Circuito LC per filari mezza onda

[ik2nbu Arnaldo]

Replico discussione iniziata sotto altro topic, in modo da trattare argomento senza divagazioni, ovvero come costruire un circuito LC per filare o verticale mezza onda.

Qui trovate un bel PDF che spiega molte cose sulle bobine, teoria e pratica:
http://www.introni.it/pdf/Elettronica%20in%2030%20lezioni%2009_15.pdf

Spiegato in parole semplici:
la bobina accumula rf come un circuito volano e rilascia questa energia al netto delle sue perdite (la sua reattanza ad una determinata frequenza) e questo avviene in funzione dei dati meccanici di costruzione della singola bobina, che idealmente dovrebbe avere il Q ( fattore di merito) + alto possibile o realizzabile meccanicamente.

Qui trovate uno dei calcolatori on line di bobine affidabile:
https://coil32.net/online-calculators/one-layer-coil-calculator.html
Con la sua applicazione COIL64, potete anche stimare il Q della bobina realizzata
https://coil32.net/download.html
e simulare il circuito LC parallelo

73 Arnaldo www.ik2nbu.com

[ik2nbu Arnaldo]

Esempio bobina 27 LC con cui partire con le simulazioni

[Rommel]

Salve a tutti.

In seguito alla mia prima esperienza positiva nella costruzione di una mezz'onda su canna da pesca e dopo aver letto su altri post che per migliorare il rendimento è necessario aumentare il "Q" della bobina usata come trasformatore risonante, anche se a scapito della banda passante, mi era venuto in mente, a titolo di esperimento, di costruire un trasformatore risonante con un "Q" molto elevato e centrare la frequenza nella ristretta banda ancora in parte trafficata dalle mie parti.

Oltre agli interessantissimi argomenti trattatati nel libro PDF e i calcoli per l'induttanza, mi sarebbe piaciuto fare qualcosa di più "spinto" di una semplice bobina con un conduttore a sezione circolare, per aumentare ulteriormente il "Q".

So che per minimizzare l'effetto pelle dei conduttori, quindi per diminuire la Rs, si può utilizzare il filo litz oppure, in certi casi, la piattina (banda) di rame nella quale la "pelle" dell'effetto pelle è quasi coincidente con la sezione effettiva del conduttore.

In seguito al passaggio a "miglio vita" del mio vecchio generatore di funzioni e a 6 mesi di distanza anche del mio oscilloscopio (tutta roba acquistata usata in passato), ho deciso di dotarmi di 2 strumenti nuovi di zecca (allego foto).

In particolare il generatore di funzioni che ho acquistato può arrivare a 60 MHz, quindi mi era venuto in mente che potrei anche misurare l'effettivo "Q" della bobina che andrò a costruire, anche per poter verificare realmente come varia al variare delle dimensioni e delle spaziature delle spire.

Pensavo che se metto in serie alla bobina da testare una resistenza (anti induttiva) di valore "R" ed alimento l'insieme a 27 MHz, potrei misurare con le 2 sonde dell'oscilloscopio sia la tensione ai capi del gruppo L + R (che chiameremo per esempio "Vg") sia quella ai capi della sola R (Vr), quindi potrei per prima cosa calcolare la corrente in circolo (I) come:
" Vr : R"
poi l'impedenta totale (Z) del gruppo L + R  che sarebbe:
"Vg : I"
Potrei misurare con l'oscilloscopio il ritardo della corrente rispetto alla tensione misurando il ritardo di Vr rispetto a Vg e calcolarlo in gradi considerando che una semionda ha una lunghezza di 180 gradi.

A questo punto se moltiplico Z per il coseno dell'angolo dovrei avere tutta la componente resistiva del circuito, cioè la R + la resistenza di perdita della bobina (Rs), mentre se moltiplico Z per il seno dell'angolo dovrei avere il valore della sola parte induttiva della Z cioè "XL".
Poi basterà dividere XL : Rs per avere il Q della bobina.

Mettere tutte le formule all'interno di una tabella Excel è un gioco da ragazzi, quindi basterà scrivere i valori per avere calcolato automaticamene il Q delle bobine sotto esame.

Potrebbe essere un metodo valido?

Saluti a tutti da Alberto.

[ri-"ottone"]

Buongiorno a tutti,
Alberto ti voglio raccontare una cosa accaduta con la TEKHNA mezz'onda che utilizzo:
tale antenna ha anche la possibilità di cambiare il Q del sistema di adattamento di impedenza, che di suo è abbastanza elevato (singola spira di alluminio non coassiale con lo stilo) e mi ci sono divertito, sino a portare la risonanza davvero stretta, con ROS minore di 1,5:1 su circa 400 khz, non di più. Nei qso in locale non notavo sensibili differenze, d'altra parte già usando lo s-meter hai dei rilevamenti casuali e spannometrici; ma sui segnali al limite, provenienti da qualche centinaio di KM misurati con Horizon Calculator notavo un cambio di segnale del corrispondente se mi spostavo anche di 100-150 khz rispetto al primo rilevamento di segnale.
Inoltre, cosa ben più fastidiosa, l'antenna cambiava risonanza col vento mentre fletteva (dato che cambiava l'angolo rispetto al tetto della terrazza), oppure cambiava punto di risonanza se un giorno c'era aria asciutta di tramontana e il giorno dopo pioveva o c'era semplicemente scirocco umido, e non ti dico cosa accadeva quando pioveva abbondanetemente e la corda di nylon intrecciata dei tiranti si inzuppava.
In una parola la risonanza era praticamete "critica".
I 600-650 khz che Arnaldo aveva indicato sono una misura prudenziale e compromesso ragionevole.

Ciao,
Max

[davj2500]

Potrei misurare con l'oscilloscopio il ritardo della corrente rispetto alla tensione misurando il ritardo di Vr rispetto a Vg e calcolarlo in gradi considerando che una semionda ha una lunghezza di 180 gradi.

Mettere tutte le formule all'interno di una tabella Excel è un gioco da ragazzi, quindi basterà scrivere i valori per avere calcolato automaticamene il Q delle bobine sotto esame.

Ciao Alberto.
Con generatore ed oscilloscopio è possibile misurare l'impedenza di un carico ignoto e di conseguenza calcolare il Q.
L'anno scorso pubblicai un articolo in merito con tanto di calcolatore online per ottenere tutti i parametri del carico ignoto: https://www.iz2uuf.net/wp/index.php/2018/02/16/uso-delloscilloscopio-come-analizzatore-vettoriale/

Il problema è che la misura del Q dei componenti (specie se ad alto Q) è una delle misure più difficili da fare, nelle quali piccoli errori dello strumento cambiano radicalmente la misura.
Tra l'altro, l'oscilloscopio non è un voltmetro di precisione ed ha più che altro lo scopo di mostrare le forme d'onda con misure non ultra-precise al millesimo, tant'è che per decenni, coi vecchi oscilloscopi, si andati avanti beissimo "contando i quadratini" e valutando "ad occhio" il voltaggio in base alla posizione nel quadratino.
Stessa cosa vale per la misura della fase, che diventa difficilissima da valutare quando è piccola cioè le due onde sono quasi sovrapposte.

Per chiarire, facciamo due conti con delle ipotesi di lettura. Prendo l'induttanza simile a quella calcolata da Arnaldo in questo thread: L=0.5μH, Q=1000, F=27MHz quindi avente R=0.084823 X=84.823002.

Userò lo schema di misura "B" avendo in serie un resistore "R" da 10Ω:



Facendo i calcoli, assumendo che il generatore eroghi esattamente 1V_p (di picco), un oscilloscopio perfetto dovrebbe leggere:
CH1.....: 1.000000V_p
CH2.....: 0.993007V_p
Phase...: -6.722918°

Usando il calcolatore online avremmo:

R 0.085 Ω
X 84.823 Ω
|Z| 84.823 Ω
Ser-L 0.5 µH
Q_Z 1001.416

Ora, supponiamo che tu riesca a leggere la tensione con uno scarto dell'1% e cambiamo dell'1% il solo valore del voltaggio di CH2 portandolo a 9.983 invece che 0.993.
Ecco il risultato:

R 7.208 Ω
X 83.345 Ω
|Z| 83.656 Ω
Ser-L 0.491 µH
Q_Z 11.564

Mentre il calcolo dell'induttanza ha subito un errore molto piccolo (0.491µH invece di 0.5µH), il Q misurato è passato da 1001 a 11 con un errore catastrofico!
Ed abbiamo assunto che tutto il resto sia assolutamente perfetto misura di tensione su CH1, differenza di fase e valore in Ω del resistore.

Proviamo invece a supporre che tu abbia tutto perfetto tranne la differenza di fase, che invece che leggere esattamente -6.722918°, tu legga semplicemente -6°, commettendo un errore di meno di 1°. Avresti:

R 1.376 Ω
X 94.979 Ω
|Z| 94.989 Ω
Ser-L 0.56 µH
Q_Z 69

Con questo errore molto piccolo per una lettura all'oscilloscopio, avresti un Q risultante ti 69 invece di 1000! Nota che il valore di induttanza misurato (0.56µH invece del 0.50µH effettivo) è ancora abbastanza preciso.

Ora, combiniamo:
- errore di lettura tensione di CH1
- errore di lettura tensione di CH2
- differenza di taratura relativa tra CH1 e CH2
- influenza della capacità delle sonde sul circuito
- errore di lettura della lettura di fase

...immagina che accuratezza potrebbe mai avere la misura del Q fatta così.

Ciaoo
Davide

[Rommel]

Salve a tutti.

Vi ringrazio entrambi (sassa "ottone" e IZ2UUF davj2500) per le anticipazione dei problemi che troverò se tentassi di fare le misure come avevo pensato di fare ed eventualmente costruire, a titolo di esperimento, una mezz'onda con un alto Q.

Pensavo di creare la tabella Excel a fine settimana proprio per vedere quali valori sarebbero potuti venir fuori al variare del Q della bobina, solo che con la tua risposta, Davide, mi hai acceso maggiormente l'interesse su questo argomento, per cui questa sera dopo cena mi sono messo a preparare il foglio di calcolo.
Non ero deltutto lucido (dopo 9 ore di lavoro) comunque ho tirato fuori qualcosa anche io.

Naturalmente a mente riposata (fine settimana) e riprendendo in mano alle varie formule, dovrò controllare la correttezza di quelle che ho messo nella tabella, potrei aver scritto idiozie.

Effettivamente tra Q 1000 e Q 100, l'angolo varia poco, comunque volevo anche modificare il valore di R (in serie alla bobina) per vedere se è possibile aumentare la visibilità del Q.

Nel mio caso avevo ipotizzato lo schema di collegamento A.

A fine settima (tempo e 50 permettendo) rivedo i calcoli poi verificherò se a titolo di esperimento la cosa è fattibile oppure è solo tempo perso.

Comunque grazie per le informazioni.

Saluti a tutti da Alberto

[r5000]

73 a tutti, concordo con Davide, la misura del fattore di merito Q dei componenti se fatta per avere un'indicazione di massima è fattibile ma per misure precise è un'attimo prendere fischi per fiaschi, il Qmetro è uno strumento poco diffuso propio per la difficoltà nell'interpretare la misura, la similitudine più vicina secondo me è l'uso dello shunt per la misura di corrente con il multimetro, quando la resistenza di misura è elevata tipo 1 ohm hai un buon grado di precisione ma quando è 0.01 ohm basta non avere ben premuto il puntale e l'errore per quei pochi decimi di resistenza di contatto è tanto elevato da rendere inservibile la misura, quindi se utilizzi una resistenza di basso valore in serie al componente sotto test ( che sia un circuito LC o solo L o solo C è uguale) in teoria puoi misurare un'elevato fattore di merito ma in pratica la criticità della misura non la rende affidabile, fai 10 misure e per la media "forse" ti avvicini al valore reale, con una resistenza elevata l'errore diventa minore e quindi la misura è affidabile ma non puoi misurare un fattore di merito elevato... la soluzione affidabile per misurare un fattore di merito elevato non la conosco, a suo tempo ho provato con i circuiti che si trovano in rete per misurare i diodi varicap e alla fine  si ricava dal funzionamento del circuito risonante ma è comunque difficile misurare il singolo condensatore variabile o la bobina per fare un filtro, è meglio fare il circuito risonante e poi misurare la curva di risposta, se risulta stretta  vuol dire che il Q di tutti i componenti è elevato, se larga vuol dire che almeno uno dei componenti non supera quel valore, alla fine quello che conta è il circuito e non il singolo componente anche se poter misurare il Q di un componente sarebbe utile prima di montarlo nel circuito per poi scoprire che ne degrada le prestazioni...

[davj2500]

Effettivamente tra Q 1000 e Q 100, l'angolo varia poco, comunque volevo anche modificare il valore di R (in serie alla bobina) per vedere se è possibile aumentare la visibilità del Q.

Ciao Alberto.
A parte la precisione dello strumento, c'è anche un problema di risoluzione dello stesso.
Nel tuo spreadsheet si vede che per leggere Q=1000 devi leggere una tensione di 16.435V mentre per Q=100 la tensione è 16.383V, cioè solo 0.052V di differenza.
Supponiamo che per vedere una sinusoide che faccia più di 16V di picco (quindi che oscilli tra +16V e -16V) tu debba regolare lo strumento per campionare in un range +20V...-20V per una copertura complessiva di 40V. Avendo il tuo strumento un campionamento verticale di 8 bit, esso dividerà i 40V in 256 parti: esso sarà quindi in grado di distinguere tensioni a passi di 0.15625V, che è il triplo della differenza tra Q=1000 e Q=100. E' come misurare i micron con il metro da sarta.

Ciaoo
Davide

[ri-"ottone"]

Buongiorno a tutti,
parzialmente OT dico che quando scrive Davide provo una sensazione a cavallo tra lo sconforto, per via del tempo di cui ho necessità per tradurre le formule che sciorina in concetti a me comprensibili, e la paura per la mia incapacità tecnica... Comunque lo ringrazio perchè spiega cose che altrove nessuno spiega con la sua dovizia di particolari.
E ringrazio da anni ormai il buon r5000, che riporta esempi pratici che in definitiva sono il paragone con le formule di Davide e che me ne rendono più semplice la comprensione.

Detto questo, Alberto (r5000 e davj2500 confermeranno/rettificheranno quanto scrivo per favore),
rame di ottima fattura per la bobina di 1,5-2 mmq (smaltato o argentato meglio ancora, ma occhio ai cortocircuiti tra spire nel secondo caso) avvolta su supporto 30 mm e conduttore di 1,5-2,5 mmq per il radiatore anche questo con rame buono (occhio che girano matasse di rame tremendo ai vari brico/obi), in genere mi hanno sempre funzionato bene con una capacità di 15-20 pico, col risultato interessante di una banda passante di 500-600 khz (ROS minore di 1,5:1 agli estremi) e ottima resa. Montata sul tetto non fa differenza con una buona 5/8 GP.

P.S. mi rendo conto di irrompere in maniera "bovina" tra le formule e fogli excel, ma spero di aver aiutato il resto della platea che legge a render comprensibile l'argomento. E non mi stancherò mai di ricordare l'importanza del fattore di merito, volgarmente detto Q (sennò lo chiamavano fattore di demerito) sulle antenne, che in definitiva sono circuiti LC. Le loop magnetiche sarebbero dei meri carichi fittizi se non avessero un Q altissimo; eppure funzionano!

[Rommel]

Salve a tutti.

In ogni caso anche se fosse difficile se non impossibile fare una misura attendibile del Q, il solo fatto di aver riacceso l'argomento, che stava pian piano cadendo nel dimenticatoio, è sempre qualcosa di positivo.

Il poter costruire con una canna da pesca da poche decine di euro e pochi altri componenti sempre a basso costo, un'antenna che non avrà sicuramente le prestazioni di una 5/8, ma che non sfigura nel confronto, mi sembra una cosa interessante e stimolante.

Piccolo OT x Davide, ho visto nel link del tuo sito che hai un oscilloscopio della stessa marca che ho acquistato io. Ero curioso di sapere il modello.

Saluti a tutti da Alberto.

[davj2500]

Piccolo OT x Davide, ho visto nel link del tuo sito che hai un oscilloscopio della stessa marca che ho acquistato io. Ero curioso di sapere il modello.

E' un vecchio DS1102E (un DS1052E modificato a DS1102E).

Ciaoo
Davide

[davj2500]

Buongiorno a tutti,
parzialmente OT dico che quando scrive Davide provo una sensazione a cavallo tra lo sconforto, per via del tempo di cui ho necessità per tradurre le formule che sciorina in concetti a me comprensibili, e la paura per la mia incapacità tecnica... Comunque lo ringrazio perchè spiega cose che altrove nessuno spiega con la sua dovizia di particolari.
E ringrazio da anni ormai il buon r5000, che riporta esempi pratici che in definitiva sono il paragone con le formule di Davide e che me ne rendono più semplice la comprensione.

Eh lo so, i conti della serva sono un po' noiosi, ma servono per capire se siamo nel ballpark, come dicono gli americani.
Purtroppo quando si tenta di raggiungere un obiettivo, è sufficiente un solo problema bloccante per essere condannati al fallimento. Finché non si è capito come risolverlo o aggirarlo, è inutile proseguire.

Ciaoo
Davide

[vinnyturboracing]

Ciao a tutti, visto la tipologia di discussione e dai partecipanti, provo a fare una domanda, che differenza c'e tra un circuito lc parallelo come quelle in foto, oppure un circuito lc con autotrasformatore alla base con presa alla seconda terza spira?

allego le due foto, uno con condenstore fisso e l'altro con il variabile, tralasciando il tipo di condensatore, a livello elettrico o radio ci sono dei pro' o dei contro? Grazie mille!

[r5000]

73 a tutti, la differenza principale è che l'autotrasformatore sicuramente cortocircuita la corrente statica mentre il circuito con il cavo come condensatore non cortocircuita nulla e se non c'è un sistema di protezione nell'apparato la statica può far danni.... io preferisco sicuramente l'autotrasformatore se l'antenna verrà usata solo come monobanda 1\2 onda, se invece si utilizza l'accordatore e si vuole fare più bande l'altro schema è più adatto con tutti i compromessi del caso, l'autotrasformatore non và in 40 o 80 mt (se progettato per i 20 mt...) mentre il secondo circuito in 40 mt ci và senza grossi problemi e se si accetta il compromesso di usare uno stilo molto corto per gli 80 mt e c'è un'accordatore che riesce ad accordare impedenze molto basse ci và anche in 80 mt...

[AZ6108]

@r5000

C'è anche da dire che un circuito L/C con L serie e C parallelo funge da passa basso, oltre a questo, se vogliamo un cortocircuito a massa, possiamo usare la configurazione L parallelo e C serie (passa alto)

[vinnyturboracing]

Il mio interesse è utilizzarla monobanda in condizioni portatili, quindi è su qualche ora o un paio di giorni al massimo, ovviamente le correnti statiche possono esserci anche in 48 ore e creare problemi!

Purtroppo non conosco la funzione di passa basso o passa alto e le eventuali conseguenze radio, so solo che per tarare un LC con configurazione autotrasformatore mi sto sentendo male solo al pensiero 😅 basta un niente per far saltare tutto, in più ci sono più variabili per l'accordo invece con lc parallelo e basta secondo me è più veloce, anche se devo ancora provarlo!

[AZ6108]

Beh in tal caso, avvolgi un 49:1 su un FT240-43, fallo seguire da unA choke senpre sullo stesso toroide, mettici uno straccio di contrappeso e poi tara l'antenna ripiegandola per aggiustarne la lunghezza, non mi sembra complicato

[r5000]

Il mio interesse è utilizzarla monobanda in condizioni portatili, quindi è su qualche ora o un paio di giorni al massimo, ovviamente le correnti statiche possono esserci anche in 48 ore e creare problemi!

Purtroppo non conosco la funzione di passa basso o passa alto e le eventuali conseguenze radio, so solo che per tarare un LC con configurazione autotrasformatore mi sto sentendo male solo al pensiero 😅 basta un niente per far saltare tutto, in più ci sono più variabili per l'accordo invece con lc parallelo e basta secondo me è più veloce, anche se devo ancora provarlo!

73 a tutti, per l'utilizzo portatile direi propio che il sistema LC con il condensatore variabile è la soluzione più comoda e veloce da montare, una canna da pesca con una scatolina alla base e la manopola da ritoccare quando cambi posto, terreno ecc...  di esempi nel forum ce ne sono diversi e anche per la taratura non è difficile, costruita la bobina bisogna trovare la risonanza e poi adattare l'impedenza, se utilizzi un cavo elettrico ricoperto in pvc sarà più corto del filo in rame smaltato ma con il condensatore variabile correggi senza problemi la risonanza quindi anche se non tagli preciso il filo a 1\2 onda  accordi uguale , trovato il punto di minimo ros ( che non sarà basso ma trovi di sicuro un punto dove da ros infinito scende a 2 o comunque rientra nella scala del rosmetro) sposti e colleghi la presa intermedia di mezza spira e capisci se stai adattando l'antenna meglio o peggio senza toccare il condensatore variabile, ti sposti ancora di mezza spira o meno e arrivi al ros basso, a seconda della costruzione puoi aspettarti un ros 1.1 ma anche 1.5 è accettabile e ritoccando leggermente il condensatore variabile puoi ottimizzare ros e centrare la banda che interessa, considera che se fatta bene risulta stretta e farai al massimo 80 ch senza ritoccare il condensatore variabile, se ne fai di più vuol dire che non è ottimizzata come dovrebbe ma se và bene a te và bene a tutti quindi prova e vedrai che non è affatto difficile...

[vinnyturboracing]

Ne ho già uno con condensatore variabile nella scatola fatto 10 anni fa, e purtroppo per la mia ignoranza ho fatto fuori 4 finali di un amplificatore... Il condensatore era troppo piccolo, ha fatto Arco e puff, nonostante guardassi il rosmetro che non si è spostato di una virgola si è fritto e questo mi fa dato l'idea della limitazione in potenza, anche se non gli infilerò sotto più di di 2 finali! Potrei optare per un condensatore con bassissima capacità e relativamente alta potenza! 

Volevo affinare questa antenna perché può servire a varie persone ed è a costo 5 euro! 

Per il contrappeso ne metterò a sufficienza, usando il coassiale di circa 3 metri con un choche poi dedicato, dovrebbe bastare abbondantemente!

Il toroide anche la vedo una limitazione, non tarabile
 poi mmm! Mi toccherà scancherare un po' "almeno 3ore" per l'accordo Giusto all'altezza giusta! 

Grazie mille per i consigli!