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Linee di trasmissione 3

Linee di trasmissione

Onde stazionarie

Se da una parte del carico applicato alla linea, non c’è alcuna riflessione, la distribuzione della tensione di linea è regolare e costante, cioè piatta; la linea che si trova ad operare in questa situazione si dice adattata o anche piatta. Se invece, lungo la linea le riflessioni esistono, dall’interazione fra onda diretta ed onda riflessa si stabilisce ovviamente una situazione di onda stazionaria. Nell’ipotesi (spesso non tanto lontana) di una linea senza perdite, il rapporto fra il massimo valore della tensione di picco in ogni punto della linea ed il valore minimo in ogni punto della stessa prende il nome di rapporto di onda stazionaria; lo stesso dicasi per la distribuzione della corrente.

Riflessione_all___estremo_di_una_linea di trasmissione

Nella letteratura radiantistica, è comunemente adottata l’abbreviazione ROS in ambedue i casi, in quanto le misure sono identiche sia se effettuate sulle tensioni che sulle correnti. Poiché il ROS è il rapporto fra un massimo ed un minimo, il suo valore non può mai essere inferiore ad 1:1; in altre parole, una linea di trasmissione perfettamente “piatta” ha ROS = 1:1. Questo parametro è correlato all’ampiezza del coefficiente di riflessione dalla formula:

linee_trasmissione_formula_1

All’opposto, il coefficiente di riflessione può essere legato alla misura del ROS attraverso la formula

linee_trasmissione_formula_2

Questo coefficiente può anche venir espresso in termini di potenza diretta e potenza riflessa, quantità facilmente misurabili mediante un wattmetro RF di tipo direzionale; ciò si può calcolare dalla formula:

linee_trasmissione_formula_3

dove Pr = potenza dell’onda riflessa Pf = potenza dell’onda diretta. Infine, quando si abbia a che fare con una linea non adattata, quando cioè ROS>1:1 (e questa è la normalità dei casi!) la differenza fra la potenza diretta e la potenza riflessa misurabile in ciascun punto di detta linea non è altro che la potenza netta che va verso il carico dal punto di prova. Quindi la potenza diretta misurata con un wattmetro direzionale (ovvero un riflettometro) su una linea disadattata apparirà sempre di valore un po’ maggiore di quella che potrà essere la potenza diretta che venga misurata lungo una linea piatta, cioè con ROS = 1:1.

Perdita sulle linee di trasmissione

Un ultimo aspetto di cui tener conto in questa trattazione è l’andamento delle perdite di potenza lungo una linea di trasmissione reale, che sono prodotte dalla resistenza dei conduttori usati nella costruzione della linea e dalle perdite dielettriche del loro isolamento. C’è però da tener presente che il valore di queste perdite è minimo quando si è in condizioni di linea adattata, cioè quando la linea cui ci si riferisce è terminata su una resistenza uguale alla sua impedenza caratteristica; quando il valore del ROS è maggiore di 1:1, la perdita di linea aumenta.

Ciò avviene molto semplicemente in quanto, ogni volta che l’energia viaggia dal generatore al carico, o viene riflessa dal carico e viaggia di ritorno verso il generatore, una certa porzione ne viene persa lungo la linea. E si dà il caso che l’effetto delle onde stazionarie su una linea di trasmissione sia quantomeno quello di aumentare il valore medio della corrente e della tensione in ballo, rispetto al caso in cui la linea sia adattata. Un aumento di corrente fa aumentare (in ragione di I2R) le perdite ohmiche lungo il conduttore, mentre un aumento di tensione aumenta (in ragione di V2/R) le perdite nel dielettrico. Vari grafici riportano, sui manuali specifici, i dati relativi per comodità. Guide d’onda Il tipo di linea di trasmissione di cui sin qui non è stato dato alcun cenno, salva la citazione iniziale, appunto la guida d’onda, ha una struttura fisica ed un comportamento elettrico completamente diverso da quanto sin qui descritto ed è fondamentalmente riservato al settore delle microonde.

L’ampio trattamento specialistico che sarebbe giustificato sull’argomento richiede pertanto un approccio appositamente dedicato che qui non è possibile; ci limitiamo quindi ad una presentazione di massima per inquadrare tali dispositivi. La guida d’onda è un tubo generalmente rettangolare, di materiale buon conduttore, attraverso cui viene trasmessa l’energia a microonde sotto forma di onde elettromagnetiche. Non è il tubo che trasporta corrente con le stesse modalità di una linea bifilare; esso invece costituisce uno “steccato” che confina le onde entro uno spazio chiuso. É l’effetto pelle presentato dalle pareti interne della guida d’onda che mantiene l’energia elettromagnetica confinata all’interno della guida stessa, in modo abbastanza simile alla funzione di schermo della calza esterna di un cavo coassiale. L’energia a microonde viene iniettata ad un estremo del tubo (in genere con accoppiamento capacitivo o induttivo) e viene trasferita (e quindi ricevuta) all’estremo opposto; la guida mantiene confinata l’energia che si propaga al suo interno per riflessioni delle pareti conduttrici, come rappresentato sinteticamente in fig. 4.

Distribuzione_del_campo_elettromagnetico

Fig. 4 - Distribuzione del campo elettromagnetico in una guida d’onda rettangolare.

Per una breve spiegazione del funzionamento, iniziamo col supporre di usare una linea aperta per trasportare energia UHF da un generatore ad un carico; se la linea ha lunghezza apprezzabile, essa dovrà risultare ben isolata dai suoi supporti per evitare perdite altrimenti elevate. Poiché a livello di microonde sono difficili da realizzare isolatori di alta qualità, è logico supportare la linea di trasmissione con stub a quarto d’onda cortocircuitati ad un estremo: ricordiamo che stiamo operando con lunghezze d’onda dell’ordine dei centimetri (e anche pochi!), poiché l’altro estremo presenta impedenza infinita. L’effetto delle induttanze circuitali viene annullato dall’ampia superficie interna del tubo attraverso cui (e non attraverso fili) vien fatta passare la corrente a RF.

Nella struttura della linea viene così ad essere presente un numero infinito (o quasi) di questi stub a lambda/4 praticamente collegati in parallelo senza turbare le onde stazionarie di tensione e corrente. In fig. 4 è anche rappresentata una relativamente semplice modo di distribuzione dei campi elettrico e magnetico entro una guida d’onda, ma di questi modi ne esiste un numero infinito: ed è qui che comincerebbe a sentirsi la necessità di un’ampia trattazione specifica, come già accennato.

radiokit elettronica

 

 

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