Antenne , le basi teoriche per autocostruirle .

Tutorial per gettare le basi di teoria per permettere l'autocostruzione di una antenna .

Molti sono i proggetti su grix dove si richiede l'autocostruzione di un'antenna e con questo articolo vorrei rendermi utile alla comunità esponendo le mie conoscenze acquisite in questi anni di pratica radioamatoriale .

Allora partiamo col dire che qualsiasi pezzo di filo conduttore può captare o irradiare un segnale a radiofrequenza con buona efficienza solo se la sua lunghezza fisica risuona con la lunghezza d'onda su cui vogliamo ricevere o trasmettere .

Fig.1

Pertanto come si vede nella fig.1 il famoso pezzo di filo ( in nero ) o antenna risulta risonante alla frequenza corrispondente ad un ciclo completo di un'onda intera ( in blu ) e che comprende sia la semionda positiva che quella negativa .Adesso se vogliamo sapere quanto deve essere lunga fisicamente  l'antenna per farla risuonare su una frequenza a noi nota dobbiamo fare un semplice calcolo ossia : 

Lunghezza in metri = 300000 : Khz ( oppure 300 : Mhz ) .

Lunghezza in mm = 30000 : Mhz .

Inversamente se abbiamo un pezzo di filo e vogliamo conoscere su quale frequenza risuona :

Khz = 300000 : lunghezza in metri

Mhz = 300 : lunghezza in metri ( oppure 300000 : lunghezza in mm ) .

Adesso è importante conoscere come si distribuiscono lungo il filo la tensione e la corrente . Esse sono sfasate ossia la tensione nel propagarsi lungo il conduttore risulta in anticipo di 90° sulla corrente . 

Fig.2

Sopra in Fig.2 si può notare che l'onda di radiofrequenza inizia da un estremo dell'antenna con una corrente nulla e una tensione massima e ogni quarto della sua lunghezza capovolge i valori . Quindi a 1/4 della sua lunghezza avremo la corrente al valore massimo e la tensione a 0 , a 1/2 corrente a 0 e tensione al max e così via .

Ora bisogna sapere che si chiamano " ventri " dove la corrente o tensione raggiungono il loro massimo e invece " nodi " dove invece raggiungono lo 0 .

Fig . 3

Bene quelli che a noi interessano sono proprio i ventri di corrente perchè sono proprio i punti dove è possibile collegare una linea di alimentazione standard a 52 o 75 Ohm .Tutti gli altri punti presenterà un'impedenza talmente alta , di alcuni migliaia di Ohm , tale da vanificare la captazione o trasmissione di RF su quella lunghezza d'onda . E' per questo motivo che molte antenne commerciali sono costruite con una lunghezza fisica di mezz'onda con la presa del cavo coassiale nella loro metà e cioè a 1/4 d'onda .

Fig. 4

 Quindi come si vede dalla Fig.4 al centro di un'antenna a 1/2 onda tipo un classico dipolo avremo un'impedenza prossima ai 52/75 Ohm e agli estremi oltre i 5000 Ohm . Naturamente , il dipolo può essere posizionato anche verticalmente ma l'alimentazione non cambia và sempre posizionata al centro infatti se lo alimentassimo alla base avrebbe un'impedenza altissima oltre i 5000 Ohm . Allora come facciamo ad alimentarlo alla base ? Bhe è semplicissimo basterà tagliarlo ad una lunghezza di 1/4 o 3/4 d'onda  dove , come già detto , avremo di nuovo un ventre di corrente e un nodo di tensione con bassa impedenza . Vedi Fig.5 .

Fig.5

Naturalmente sull 'impedenza di un dipolo filiare influisce anche l'altezza di collocazione dal suolo , ma in questo tutorial non verrà trattato perchè voglio rimanere sui concetti base . Però vi posso accennare che al variare della sua altezza dal suolo  varia in corrispondenza la sua impedenza ed è  questa la causa principale che richiede d'obbligo una taratura finale sul posto oltre a fattori esterni che possono influenzare l'antenna tipo la vicinanza di altre antenne ecc. ecc. che genera il famoso disadattamento di impedenza .

Ora ritornando al nostro dipolo verticale se alla base del filo disponiamo di radiali a 45 o 90 gradi , quest'ultimi formeranno un piano di terra che svincola la stessa dal suo rapporto di altezza dal suolo risolvendo il problema .

Fig.6

Il dipolo teso orizzontalmente irradia e capta onde con polarizzazione orizzontale ; uno stilo disposto in verticale , invece , onde con polarizzazione verticale . Mentre se il dipolo lo si monta inclinato rispetto al suolo ( posizione sloper ) avremo un misto di polarizzazioni verticale e orizzontale .

Fig.7

Da notare che la discesa " coaxial cable " và posta come in figura diversamente avremo variazioni di impedenza .

Il nostro dipolo può essere steso anche a v invertita rendendo l'antenna omnidirezionale .

Molte altre configurazioni sono possibili , la rete ne è piena però adesso c'è da dire un'altra cosa importante e che un'antenna a 1/2 onda calcolata ad esempio per i 7 Mhz riesce a risuonare anche sulle sue armoniche ossia 14-21-28 Mhz .però è da tenere presente che la sua efficienza sarà ottimale solo sulle armoniche dispari , perchè solo su queste nel punto in cui è attaccato il cavo di alimentazione si potrà ritrovare un ventre di corrente con valore prossimo ai 52-75 Ohm . Sulle armoniche pari , come già visto , avremo  impedenze altissime .

Ora c'è da discutere sul fattore K che importante calcolarla perchè la lunghezza fisica dell'antenna risulterà sempre minore , anche se di poco , della sua lunghezza elettrica e varia in base al diametro del conduttore . Infatti se vogliamo ad esempio costruire un'antenna per i 145 Mhz con tubo di aluminio di 20 mm avremo che la lunghezza del dipolo invece di 103 cm sarà uguale a 98,9 cm . Questo è il calcolo da fare :

300/145 = 206 cm  è la lunghezza d'onda .

206/2 = 103 cm è la mezz'onda

Ora 103 cm sono uguali a 1030 mm quindi :

1030/20 ( lunghezza del conduttore diviso il suo diametro ) = 51,5 .

Questo valore visto nella tabella dà un valore k di 0,96 , che moltiplicato per la mezz'onda dà :

103 x 0,96 = 98,9 cm

Naturalmente questa non è una certezza , ma la via più breve per trovare la più probabile lunghezza di un'antenna a mezz'onda per una data frequenza.

Con questo mio primo tutorial ho gettato le basi per iniziare a costruire un'antenna che non vanno certe trascurate . Il discorso antenne è molto più ampio , nei prossimi tutorial entrerò sempre di più nel merito . Parleremo di larghezza di banda e q , stazionarie , resistenza d'irradiazione ed efficienza , diagramma di irradiazione ecc.ecc. Per chi odia i tutorial a puntate posso solo dire di aspettare nel votare il mio articolo e aspettare l'ultimo previsto bhe! forse nel 2020 visto che di cose da dire c'è ne sono molte e io non ho una squadra di dattilografi che mi aiutano  :-) .

 Se a qualche uno ho chiarito qualche dubbio ne sono contento  , ho preso spunto da varie riviste di elettronica e da internet per semplificare al massimo l'articolo e per renderlo quindi quanto più comprensibile .

Alcune immaggini sono prese da internet per velocizzare il lavoro altre create ex novo o modificate da me . Alla prossima .......