Propagazione e Antenne
Onde EM, ionosfera, dipoli, Yagi e SWR — come il segnale radio viaggia attorno al globo.
🌊 Onde Elettromagnetiche
Natura e velocità
Le onde elettromagnetiche sono oscillazioni accoppiate di campo elettrico (E) e campo magnetico (H), perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione. Nel vuoto si propagano alla velocità della luce:
Lunghezza d'onda e frequenza
Bande di frequenza radioamatoriali
| Banda | Freq. (MHz) | λ (m) | Propagazione tipica |
|---|---|---|---|
| 80 m | 3,5–3,8 | ~80 | Regionale notturna, onde di terra |
| 40 m | 7,0–7,2 | ~40 | Europea/continentale, DX notturno |
| 20 m | 14,0–14,35 | ~20 | DX mondiale, banda principe |
| 15 m | 21,0–21,45 | ~14 | DX diurno, ciclo solare dipendente |
| 10 m | 28,0–29,7 | ~10 | DX eccellente a massimo solare |
| 2 m (VHF) | 144–146 | ~2 | Locale/regionale, ripetitori |
| 70 cm (UHF) | 430–440 | ~0,7 | Locale, FM, digitale |
Polarizzazione
La polarizzazione descrive l'orientamento del campo elettrico. Un'antenna verticale irradia con polarizzazione verticale; un dipolo orizzontale con polarizzazione orizzontale. Per massima ricezione, antenna trasmittente e ricevente devono avere la stessa polarizzazione.
🌐 Propagazione Ionosferica
Strati ionosferici
La ionosfera è lo strato atmosferico tra ~60 e ~1000 km di quota, ionizzato dalle radiazioni solari UV e X. Si divide in strati con caratteristiche diverse:
- Strato D (60–90 km): presente solo di giorno. Assorbe fortemente le onde MW e HF inferiori (3–10 MHz). Svanisce di notte, permettendo la propagazione a lunga distanza in 40 m e 80 m.
- Strato E (90–140 km): presente di giorno, ionizzazione moderata. Riflette onde HF fino a ~20 MHz. L'E sporadico (Es) può aprire VHF a 144 MHz.
- Strato F1 (140–200 km): presente di giorno. Si fonde con F2 di notte.
- Strato F2 (200–400 km): il più importante per il DX HF. Presente giorno e notte, riflette frequenze fino alla MUF.
MUF, LUF e frequenza ottimale
- MUF (Maximum Usable Frequency): la frequenza massima riflessa dalla ionosfera per una data traiettoria. Dipende dall'attività solare.
- LUF (Lowest Usable Frequency): la frequenza minima per cui il segnale non è assorbito dallo strato D.
- FOT (Optimum Traffic Frequency): circa 85% della MUF — la frequenza più affidabile per il collegamento.
📡 Antenna Dipolo λ/2
Dimensionamento
Il dipolo a mezza onda è l'antenna di riferimento. La sua lunghezza totale è:
Ogni braccio ha lunghezza: L/2 ≈ 71,5 / f [MHz]
Caratteristiche principali
- Impedenza: ~73 Ω alla risonanza, compatibile con cavi coassiali da 50 Ω o 75 Ω.
- Diagramma di irradiazione: a forma di "8" (figura toroidale in 3D), con irradiazione massima perpendicolare all'asse dell'antenna.
- Guadagno: 2,15 dBi (rispetto a sorgente isotropica) o 0 dBd (rispetto a un altro dipolo).
- Larghezza di banda: circa il 5–10% della frequenza di risonanza prima di SWR > 2:1.
🎯 Antenna Yagi-Uda
Struttura e funzionamento
La Yagi-Uda è un'antenna direttiva composta da tre tipi di elementi:
- Elemento eccitato (Driven element): l'unico collegato alla linea di alimentazione. È lungo λ/2.
- Riflettore (Reflector): un elemento passivo, leggermente più lungo del driven (~5%), posizionato dietro di esso. Riflette le onde verso il fronte.
- Direttori (Directors): elementi passivi leggermente più corti (~4–5%), posizionati davanti al driven. Ogni direttore aggiuntivo aumenta il guadagno di circa 1 dB.
Parametri chiave
| Elementi | Guadagno (dBi) | F/B ratio (dB) | Impiego tipico |
|---|---|---|---|
| 2 (driven + rifl.) | ~5 | ~10 | VHF/UHF locale |
| 3 | ~7–8 | ~15 | HF DX, 2 m base |
| 5 | ~10 | ~20 | Contest HF, 2 m DX |
| 10+ | ~14+ | >25 | EME, moonbounce, sat |
📊 SWR — Rapporto di Onde Stazionarie
Definizione
Il SWR (Standing Wave Ratio), o ROS in italiano, misura il grado di adattamento tra la linea di trasmissione e il carico (antenna). Un SWR = 1:1 indica adattamento perfetto (nessuna riflessione); un SWR elevato indica cattivo adattamento.
Z_L = impedenza del carico [Ω] | Z_0 = impedenza caratteristica linea [Ω]
Potenza riflessa
SWR=3:1 → Γ=0,50 → 25% potenza riflessa (-6 dB ritorno)
La maggior parte dei ricetrasmettitori tolera un SWR fino a 3:1 senza problemi. Valori superiori attivano il circuito di protezione che riduce automaticamente la potenza in uscita. Un buon accordatore d'antenna (tuner) non elimina il SWR sulla linea, ma fa sembrare al TX di lavorare su un carico correttamente adattato.
Con SWR elevato, le perdite nel cavo coassiale aumentano significativamente. Con SWR=10:1 su un cavo da 50 m le perdite aggiuntive possono superare 3 dB — cioè si perde metà della potenza nel cavo. È sempre preferibile accordare l'antenna piuttosto che affidarsi esclusivamente al tuner.
Quiz Ministeriale — Propagazione e Antenne
10 domande ufficiali dalla banca dati ministeriale (ID 2860–2869).