Parliamo dell'antenna

Per chiarire meglio questo ultimo concetto, facciamo l'esempio di una antenna trasmittente montata sulla carrozzeria di un'automobile: se una data antenna (piazzata ad esempio sul cofano dell'auto) ha una certa lunghezza e risulta perfettamente accordata in quel punto della carrozzeria, la stessa, posta ad esempio sul tetto dell'auto, risulta non più perfettamente accordata sulla frequenza di trasmissione. Questa constatazione ci fa immediatamente capire che è variato un qualcosa dal punto di vista elettrico.

Se, quindi, l'antenna è la stessa e cioè conserva la medesima induttanza (lunghezza), deve essere cambiata necessariamente la CAPACITA’ che questa presentava verso terra (in questo caso la «terra» è costituita dalla carrozzeria dell'auto). Questo spiega perché un'antenna non potrà mai essere calcolata perfettamente servendosi di sole formule matematiche. Queste ultime ci danno una misura approssimata che va poi sempre corretta, dopo l'installazione, nell'operazione di taratura. Per calcolare (teoricamente) la lunghezza di un filo di rame che risuoni su una determinata frequenza, ad esempio 30.000 KHz, ci serviamo della seguente espressione:

in cui: λ (lambda) è la lunghezza d'onda (in teoria del filo), c è la velocità della luce (°) e ν (nu) è la frequenza di oscillazione.

Se quindi applichiamo ad un filo di rame lungo 10 m, una frequenza di 30.000 KHz, questo risuona perfettamente e si formerà una onda diretta ed una riflessa come spiega la Figura 4.

Fig 4

Se ora noi consideriamo metà onda y/2 dato il carattere alternato dell'onda elettromagnetica, il filo di rame di lunghezza λ/2 risuonerà alternativamente con una semionda positiva e con una negativa. (Fig. 5.)

Fig 5

Anche in questo caso il rendimento del filo di rame (inteso come antenna) è invariato. Consideriamo d'ora in poi il nostro filo di rame come una antenna perfettamente calcolata di lunghezza λ / 2. Vediamo ora in quale maniera sono «distribuiti» i Watt che vogliamo irradiare attraverso l'antenna; vediamo cioè come si distribuiscono l'intensità di corrente, la tensione e l'impedenza in una antenna a mezza onda come quella in Fig. 5.

Molti di voi conoscono l'espressione V * A = W; cioè la potenza misurata in Watt (W) è data dal prodotto della tensione in Volt (V) per l'intensità di corrente in Ampere (A). Fatta questa premessa vediamo di rappresentare l'andamento della corrente, della tensione e dell'impedenza su una antenna a mezza onda. L'andamento della corrente è rappresentato in Figura 6.

Fig 6

Per quanto riguarda l'andamento della tensione ci rifacciamo alla W=V*A, la quale ci dice che la potenza è distribuita uniformemente su tutto il filo; cioè in ogni punto del filo il prodotto V/*A deve darci sempre lo stesso valore di W (ad es. 5W). Se quindi consideriamo il punto A di Fig. 6 dove la corrente è minima, per quanto detto precedentemente la tensione dovrà essere massima. Man mano che misuriamo la tensione verso il quarto d'onda (dove la corrente è massima), è chiaro che questa andrà diminuendo nella misura in cui la corrente cresce. In definitiva la tensione avrà, rispetto alla corrente, un andamento come quello in Figura 7.

Fig 7

Diciamo subito che i punti di massimo (sia di corrente che di tensione) si dicono ventri e quelli di minimo nodi, allora in un'antenna trasmittente ad un ventre di corrente corri- sponde sempre un nodo di tensione e viceversa.

Arrivati a questo punto è necessario spiegare come è fatto un DIPOLO trasmittente. Fin ora ci siamo riferiti ad una teorica antenna a mezza onda per vedere con chiarezza l'andamento della corrente e della tensione, ma una domanda che viene spontanea è questa: «Dove va collegato il cavo che porta la radiofrequenza? E quale impedenza deve presentare questo cavo?»

Per dare una risposta a tutte queste domande cominciamo ad esaminare un dipolo come quello schematizzato in Figura 8.

Fig 8

Come si vede chiaramente nella figura 8, un dipolo è costituito semplicemente da due spezzoni di filo di rame (tubi di alluminio, o altro materiale conduttore) di lunghezza λ / 4 (un quarto d'onda) dei quali uno è collegato al centrale di un cavo coassiale, l'altro alla calza (schermo) di questo. L'impedenza del cavo coassiale deve essere necessariamente la stessa che l'antenna presenta nel punto in cui lo stesso cavo è stato collegato, nel caso del dipolo esattamente in corrispondenza del ventre di corrente! (o, il che è lo stesso, in corrispondenza del nodo di tensione).

Sapendo che un dipolo presenta agli estremi (A e B) una impedenza che si aggira sugli 8000 ohm, vediamo di calcolare l'impedenza che esso presenta al centro; cioè nel punto dove abbiamo collegato il cavo coassiale.

Se abbiamo a disposizione una potenza in antenna di 5W (effettivi), sugli estremi A e B si presenterà un massimo di tensione dato dalla relazione:

se quindi W = 5 ed R = 8.000 ohm (l’impedenza è misurata in ohm) si ha:

In corrispondenza del massimo di tensione ci sarà. un minimo di corrente ricavabile

poiché W=5W, V=200Volt si ha:

Ai capi dell'antenna saranno presenti quindi W = 200 V*0,025 A = 5 Watt che è esattamente la potenza che abbiamo a disposizione in corrispondenza di una impedenza di 8.000 ohm. Il valore di 5 W dovrà essere verificato (per quanto abbiamo detto precedentemente) anche al centro del dipolo.

Assegniamo quindi ad R (al centro del dipolo) un valore arbitrario R = 75 ohm e verifichiamo se in corrispondenza di tale valore di impedenza si ha ancora che W = VxA = 5 Watt. Se ciò sarà verificato significa che R = 75 ohm è l'impedenza caratteristica nel punto di alimentazione del dipolo.

Per la V = √W*R si ha V = √5x75 = 19,3 (approssimato) che rappresenta il minimo di tensione (nodo). In corrispondenza al minimo di tensione avremo un massimo di corrente

(ventre) dato dalla

Verifichiamo ora se il prodotto A*V è proprio 5W. W = 19,3 V * 0,25 A = 4,825 Watt, cioè quasi 5 W.

Il fatto che questo prodotto non sia esattamente 5 dipende dal fatto che i valori di V ed A sono stati approssimati per difetto quindi anche il loro prodotto risulta approssimato per difetto.

Abbiamo visto quindi come l’impedenza caratteristica del dipolo sia di 75 ohm nel punto di alimentazione del dipolo stesso, cioè al centro.

Il fatto che agli estremi di questa antenna sia presente una impedenza di 8.000 ohm (circa) ed al centro sia di 75 ohm ci suggerisce l'idea che il valore dell'impedenza del dipolo diminuisca gradatamente a partire dagli estremi fino a raggiungere il centro. (fig. 9).

Fig 9

Il valore di 75 ohm, corrispondente al valore di impedenza dei comuni cavi per antenne TV, non è da ritenersi come l'unico possibile, nel senso che in pratica si può usare un cavo di alimentazione da 52 ohm di impedenza senza pregiudicare l'efficenza dell'antenna. Questo si spiega per ciò che abbiamo appena detto a proposito dei valori decrescenti dell'impedenza, e risulta graficamente chiaro riferendosi alla fig. 8. Non a caso abbiamo parlato di cavo a 52 ohm; infatti poiché tutti i ricetrasmettitori portatili. presentano al bocchettone d'antenna una impedenza caratteristica di 52 ohm, è chiaro che solo con un cavo che presenti tale valore si ha un perfetto adattamento d'impedenza.