La Maxiwhip rivelata - Sesta puntata

La Maxiwhip rivelata - Sesta puntata

La prima,seconda,terza, quarta e quinta puntata si trovano ai seguenti indirizzi :

http://air-radiorama.blogspot.com/2011/10/la-maxiwhip-rivelata-prima-puntata.html 

http://air-radiorama.blogspot.com/2011/10/la-maxiwhip-rivelata-seconda-puntata.html

http://air-radiorama.blogspot.com/2011/11/la-maxiwhip-rivelata-terza-puntata.html
http://air-radiorama.blogspot.com/2011/11/la-maxiwhip-rivelata-quarta-puntata.html

http://air-radiorama.blogspot.com/2011/11/la-maxiwhip-rivelata-quinta-puntata.html


Nella quinta puntata abbiamo esaminato il funzionamento della Maxiwhip da frequenze molto basse fino a circa 3 MHz . Ora continueremo a salire di frequenza .
Avevamo dimostrato che a frequenze al disotto della risonanza l'antenna poteva essere considerata in ricezione come un generatore di tensione con in serie una capacita' di circa 100pF e che cio' era valido fino a frequenze di circa 3 Mhz .
Tutti sanno che un monopolo risuona quando la sua lunghezza e' pari ad un quarto della lunghezza d'onda (WL/4) .La frequenza di risonanza e' la frequenza alla quale la impedenza della antenna assume un valore puramente resistivo ( in altre parole non ci sono piu' componenti reattive capacitive od induttive ) .
Tralasciando in prima approssimazione che l'onda elettromagnetica viaggia nel filo metallico dell'antenna ad una velocita inferiore di circa il 5% rispetto alla velocita' nel vuoto si ha che la lunghezza d'onda sara' : 
WL=c/F=300/F
Una antenna di lunghezza L pari a  dieci metri avra' una frequenza di risonanza pari a :
Fo = 75/L=7.5 Mhz
A questa frequenza , la sua impedenza sara' pari alla meta' di quella di un dipolo sottile nello spazio libero = 73 Ohm e quindi diciamo ,approssimando, intorno ai 30 Ohm .
Quindi tra 3Mhz l'impedenza della antenna passera' approssimativamente da una reattanza capacitiva corrispondente ad un condensatore da 100pF fino ad una resistenza pura dell'ordine dei 30 Ohm alla frequenza di risonanza di 7.5Mhz .
Cosa succedera' alzandosi ulteriormente di frequenza ? 
La impedenza dell'antenna cominciera' ad essere induttiva e cioe' avremo una piccola induttanza in serie alla resistenza da 30 Ohm .Questa induttanza aumentera' con l'aumentare della frequenza .
Un circuito equivalente semplificato che tiene conto del funzionamento della antenna da frequenze molto basse fino a circa meta' tra la frequenza di risonanza e la frequenza di antirisonanza era gia' stato proposto nella quinta puntata e viene qui riproposto per rendere conto di quanto ora esposto e ragionarci meglio sopra per effettuare ulteriori considerazioni di carattere generale .

 Circuito equivalente intorno alla frequenza di risonanza ( 7.5 MHz ) 

Circuito equivalente alla frequenza di risonanza ( 7.5 MHz )

CONSIDERAZIONI : 

- Il circuito equivalente e' quello di un risonatore serie il cui Q ( fattore di merito che determina la selettivita' del circuito ) e' determinato dal valore totale della resistenza Rr+Rb . 

- Tanto piu' sara' alta la somma della resistenza Rr+Rb , tanto piu' basso sara' il Q e quindi tanto minore sara' la selettivita' della antenna e quindi maggiore la largezza di banda .

- Rr e' determinata dalla antenna e non si puo' cambiare , ma Rb ( impedenza del balun ) e' un parametro di progetto .

- Abbiamo gia' visto che dal punto di vista del funzionamento alle basse frequenze e' opportuno che la Rb sia alta ( balun con alto rapporto di trasformazione ) . Anche in questo caso avere una Rb alta smorza la selettivita' della risonanza , permettendo il desiderato comportamento a larga banda 

- Si potrebbe giustamente obiettare che e' possibile alla risonanza estrarre una potenza maggiore dalla antenna con un adattamento di potenza , parereggiando la Rb con la Rr .

Verissimo , pero' nulla si crea e nulla si distrugge , per cui come dimostrato cio' si fara' a scapito della larghezza di banda . Come in filosofia esistono le questioni di "ying-yang" , la fisica stabilisce dei limiti ben precisi ed insuperabili per il prodotto dei parametri di bonta' delle antenne :

- Largezza di banda percentuale

- Efficienza energetica 

- Guadagno di direttivita'

La legge che stabilisce tali  limiti e' la legge matematica di Chu .

Saliamo  ancora di frequenza . Quale e dove sara' il prossimo comportamento della antenna del quale il circuito equivalente proposto non potra' rendere conto ? 

La frequenza di antirisonanza

La frequenza di antirisonanza e' la frequenza alla quale la impedenza della antenna assume dinuovo un valore puramente resistivo ( in altre parole non ci sono piu' componenti reattive capacitive od induttive ) , ma questa volta di valore estremamente elevato ( teoricamente infinito).
Nel pratico intorno alle migliaia di Ohm .
Il circuito equivalente sara' il duale di quello impiegato per la frequenza di risonanza .
La frequenza di antirisonanza si avra' quando la lunghezza L del monopolo sara' pari ad una mezza lunghezza d'onda WL/2 e cioe' a 15 Mhz.
Non propongo il circuito duale in quanto sono sicuro che vi potrebbe creare piu' confusione che benefici .
Dico solo che una chiusura su una impedenza di circa 1600 Ohm , quale quella del Balun 1:32 non rappresenta un cattivo compromesso sia in termini di adattamento in potenza che di largezza di banda .

Siamo arrivati a 15 Mhz , cosa succedera' di particolare salendo ancora ? 

L'alternanza tra le frequenze di risonanza e di antirisonanza continuera' , in quanto periodica .
Quando la lunghezza del  monopolo sara' pari a 3/4 WL si avra' la risonanza sulla terza armonica a 7.5 x 3  = 22.5 Mhz .
Le considerazioni ed i circuiti equivalenti sono molto simili a quelli relativi alla prima risonanza.
Sapete tutti ad esempio dalla pratica che una antenna a 144 Mhz  funziona anche piuttosto bene a 432 Mhz.
La resistenda radiazione Rr  della antenna sara' un piu' alta  diciamo due , tre volte tanto , ma visto che sara' poco influente sulla somma Rr+Rb in quanto la Rb ( impedenza del balun ) e' sempre decisamente piu' alta , il comportamento sara' quasi uguale .


Saliamo ancora : a 30 Mhz avremo la seconda antirisonanza con valutazioni similari a quelle della prima antirisonanza .

Queste sono state le scelte ed i compromessi di progetto della Maxiwhip .


PRECAUZIONI ALL'USO DI QUESTE NOTE : 


Come avevo premesso nella prima puntata , queste note sono state scritte per  
" neofiti " , cercando di "banalizzare" il piu' possibile l'argomento senza scadere totalmente nel ridicolo.
Alcune approssimazioni sono brutali e ci sarebbero tante altre considerazioni da riempire centinaia di puntate prima di arrivare ad una descrizione scientifica decente, cosa che tra l'altro ho anche qualche dubbio di essere capace  a fare .
Eppure , nonostante queste note siano appena all' acqua di rose ,ed abbia solo cercato di togliere un po' di polvere dalla prima pagina del libro che si dovrebbe scrivere a proposito , ho gia' ricevuto reazioni di positivo stupore che si possono sistetizzare in una frase spontanea che ho ricevuto in tramite una email : "Non pensavo che ci fosse cosi' tanto da studiare ed imparare a tale proposito " .
Personalmente aggiungerei che non si impara e non si capisce ,se non con grande sforzo .
Nulla e' mai facile come sembra e di imparare non si finisce mai .
Perlomeno questo e' quello che capita a me e dubito che altri possano fare diversamente se non illudendosi di fare diversamente .


Nella prossima puntata passeremo alla parte pratica di cosa mettere dentro la scatola del Balun della Maxiwhip comprando sul mercato i componenti opportuni  .