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Titolo: antenne: perdite ed effetti di prossimità

Nel post precedente, abbiamo visto, a grandi linee, i principi generali
del funzionamento delle antenne realizzate con materiali perefettamente
conduttori e poste nel vuoto; naturalmente, questa situazione ideale non
rispecchia esattamente ciò che accade nella realtà; questa volta
correggeremo un po' il tiro, introducendo le idee di base relative al
caso di antenne reali.
*Perdite dell'antenna*
Se un'antenna è costituita da un conduttore reale, questo avrà una certa
resistività, che potrà essere piccola, ma non sarà mai
nulla; è facile intuire che la corrente che circola sull'antenna, per
effetto Joule, causa una certa dissipazione di potenza ed un certo
riscaldamento dell'antenna stessa. A ciò si aggiunga che, a causa
dell'effetto pelle, la corrente scorre in uno spessore molto piccolo del
conduttore, perciò la resistenza elettrica effettiva del conduttore
diventa ancora più elevata.
Questo fenomeno dal punto di vista del generatore, comporta la presenza
nell'impedenza dell'antenna di una certa componente di resistenza:
contrariamente alla resistenza di radiazione, che indica un
trasferimento di potenza all'onda radio, questa corrisponde ad una
perdita di potenza, che si trasforma in calore e viene dissipata.
Inoltre, il campo emesso nello spazio circostante, non trovando un
dielettrico ideale (come il vuoto) ma uno reale (l'aria, nella migliore
delle ipotesi, ma anche la ricopertura dei fili usati, vernice o
plastica, gli isolatori, eccetera), causa anche nel dielettrico delle
correnti indotte, che sono piccole ma non sempre trascurabili. Anche
questa perdita introduce una ulteriore componente resistiva nella
impedenza di antenna. La somma di tutte le componenti resistive
introdotte dalle perdite viene cumulativamente chiamata resistenza di
perdita (loss resistance) dell'antenna.
Per quantificare queste perdite, si introduce il concetto di
*efficienza* dell'antenna: una volta eliminati gli effetti reattivi, la
tensione a rf che viene erogata dal generatore si ripartisce tra la
resistenza di radiazione e la resistenza di perdita; tanto più piccola è
quest'ultima rispetto alla prima, tanto maggiore è la percentuale di
potenza che viene irradiata rispetto a quella che viene dissipata in
calore. L'efficienza dell'antenna è, per definizione, il rapporto tra la
potenza irradiata e la potenza fornita all'antenna, ed è chiaramente
*sempre* (anche se spesso di poco) minore del 100%.
Naturalmente, le antenne che hanno grande resistenza di radiazione sono
favorite rispetto a quelle che l'hanno piccola, in quanto le perdite
complessive sono spesso abbastanza paragonabili, mentre le resistenze di
radiazione possono essere *molto* diverse. Ad esempio, un'antenna a filo
lunga tre onde intere, ha una resistenza di radiazione pari a circa 125
ohm, contro i pochi ohm di uno stilo ad un ottavo d'onda. Questo è un
altro motivo per preferire, quando possibile, le antenne lunghe a quelle
corte (ne vedremo altri in seguito).
*Effetti di prossimità*
Consideriamo un'antenna, per semplicità risonante e senza perdite, in
prossimità della quale sia presente un materiale che sia perettamente
conduttore; il materiale in questione, investito dal campo prodotto
dall'antenna, lo riflette come uno specchio, rimandandolo in parte
sull'antenna dal quale è partito; su questa circola quindi, oltre alla
corrente imposta dal generatore, una seconda corrente indotta dal campo
riflesso dal conduttore. Questa corrente è tanto più intensa quanto più
lo è il campo riflesso, e quindi quanto più l'ostacolo è vicino
all'antenna (perciò questi effetti vengono chiamati 'di prossimità').
Le correnti si sommano, ma sono normalmente sfasate tra loro; l'effetto
visto dal generatore è uno sfasamento della tensione rispetto alla
corrente, ovvero, che è lo stesso, la comparsa di una componente
reattiva nell'impedenza dell'antenna, che di per sé presentava
un'impedenza puramente resistiva. Per inciso, questo è l'effetto
sfruttato nelle antenne a schiera con radiatori passivi, come ad esempio
le Yagi-Uda, per ottenerne i tipici comportamenti.
Se ora consideriamo il caso reale in cui il conduttore non sia perfetto,
ma che anzi magari si tratti di un conduttore più o meno cattivo, come
ad esempio il terreno, un muro di mattoni od un albero, oltre alla
componente reattiva viene introdotta anche un'ulteriore componente
resistiva che tiene conto delle perdite di potenza che si verificano in
questo materiale. Per questi motivi, quando in prossimità di un'antenna
si trova un materiale che non sia perfettamente isolante (in pratica,
più o meno qualsiasi materiale, tranne teflon, diamante, pietre preziose
ben pure ed altri simili comunissimi materiali..., ma per fortuna anche
il plexiglass e le ceramiche di buona qualità se la cavano piuttosto
bene!) l'impedenza dell'antenna ne subisce un'alterazione, accompagnata
da un aumento di perdite complessive, che è tanto più vistosa quanto più
il materiale è vicino all'antenna.
Gli effetti di prossimità diventano relativamente trascurabili quando la
distanza dall'antenna supera qualche lunghezza d'onda; ma se questa
condizione è facile da ottenere in UHF, molto meno lo è alle HF, dove
qualche lunghezza d'onda può voler dire svariate centinaia di metri...
Per questo motivo, alle frequenze più basse, piuttosto che rendere
trascurabili questi effetti, si preferisce cercare di incorporarli
nell'antenna, ad esempio sotto forma di piano di terra, magari aiutando
l'ostacolo a ridurre le proprie perdite aggiungendogli dei conduttori
opportunamente disposti, come lastre o reti metalliche, raggiere di
fili, e così via.
La prossima puntata, sempre se interessa, sarà dedicata a lobi di
radiazione, direttività e guadagno.
Ciao.
--
73 es 51 de i3hev, op. mario
http://digilander.iol.it/hamweb
http://digilander.iol.it/esperantovenezia

radiazione, direttività e guadagno.
Mario nostro, dacci oggi la nostra dritta quotidiana (sulle antenne) e
non ci indurre in confusione, ma libercaci dall'ignoranza. Olè ! ;-)
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    Arturo  (  ( (I K 7 J W Y) )  )  D'Aprile
 
http://www.qsl.net/ik7jwy
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Mi associo ad Arturo...ci interessa e come!!
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Ciao, Piero.
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