Effetto suolo, guadagni e perdite Giorgio IK1UWL Gianni I1UWF

Effetto suolo Un’antenna è un trasduttore che converte una corrente elettrica a radiofrequenza in un’onda elettromagnetica che viene irradiata nello spazio. Verso dove? L’altezza dell’antenna sul suolo influenza profondamente la direzione dell’irradiazione (nonché l’impedenza). Per un’antenna orizzontale si modifica, nel piano verticale, la sola forma del lobo irradiato. Per un’antenna verticale si modifica, nel piano verticale, sia la forma del lobo che l’intensità irradiata.

Tipi di suolo Tipo: Cost. dielettrica e Conducibilità (S/m) Acqua dolce 80 0,001 Acqua salata 81 5,0 Prato, campo 20-13 0,03-0,005 Terreno roccioso 12-14 0,002 Terreno sabbioso 10 0,002 Cittadino 5-3 0,001 L’onda penetra leggermente nel suolo e viene rifratta (costante e) In questa fase l’onda rifratta subisce delle perdite (conducibilità)

Antenne orizzontali Il suolo fa da specchio (di modesta qualità). L’onda che lo illumina viene: - in piccola parte assorbita - il restante è riflesso con fase ruotata di 180° Si possono formare uno o più lobi. A talune elevazioni si ha guadagno rispetto allo spazio libero (Ground Gain)

Formule Ruotato 180° dopo riflessione D d=nl=2Hsena da cui a=arc sen(nl/2H) D=H/tga Con n semi-intero, raggio diretto e riflesso sono in fase, quindi si sommano (Ground Gain, fino a 6 dB)

Non fatevi spaventare dalla trigonometria Calcolatrice scientifica Dopo aver calcolato nl/2H, premere “tasto giallo”, poi tasto “sin”. Avete trovato a Dopo aver trovato a introducete H, poi “diviso, a, tan,=” Avete trovato D Una calcolatrice scientifica può essere scaricata (gratis) anche su tablet o smartphone.

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Dipolo banda 40 m, calcolo elevazione lobo Un caso semplice: valutare l’effetto suolo in funzione dell’altezza di installazione Formule: a=arc sen(nl/2H), D=H/tga l=42 m H a (n=0,5) a (n=1,5) D 14 m (1/3 l) 48°,6 12 m 21 m (1/2 l) 30° 36 m 31,5 m (3/4 l) 19°,5 89 m 42 m (1 l) 14°,5 48°,6 162 m Che terreno avete a quelle distanze?

Dipolo banda 40 m, risultati EZNEC EZNEC consente la simulazione dell’effetto suolo Tipo suolo: Prato, con e=13, conduc.=0,005 S/m In spazio libero: G=2,12 dBi H (m) Z(W) Gmax (dBi) GG (dB) a G @ 10°(dBi) 14 86 6,05 3,93 43° -1,6 21 66 7,62 5,5 28° 2,72 31,5 73 7,36 5,24 18° 5,05 42 70 7,81 5,69 14° 6,98 La distanza a cui avviene la riflessione non viene mostrata.

Dipolo 40 m, grafici Diagrammi elevazione

Dipolo 40 m, grafici Diagrammi elevazione

Dipolo 40 m, con vista mare Casa a mezza costa, 80 m s.l.m., mare dista 300 m Formule: a=arc sen(nl/2H), D=H/tga n=0,5 a=7°,5 D=607 m n=1,5 a=23°,2 D=187 m N=2,5 a=41° D=92 m Con EZNEC

Yagi 12 el. per 2 m Yagi 12JXX2, G=14,83 dBi in spazio libero. Situata ad H=10 m, in campagna. Formule: a=arc sen(nl/2H), D=H/tga, l=2,08 m n a D 0,5 3° 191 m 1,5 9° 63 m 2,5 15° 37 m 3,5 21° 26 m La simulazione con EZNEC conferma questi angoli. G=20,65 dBi GG=5,82 dB

Antenne verticali a l/4 Il centrale del cavo coassiale si attacca all’antenna. La calza va connessa a terra. Prima alternativa: picchetto piantato nel suolo. Seconda alternativa: radiali I radiali sono molto efficienti perché rendono il suolo uno specchio migliore per conducibilità.

Verticalina 40 m Adatta per uso portatile, installata su area 7x7 m Ottimizzata per medie distanze su terreno medio. Omnidirezionale, non NVIS. Ideale per dx vicino al mare.

dBi, dBd, dB Cosa sono i dBi? Guadagno in dB, in una direzione, rispetto ad una sorgente sfericamente uniforme (isotropica). Un dipolo, nella miglior direzione, ha guadagno 2,1 dBi Sorgente isotropica (azimut ed elevazione) Dipolo (azimut)

dBi, dBd, dB Può essere più significativo, per l’utente, avere il guadagno di una direttiva rispetto ad un semplice dipolo. Questo è il dBd dBd = dBi – 2,1 Una yagi da 7,1 dBi è anche 5 dBd (cioè guadagna 5 dB rispetto ad un dipolo).

dBi, dBd, dB E cos’è il dB? Definizione: 10*log (rapporto) Un dipolo guadagna 1,63 volte rispetto alla sorgente isotropica. 10*log(1,63)=2,1 dBi Una certa yagi guadagna 3,16 volte rispetto al dipolo. 10*log(3,16)=5 dBd Quella yagi guadagna 3,16*1,63 = 5,15 volte rispetto all’isotropica. 10*log(5,15) = 7,1 dBi Oppure 5+2,1=7,1 dBi Nota: B maiuscolo, dal cognome del Dott. Bell

Perdite Connettore PL: perdita 0,15 dB Antilog(-0,15/10)=0,966 Da cui: perdita 3,4% del segnale RG58: Out Perdita 40 m 4,1 dB/100m @ 7 MHz 0,69 31% 7,9 dB/100m @ 28 MHz 0,48 52% 17,6 dB/100m @ 145 MHz 0,2 80% RG213 foam: 1,7 dB/100m @ 7 MHz 0,86 14% 3,5 dB/100m @ 28 MHz 0,72 28% 7,9 dB/100m @ 145 MHz 0,48 52%

Potenza irradiata Dipolo 40 m, alto 21 m, su terreno medio. G=7,62 dBi @ 28° elevazione GG=7,62-2,12=5,5 dB G=2,72 dBi @ 10° elevazione GG=2,62-2,12=0,6 dB Potenza tx: 100 W 40 m di RG213 foam: 1,7 dB/100m >>> -0,68 dB 2 connettori PL: -2*0,15=-0,3 dB A 28° Differenza da GG teorico 6 dB: 5,5-6=-0,5 dB (perdite suolo) Perdite totali -0,68-0,3-0,5=-1,48 dB Anti-log(-1,48/10)=0,71 Potenza irradiata 71 W @ 28° A 10° Perdite suolo 0,6-6=-5,4 dB Perdite totali -0,68-0,3-5,4=-6,38 dB Anti.log(-6,38/10)=0,23 Potenza irradiata 23 W @ 10°

Perdite varie nei cavi Se in stazione abbiamo 3 cavetti per collegare : 1) radio a lineare 2) lineare a Wattmetro 3 ) wattmetro a deviatore di antenna (a 2-4 posizioni ) e poi il cavo dal deviatore all’ antenna, ci troviamo con: 8 PL259 x 0,15 dB di perdita cad.  = 1,2 dB, che sommati ai 1,4 dB della perdita del cavo (40 m di RG213 a 28MHz ) danno 1,2 + 1,4= 2,6 dB di attenuazione . Dei 100 w output della radio ne arrivano in antenna  solo  55w  

Altra utility di calcolo Radioutilitario: raccolta di fogli di calcolo che permette il calcolo delle formule di utilizzo più comune fra i radioamatori e gli appassionati di elettronica. Reperibile su http://www.ari-scandiano.org/, scegliendo “download”.

Grazie Giorgio IK1UWL Gianni I1UWF