Effetto suolo,guadagni e perdite

Giorgio IK1UWLGianni 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 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 )

• 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

• =n=2Hsen da cui =arc sen(n/2H)• D=H/tg• Con n semi-intero, raggio diretto e riflesso sono in fase,

quindi si sommano (Ground Gain, fino a 6 dB)

D

Ruotato 180°dopo riflessione

Non fatevi spaventare dalla trigonometria

• Calcolatrice scientifica

Dopo aver calcolato n/2H,

premere “tasto giallo”,

poi tasto “sin”.

Avete trovato

Dopo aver trovato introducete H,

poi “diviso, tan,=”

Avete trovato D

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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: =arc sen(n/2H), D=H/tg• =42 m

• H (n=0,5)(n=1,5) D 14 m (1/3 ) 48°,6 12 m

• 21 m (1/2 ) 30° 36 m• 31,5 m (3/4 ) 19°,5 89 m• 42 m (1 ) 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 =13, conduc.=0,005 S/m • In spazio libero: G=2,12 dBi

• H (m) Z() Gmax (dBi) GG (dB) 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: =arc sen(n/2H), D=H/tg

• n=0,5 =7°,5 D=607 m• n=1,5 =23°,2 D=187 m • N=2,5 =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: =arc sen(n/2H), D=H/tg, =2,08 m

• n 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 /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 mOttimizzata 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