ANTENNA LOOP

FIG. 1 FIG. 2 REALIZZAZIONE PRATICA Propongo di realizzare un telaio con dei profilati a U di alluminio ( materiale amagnetico ) da 2 cm di lato: i due pezzi da 60 cm di lunghezza sono uniti al centro tramite due graffe a L ( figura 2 ) con un altro pezzo da 200 mm. Si serrerà il tutto tramite dei bulloni di ottone da 3 mm. Agli estremi A-B-C-D si praticheranno 5 fori da 3 mm di diametro alla distanza di 1 cm una dall'altro: il foro centrale dovrà essere di 6 mm di diametro per accogliere, oltre al filo di L1 anche il link L2 .I capi dell'avvolgimento primario L1 si salderanno ad un condensatore variabile ad aria fissato al telaio con delle squadrette. Non dimenticare di collegare anche i fili che, tramite un piccolo interruttore, inseriscono il condensatore CV. Per il sostegno lascio libera la vostra fantasia: io ho usato un recipiente di vernice ducotone riempito con una gettata di cemento con al centro un tubo di PVC da 3 cm di diametro. Un cuscinetto a sfera di recupero garantirà una rotazione del loop dolce e precisa. In questo modo si potrà eliminare l'ingombrante antenna quando non viene usata. Diciamo la verità: non a tutti fa' piacere vedere questa grande croce in mezzo alla stanza. Per voi sarà una bellissima antenna ma per i profani ( leggi moglie e fidanzate ) è un pugno nell'occhio. L'uso dell'antenna è abbastanza intuitivo: sintonizzata una stazione sulle onde medie, si orienta il loop fino ad osservare sull'S-meter una sensibile variazione del segnale. Ruotare lentamente la manopola del condensatore variabile per ottenere la sintonia perfetta e un eventuale ulteriore incremento del livello del segnale. Scaricate, dal menu della pagina delle antenne, il piccolo programma applicativo che vi permette di calcolare le caratteristiche costruttive dell'antenna loop.

L'antenna a LOOP altrimenti detta a TELAIO è un'antenna dalla spiccata direttività e viene usata, specialmente dai BCL,  nella ricezione delle stazioni broadcasting operanti nella gamma delle onde medie ( 520 - 1620 kHz ). Il primo riferimento storico di questa antenna è datato al 1907 nel 2^o volume di ELECTRONICAL ENGENEERING pubblicato in Inghilterra. Con la costruzione e la diffusione dei primi apparecchi radioriceventi a valvole fu intuita la caratteristica più importante di questa antenna cioè la direttività; eravamo ancora ben lontani dalla miniaturizzazione dei circuiti e dall'impiego della ferrite per le antenne; inoltre, il suo relativo ingombro rispetto ad una longwire, ne faceva preferire l'uso. Dal punto di vista elettrico un'antenna a loop è schematizzata in figura 1: i capi dell'avvolgimento L1 ( LOOP ), sono connessi ai terminali di un condensatore variabile Cv formando un circuito accordato la cui frequenza di risonanza varia secondo il valore assunto via via dal condensatore. Il valore della frequenza F viene stabilito dalla nota formula:            25300 F = √ ----------             L * C nella quale F si misura in MHz, L in mH e C in pF. Un secondo avvolgimento, ( LINK ), indicato con L2, raccoglie per induzione il segnale accordato e lo trasferisce al ricevitore. Costruttivamente l'avvolgimento L1 viene realizzato su una struttura portante costituita da materiale amagnetico come il legno o l'alluminio; tale struttura forma il TELAIO DEL LOOP. Il telaio, con opportuni accorgimenti, puo' essere ruotato intorno al proprio asse verticale in modo da direzionarlo verso la stazione che si intende ricevere e, in questa operazione, si cerca, allo stesso tempo, di escludere tutte le emittenti che si vogliono eliminare o attenuare. L'efficacia dell'antenna a loop è maggiore quando le stazioni da discriminare, operanti sulla medesima frequenza,  sono poste tra loro, nel piano azimutale, a 90^o. Appare anche intuibile che se le due stazioni sono poste tra loro a 180^o sul piano azimutale l'antenna loop ha un effetto nullo. Un altro limite dell'antenna a loop si verifica quando le stazioni da ricevere sono vicine sul piano azimutale; in tal caso l'angolo  che l'antenna forma con le due stazioni è troppo piccolo perchè essa operi un'apprezzabile discriminazione. Le dimensioni del telaio, e di conseguenza dell'antenna a loop, rispondono a precise regole radioelettriche ma devono fare i conti anche con lo spazio a disposizione. In questa sede vorrei illustrare gli aspetti teorici che entrano in gioco nella progettazione di antenne a loop senza avere la pretesa di essere esaustivo sulla materia che si presta, tengo a precisarlo, ad interessanti sperimentazioni e ricerche. In un'antenna a loop si distinguono i seguenti parametri: D = lato del telaio del loop                                          ( mm ) l  = lunghezza dell'avvolgimento                                     ( mm ) N = numero delle spire del loop  L = induttanza caratteristica dell'avvolgimento L1 ( μH ) Cvmax = valore massimo del condensatore variabile ( pF ) Cvmin = valore minimo del condensatore variabile             ( pF ) Il valore di L e quello assunto da Cv permettono di ottenere diverse frequenze di risonanza; in altri termini essi consentono di " coprire " la banda delle onde medie. Nella progettazione delle antenne a loop, occorre tenere in giusta considerazione questi parametri. Cominciamo a calcolare il valore dell' INDUTTANZA DEL LOOP applicando la formula:              N^2 * D L = ----------------------   1010 * ( l / D + 0.45 ) Stabilito il valore di L ( mH ) si calcola l' EFFETTIVA COPERTURA dell'antenna  a loop applicando le formule:                  25300 Fmax = √ -----------                  L * Cvmin                25300 Fmin = √ -----------                L * Cvmax nelle quali F si misurerà in MHz, L in mH e C in pF. L'esperienza insegna che per riuscire a coprire il limite superiore delle onde medie occorre realizzare un avvolgimento composto da poche spire ( 5 - 10 ) con un telaio dal lato di 80 - 120 cm. Dell'aspetto puramente costruttivo ci occuperemo più avanti. Con un certo valore di Cvmax si potrebbe verificare il fatto di non riuscire a coprire le frequenze più basse. Per ovviare a questo inconveniente bisognerà inserire in parallelo al condensatore variabile, quando questo assume il valore massimo, un condensatore addizionale CA ( fig. 1 ) di valore fisso in modo da aumentare il valore di Cvmax. Il metodo per calcolare il valore di CA è il seguente. Calcolare, innanzitutto, il valore teorico di Cv per sintonizzare la frequenza più bassa delle onde medie ( 520 kHz ) con la formula:            25300 Cini = -----------              F^2 * L che è una formula inversa delle formule che calcolano Fmin ed Fmax  nella quale, F si esprime in MHz, L in mH e C in pF. Il valore del condensatore CA si calcola con la formula: CA = Cini - Cvmax nella quale Cvmax è il valore della capacità massima del condensatore variabile. E' fuori discussione il fatto che il risultato ottenuto per via teorica dovrà essere verificato praticamente. Si calcola adesso il DIAMETRO DEL FILO che compone i due avvolgimenti applicando la formula:        l d = ---        N nella quale l, come già specificato poc'anzi,  è la lunghezza dell'avvolgimento L1 ed N il numero delle spire. Nel dimensionamento del NUMERO DELLE SPIRE DEL LINK ( L2 ) occorre tenere presente che, dal punto di vista elettrico, i due avvolgimenti rispondono alle stesse regole valide per i trasformatori per cui ad un valore della corrente presente in L1 corrisponde un  proporzionale valore in L2 dato dalla formula:           N1 I2 = ------            N2 nella quale I1 ed I2 sono rispettivamente i valori delle correnti che circolano negli avvolgimenti L1 ed L2,  N1 ed N2 è il numero delle spire per i due avvolgimenti. Appare chiaro che per ottenere un discreto valore della corrente in L2 sarà opportuno che sia alto il rapporto di trasformazione N1/N2. Anche la SEZIONE DEL FILO che compone i due avvolgimenti è importante in quanto questo parametro entra a far parte del FATTORE DI MERITO Q caratteristico dell'antenna. Tale fattore viene calcolato con la formula:          2 * p * F * L Q = -----------------                   R nella quale R rappresenta il valore della resistenza ohmica del conduttore usato per L1 ed L2. Sapendo che la resistenza ohmica di un conduttore viene definita dalla formula:            l R = ρ ----            S nella quale ρ è una costante ( resistività ) che varia secondo il tipo di materiale ( per il rame ρ = 0.0175 OHM mm^2/m  ), l è la lunghezza del conduttore in m ed S la sezione in mm^2, si evince che, per ottenere un alto fattore di merito, è necessario che nella formula vi sia un basso valore di R il quale, a sua volta, si ha soltanto con alti valori di S. Ma alti valori di sezione del filo corrispondono ad un appesantimento eccessivo dell'antenna per cui è giusto venire ad un compromesso. Solitamente filo con sezione attorno a 3-4 mm^2  è  più che accettabile.