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Antenna a loop tradizionale

 

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SCHEMA LOOP TRADIZIONALE
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 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 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 dal condensatore. Il valore della frequenza F stabilito dalla nota formula:

          25300
F = √  ---------
           L * C

nella quale F si misura in MHz, L1 in μH e CV in pF. N.B. √ = Radice quadrata
Un secondo avvolgimento, (LINK), indicato con L2, raccoglie per induzione il segnale accordato e lo trasferisce al ricevitore.
Costruttivamente l'avvolgimento L1 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 gradi. Appare anche intuibile che se le due stazioni sono poste tra loro a 180 gradi 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:
DISEGNO LOOP TRADIZIONALE

D = lato del telaio del loop (mm)
l = lunghezza dell'avvolgimento (mm)
N = Numero delle spire dell'avvolgimento
Cmax = Capacità massima del condensatore variabile (pF)
Cmin = Capacità minima del condensatore variabile (pF)

Il valore di L1 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:

                 N2 * D
L = ---------------------------
       1010 * ( l /D + 0,45 )

Stabilito il valore di L si passa a calcolare l'effettiva copertura dell'antenna ricavando, con la formula inversa, i valori della frequenza minima e massima sintonizzabili:

                   25300
Fmax = √ --------------
                L1 * CV min

                  25300
Fmin = √ --------------
                L1 * CV max

Nelle quali L1 si misurerà in μH 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.
Con un certo valore di  CV si potrebbe verificare il fatto di non riuscire a coprire le frequenze più basse. Per ovviare all'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 ) con la formula:

             25300
Cini = --------------
            F 2     * L

Il valore del condensatore Ca si calcola con la formula:

Ca = Cini - CVmax

E' fuori discussione che il valore di Ca dovrà essere verificato a livello pratico-sperimentale.
Si calcola adesso il valore del diametro del filo dell'avvolgimento applicando la formula:

        l
d = -----
        N

dove l è la lunghezza dell'avvolgimento 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 calcolato con la formula:

        2 * p * F * L
Q = --------------------
                 R
nella quale R rappresenta il valore della resistenza ohmica del conduttore usato per L.
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 = 0,0175 Ω per metro), l è la lunghezza del conduttore in m ed S la sezione in mm 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 mm2  è più che accettabile.
Cliccando qui si potrà scaricare un'applicazione Visual Basic che permetterà di progettare un'antenna loop secondo i criteri esposti in questa pagina. In alternativa, cliccando qui si potrà utilizzare l'applicazione in Excel.
Sul numero di maggio 2019 di Radiokit Elettronica è stato pubblicato un articolo su un'antenna loop di grandi dimensioni. Cliccare qui per vedere il progetto.


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