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Effetto suolo, guadagni e perdite Giorgio IK1UWL Gianni I1UWF

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?

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Effetto suolo, guadagni e perdite Giorgio IK1UWL Gianni I1UWF

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Presentation Transcript

  1. Effetto suolo,guadagni e perditeGiorgio IK1UWLGianni I1UWF

  2. 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.

  3. 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)

  4. 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)

  5. Formule • 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) Ruotato 180° dopo riflessione D

  6. 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.

  7. APP per calcolo scientifico • Non avete una calcolatrice scientifica ma avete un tablet od uno smart-phone? • Scaricate la APP gratuita RealCalc • Ha tutte le funzioni necessarie.

  8. 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?

  9. 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.

  10. Dipolo 40 m, grafici • Diagrammi elevazione

  11. Dipolo 40 m, grafici • Diagrammi elevazione

  12. 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

  13. 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

  14. 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.

  15. 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.

  16. 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)

  17. 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).

  18. 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

  19. 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%

  20. 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°

  21. 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

  22. 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”.

  23. Grazie • Giorgio IK1UWL • Gianni I1UWF

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