SQTRADIOMETEO | Antenna EH

Heinrich Hertz, un fisico tedesco e professore universitario, scoperse il concetto che le onde radio sono periodiche. Oggi, noi pensiamo in termini di onde sinusoidali con le loro variazioni cicliche. Pensiamo anche a quelle onde in termini di angolo in gradi per il loro scostamento rispetto a un riferimento. E' stato questo concetto che ci portò al concetto di antenne risonanti. Questo portò pure alla definizione della lunghezza delle antenne in termini di frazioni di ciclo della lunghezza d'onda, comunemente descritto come verticale ¼ d'onda (90 gradi) e dipolo a ½ onda (180 gradi) o altre frazioni di lunghezza. Nei primi anni della radio, tutte le antenne erano chiamate antenne Hertz. Tali antenne presero tante forme e molti volumi sono stati scritti sull'effetto di tali forme. Sono stati sviluppati programmi per computer che permettono di predirne le caratteristiche. I più sono basati sul Codice Numerico Elettromagnetico (NEC) sviluppato dalla marina USA. Oggi facciamo riferimento a un'antenna secondo la sua forma e abbiamo abbandonato il prefisso Hertz usato agli inizi. Questo perchè, fino a poco fa, tutte le antenne erano antenne Hertz e quindi non era necessario mettere un prefisso prima del nome descrittivo. Ora ci sono tre classi di antenne e dobbiamo quindi rimettere il nome Hertz su questa classe. Nominiamo anche il Sig. Hertz nella conversazione tecnica quando parliamo di frequenze di “cicli al secondo”. Tale termine è stato rimpiazzato con la parola “Hertz” e ha lo stesso significato . Il concetto delle antenne filari Hertziane è: la corrente circola nel conduttore dell'antenna a causa della potenza che si applica. Il flusso di corrente crea un campo magnetico che avvolge la corrente. Un campo magnetico variabile (una corrente RF è sinusoidale) sviluppa a sua volta un campo elettrico. Quando il campo elettrico (E) e il campo magnetico (H) hanno una relazione adeguata, nasce la radiazione. Questi campi sono intensi per offrire un'ampiezza adeguata tale da permettere la loro combinazione ad una distanza approsimativa di 1/3 d'onda dall'antenna. Questa distanza è pure quella usata per separare le definizioni tra il campo prossimo e il campo lontano. Coloro che ricordano i vecchi tempi quando non c'erano i ROSmetri, ricorderanno gli amperometri RF. L'antenna funzionava bene quando si ottenevano i valori massimi di corrente RF.
John Henry Poynting, fisico britannico e insegnante universitario, scoperse i componenti della radiazione e la relazione tra loro. Questo nel 1880 più o meno quando Hertz fece le sue scoperte. Senonchè solo molti anni più tardi, quando i lavori di Poynting si conobbero, si riuscì a determinare come le antenne filari Hertziane soddisfassero il teorema di Poynting. Semplificando notevolmente il teorema di Poynting, possiamo dire che per creare la radiazione devono esserci le seguenti condizioni: Ci deve essere un campo E e un campo H. Il campo E è espresso in Volt/metro mentre il campo H è espresso in Amper-spire/metro. I due campi devono essere in fase (sono simultanei). I campi E e H devono esistere nello stesso volume spaziale. I due campi devono formare un angolo retto tra loro. Quindi il campo H deve circondare il campo E. Ovviamente il campo H deve essere un cerchio chiuso. I due campi devono avere la stessa curvatura. I due campi devono avere una relazione di 377 ohm, comunemente identificata come impedenza dello spazio libero. Poynting dice che la Radiazione è = E x H dove x indica un prodotto incrociato dei vettori dei campi, misurato in Watt/metroquadro. Molti anni dopo Poynting, si definì che la polarizzazione della radiazione di un'antenna è la stessa del campo E. Ciò fa sì che un filo orizzontale avrà una polarizzazione orizzontale perchè il camp E è nel piano del filo; il campo H è perpendicolare al filo e lo circonda



Dimensioni ridottissime 2) Banda molto ampia 3) Efficienza molto elevata 4) Lobo di radiazione a scelta 5) Nessun piano di terra 6) Molto economica 7) Nessun componente critico 8) Facile da riprodurre 9) Virtualmente esente da EMI e da rumore elettrico 10) Eccellente in ricezione

SCHEMA EH ANTENNA

DESCRIZIONE DELL' ANTENNA EH

L' antenna EH di Ted Hart è costituita da due elementi che formano una capacità naturale tra loro (pensate a un dipolo con grossi fili). Applicando una tensione si crea un campo E; inoltre la corrente assorbita dal condensatore creerà un campo H ad angolo retto che circonda il campo E. Purtroppo la corrente che assorbe il condensatore è in anticipo sulla tensione applicata. Ne deriva che la fase del campo H è in anticipo di fase rispetto al campo E impedendo che si soddisfi il teorema di poynting in tale configurazione.

Se la potenza applicata all' antenna EH passa prima attraverso un'induttanza, l'induttanza ritarderà la corrente rispetto alla tensione applicata. Si avrà come risultato che nell' antenna la fase della tensione (campo E) e la fase della corrente (campo H) possono essere uguali. In altri termini sono simultanei da cui il nome Antenna EH . Ciò soddisfa il teorema di Poynting e la radiazione si produce a quella frequenza che subisce uno sfasamento attraverso l'induttanza tale da metterla in fase con la tensione applicata. Questo avviene all'incirca alla frequenza di risonanza creata dall'induttanza e la capacità intrinseca dell' antenna . Per aumentare la banda passante mantenendo la relazione di fase su una gamma di frequenze, si possono usare dei circuiti più complessi di messa in fase e adattamento di impedenza.

Le dimensioni dell' antenna possono essere solo una piccola frazione della lunghezza d'onda (meno dell'1%) grazie all'alta efficienza dell'integrazione dei campi E e H all'interno della sfera fisica dell' antenna dove sono creati simultaneamente. Questo è dovuto a campi molto intensi. Il teorema di Poynting stabilisce che Radiazione= E x H. Poiché lo spazio tra le armature del condensatore sono una frazione di metro, il campo E misurato in volt/metro è molto intenso anche per tensioni basse. Il campo H, espresso in ampere-spire/metro, è ampio ma relativamente piccolo poiché deve essere inferiore al campo E nel rapporto di 377, l'impedenza dello spazio libero .

Il guadagno dell' antenna EH sul piano E può essere alterato configurando l' antenna in due modi. Il primo è simile alla tromba per microonde nonostante che le dimensioni dell' antenna sono molto piccole rispetto alla lunghezza d'onda. Questa configurazione è evidenziata nella versione bi-cono dove la radiazione avviene in una piccola zona all'apice dei coni, mentre l'area restante dei coni aumenta il guadagno modificando il diagramma di radiazione. L'altra configurazione consiste di due lunghi cilindri per ottenere un dipolo.

La necessità del campo H di essere un circolo chiuso fa sì che il bi-cono non sarà direzionale nel piano H. Infatti tutte le antenne EH non sono direzionali nel piano ortogonale al campo E. Un guadagno direttivo nel piano H può essere ottenuto con delle cortine di antenne attive.

Siccome i campi E e H sono situati principalmente all'interno della sfera fisica dell' antenna , le Interferenze Elettro-Magnetiche (EMI) sono virtualmente eliminate. Inoltre essendo i campi E e H entrocontenuti, l' antenna EH non può essere usata come elemento parassita.

La frequenza utile, non essendo l' antenna risonante, è totalmente indipendente dalle dimensioni dell' antenna ma totalmente dipendente dal circuito di messa in fase. Il circuito di messa in fase con il suo fattore di merito Q limita l'escursione in frequenza eliminando le radiazioni su frequenze armoniche.

L' antenna EH , per il principio di reciprocità, mantiene le sue caratteristiche sia in trasmissione che ricezione. Inoltre, dal fatto che i campi E e H sono all'interno della sfera fisica dell' antenna , essa rigetta i campi E e H esterni e riceve solo radiazioni. Di conseguenza l' antenna EH è particolarmente silenziosa con un rapporto segnale/disturbo molto elevato in presenza di disturbi di origine elettrica sia prodotta da apparecchiature o da fenomeni atmosferici. Non lasciatevi ingannare dalle piccole dimensioni e non rifiutate il fatto che, basata su un nuovo principio, questa antenna può essere molto piccola e funzionare meglio che un dipolo a 1/2 onda. Per essere tecnicamente corretti, abbiamo trovato il modo di implementare un “nuovo” concetto vecchio di 120 anni.

Queste affermazioni presentano il concetto dell' antenna EH : I campi E e H si sviluppano simultaneamente (per messa in fase esterna) e nella corretta disposizione fisica per creare la radiazione secondo il teorema di Poynting.

La classe d'antenne EH è la sola che realizza questo obbiettivo, permettendo piene caratteristiche da una piccola antenna .

| Prefazione e note legali |