Scosse dal microfono, router ADSL che si resettano, casse del PC che impazziscono, apparecchi che si spengono e riaccendono da soli come fossero posseduti dal diavolo. I forum, i social network e le nostre sezioni sono piene di amici esperti pronti a prodigarsi in consigli: profusioni di ferriti, choke, messe a terra, strani fili che dovrebbero convincere l’RF ad andare altrove, puntazze, piani di terra, radiali, contrappesi e chi più ne ha, più ne metta.

Purtroppo pochi sembrano avere una reale comprensione del problema e delle sue cause e le soluzioni sono tentate empiricamente. Peggio ancora, il problema viene considerato risolto quando gli effetti più eclatanti sembrano svaniti, mentre quelli più subdoli spesso rimangono dove sono. Eppure il meccanismo alla base di questi fenomeni è veramente molto semplice.

Correnti e campi

Quando viene fatta scorrere una corrente alternata in un conduttore, si genera un campo elettromagnetico che irradia energia nello spazio circostante. Questo principio, governato dalle equazioni di Maxwell, è quello che ci consente di comunicare via radio. Più corrente scorre, più campo viene generato.

Grazie ai software di simulazione, possiamo dare un’occhiata all’evoluzione delle correnti che attraverso conduttori configurati in vario modo. Cominciamo da un caso molto semplice, un dipolo:

Al trasmettitore, rappresentato da un piccolo cerchio rosa alla base, colleghiamo due fili di pari lunghezza. Questi fili corrono paralleli per una tratta per poi divergere in direzioni opposte. La figura a destra indica intensità e fase della corrente che scorre nei coduttori.

Essendo questa configurazione perfettamente simmetrica, le correnti sono altrettanto simmetriche e di segno opposto. Nella tratta parallela vediamo che le correnti sono uguali ed opposte in ogni punto. L’effetto è che il campo elettromagnetico generato dal filo destro si somma a quello generato nello stesso punto dal filo sinistro: i due campi sono uguali e contrari, per cui la loro somma è zero. I due conduttori verticali non riescono pertanto ad irradiare e semplicemente trasferiscono l’energia che ricevono verso l’alto: abbiamo creato una linea di trasmissione.

Adesso proviamo a rendere asimmetrica la struttura accorciando uno dei rami orizzontali:

Come si vede, la corrente che ora scorre sui due fili verticali non è più uguale e contraria. A causa di questa asimmetria, il filo di destra non riesce più a “cancellare” il campo prodotto dal filo di sinitra: ecco che tutta la linea di trasmissione è diventata elemento radiante dell’antenna.

Nella linea di trasmissione, la quota di correnti che si annullano e quindi non irradiano si dice corrente differenziale. La quota di corrente non controbilanciata e che quindi irradia si dice corrente di modo comune.

Un’asimmetria inserita in qualunque altro punto produce comunque gli stessi effetti. In questo caso, è stato aggiunto un singolo filo alla base del sistema:

Anche qui, pur essendo il dipolo perfettamente simmetrico, le correnti non lo sono più e tutti i componenti presenti nel disegno ora irradiano, anche più del dipolo vero e proprio.

La nostra stazione è simmetrica?

Vediamo ora come è composta la nostra stazione e controlliamo la sua simmetria nei confronti dell’RF.

Come si vede, nonostante il dipolo in alto sia simmetrico, i conduttori collegati al lato “rosso” sono profondamente diversi da quelli collegati al lato “azzurro”. La configurazione è fortemente sbilanciata in favore del polo “azzurro”: non per niente l’uscita presente sul retro della nostra radio è definita sbilanciata. Il campo elettromagnetico si “chiude” tra il ramo rosso del dipolo e tutti gli elementi azzurri, formando così il circuito che provoca lo scorrimento di corrente sugli stessi.

In questa situazione, tutti gli elementi azzurri e quelli rossi contribuiscono ad irradiare. Sulla superficie di tutti gli elementi azzurri (la radio, il microfono, il cavo di alimentazione, il coassiale e tutti gli altri conduttori ed apparecchi collegati elettricamente allo chassis della radio) scorre corrente alternata che irradia. Dato che la corrente irradiante si sviluppa normalmente per onde stazionarie, avremo che la tensione presente nei vari punti del circuito azzurro, come avviene in antenna, sarà in alcuni punti molto bassa, in altra molto alta, Ecco il rischio di scosse che si presenta variando banda o configurazione.

Impiego del balun

Il “balun” (BALanced-UNbalanced) è il componente che consente di separare la componente irradiante da quella non irradiante. Nella figura sotto è mostrato un balun realizzato mediante un trasformatore di isolamento, che è una delle possibilità tecniche per ottenere questa funzione.

Come si vede, il circuito “verde” è isolato dal circuito irradiante “arancione”. Il campo arancione non può chiudersì altro che su parti del suo circuito, dato che gli elementi sotto al balun sono da esso isolati. Allo stesso modo, l’unico circuito disponibile per il trasmettitore “AC” è quello verde: il circuito risultante è circolare e simmetrico. La corrente che scorre nei due conduttori verdi paralleli è uguale e contraria e pertanto la linea non irradia. Gli altri componenti in nero, pur essendo collegati al generatore, sono rami “morti” del circuito e non possono pertanto trasportare corrente.

Effetti sulla ricezione

Come abbiamo visto, lo sbilanciamento del circuito spinge il coassiale e tutti i componenti collegati alla massa della radio ad irradiare. Il principio di reciprocità ci insegna che laddove un’antenna trasmette, anche riceve. Pertanto, tutti i punti del sistema che concorrono alla trasmissione partecipano anche alla ricezione.

Un sistema erroneamente realizzato andrà a ricevere segnale tramite il coassiale e tutti gli altri componenti collegati alla massa, rischiando di captare solo rumore e  nessun segnale utile. Questo tipo di effetto è particolarmente subdolo perché si manifesta semplicemente come una rumorosità dalle cause incomprensibili.

In questo video, ho montato un dipolo bilanciato ed una end-fed random con trasformatore un-un 9:1. In quella configurazione la end-fed è un’antenna fortemente sbilanciata e il coassiale concorre all’irradiazione (e quindi alla ricezione) in maniera piuttosto elevata.

In conclusione, è evidente l’importanza del controllo delle correnti irradianti non solo in presenza di effetti eclatanti in trasmissione, ma anche per impianti destinati alle basse potenze o alla sola ricezione.

L’amperometro RF, che ho utilizzato nel video, è uno strumento, tanto importante quanto poco diffuso: esso, invece, dovrebbe essere parte integrante della dotazione di base di ogni stazione radioamatoriale. In questo post vediamo come realizzarlo con pochi componenti, come calibrarlo e come interpretarne le letture.