per esperti: resistenza di radiazione vs reattanze

[IZ8XOV]

Quale appassionato alla realizzazione di antenne mi sono accorto di aver commesso alcune leggerezze, fra queste il considerare l'impedenza solo come un numero da abbassare per ridurre il disadattamento e quindi il Ros, ma ben presto mi sono accorto che l'impedenza è in realtà un insieme di elementi da capire bene per puntare alla resa che è cosa ben diversa dall'avere un Ros basso.

Vengo quindi al punto: io so che per avere un buon radiatore non risonante esso deve avere una buona "resistenza di radiazione" perché so che la resistenza di radiazione è quella grandezza che concorre alla formazione dei campi elettromagnetici e che essa diminuisce al di sotto del 1/4 d'onda. Come la definiva un vecchio Om, essa è la parte utile del segale e quindi va tenuta in considerazione ai fini di una buona resa della ns antenna.

Ma so anche che tutte le volte che realizzo un'antenna più lunga di un 1/4 lambda per aumentare la resistenza di radiazione, la mia antenna non avrà più un'impedenza "puramente resistiva" (ergo, impedenza 50 ohm e reattanza pari a zero), ma che comparirà una reattanza in questo caso di tipo induttivo considerando che l'impedenza puramente resistiva è quel caso in cui tutta la potenza del generatore si trasferisce al carico poiché vi è la risonanza.

Quindi in soldoni a me interessa capire se mi conviene avere un radiatore non risonante rispetto ad uno risonante visto che quello non risonante presenta una resistenza di radiazione più alta o se mi conviene tenere un radiatore 1/4 onda evitando il disadattamento. Chiaramente qualcuno potrebbe anche rispondermi, tieniti quello non risonante contrastando la reattanza induttiva aggiungendo una capacità.

Va da se che un altro elemento tra virgolette affascinante delle antenne non risonanti è quello di lavorare sui sistemi di adattamento.

Leggo con piacere le vostre riflessioni,

73's - Michele

[IZØYES (Calindro)]

Ciao Michele. Senza entrare troppo in profondità per resistenza di radiazione di intende quella resistenza equivalente che applicata al tx giustifica la potenza sparita perché irradiata. Infatti tolta la dispersione connettori è cavi ecc...tolto l effetto joule che fine fa quella Potenza erogata e non giustificata? Viene irradiata. Quindi la resistenza di radiazione e quella resistenza che giustifica la potenza...mancante

[IZ8XOV]

Ciao Alessandro, è una vita che non ti ascolto in frequenza! Comunque ciò che chiedevo in poche parole è se vale la pena avere un'antenna non risonante giocando su una maggior resistenza di radiazione (e avendo quindi una reattanza induttiva), oppure se è preferibile un'antenna risonante (impedenza puramente resistiva e reattanza zero).

Tempo fa ebbi modo di fare un confronto fra un dipolo 1/4 onda precisi e una g5rv da 15 mt per braccio e con la g5rv ricevevo e mi ricevevano meglio di circa 10 dB da ciò ho tratto la conclusione che la g5rv nonostante non sia risonante ha una maggior resistenza di radiazione (ed una maggior superfice di cattura) e quindi va meglio.

73's - Michele

[Rommel]

Salve a tutti.

Sento spesso parlare della "resistenza di radiazione" delle antenne.

Io ho la fortuna "o sfortuna" (a sconda dei casi) di capire le cose quando riesco ad immaginarle nella mia mente e questa "resistenza di radiazione" non sono ancora riuscito ad inserirla nella memoria delle "immagini" nel mio cervello.

Mi viene da pensare (sicuramente mi sbaglio) che la resistenza di radiazione non sia altro che la resistenza elettrica che incontra la corrente alternata di elettroni nel conduttore che funge da radiatore della RF.

Se fosse così come penso (eventualmente correggetemi) la resistenza di radiazione si dovrebbe abbassare aumentando la superficie del radiatore che è quella in cui scorrono gli elettroni per effetto "pelle".

Non sono esperto di antenne e neanche ho intenzione di costruirne (forse una o due si), diciamo che mi interessa per curiosità e per interesse verso argomenti tecnici.

Saluti a tutti da Alberto.

[IZØYES (Calindro)]

Ciao Alessandro, è una vita che non ti ascolto in frequenza! Comunque ciò che chiedevo in poche parole è se vale la pena avere un'antenna non risonante giocando su una maggior resistenza di radiazione (e avendo quindi una reattanza induttiva), oppure se è preferibile un'antenna risonante (impedenza puramente resistiva e reattanza zero).

Tempo fa ebbi modo di fare un confronto fra un dipolo 1/4 onda precisi e una g5rv da 15 mt per braccio e con la g5rv ricevevo e mi ricevevano meglio di circa 10 dB da ciò ho tratto la conclusione che la g5rv nonostante non sia risonante ha una maggior resistenza di radiazione (ed una maggior superfice di cattura) e quindi va meglio.

73's - Michele

Non ti so rispondere per certo, ma azzerderei una mia ipotesi.
La resistenza di radiazione è proporzionale alla potenza ma questa non è cosi importante come i lobi di radiazione.
Per cui mi sentirei di dire di seguire il miglior lobo di radiazione il resto come viene..

[IZØYES (Calindro)]

Salve a tutti.

Sento spesso parlare della "resistenza di radiazione" delle antenne.

Io ho la fortuna "o sfortuna" (a sconda dei casi) di capire le cose quando riesco ad immaginarle nella mia mente e questa "resistenza di radiazione" non sono ancora riuscito ad inserirla nella memoria delle "immagini" nel mio cervello.

Mi viene da pensare (sicuramente mi sbaglio) che la resistenza di radiazione non sia altro che la resistenza elettrica che incontra la corrente alternata di elettroni nel conduttore che funge da radiatore della RF.

Se fosse così come penso (eventualmente correggetemi) la resistenza di radiazione si dovrebbe abbassare aumentando la superficie del radiatore che è quella in cui scorrono gli elettroni per effetto "pelle".

Non sono esperto di antenne e neanche ho intenzione di costruirne (forse una o due si), diciamo che mi interessa per curiosità e per interesse verso argomenti tecnici.

Saluti a tutti da Alberto.

Ciao Rommel. Come dicevo prima quando premi il PTT della radio emetti un segnale a RF di una certa potenza.
Bene.. questo segnale fa una strada per arrivare in antenna passando connettori e cavo .
Lungo tale percorso va incontro ad una attenuazione , quella delle dispersioni e quella dovuta ad effetto joule ( calore).

pOSTO CHE 100 WATT SONO STATI TRASMESSI
pOSTO CHE 30 WATT SONO STATI DISPERSI
POSTO CHE ALTRI 10 WATT SONO FINITI IN CALORE...GLI ALTRI 60 WATT DOVE SONO FINITI ?????

SEMPLICE. Hanno abbandonato l'antenna ..in parole povere sono stati irradiati.

Quindi 60 watt sono stati irradiati.

La resistenza di radiazione è quel valore (teorico) che avrebbe giustificato la "sparizione" dei 60 watt incriminati (o irradiati)

In parole povere ( azzardo..) è la resitenza che la RF ha incontrato nell'etere abbandonando l'antenna.

Infatti dobbiamo ricordare che fino all'antenna noi abbiamo una corrente elettrica. L'antenna trasforma la corrente in onda elettromagnetica e questa  SOLO QUESTA ha la capacità di staccarsi dall'antenna e  viaggiare nel vuoto  "alla ricerca di nuove forme di vita e di civiltà, fino ad arrivare là dove nessuno è mai giunto prima" ( star trek) ;-)

[Tony.free]

credo di non sbagliare se ti consiglio questa lettura caro Michele, quì trovi la risposta ai tuoi quesiti sulla resistenza di radiazione  :up:
http://it9umh.altervista.org/progettieautocostruzione/efficienza_d_antenna.pdf

[IZØYES (Calindro)]

su  www.hambook.com alla sezione download trovate cose carine compreso un pdf di Nuova Elettronica bellissimo sulle antenne ( 24MB)

[IZ8XOV]

Vi ringrazio sulle risposte riguardanti la resistenza di radiazione ovvero quella propensione di un'antenna a sviluppare campi elettromagnetici. Al di la delle varie interpretazioni a me fu insegnato che maggiore è la resistenza di radiazione e maggiore saranno i campi Rf prodotti dall'antenna, ergo più un'antenna è lunga più sarà alta la sua resistenza di radiazione.

Ma il mio punto di domanda era più specifico: vale la pena avere un'antenna con una resistenza di radiazione levata e quindi un radiatore più lungo dove sarà presente quindi una reattanza induttiva o sarà meglio avere un'antenna risonante con un'impedenza puramente resistiva e una reattanza pari a zero?

Questo è il mio interrogativo.

73's - Michele

[davj2500]

Vi ringrazio sulle risposte riguardanti la resistenza di radiazione ovvero quella propensione di un'antenna a sviluppare campi elettromagnetici. Al di la delle varie interpretazioni a me fu insegnato che maggiore è la resistenza di radiazione e maggiore saranno i campi Rf prodotti dall'antenna, ergo più un'antenna è lunga più sarà alta la sua resistenza di radiazione.

Ma il mio punto di domanda era più specifico: vale la pena avere un'antenna con una resistenza di radiazione levata e quindi un radiatore più lungo dove sarà presente quindi una reattanza induttiva o sarà meglio avere un'antenna risonante con un'impedenza puramente resistiva e una reattanza pari a zero?

Ciao Michele.

La resistenza di radiazione, per definizione (es. vedi Wikipedia) è la "quota" di impedenza al punto di alimentazione che concorre all'irradiazione.
Per fare un esempio, se l'impedenza di una antenna è 50 ohm resistivi e la potenza irradiata effettivamente è l'80%, allora 40 ohm sono "resistenza di radiazione" e 10 ohm sono "resistenza dissipativa".

Più che preoccuparti di aumentare la resistenza di radiazione, dovresti occuparti di ridurre la resistenza dissipativa e ti spiego il perché.
La resistenza dissipativa si ha perché la corrente direttamente inserita dalla radio o indotta dal near field in altri oggetti scorre in conduttori non perfetti che si scaldano al suo passaggio.

Il primo imputato, in ordine di arrivo, è il filo sul quale fai scorrere la corrente (cioè l'antenna).
Il filo dell'antenna è una resistenza il cui valore, a parità di frequenza e diametro, dipende dalla sua lunghezza. Ad esempio, un filo di rame da 1.5mm di diametro a 10MHz vale 0.17 ohm al metro. Se tu raddoppi il filo, raddoppi anche la sua resistenza: aumenti R_R ma anche R_D, per cui il loro rapporto cambia poco. In pratica, la resistenza aggiuntiva del filo annulla o quasi la maggiore resistenza di radiazione.
Se con un calcolatore imponi una resistenza distribuita ad un dipolo random e ne vari la lunghezza scopri che in realtà la sua efficienza varia tra il 96 e il 98% indipendentemente da quanto lo fai lungo. Solo con dipoli molto corti, nell'ordine di centesimi di lunghezza d'onda, la corrente, che aumenta in maniera quadratica, fa scendere l'efficienza a valori intorno al 50%.
Diveso il caso di loop chiusi piccoli, il cui la corrente aumenta a dismisura causando una dissipazione termina enorme ed efficienze di pochi punti percentuali. Ecco spiegato perché per le loop magnetiche è importante usare conduttori grossi e con bassissima resistenza.

La conclusione di questa prima analisi è che in una filare o una verticale, usare un filo piccolo come un capello o un filo enorme, farlo lungo o corto, dal punto di vista dell'efficienza di radiazione, non cambia niente. Non solo, ma i valori di efficienza sono così alti (96%...99%) che qualunque ulteriore sforzo in merito è fatica sprecata.
Questo vale anche a frequenze elevate. Ad esempio a 145 Mhz, un metro di filo da 1.5mm, a causa dell'effetto pelle, ha 0.66 ohm di resistenza; però a 145 per fare mezz'onda ne basta solo un metro e quindi l'efficienza complessiva rimane sempre sugli stessi valori.

Pertanto, più che andare a caccia di aumenti della resistenza di radiazione, bisogna cercare le resistenze dissipative.
Ad esempio, in una simulazione che ho fatto recentemente si vede che una verticale da 12m che parte da terra aveva un'efficienza del 97% come radiatore, ma dato che il campo generato era vicino a terra, il risultato complessivo era attorno al 50%. Una verticale da 10m ma con base a 2m da terra (quindi con il vertice alla stessa altezza della precedente) aveva un'efficienza del 96% come radiatore, ma data la maggiore distanza dal terreno presentava un'efficienza complessiva del 66%.

Purtroppo le interazioni che hanno i campi elettromagnetici con il mondo circostante sono molto articolate e non c'è un singolo valore che aumentato dia automaticamente vantaggi, men che meno allungare il filo per "aumentarne la resistenza di radiazione".
Strumenti come i simulatori sono molto utili non per avere un quadro esatto della propria antenna, che è impossibile, ma per studiare come variano i parametri dell'antenna in termini di forma dei lobi ed efficienza al variare di singoli dettagli.
Infatti, nel proprio interesse, è importante evitare le false conclusioni, come ad esempio: ho allungato l'antenna per aumentarne la resistenza di radiazione; i segnali mi arrivano più forte; conclusione: aumentare la resistenza di radiazione è utile. Se dopo un po' di analisi teoriche e simulazioni si vede che allungando l'antenna non cambia l'efficienza del sistema, è ovvio che allungandola è cambiato qualcos'altro che è bene indagare, non dare per scontata la propria ipotesi.
Stessa cosa vale per la doublet: io con la doublet di 42m ricevo in 40m rispetto ad un dipolo mezz'onda monobanda a volte segnali identici, a volte segnali molto più forti di molti dB. E' impossibile che una differenza del genere sia giustificata dalla diversa "resistenza di radiazione" (cioè una maggiore efficienza dell'1% se va bene, cioè 0.2dB) né dalla maggiore area coperta. E' chiaro che ci deve essere sotto qualcos'altro, come un'area in cui il dipolo mezz'onda è coperto anche se non sembra o dei lobi prominenti della doublet.

Per cui, per rispondere alla tua domanda, la ricerca della maggiore resistenza di radiazione allungando il filo di per sé è praticamente inutile: primo perché allungando il filo aumenti anche la resistenza distribuita dello stesso e secondo perché comuque il grado di efficienza a lui imputabile è così elevato che per quanto tu riesca a "grattare", sono solo briciole. Qualunque altro parametro è più importante, come la comodità di avere l'alimentazione direttamente a 50 ohm senza circuito di accordo, la presenza di radiali, l'altezza da terra, ecc.

Ciaoo
Davide

[tinman]

Non so se lo hai mai visto ma ti consiglio questo video. Il titolo è gia esplicativo sul fatto che ci mette tecnica ed ironia. :-).

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[tinman]

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[tinman]

Ops il titolo non appare ma è il seguente: Perche odio le antenne long wire.

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[davj2500]

Ops il titolo non appare ma è il seguente: Perche odio le antenne long wire.

Claudio Re, I1RFQ, ingegnere a capo delle infrastrutture di Radio Maria.

Ciaoo
Davide

[IZ8XOV]

per rispondere alla tua domanda, la ricerca della maggiore resistenza di radiazione allungando il filo di per sé è praticamente inutile: primo perché allungando il filo aumenti anche la resistenza distribuita dello stesso e secondo perché comuque il grado di efficienza a lui imputabile è così elevato che per quanto tu riesca a "grattare", sono solo briciole.

Grazie Davide, ho letto con molto interesse il tuo intervento e prendo atto del discorso che fai sulla resistenza di radiazione e su quella dissipativa però mi viene spontaneo fare a questo punto una riflessione: come sai una certa % di energia è dissipata a causa del fatto che l'onda per il suo ritorno passa dal suolo (chiaramente varia da terreno a terreno), da qualche parte avevo letto che la resistenza opposta dal terreno e proporzionale alle onde di ritorno e quindi alla lunghezza del radiatore e ciò giocherebbe a favore di una maggior resistenza di radiazione).

Ora se quelle "Rr" ed "Rd" rappresentano la prima la resistenza di radiazione e la seconda quella dissipativa, se la prima ha un valore maggiore non dovrebbe contrastare (compensare?) la Rd?

Comunque senz'altro usare un'antenna risonante renderebbe le cose più facili ma per me queste esperienze sono utili a capire e a sperimentare qualcosa.

Grazie ancora,
Michele

[IZ8XOV]

Video interessante, grazie per averlo condiviso.

[davj2500]

Ora se quelle "Rr" ed "Rd" rappresentano la prima la resistenza di radiazione e la seconda quella dissipativa, se la prima ha un valore maggiore non dovrebbe contrastare (compensare?) la Rd?

No, tu non devi aumentare R_r, tu devi aumentare il rapporto R_r/R_d.
Se fai una modifica per cui aumenti un po' R_r e non ti accorgi che stai aumentando molto di più R_d, stai peggiorando le cose.

Ti faccio un esempio: stilo verticale alimentato alla base su un terreno poco conduttivo in banda 40m:
- lunghezza 21m, irradiato 20%
- lunghezza 50m, irradiato 12%

Quando era 21m (mezz'onda circa) l'alimentazione avveniva ad alta impedenza, la corrente che scorreva nella terra era poca e quindi la dissipazione minore.
Aumentando la lunghezza, a 50m, che sono 5/4 d'onda, l'alimentazione è diventata a bassa impedenza e la corrente che scorre nella terra è tanta.

Per cui allungando oltremodo l'antenna, non solo hai perso l'8% di energia totale irradiata e questo è dovuto al rapporto R_r/R_d che è peggiorato.
Non solo, ma i lobi hanno assunto una tale forma che nell'angolo buono hai perso quasi 10dB!



Quindi in questo caso l'antenna più lunga non solo mette in aria meno energia, ma pure la trasmette dove non serve.

Ciaoo
Davide

[IZ8XOV]

Ciao Davide, adesso ho capito il concetto. L'esempio della 1/2 onda alimentata in tensione e quindi in alta impedenza rende perfettamente il ragionamento ed è proprio come dici tu!

73's - Michele

[Rommel]

Salve a tutti.

Per creare l'immagine nella mia testa ho realizzato questo schema.



Il generatore di sinistra più la resistenza interna rappresenta il trasmettitore.

La Rd rappresenta tutte le perdite dissipative che vanno dal trasmettitore all'antenna (antenna compresa), mentre Rr è la resistenza di radiazione.

La somma delle 2 resistenze Rd e Rr dovrebbe essere 50 ohm per avere il giusto adattamento tra antenna (diciamo impianto di antenna) e TX.

Comincio a capire oppure sono fuori strada?

Saluti a tutti da Alberto.