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Titolo: Quanto dev'essere lunga l'antenna? (Lungo)

Nel campo delle antenne, una tra le domande più frequenti è proprio
questa: Quanto dev'essere lunga l'antenna?
Le risposte a questa domanda possono essere varie, tutte diverse tra
loro ma ugualmente corrette: in effetti, la lunghezza dell'antenna deve
essere scelta secondo il tipo di funzionamento che si vuole ottenere;
nel seguito vedremo appunto quali siano gli aspetti fondamentali
dell'argomento.
L'antenna è un'interfaccia che consente ad un'onda elettromagnetica,
contenuta o comunque guidata in una linea di trasmissione di qualche
genere, di affrancarsi dalla linea per propagarsi nello spazio libero;
scopo fondamentale dell'antenna è quindi adattare l'onda che si propaga
nella linea, ed in particolare la sua impedenza caratteristica, che è
determinata dalle caratteristiche fisiche della linea, alla propagazione
nello spazio, in cui l'impedenza dell'onda non è più determinata dalla
linea ma dalle caratteristiche dello spazio in cui l'onda si deve
propagare.
Questo fenomeno avviene in realtà in maniera molto complessa;
semplificando notevolmente, possiamo dire che nell'intorno all'antenna
si genera un campo elettromagnetico stazionario (detto 'Near field',
ovvero 'campo vicino'), che si attenua molto rapidamente via via che ci
si allontana dall'antenna; a distanza dall'antenna invece si vede un
campo viaggiante, che si attenua molto più lentamente del precedente
('Far field', ovvero 'campo lontano'). In ogni punto dello spazio, il
campo è una combinazione della componente stazionaria e della componente
progressiva, ma in pratica già a poche lunghezze d'onda di distanza il
campo stazionario è sostanzialmente nullo.
Dal punto di vista del generatore, cioè della linea che alimenta
l'antenna, se l'antenna è posta nel vuoto (cioè abbastanza lontano da
qualsiasi altro oggetto) ciò che si vede è una combinazione dei seguenti
fenomeni:
-) un accumulo di potenza reattiva, in misura pari alla potenza
effettivamente contenuta nel Near field, che è visto come una reattanza,
al pari di una capacità od un'induttanza;
-) una dissipazione di potenza attiva, in misura pari alla potenza
dell'onda progressiva del far field, che è visto come una resistenza, al
pari di una qualsiasi dissipazione, ma in realtà nasconde il
trasferimento dell'energia dell'onda radio nello spazio.
La prima componente, essendo reattiva, contribuisce all'impedenza
dell'antenna sempre e solo per una parte immaginaria, mentre la seconda
fornisce la parte reale dell'impedenza, che viene chiamata *resistenza
di radiazione*.
L'impedenza dell'antenna è data dalla radice quadrata della somma dei
quadrati delle componenti reattiva e resistiva (cioè secondo la regola
del parallelogramma).
la resistenza di radiazione è uno dei parametri fondamentali
dell'antenna, in quanto caratterizza il trasferimento di potenza dal
generatore all'onda radio: quanto più alta è la resistenza di
radiazione, tanto più alta è la potenza dell'onda radio prodotta (a
parità di corrente fornita dal generatore).
La resistenza di radiazione di un'antenna a filo aumenta al crescere
della sua lunghezza in rapporto alla lunghezza dell'onda
elettromagnetica: perciò, quanto più lunga è l'antenna, tanto migliore è
la sua efficacia nel trasferire la potenza dalla linea allo spazio,
mentre se un'antenna è corta rispetto alla lunghezza d'onda, questa sua
efficacia sarà piuttosto ridotta.
Se consideriamo di alimentare l'antenna con una certa corrente a rf, le
tensioni, e quindi le potenze, relative alle componenti  attiva e
reattiva sono ripartite proporzionalmente ai valori delle componenti;
perciò, tanto più alta è la resistenza di radiazione rispetto alla
componente reattiva, tanto maggiore è la parte della corrente che dà
origine a potenza trasmessa. Per questo motivo, le antenne lunghe danno
origine a segnali più intensi e quindi sono spesso preferibili alle
antenne corte.
La reattanza dell'antenna varia in maniera più complessa della sua
resistenza di radiazione, che cresce sempre; infatti, ad una data
frequenza, per certe lunghezze del filo le potenze elettrica e magnetica
accumulate nel near field sono esattamente uguali ed i relativi effetti
si compensano tra loro; questo fenomeno è esattamente lo stesso che si
verifica in un circuito accordato, e viene definito 'risonanza'
dell'antenna. Le risonanze dell'antenna si verificano ogni volta che la
sua lunghezza sia pari ad un multiplo esatto di mezza onda, la cui
lunghezza va calcolata considerando la velocità effettiva di
propagazione dell'onda radio in prossimità del filo; a causa della
presenza di questo, l'onda viaggia un po' più lenta che nel vuoto
assoluto (qualche % in meno, secondo la geometria del sistema), per cui
la lunghezza d'onda sull'antenna va tipicamente dal 92% al 98% di quella
che si avrebbe nel vuoto assoluto.
In condizioni di risonanza, l'impedenza dell'antenna è quindi puramente
resistiva; se l'alimentazione è applicata in un nodo di tensione, cioè
in un punto in cui la tensione si a minima (di conseguenza la corrente è
massima!), l'impedenza vista è pari alla resistenza di radiazione; ma se
l'antenna è alimentata in un altro punto, l'impedenza, pur restando
resistiva, è pari ad un valore che è la trasformazione della resistenza
di radiazione come si avrebbe in un autotrasformatore; ad esempio, se
l'alimentazione è applicata in un ventre di tensione (cioè un punto in
cui la tensione sia massima, e di conseguenza la corrente sia minima),
l'impedenza vista può essere elevatissima (in realtà, per l'influenza di
altri effetti, non sale oltre ad alcune migliaia di ohm).
Poiché per ottimizzare il trasferimento di potenza dal generatore
all'antenna è necessario che ci sia adattamento delle rispettive
impedenze, i possibili scenari sono essenzialmente due: il generatore ha
impedenza fissa e non si dispone di mezzi tecnici per effettuare
l'accordo, ovvero si dispone della possibilità di variare l'impedenza
propria del generatore (tramite un circuito adattatore d'impedenza,
comunemente ma impropriamente detto 'accordatore').
*Primo caso: senza adattatore*
L'antenna dovrà essere realizzata in modo che la sua impedenza sia
quanto più possibile simile a quella richiesta dal generatore; i
trasmettitori e le linee sono prodotti di solito con impedenze
caratteristiche standardizzate, tra le quali le più frequenti sono 50
Ohm (perché è l'impedenza caratteristica che permette un migliore
sfruttamento in potenza dei cavi coassiali) e 75 Ohm (perché è quella
che consente di ottenere le minime perdite nei cavi coassiali). Un
semplice dipolo a mezz'onda, alimentato al centro, presenta un'impedenza
caratteristica di circa 72 ohm e quindi si presta benissimo ad essere
alimentato con un cavo a 75 ohm, mentre si adatta un po' meno bene ad
uno a 50 Ohm (ros 1,5:1, ancora del tutto accettabile).
La lunghezza dell'antenna dovrà essere quindi mezza onda elettrica; la
lunghezza d'onda si può calcolare con la formula:
L=Fv * 300 / F(MHz)
dove Fv è il fattore di velocità dell'antenna e come si è visto sopra ha
valori compresi di solito tra il 92% ed il 98%, più altri per fili nudi
di piccolo diametro, più bassini per fili rivestiti in plastica e/o di
diametro più grande (tubi).
Poiché è praticamente impossibile sapere in anticipo qual'è l'effettivo
fattore velocità, conviene tenersi larghi, usando il massimo, e poi
accorciare via via, rosmetro o grid-dip alla mano.
*Secondo caso: con adattatore*
Se si dispone di un adattatore d'impedenza, la risposta è senz'altro: la
massima lunghezza possibile! Provvederà poi l'adattatore a sistemare le
cose dal punto di vista delle impedenze 'strane' che si ottengono, ed
anche ad eliminare il malefico influsso delle eventuali componenti
reattive. In questo caso, per limitare altri problemi, è opportuno che
la linea di trasmissione abbia impedenza carattristica più alta
possibile ed, ovviamente, le perdite minime possibili (ma questo è
sempre vero).
Il resto, se interessa a qualcuno, alla prossima puntata che sarà:
effetto delle carabattole vicine e lontane all'antenna.
resto a disposizione per qualsiasi chiarimento.
Ciao.
--
73 es 51 de i3hev, op. mario
http://digilander.iol.it/hamweb


....teoria del McCoy:
'La lunghezza del dipolo corrisponde esattamente alla distanza tra i due
supporti'.
...con la speranza che sia sempre maggiore di lambda/2 !!
 Ciao, Piero.
http://www.infinito.it/utenti/ardf.it
http://ik2vtj.freeweb.org
http://www.qsl.net/ik2vtj

 
http://www.qsl.net/ik2vtj
Eh, si! :-)))
Ciao.
--
73 es 51 de i3hev, op. mario
http://digilander.iol.it/hamweb
http://digilander.iol.it/esperantovenezia

 Ciao.
Tnx!!!
--
73 de Roby IZ3CYN
Visita 
http://digilander.iol.it/hamweb/
, il sito che ti aiuta a diventare radioamatore!

 questa: Quanto dev'essere lunga l'antenna?
Lunga, lunghissima, grossa, enorme, mastodontica, tutta d'alluminio
che risplende al sole, deve sovrastare le case vicine, espandersi in
altezza, in larghezza ed in profondità, deve terrorizzare il vicinato,
l'antenna deve gettare nello sconforto e nell'invidia più totale i
tecnici dell'Enel: al confronto dei tralicci dell'alta tensione l'antenna
deve sembrare Biancaneve in mezzo ai sette nani!
Le dimensioni dell'antenna cominciano ad essere appena
sufficienti quando i verdi abbandonano la maggioranza in
consiglio comunale perché il sindaco non ne ha vietato la
installazione e le mamme con i bambini delle elementari
vengono sotto casa a fare un corteo contro l'elettrosmog.
Antenne più piccole non vanno nemmeno prese in considerazione.
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 Giulio Maselli - IZ1ASP
 
http://www.infinito.it/utenti/iz1asp
 togliere "norumenta"  dall'indirizzo
 per rispondere via e-mail
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 Antenne più piccole non vanno nemmeno prese in considerazione.
Uhm, tipico caso di delirio d'onnipotenza da eccessiva esposizione a 
radiazioni non ionizzanti. Pur trattandosi di evidente sindrome a decorso 
cronico, si consiglia comunque una terapia sintomatica a base di 
sperimentazione in VHF e superiori. Almeno gli episodi espansionistici 
più gravi dovrebbero essere eliminati. In alternativa, si suggerisce il 
trasferimento in zona rurale dove si potrà provare un trattamento d'urto 
con filari chilometriche.
-- 
'73 de IZ0DGE
Giunio Costantini
per risposte via e-mail togli NOSPAM dall'indirizzo

 con filari chilometriche.
Il trattamento a base di VHF potrebbe essere peggio della malattia
dato che come effetto collaterale può produrre moonbouncite acuta...


 dato che come effetto collaterale può produrre moonbouncite acuta...
Già, basta andare a vedere la pagina di W5UN per rendersi conto dove si 
possa arrivare. Però normalmente gli umani si limitano ad accoppiare 
"qualche" bella yagi, non arrivano a riempire qualche ettaro di 
antenne... (beato lui)


 Un'ultima cosa: hai parlato solo di tx. In rx, il discorso e' reciproco?
C'è un teorema generale (il teorema di reciprocità di Lorentz, lo stesso delle contrazioni relativistiche) che dice che il comportamento
in trasmissione di un'antenna è identico a quello in ricezione; per questo motivo, di solito, di volta in volta si parla solo di
trasmissione o solo di ricezione, secondo come viene più semplice il discorso.
Ciao.
--
73 es 51 de i3hev, op. mario
http://digilander.iol.it/hamweb
http://digilander.iol.it/esperantovenezia

reattive. 
OK, ma in ricezione ? Naturalmente non metto in dubbio il teorema di
reciprocità, ma è da considerare che una antenna molto lunga, rispetto
alla lunghezza d'onda che interessa, potrebbe far arrivare alle porte
del nostro ricevitore, per nulla attenuati (come invece farebbe una
antenna "tagliata" per una determinata banda di frequenze), segnali
che non ci interessano. E con la scarsa qualità dei ricevitori medi
che ci ritroviamo, non è una cosa da trascurare.
Come ho scritto in altro post, secondo me l'antenna va intesa anche
come primo filtro passa banda, e dunque più lunga è (rispetto alla
lunghezza d'onda che interessa) e più larga sarà la banda passante di
tale filtro, con tutte le conseguenze del caso.
Sbaglio ?
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    Arturo  (  ( (I K 7 J W Y) )  )  D'Aprile
 
http://www.qsl.net/ik7jwy
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 Sbaglio ?
La banda passante non è legata strettamente alla lunghezza dell'antenna,
ma è vero che più lunga è l'antenna, maggiore è il numero di armoniche
su cui risuona e quindi tira dentro più schifezze.


 Sbaglio ?
L'adattatore d'impedenza opera sempre su una determinata frequenza, che è
quella per la quale è regolato; per tutte le altre frequenze, poiché
l'adattamento di impedenza viene a cadere, il trasferimento di potenza è
certamente minore. In altri termini, l'adattatore agisce comunque come un
filtro passa banda. In generale, questo è vero sempre; il maggior
trasferimento di potenza si verifica all'adattamento, sia che questo sia
ottenuto tramite un accordatore che semplicemente 'attaccando' tra loro rtx,
linea e cavo.
Ma a parte questo, quando allunghi l'antenna, aumenti il livello di tutti i
segnali, sia di quelli desiderati che di quelli indesiderati; nella media,
direi che i rapporti reciproci d'intensità dovrebbero rimanere suppergiù gli
stessi.
Ciao.
--
73 es 51 de i3hev, op. mario
http://digilander.iol.it/hamweb
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