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Titolo: antenne 9: long-wire e dintorni

Ciao a tutti, e benvenuti all'ennesima puntata della telenovela "Anche i
ricchi hanno il ros (ma meno!)"
Stavolta toccheremo un argomento molto caro ai radioamatori,
specialmente se hanno un po' di spazio disponibile sul tetto: le antenne
costituite semplicemente da lunghi pezzi di filo (long-wire per chi si è
messo in tight).
La fortuna di queste antenne è dovuta principalmente al fatto che, pur
essendo semplici ed economiche, permettono di operare su bande molto
ampie; ma cominciamo dall'inizio.
*Le risonanze di un pezzo di filo*
Se prendiamo un pezzo di filo, teso "nel vuoto" (si fa per dire!) tra
due isolatori, certamente questo pezzo di filo presenta alcune risonanze
caratteristiche. Determinare le frequenze di queste risonanze è cosa
abbastanza semplice, come si può evidenziare con un semplice
ragionamento.
Consideriamo il caso in cui in cui  uno degli estremi è collegato al
generatore; allora questo estremo presenta un massimo di corrente,
mentre l'altro presenta uno zero; poiché la corrente si distribuisce sul
filo in maniera (quasi) sinusoidale, e la distribuzione è ovviamente
legata all'onda em presente sull'antenna, la distanza tra uno zero ed un
massimo è o un quarto d'onda, o un quarto d'onda più un numero qualunque
di mezze onde: in conclusione, un numero dispari di quarti d'onda; le
frequenze di risonanza dell'antenna (i fisici le chiamano 'autovalori')
sono quindi tutte quelle per le quali l'antenna ha una lunghezza pari ad
un qualsiasi multiplo dispari di un quarto d'onda. Per inciso,
un'antenna di questo tipo viene tradizionalmente chiamata 'Zeppelin' (e
non chiedetemi chi fosse 'sto Zeppelin: si perde nella notte dei
tempi...).
Il caso 'speculare' a questo è quello in cui viceversa entrambi gli
estremi del filo siano aperti (cioè isolati); allora la corrente in
entrambi questi punti deve essere zero. I due zeri della corrente
distano tra loro mezza lunghezza d'onda, ovvero un suo multiplo; le
frequenze di risonanza dell'antenna sono quindi tutte quelle per le
quali l'antenna è lunga un numero intero di mezze onde, ossia un numero
pari di quarti d'onda. Un'antenna di questo tipo prende nomi diversi a
seconda di come sia collegata al generatore: se questo è collegato al
centro, come si fa normalmente per un dipolo a mezz'onda, l'antenna si
chiama 'Levy' (come per Zeppelin...); se la linea è collegata con un
solo conduttore ad un punto arbitrario dell'antenna, si ha una 'presa
calcolata' o 'Windom', dal nome del radioamatore che l'ha inventata
negli anni '30. Ma la nomenclatura non è esattamente universale: ad
esempio, lo ARRL Handbook nelle edizioni meno antiche (la mia ultima è
del 1989, la prima è un cimelio del '54) le chiama tutte 'Zepp' (il
diminutivo è concesso: loro, si sa, sono amici di veeeecchia data!).
*Resistenza di radiazione*
Prima di vedere una per una le varie soluzioni, ci soffermiamo ancora
una volta sulla resistenza di radiazione; abbiamo detto più volte che
questa cresce con la lunghezza. Il perché dovrebbe essere ormai chiaro,
ora però è tempo di dire come varia; poiché* qui non posso inserire
grafici, vi passo una tabellina, in cui sono riportate le resistenze in
funzione della lunghezza dell'antenna espressa in unità mezz'onda,
lambda mezzi, per i palati raffinati :-)
L[lambda/2]             R [ohm]
1                                95
2                              110
3                              125
4                              132
5                              140
10                            162
Ricordiamo ancora una volta che l'impedenza *non* è costituita dalla
sola resistenza di radiazione, e dipende dal punto di alimentazione, ed
inoltre che, anceh per un'antenna in risonanza (per la quale la
componente reattiva è zero) la resistenza vista in un punto diverso dal
massimo di corrente è la resistenza di radiazione trasformata
dall'andamento sinusoidale della corrente e della tensione.(quindi è
sempre più alta).
*Lobi di radiazione*
I lobi di radiazione delle antenne a filo lungo sono sempre disposti a
cono intorno alla direzione del filo, ma il loro numero, direzione
(inclinazione) ed intensità dipendono dalla lunghezza dell'antenna
relativamente alla lunghezza d'onda, quindi variano con la frequenza. In
pratica, più questa è alta, più i lobi si 'schiacciano' lungo il filo,
mentre a frequenze basse tendono ad essere trasversali rispetto ad esso.
La presenza del suolo tende ad alzare ulteriormente i lobi di
radiazione, che possono ragfgiungere angoli notevoli. Questo effetto
viene di solito sfruttato sulle navi, in cui le antenne long-wire
vengono tese tra albero e prua (e/o poppa), cosicché l'inclinazione del
filo e quella del lobo si compensano tra loro, e l'irradiazione avviene
(più o meno) in avanti. Le antenne così inclinate vengono comunemente
chiamate 'sloper'.
*Antenne 'end feed' o 'Zeppelin'*
Un'antenna Zeppelin è un pezzo di filo alimentato ad un estremo con un
solo conduttore della linea; poiché la linea di trasmissione, per non
irradiare, deve necessariamente avere correnti globalmente uguali sui
due conduttori, bisogna che il secondo conduttore sia messo a terra (una
*buona* terra, che permetta alla corrente di passare senza dissipare
tutta la potenza da trasmettere...). Per evitare la terra, si può anche
lasciare che le correnti siano sbilanciate, e di conseguenza che la
linea irradii come le pare, diventando di fatto parte dell'antenna
stessa. L'impedenza di un'antenna Zeppelin può essere alta o bassa,
secondo che la frequenza del generatore sia vicina o lontana da un
autovalore (una risonanza) dell'antenna. Perciò l'uso di queste antenne
richiede l'impiego di un adattatore d'impedenza ('accordatore') capace
di equilibrismi notevoli; ma specialmente che sia in grado di gestire
tensioni elevate senza conseguenze spiacevoli (scariche, dielettrici
bruciaticci, ...). In cambio, sono molto semplici da costruire, ed
inoltre il fatto che la linea partecipi all'irradiazione le rende
particolarmente efficienti, sempre che il vostro vicino, colpito da
spasmi muscolari da carenza di calcio, non vi strozzi prima che ve la
godiate... ;-)
*Antenna a presa centrale ('center feed', o 'Levy')*
Presentano sostanzialmente le stesse caratteristiche delle Zeppelin, a
parte lo scambio delle frequenze di risonanza; l'alimentazione
bilanciata al centro però garantisce che la linea si comporti da bravo
ed onesto boy-scout, e non spifferi tutto al vicino di cui sopra, che
così, forse, vi lascia vivere (ho detto: forse! Non mi assumo
responsabilità...).
*Antenne a presa calcolata ('off-center feed', o 'Windom')*
Consideriamo il solito pezzo di filo, ma stavolta colleghiamo
l'alimentazione in un punto qualsiasi della sua lunghezza. Qui arriviamo
ad un caso più interessante: infatti queste antenne hanno tutte le
risonanze proprie di un radiatore con gli estremi isolati; però, in più,
hanno anche un bonus: ciascuno dei due bracci in cui viene suddiviso il
radiatore principale ha infatti le *sue* proprie risonanze, per cui
l'antenna nel suo insieme presenta tre serie di (infinite) risonanze,
dovute all'intero filo ed a ciascuno dei bracci. Se le cose sono fatte
per bene, le tre lunghezze sono incommensurabili (o circa...) tra loro,
e quindi tutti i termini delle tre successioni sono distinti. Se poi le
cose sono fatte ancora meglio, i termini stessi si intercalano in
maniera tale che per ogni frequenza ci sia una risonanza lì vicino,
pronta a fornire i propri servigi. Per fare le cose bene, chiaramente
bisogna che la posizione della presa sia ben studiata (per questo motivo
l'antenna è "a presa calcolata"), però c'è chi ormai l'ha fatto per noi;
il risultato di questo studio, courtesy of Mr. Windom, è che la
posizione per la presa che fornisce i migliori risultati è a circa il
36% della lunghezza totale. Questa antenna fornisce prestazioni notevoli
in termini di larghezza di banda, con impedenza che si mantiene
ragionevolmente intorno ai 600 ohm, a partire dalla frequenza per la
quale la lunghezza totale è mezza onda, in su; inoltre si tratta di
un'antenna piuttosto efficiente, tanto che essa è stata ampiamente usata
per le stazioni radio marittime e costiere.
Il suo unico difetto è che l'alimentazione è del tutto sbilanciata.
Porre rimedio a questo difetto non è cosa immediata; infatti la Windom
ha una peculiarità, che consiste nel fatto che le correnti nel punto di
alimentazione vanno nell'antenna in direzioni opposte (escono entrambe
dalla linea, e vanno una 'a destra' ed una 'a sinistra'). Se noi
interrompiamo semplicemente l'antenna per collegarla alla linea, le due
correnti così inviate all'antenna hanno la stessa direzione, perché sono
opposte nella linea, e quindi l'intero comportamento dell'antenna cambia
radicalmente. Inoltre, dato che i due conduttori sono di lunghezze
diverse, le relative resistenze di radiazione sono ancora diverse, e
così le impedenze viste. Per ovviare a questo inconveniente, si usa
attualmente alimentarla mediante un trasformatore, dotato di un primario
per la linea entrante e due secondari, ciascuno dei quali alimenta uno
dei bracci; i due secondari vengono connessi tra loro al punto comune,
che va a terra (*terra* ho detto! sennò nisba DX...) ed inoltre sono
formati da un diverso numero di spire, così da adattarsi meglio a
ciascuno dei due radiatori.
E' doveroso però osservare che negli anni '50, che furono un periodo di
grande gloria per queste antenne, l'alimentazione bilanciata veniva
fornita semplicemente con una linea bifilare da 300 ohm (piattina TV!),
che è circa l'impedenza vista se l'alimentazione è bilanciata.
Ci si deve chiedere quindi quanto i co$to$i$$imi balun per Windom
servano realmente a migliorare le prestazioni, e quanto invece
migliorino la vita dei produttori di balun... tantopiù se consideriamo
che un balun introduce delle perdite che, specialmente alle frequenze
più alte, limitano il funzionamento e l'efficienza dell'antenna.
Cari ascoltatori, anche per oggi è tutto. La prossima volta parleremo di
antenne ad onda progressiva. A risentirci alla prossima puntata
(nuvolette).
--
73 es 51 de i3hev, op. mario
http://digilander.iol.it/hamweb
http://digilander.iol.it/esperantovenezia

> frequenze di risonanza dell'antenna (i fisici le chiamano 'autovalori')
NOOOOOOOOOOOOOOOOOOO! Gli autovalori no, ti scongiuro!
Tutto tranne gli autovalori...pietą per un povero studente derelitto!
-----------------------------------
 Giulio Maselli - IZ1ASP
 
http://www.infinito.it/utenti/iz1asp
 togliere "norumenta"  dall'indirizzo
 per rispondere via e-mail
-----------------------------------

 tempi...).
Ma non si chiama cosě perchč veniva utilizzata sugli omonimi dirigibili?
-- 
'73 de IZ0DGE
Giunio Costantini
per risposte via e-mail togli NOSPAM dall'indirizzo

 Ma non si chiama cosě perchč veniva utilizzata sugli omonimi dirigibili?
Mi pare vagamente di ricordare che fosse un tizio, ma non ci giurerei
proprio :-)
Ciao.


 Tutto tranne gli autovalori...pietà per un povero studente derelitto!
Invece di associarli a Geometria 1 e successive rotture di pallets, prova a
pensarli come quelle cose che fanno suonare bene una chitarra... magari ti
diventano più simpatici  <<;-)))
Ciao!


Confermo, l'antenna ha preso il nome dai dirigibili
Zeppelin (il nome del barone tedesco che li costruiva)
perché era usata proprio sui quei particolari
mezzi di trasporto.


... già e gli Zeppelin venivano costruiti in una località sul lago di
Costanza
non lontano da Friederikshaven deve si tiene a fine giugno l' omonima fiera.
L' antenna relativa era stata "ideata" per problemi di sicurezza , se non
ricordo male era, come dire, appesa a penzoloni lontano dall' involucro del
dirigibile che gonviato con elio e simili non gradiva molto eventuali
scariche e scintille provocate in antenna.
Mike

Michele Del Pup ha scritto:

Michele! :-)
E' una vita che non ci si sente ne' vede! Come stai? Tutto bene, spero!
Sapevo che hai qualche mese più di me, ma non pensavo che ti ricordassi
del barone Zeppelin... ;-)
Ciao, a presto.


 Mike
...idrogeno, non molto simile all'elio, vista l'alta infiammabilità del
primo!
--
73 de IK2VTJ, Piero.
http://www.infinito.it/utenti/ardf.it
http://www.qsl.net/ik2vtj

 primo!
Per vari anni i dirigibili furono gonfiati con l'idrogeno; poi a causa della
pericolosità, ed in seguito a vari incidenti, specialmente alla tragedia
dell'Hindenburg (spero di ricordare giusto il nome, alloraero *molto*
piccolo ...;o) ), si cominciò a gonfiarli con l'Elio, che però costa molto
di più... ciò diede grande impulso all'aviazione su aereoplani :-)
Ciao.
