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Resistenza di radiazione di un loop magnetico

Aperto da trodaf_4912, 07 Settembre 2023, 17:57:52

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trodaf_4912

Resistenza di radiazione
Uno dei parametri principali di un'antenna è la sua resistenza di radiazione.
Per una antenna magnetica singolo loop essa si determina come segue:

Rr = 391,6 x 10-8 x (F^2 x A)^2

dove:
Rr = resistenza di radiazione [Ω]
A = area circoscritta dalla spira [m2]. Nel nostro caso il raggio e' 0.5 metri
F = Frequenza [MHz]
λ = lunghezza d'onda [m]
Esempio: supponiamo di avere un'antenna magnetica del diametro di un metro, accordata su 14,2 MHz.
Rr = 391,6 x 10-8 x (14,22 x 3,14 x 0,52) 2 = 0,098 Ω

minore di 0.1 OHm, bassina vero ?. V e lo aspettavate ?.

Di conseguenza, le correnti in gioco sono assai elevate e quindi è indispensabile che il conduttore di cui essa è costituita presenti una bassissima resistenza alla radiofrequenza, onde evitare le forti perdite in calore (effetto Joule).

Resistenza di perdita
Un'antenna magnetica irradia dunque attraverso una assai piccola resistenza di radiazione l'energia che essa riceve dal trasmettitore. Di conseguenza, le correnti in gioco sono assai elevate e quindi è indispensabile che il conduttore di cui essa è costituita presenti una bassissima resistenza alla radiofrequenza, onde evitare le forti perdite in calore.
La corrente a RF, come è noto, circola solamente nella parte esterna dei conduttori (il cosiddetto "effetto pelle"); per ridurre quindi la resistenza che si oppone al suo passaggio occorrerà scegliere conduttori di grande diametro e materiale adatto.
Quindi quando si vedono loop realizzati con alluminio o altri materiali  con una conducibilita' inferiore al rame , non sono il massimo. Il migliore conduttore e' l'argento, poi l'oro  e poi il rame. L'alluminio ha una conducibilita' pari quasi alla meta del rame per metro.
Altro fattore importantissimo che determina un aumento della resistenza di perdita e'il condensatore variale che accorda il loop. I contatti di strisciamento tra rotore e statore contribuiscono all'aumento della resistenza di perdita. Come eliminarli ? Si utilizza un condensatore Butterfly o anche detto a farfalla o split stator. In pratica lo statore non viene collegato e si utilizzano i due capi del rotore per collegarli ai due terminali del loop. 

Forma della spira
Ricordiamoci che l'elemento induttore di un'antenna magnetica deve occupare uno spazio abbastanza esteso. Per una linea di una data lunghezza, posta in modo da circoscrivere una certa area, la forma circolare è quella che presenta la maggiore superficie.

La prossima volta parleremo del suo fattore di merito e della sua efficienza confrontandola con :
- dipolo isotropico
- antenna Yagi
- dipolo
e vedremo delle sorprese.
Se qualcuno ti dedica del tempo apprezzalo sempre perché lo toglie al suo per dedicarlo a te


AZ6108

argomento interessante, mi ci sono "divertito" qualche tempo fa, ragionando sul metodo di carica lineare (che abbassa la Rr) e su quello con carico capacitivo (i cosiddetti "cappelli") che la alza (entrambi hanno anche altri "effetti" interessanti), sono curioso di leggere la seconda puntata; giusto una nota, chi legge potrebbe non capire cosa comporti in termini di efficienza di radiazione la Rr, per cui forse due parole sulla stessa avrebbero potuto essre utili, ma in qualsiasi caso, un applauso meritato
355/113 is not PI but a darn nice approximation (52163/16604 is even better)

r5000

Citazione di: trodaf_4912 il 07 Settembre 2023, 17:57:52Resistenza di radiazione
Uno dei parametri principali di un'antenna è la sua resistenza di radiazione.
Per una antenna magnetica singolo loop essa si determina come segue:

Rr = 391,6 x 10-8 x (F^2 x A)^2

dove:
Rr = resistenza di radiazione [Ω]
A = area circoscritta dalla spira [m2]. Nel nostro caso il raggio e' 0.5 metri
F = Frequenza [MHz]
λ = lunghezza d'onda [m]
Esempio: supponiamo di avere un'antenna magnetica del diametro di un metro, accordata su 14,2 MHz.
Rr = 391,6 x 10-8 x (14,22 x 3,14 x 0,52) 2 = 0,098 Ω

minore di 0.1 OHm, bassina vero ?. V e lo aspettavate ?.

Di conseguenza, le correnti in gioco sono assai elevate e quindi è indispensabile che il conduttore di cui essa è costituita presenti una bassissima resistenza alla radiofrequenza, onde evitare le forti perdite in calore (effetto Joule).

Resistenza di perdita
Un'antenna magnetica irradia dunque attraverso una assai piccola resistenza di radiazione l'energia che essa riceve dal trasmettitore. Di conseguenza, le correnti in gioco sono assai elevate e quindi è indispensabile che il conduttore di cui essa è costituita presenti una bassissima resistenza alla radiofrequenza, onde evitare le forti perdite in calore.
La corrente a RF, come è noto, circola solamente nella parte esterna dei conduttori (il cosiddetto "effetto pelle"); per ridurre quindi la resistenza che si oppone al suo passaggio occorrerà scegliere conduttori di grande diametro e materiale adatto.
Quindi quando si vedono loop realizzati con alluminio o altri materiali  con una conducibilita' inferiore al rame , non sono il massimo. Il migliore conduttore e' l'argento, poi l'oro  e poi il rame. L'alluminio ha una conducibilita' pari quasi alla meta del rame per metro.
Altro fattore importantissimo che determina un aumento della resistenza di perdita e'il condensatore variale che accorda il loop. I contatti di strisciamento tra rotore e statore contribuiscono all'aumento della resistenza di perdita. Come eliminarli ? Si utilizza un condensatore Butterfly o anche detto a farfalla o split stator. In pratica lo statore non viene collegato e si utilizzano i due capi del rotore per collegarli ai due terminali del loop.

Forma della spira
Ricordiamoci che l'elemento induttore di un'antenna magnetica deve occupare uno spazio abbastanza esteso. Per una linea di una data lunghezza, posta in modo da circoscrivere una certa area, la forma circolare è quella che presenta la maggiore superficie.

La prossima volta parleremo del suo fattore di merito e della sua efficienza confrontandola con :
- dipolo isotropico
- antenna Yagi
- dipolo
e vedremo delle sorprese.

73 a tutti, concordo, sopra tutto sul discorso alluminio o rame, si può usare anche  l'alluminio ma và aumentato il diametro del tubo (e si arriva alle dimensioni della loop di Ciro Mazzoni...) e a conti fatti il peso è maggiore rispetto al rame che sarà di diametro inferiore, altro "errore" che spesso capita di vedere è nel saldare i vari pezzi che servono per collegare il condensatore variabile, che sia sotto vuoto o a farfalla la saldatura e il collare o filo per il collegamento sono percorsi dalla stessa corrente del loop e se ci mettiamo un collare di ferro zincato o anche una trecciola di rame sottile perdi quello che pensavi di guadagnare usando il tubo di rame,  anche i connettori utilizzati per fare un loop portatile contano, ok per la semplicità di montaggio ma se al posto dei connettori si utilizzano dei morsetti grossi la differenza si vede, di loop ne ho fatti diversi e passare dai connettori bnc e pl  ai  capicorda cambia tra il fare il collegamento al limite e fare qso comodo, l'ultimo è fatto con uno spezzone di cavo da 1\2"  senza connettori, appiattito e rinforzato con un pezzo di tubo di rame lo avvito al condensatore con viti e galletti e si può fare di meglio solo saldando il rame con la fiamma e castolin ma poi diventa  ingombrante da portare in giro...
non dare da mangiare al troll    https://www.rogerk.net/forum/index.php?msg=858599

trodaf_4912

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MauroZona3

#4
Interessante,
73

Amleto

#5
Citazione di: MauroZona3 il 08 Settembre 2023, 11:07:43
Interessante, ma come va calcolato il diametro della spira di accoppiamento, nel caso di una loop a piu' spire? esite una tabella ? 1 spira 1/5 del diametro, 2 spire ... , 3 spire... 4 spire... per avere 50 ohm?

73
Buongiorno "Mauro Zona3" per te e per tutti i presenti e partecipanti alla discussione.

L'Antenna a "Loop Magnetico" in discussione è per l'Uso in Bande HF ed è costituita da Un Singolo Anello Aperto, completato dal collegamento ad un Condensatore Variabile di vario tipo alle due estremità per ottenere l'Accordo di Risonanza in Frequenza.

Questo è un Circuito Risonante assimilabile alla configurazione di "Induttanza con Capacità in Parallelo".

Per l'Accoppiamento alla Sorgente di Segnale a Radiofrequenza viene generalmente utilizzato un Segmento di Arco di Circonferenza opportunamente collegato nell'Anello Principale oppure Un Anello più Piccolo  collegato direttamente alla Sorgente di Segnale ed inserito in quello Principale per l'accoppiamento a Radiofrequenza.

Da come hai posto la domanda ritengo che volessi, forse intendessi riferirti ad altre Antenne come quelle ad alta direttività con  Struttura Elicoidale Multispira in uso prevalente per  le Vhf/Uhf .

Sperando di aver correttamente interpretato il quesito proposto ed aver contemporaneamente fatto chiarezza  lascio un cordiale saluto.

Amleto
Il "DUBBIO", "Metodico" ("Cartesiano") ed "Iperbolico" ("Amletico"), se CONTROLLATI, si possono Positivamente considerare definizioni alternative di "Curiosità" e/o "Libero Arbitrio" ;  doti che, animando l'Essere Umano, hanno contribuito allo sviluppo della Civiltà e della Conoscenza .
Se INCONTROLLATI, tragicamente purtroppo, sono i prodromi di "Crisi di Panico" o di "Pazzia".


trodaf_4912

#6
Teoricamente, se si vuole raggiungere una Rr=50 OHm occorre mettere in serie varie spire. Ma quante.
Sotto un esempio che utilizza una formula diversa ma equivalente per il calcolo della Rr:

Nel caso dell'esempio occorrono 5 spire.
Nell'esempio del mio post precedente a 14.220 MHz occorrerebbero 50Ω/0.098Ω=510 spire uguali tra loro, ma questo non si comporterebbe piu' come un loop magnetico.
Infatti, perche' sia considerato tale, deve essere che la lunghezza complessiva del loop (perimetro per numero di spire) sia piccola rispetto alla lunghezza d'onda
N*C < λ/10 (se N=1 allora si ha C<λ/10 e cioe' la circonferenza del loop deve essere minore di λ/10.
dove C=2*PIGRECO*raggio
N il numero di spire del loop.
Pertanto, sempre dal primo esempio, avevamo la F=14.220 MHz corrispondenti a λ=21 metri e una circonferenza di 3.18 metri di raggio r=0.5 metri.
λ/10=2.1 metri
N*C=510*3.18=1621 metri che e' di due ordini di grandezza almeno superiore a 2.1 metri.
Una antenna siffatta non e' da considerarsi un loop magnetico.
Da ricordare che :
Il massimo dell'efficienza lo si raggiunge per una lunghezza del conduttore (circonferenza o perimetro) uguale ad un quarto della lunghezza d'onda
e questo, come vedremo, imporra' dei limiti sulla capacita minima del condensatore.
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MauroZona3

Citazione di: Amleto il 08 Settembre 2023, 12:19:20Buongiorno "Mauro Zona3" per te e per tutti i presenti e partecipanti alla discussione.


Da come hai posto la domanda ritengo che volessi, forse intendessi riferirti ad altre Antenne come quelle ad alta direttività con  Struttura Elicoidale Multispira in uso prevalente per  le Vhf/Uhf .



Visto che non lo sai lasciamo perdere.
73

trodaf_4912

Sappiamo che aumentando il diametro del loop, e quindi della sua area, l'efficienza della antenna aumenta. Questo pero' va sempre confrontato con la necessita' che il perimetro sia inferiore a lambda/4.

Perche' allora non realizziamo un loop con perimetro di poco inferiore a lambda/4 ?.
Supponiamo che la frequenza sia 30MHz e cioe' lambda=10 metri e quindi il limite realizzativo e' lambda/4= 10/4=2.5 metri di perimetro. Il diametro corrispondente vale percio' vale 40 cm.
In questo caso pero' l'area del loop e' adatta solo per i 10m.
In generale il loop deve coprire almeno i 10/15/20 metri. A questo punto si seleziona un loop con un diametro maggiore adatto per i 15 metri in modo da essere lambda/4 per i 15 metri e Lambda/3 per i 10 metri e lambda/6 per i 20 metri. In pratica si fa un compromesso.
Vediamo adesso il circuito equivalente del loop
dove :

Rr e' la Resistenza di radiazione
RL e' la resistenza Ohmica
Xa=ωLa reattanza induttiva esterna
Xi=ωLi reattanza induttiva del conduttore.
Xr= 1/ωCr

allora la Zin vale Zin = (Rr+RL)+j(Xa+Xi)

Inserendo un condensatore per eliminare la parte reattiva del loop si ha :

j(Xa+Xi) = -jXr

cioe'

2*PIGRECO*f*(Li+La) = 1/(2*PIGRECO*f*Cr)

allora  Cr vale :

Cr = 1/(2*PIGRECO*f)^2 * (Li+La)

quindi se aumento la dimensione del loop la La aumenta e di conseguenza Cr diminuisce. Pertanto non si puo' aumentare troppo il diametro in quanto la capacita' diminuisce.

Rapporto L/C
Per una data frequenza di lavoro, più l'antenna è grande, tanto più è efficace.
Vi è tuttavia un limite: infatti se si aumenta il diametro della spira, occorre diminuire la capacità per conservare la frequenza di accordo; ma il condensatore non deve divenire troppo piccolo per non far perdere all'antenna la sua qualità di "magnetica".
Il massimo dell'efficienza lo si raggiunge per una lunghezza del conduttore uguale ad un quarto della lunghezza d'onda.

Successivamente parleremo del fattore di merito e dell'efficenza.




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trodaf_4912

Queste sono le differenze tra la MFJ-1786 e la ISOLOOP a livello di condensatore.

MFJ



ISOLOOP



Entrambe alimentate con un controloop, Entrambe hanno un condensatore a farfalla ma, guardate la differenza tra i due.
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trodaf_4912

#10


Ai capi del condensatore  si possono sviluppare fino a 10KV con 150W max di pilotaggio. Le antenne loop magnetiche si chiamano anche antenne "B field" cioe' si basano sul campo magnetico che produce una corrente nel loop. B perche' B= μ * H dove H e' il campo magnetico e B e l'induzione magnetica.
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r5000

#11
73 a tutti, non sapevo che l'alluminio della isoloop è placcato con l'iridio, il rame è sempre migliore dal punto di vista elettrico ma la placcatura migliora le prestazioni dell'alluminio quindi è un'ottima soluzione, oltre alle buone caratteristiche elettriche migliora molto la resistenza alla corrosione, se consideriamo che l'effetto pelle per il loop magnetico è importantissimo (alta corrente sulla superficie e poco o nulla in profondità) placcare l'alluminio con metalli migliori fà la differenza, non a caso nei cavi di potenza rf si usa il centrale di alluminio ramato e argentato, è la soluzione per mantenere ottime caratteristiche elettriche con minore peso e costo visto che il rame ormai è diventato un metallo prezioso...
non dare da mangiare al troll    https://www.rogerk.net/forum/index.php?msg=858599

trodaf_4912

#12
Anche il condensatore è placcato come si vede in foto. Dovrei avere da qualche parte un articolo  di Lew MC Coy che descrive la ISOLOOP e la compara al dipolo. Se lo trovo lo invio.
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trodaf_4912

#13
Eccolo.
Ed inoltre un altra descrizione dell'anno prima
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r5000

73 a tutti, mi ricordo la pubblicità sulle riviste, mi incuriosiva parecchio ma costava cara e non l'ho mai vista dal vivo, adesso ne sò di più e la valuto meglio, placcatura, condensatore fresato senza saldature sono particolari costruttivi che costano, all'epoca da cb avevo costruito un loop magnetico per ricevere senza agli azzeramenti dovuti agli altri cb che abitavano vicino, orientando il loop con i nulli riuscivo a trasmettere con la 5\8 e ricevere con il loop magnetico e fare qso quando loro venivano azzerati da me e non capivano come facevo a ricevere, più di uno mi ha fatto controllare la radio che ovviamente non aveva difetti, era solo una questione di antenna ma non lo sapevano, bei tempi quando si facevano gli scherzi al cb e per loro utilizzavo un cb della nasa introvabile in italia...
ps: avevo fatto il roger beep con un transistor a unigiunzione, il suono era molto simile al  tono usato dalla nasa e lo scherzone è nato propio perchè un mio amico mi aveva chiesto dove avevo trovato il beep della nasa, davvero bei tempi...
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trodaf_4912

#15
In precedenza, nel 1990,  avevano prodotto la prima versione di tipo quadrato



e come puoi ben vedere era composta da un tubo di alluminio a U giuntato con un tubo su cui era inserito il condensatore a farfalla. Per funzionare funzionava ma le perdite erano alte.
Successivamente hanno realizzato la ISOLOOP con controller LC2 che e' la versione che ho io. Nel 2015 acquistai la MFJ-1786X. A parte i problemi meccanici e di infiltrazione di acqua in quanto i due gusci non combaciavano perfettamente ed inoltre non vi era uno scarico adeguato per la condensa, quando la comparai con la vecchia ISOLOOP trovai una differenza notevole (peggiorativa) nei rapporti che ottenevo e che davo commutando istantaneamente le due antenne (sempre usate in polarizzazione orizzontale, cioe' messa in verticale, ciascuna con il suo rotore). Infatti dopo qualche mese vendetti la MFJ e 4 anni fa acquistai la STEALTH di Ciro Mazzoni. Quest'ultima la puoi utilizzare solo fissa e non dotarla di rotore e quindi e' da usare ad esempio su un balcone, mentre la ISOLOOP la puoi usare anche su un tetto a un metro dallo stesso in quanto non risente della distanza.
Entrambe si comportano egregiamente ma, per la possibilita' di installazione su rotore la ISOLOOP e' piu' versatile.
Ti assicuro che la ricezione e' come una lama di un coltello, al di fuori della larghezza di banda che e' molto stretta, visto il Q elevatissimo ottenuto, potresti utilizzare anche un ricevitore scadente tanto al di fuori del Δf ottenuto in accordo, la reiezione ai segnali limitrofi e' elevatissima e quasi non si ascolta nulla.



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r5000

73 a tutti, sicuramente si nota la differenza tra alluminio e rame, il fattore di merito inferiore lo indica chiaramente, infatti quando leggo che un loop magnetico riceve più di 20 khz penso subito che ha qualcosa che non và perchè deve essere ben più stretto se fatto bene, vuoi per le saldature o il cavo utilizzato ecc... anche se funziona non ha l'efficienza che si potrebbe avere migliorando la costruzione, poi se parliamo di loop magnetico da mettere in valigia per le vacanze ci stà ma dove possibile conviene usare un cavo argentato o almeno in rame lasciando alle discese i cavi fatti con lo schermo in alluminio, aggiungi anche il fatto che non si saldano e bisogna usare connettori forse nikelati o morsetti e diventa un compromesso che peggiora le prestazioni del loop magnetico, c'è anche da dire che in ricezione si può anche utilizzare il preamplificatore dell'apparato ma in trasmissione non è una buona idea aumentare potenza , le dimensioni "sbagliate" con l'aumento della potenza non aiutano e se si scalda il tubo aumenta la resistenza quindi sprechi energia in calore e non in rf...
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AZ6108

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