TUV e VDE
Olanda KEMA
Svezia SEMKO
Danimarca DEMKO
Norvegia NEMKO
Finlandia SESKO
Canada CSA
U.S.A. UL
La sigla FCC non è una certificazione sulla sicurezza o qualità
costruttiva, ma indica che il prodotto ha superato le prove di
compatibilità elettromagnetica della Federal Communications Commission.
La sigla CE certifica che il prodotto risponde agli standard di sicurezza e di qualità
costruttiva stabiliti dalla Comunità Europea.
ATTENZIONE. Sui prodotti cinesi compare il marchio CE, ma stà per
CHINA EXPORT.