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Problemi di "linea"? 1/2

Problemi di "linea"

L'impedenza caratteristica di una linea

Tutti sappiamo che l’alimentazione dal transceiver all’antenna può essere eseguita in più modi. Si può per esempio usare un cavo coassiale, piattina bipolare o linea aperta (ovvero, la classica “scaletta”); e, caso per caso, ci riferiamo alla specifica soluzione con delle terminazioni che vanno da 50 a 600ohm di impedenza. Ciò premesso, ci si può aspettare che qualcuno, non ancora addentro ai misteri della radio, avendo fra le mani uno spezzone di una di queste linee e disponendo di un qualsiasi ohmmetro, abbia l’idea di farci qualche misura. Ovviamente, le uniche letture che se ne possono ottenere sono: o resistenza infinita o resistenza zero (o al massimo qualche milliohm): mai si potranno ottenere letture di 50, o 75, o 300ohm, quei numeri che ci sono abbastanza familiari.

Allora, cosa sono questi ohm che il nostro ohmmetro non ci segnala? Questa ipotesi di partenza, invero un po’ banale, ci serve per introdurre il concetto dell’"impedenza caratteristica", apparentemente piuttosto misterioso, ma in realtà non difficile da risolvere: basta affrontarlo in modo corretto. Teniamo presente che i radioappassionati sono così abituati a riferire la parola ohm ad un oggetto ben definito, tipo un resistore da (diciamo) 270ohm, da dimenticare che la grandezza ohm non è altro che il rapporto fra volt e ampere, cioè fra la tensione ai capi di un circuito e la corrente che scorre in tale circuito: proprio in tale definizione sta la chiave del nostro enigma di partenza. Per semplicità di trattazione, riferiamoci allora ad una linea bilanciata, che può essere rappresentata dalla versione schematizzata di fig. 1.

Ogni linea può infatti considerarsi come costituita da un numero infinito di celle elementari susseguentisi, ognuna delle quali consiste di una microscopica entità di induttanza in serie e da una altrettanto microscopica capacità in parallelo. Se si applica una certa tensione ai capi della linea, attraverso i primi induttori La - Ld inizierà a scorrere corrente verso il primo condensatore Ca; il valore di tale corrente sarà limitato dalla reattanza degli induttori stessi; non appena si localizza tensione ai capi di Ca, inizierà a passare corrente entro i secondi induttori verso Cb.

circuito_teorico_di_una_sezione_di_linea_a_RF

Fig. 1 - Circuito teorico di una sezione di linea a RF

energia_ceduta_dal_generatore

Fig. 2 - Seai puntiA-Adella linea viene collegato un carico resistivo dello stesso valore di Zo, tutta l’energia ceduta dal generatore viene assorbita dal carico stesso.

Naturalmente anche la corrente entro questo condensatore sarà limitata dall’azione di Lb - Le, e così via: questa azione combinata L/C proseguirà lungo la linea con ciascuna cella elementare via via incontrata. Se si avesse a che fare con una linea infinitamente lunga, si arriverebbe ad una situazione in cui i condensatori all’inizio della linea stessa sarebbero pienamente carichi, con una corrente costante che scorre attraverso gli induttori ad essi associati; il motivo di questo comportamento è che i condensatori sono sempre sotto carica ed, essendo linea infinita, ci sono sempre condensatori da andare a caricare.

Il rapporto fra la tensione ai capi dei vari condensatori elementari carichi e la corrente che attraversa gli induttori elementari che non presentano resistenza alcuna costituisce l’impedenza di quella linea; è ovvio perciò che questo parametro si misuri in ohm. Se andiamo ad esaminare un po’ più da vicino la nostra linea infinita, cioè prendiamo in considerazione una singola cella (fig. 2), vediamo che la tensione ai suoi capi è la stessa (V) sia all’inizio che alla fine; allo stesso modo la corrente che entra e che esce ha lo stesso valore (I). Poiché lungo la linea abbiamo supposto che non ci siano perdite né di tensione né di corrente, possiamo pensare di sostituire il resto della linea (alla destra della sezione considerata) con un resistore di valore opportuno, e cioè pari al rapporto fra la tensione presente ai capi e la corrente che vi scorre: vista dal generatore la situazione resta la stessa, cioè non abbiamo fatto altro che fornire la linea di un carico adatto o, per meglio dire, adattato.

Il valore del resistore che può rimpiazzare una sezione della linea infinita senza che cambi per niente la situazione quale vista dal generatore è proprio la cosiddetta impedenza caratteristica, normalmente indicata come Zo, di quella linea specifica.

Quando l'impedenza non è adattata

Abbiamo visto, su una scorsa puntata, cosa si deve intendere per impedenza di linea e per linea adattata; vediamo ora cosa avviene quando una linea è terminata su un carico che in qualche modo differisce da quella che è l’impedenza di linea: e questo caso rischia di essere più frequente di quello bello, pulito e teorico visto precedentemente. Cominciamo col prendere in considerazione il caso più semplice di linea il cui carico è diverso dalla sua Zo, il caso cioè cosiddetto del carico disadattato. Evidentemente, il caso più eclatante di carico disadattato è quello in cui la linea... non è terminata per niente, quando cioè al posto del carico, la linea rimane aperta.

Risulta allora facile capire che niente dell’energia “ceduta” alla linea può venir dissipata su un carico... che non esiste. L’energia ceduta alla linea non può solamente restare a gironzolare in una specie di “limbo”, ma deve pur scaricarsi da qualche parte: e non avendo nessun altro percorso disponibile, non può che ritornare da dove è venuta, cioè verso il generatore. Ecco allora che, nel caso di linea aperta, l’energia viene riflessa indietro lungo la linea stessa.

radiokit elettronica

 

 

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