Ground Gain - ARI Sanremo

Effetto suolo,
guadagni e perdite
Giorgio IK1UWL
Gianni 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:
•
•
•
•
•
•
Acqua dolce
Acqua salata
Prato, campo
Terreno roccioso
Terreno sabbioso
Cittadino
Cost. dielettrica e
80
81
20-13
12-14
10
5-3
Conducibilità (S/m)
0,001
5,0
0,03-0,005
0,002
0,002
0,001
• L’onda penetra leggermente nel suolo e viene rifratta (costante e)
• 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
Ruotato 180°
dopo riflessione
D
d=nl=2Hsena da cui a=arc sen(nl/2H)
• D=H/tga
• Con n semi-intero, raggio diretto e riflesso sono in fase,
quindi si sommano (Ground Gain, fino a 6 dB)
•
Non fatevi spaventare dalla trigonometria
• Calcolatrice scientifica
Dopo aver calcolato
nl/2H,
premere “tasto giallo”,
poi tasto “sin”.
Avete trovato a
Dopo aver trovato a
introducete H,
poi “diviso, a, tan,=”
Avete trovato D
Una calcolatrice scientifica può essere scaricata (gratis)
anche su tablet o smartphone.
APP per calcolo scientifico
• Non avete una calcolatrice
scientifica ma avete un tablet
od uno smart-phone?
• Scaricate la APP gratuita
RealCalc
• Ha tutte le funzioni
necessarie.
Dipolo banda 40 m, calcolo elevazione lobo
• Un caso semplice: valutare l’effetto suolo in funzione
dell’altezza di installazione
• Formule: a=arc sen(nl/2H), D=H/tga
• l=42 m
•
H
14 m (1/3 l)
• 21 m (1/2 l)
• 31,5 m (3/4 l)
• 42 m
(1 l)
a (n=0,5) a (n=1,5) D
48°,6
12 m
30°
36 m
19°,5
89 m
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 e=13, conduc.=0,005 S/m
• In spazio libero: G=2,12 dBi
•
•
•
•
•
H (m)
14
21
31,5
42
Z(W) Gmax (dBi)
86
6,05
66
7,62
73
7,36
70
7,81
GG (dB)
3,93
5,5
5,24
5,69
a G @ 10°(dBi)
43°
-1,6
28°
2,72
18°
5,05
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: a=arc sen(nl/2H), D=H/tga
• n=0,5 a=7°,5 D=607 m
• n=1,5 a=23°,2 D=187 m
• N=2,5 a=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: a=arc sen(nl/2H), D=H/tga, l=2,08 m
•
•
•
•
•
n
0,5
1,5
2,5
3,5
a
3°
9°
15°
21°
D
191 m
63 m
37 m
26 m
• La simulazione con EZNEC conferma questi angoli.
• G=20,65 dBi
GG=5,82 dB
Antenne verticali a l/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 m
Ottimizzata 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:
4,1 dB/100m @ 7 MHz
7,9 dB/100m @ 28 MHz
17,6 dB/100m @ 145 MHz
Out Perdita 40 m
0,69
31%
0,48
52%
0,2
80%
•
•
•
•
RG213 foam:
1,7 dB/100m @ 7 MHz
3,5 dB/100m @ 28 MHz
7,9 dB/100m @ 145 MHz
0,86
0,72
0,48
14%
28%
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 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 suolo)
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