Efficenza di irradiazione di una antenna

[Enzo Baldi]

Mi sto studiando i due ponderosi testi di Nerio Neri https://amzn.to/3VPVQeQ dedicati alle antenne,e ho scoperto che c'e' quasi piu' da imparare sulle antenne che sugli apparati radio.
Anche perche' ormai quelli li compriamo gia belli e finiti,mentre le antenn offrono ancora possibilita di bricolage.
Per "efficenza di irradiazione" si intende,se ho capito bene,un parametro che da' la potenza effettivamente irradiata,al netto di perdite,rispetto a quella fornita dal trasmettitore.
Quello che vorrei sapere,e che non ho ancora trovato,e' : una antenna "caricata",quindi molto piu' corta del dipolo a mezzonda per la frequenza in uso,che perdita di efficenza puo' avere ,in generale ?
Ad esempio : per i 144/430 Mhz uso una ground plane di circa 150 cm,mentre i "gommini " dei portatili non arrivano a 20 cm.
Possiedo una "magnetica" per auto sui 50 Mhz di circa un metro,mentre il dipolo a mezzonda sarebbe di 3 metri.
Qualcuno sa l'efficenza approssimativa in questi casi ?

[IK3OCA]

Salve, effettivamente sulle antenne c'è molto da sapere per chi vuole tenere gli occhi aperti, e non dimentichiamo che l'antenna è il fondamento della radio; in effetti l'invenzione di Marconi è consistita proprio nell'antenna, essendo all'epoca già abbastanza noti gli altri aspetti dell'elettromagnetismo.
Riguardo all'efficienza di un'antenna, questa dipende dal rapporto fra la potenza irradiata e quella dispersa in calore.

Di un'antenna viene determinata la resistenza di radiazione, che è l'aspetto dell'antenna in termini di radiatore di energia elettromagnetica, analogamente ad  una stufetta elettrica che irradia calore per mezzo delle sue resistenze.
Però esiste sempre una resistenza di perdita, costituita per esempio dalla resistenza ohmica del filo che costituisce l'antenna, che sottrae energia a quella che deve essere irradiata.

La formula per stabilire l'efficienza di un'antenna è: Resistenza di radiazione diviso (Resistenza di radiazione + resistenza di perdita)
Da questo si deduce che maggiore è la resistenza di radiazione e minore quella di perdita, maggiore diventa l'efficienza.
Esempio: Resistenza di radiazione 15 ohm; resistenza di perdita 10 ohm; efficienza 15 : (15+10) = 0,6 = 60%

In generale maggiore è la dimensione di un'antenna, maggiore è la sua resistenza di radiazione e quindi maggiore diventa l'efficienza a parità degli altri fattori.

Il calcolo della resistenza di radiazione è: 1580 moltiplicato (lunghezza dell'antenna diviso lunghezza d'onda)^2 (=al quadrato)

Esempio: Antenna lunga 150 centimetri, frequenza 145 MHz = lunghezza d'onda 206 cm; resistenza di radiazione 1580 x (150:206)^2 = 838 ohm
Altro esempio: antenna lunga 20 centimetri, altri elementi uguali, resistenza di radiazione 14,9 ohm

Supponendo una resistenza di perdita fra connettori, filo, ecc. di 6 ohm uguale per entrambe, nel primo caso l'efficienza è 868:(838+6) = 99%, nel secondo caso è 14,9:(14,9+6) = 71,3%

Tutto questo in astratto per esemplificare, ovviamente la  tua antenna da 150 cm ha una maggiore resistenza di perdita essendo più lunga, e sempreché la lunghezza sia tutta dedicata ai 144 MHz, in ogni caso ha un'efficienza molto maggiore del gommino.

Ciò a condizione che l'antenna sia in condizioni di risonanza, se no le cose si complicano.

Tutto questo ovviamente non riguarda la direzione dove l'antenna spara, né dove è posta, se è alta, o chiusa, ecc.

73 Rosario

[GianlucaB]

Questo per dire che troppo spesso ci concentriamo sul ros, e tralasciamo tutto il resto.
In realtà l'antenna oltre che presentare un ros basso, deve avere una buona efficienza.
Un carico fittizio https://amzn.to/3iUzhat presenta un ros di 1:1, ma ha una efficienza pari a zero.

[user]

Questo per dire che troppo spesso ci concentriamo sul ros, e tralasciamo tutto il resto.
In realtà l'antenna oltre che presentare un ros basso, deve avere una buona efficienza.
Un carico fittizio https://amzn.to/3iUzhat presenta un ros di 1:1, ma ha una efficienza pari a zero.

Ricordati il detto eppur si muove in questo caso "eppur irradia", tempo fà un noto tipo della zona 2 vendeva delle random wire mirabolanti infatti su tutte le bande om rilevava  1:1 di ros, ma chissà perchè gli utilizzatori venivano ascoltati con segnali bassi come se andasserò in qrp, ebbene il trucco  stava dentro la muffola sapientemente annegata nella resina si nascondeva  una bella  mattonella da 50 Ohm 100 watt in parallelo alla filare.
Ancora oggi il tipo è attivo e propina la solita solfa,  se chiedete la risposta sarà che chi ne parlare male è un denigratore quella mattonella giova per fugugare le cariche elettrostatiche a terra.
Morale della storiella anche un carico fittizzio irradia se posto alla terminazione del cavo al posto dell'antenna, certo male che và fà rete qrp-p 

Questa cosa centra poco con l'efficienza del' antenna ma come si evince anche un elefante metaforicamente vola.
Buon divertimento.

[Enzo Baldi]

Da quanto ho capito finora,una antenna in condizioni di risonanza deve presentarsi come un carico puramente resistivo,il cui valore deve essere uguale a quello della linea di trasmissione per evitare il formarsi di onde stazionarie.
Dato che i cavi piu' usati hanno impedenza caratteristica 52 ohm,tale dovra essere il valore presentato dall'antenna.
Non ho ancora capito il rapporto che c'e' tra tale valore e quello della resistenza (fittizia) di irradiazione,dato che Ik3OCA nel suo intervento mostra che antenne lunghe e "gommini" dei portatili hanno resistenze di irradiazione molto diverse,da cui discendono rendimenti diversi,sebbene entrambi abbiano impedenza di 52 ohm.

[IK3OCA]

Salve Enzo Baldi, ciao a tutti! Quello che dici deve essere chiarito: un'antenna si chiama risonante se le sue componenti reattive (induttive e capacitive) sono di uguale valore e di segno opposto così si annullano a vicenda, presentando un carico senza reattanze (perchè annullate a vicenda) e quindi solo resistivo.
Ma questo non c'entra con l'impedenza che presenta l'antenna: per esempio un dipolo che sia risonante alla frequenza di alimentazione ha un'impedenza dai 70 ai 50 ohm, quindi comodamente prossima a quella richiesta dal generatore (=trasmettitore).
Ma un dipolo ripiegato, sempre risonante, ha un'impedenza di 300 ohm e una verticale a 1/4 d'onda con radiali, sempre risonante, ha un'impedenza intorno a 30 ohm.
Il tuo gommino presenta 50 ohm di impedenza perchè contiene un'induttanza (probabilmente formata da tutta l'antenna) che adatta la sua bassa resistenza di radiazione e la sua reattanza capacitiva all'impedenza ai 50 ohm resistivi: si tratta di un'antenna poco efficiente per i motivi accennati la cui impedenza è stata adattata perchè corrisponda con quella del generatore ottenendo il massimo trasferimento di energia dal generatore all'antenna.

La tua antenna alta 150 centimentri, di alta impedenza alla frequenza di 144 MHz e reattanza induttiva, è stata sicuramente adattata per mezzo di una capacità (= reattanza capacitiva, se è l'antenna che penso) e altri espedienti per ottenere sia un'impedenza solo resistiva di valore di 50 ohm.

Dobbiamo quindi distinguere l'aspetto dell'antenna di radiatore più o meno efficiente, da quello di adattamento all'impedenza richiesta dal trasmettitore: sono cose diverse.
L'adattamento di impedenza si ottiene o grazie alle caratteristiche proprie dell'antenna, o per mezzo di una rete adattatrice (= induttanza per il gommino, capacità per l'antenna lunga, o un dispositivo complesso adattatore che si chiama accordatore d'antenna per tutti gli altri casi).

Per fare un parallelo automobilistico, altro sono le ruote che trasmettono l'energia del motore alla strada, così come fa l'antenna, e altro sono gli ingranaggi di cambio di velocità che consentono il più opportuno trasferimento di energia dal motore alle ruote in relazione al genere di strada, velocità, ecc.; i dispositivi di adattamento dell'impedenza insiti nell'antenna o esterni fanno esattamente così.

Oltretutto la resistenza di radiazione non è affatto fittizia, ma è quella che si arriva a determinare in base alla legge di Ohm, data la corrente che scorre e le tensioni ai capi dell'antenna, esattamente come si farebbe per un qualunque resistore.

Augh!    Se ci sono domande o altro sono disponibile per quanto ne so.

73 Rosario

[user]

Enzo B. Rosario è stato molto chiaro nella sua esposizione, se vai a cercare le giuste info ogni tipologia di antenna in base alla sua lunghezza presenta la propia impedenza e resistenza di radiazione che non semprecoincidono.
Le antenne non sono tutte uguali.
Attenzione alle antenne "trucco" se il radiatore della tua antenna per I 145 è lungo 1,50 Mt. da quello che leggo stai utilizzando uno stilo a 3/4 d'onda esso presenterà alla sua risonanza ca. 50 Ohm, ma attenzione non avrai nessun vantaggio in efficienza anzi andrà peggio di uno stilo a 1/4 d'onda poiche nei primi 90° elettrici la corrente è in fase e dopo nel restante 1/4 d'onda finale alias 45° elettrici la corrente è in opposizione  di fase annullando il campo elettrico del secondo quarto d'onda, in parole povere la utilizzi in caso di necessità ma la resa è quella di un padella.
Ti faccio un altro esempio, ai un gp da 1/4 per I 2 Mt.  bene in caso di necessità la usi sui 433 Mhz che corrispondono a 3/4 d'onda ma la resa è molto scadente, quindi fai attenzione a non usare antenne a 3/4 d'onda, da non confondere con le filari random dove è necessario non operare in regime di 3/4 d'onda ovvero chi utilizza le filari random quasi sempre sà cosa fare e che misure utilizzare.
Saluti per tutti.