È la parte più corposa del programma, e quella che spiega perché le regole delle parti B e C sono fatte così — perché una banda si misura in kilohertz di larghezza, perché la SSB occupa metà dell'AM, perché su un'antenna disadattata parte della potenza torna indietro invece di partire.
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L'articolo 5 dell'allegato 26 (“Esonero prove di esami”) esonera da questa parte chi possiede determinati titoli di studio in elettronica, telecomunicazioni o informatica: in quel caso l'esame verte solo sulle parti B e C. L'elenco preciso dei titoli sta nell'articolo, e l'esonero va chiesto nella domanda d'ammissione allegando il titolo. Se rientri fra gli esonerati questa parte non ti verrà chiesta, ma resta la più utile da leggere lo stesso: senza di essa le altre due si imparano a memoria invece di capirle.
I dieci capitoli seguono l'ordine esatto del programma ministeriale. La versione essenziale dà le definizioni, le formule e le tabelle; quella approfondita aggiunge il ragionamento fisico dietro ciascuna, e i collegamenti con l'attività reale in radio.
I riquadri come questo, con il bordo viola, contengono esempi pratici con numeri veri: quanto è lungo un dipolo per i 40 metri, quanta banda occupa la tua voce, perché raddoppiare la potenza non serve a niente. Sono sparsi in tutti i capitoli, e sono il modo più rapido per capire se una formula ti è chiara davvero.
Il vocabolario di base
Questo capitolo non sta nel programma ministeriale: l'ho aggiunto perché tutto il resto lo dà per scontato. Sono una ventina di termini che compaiono in ogni frase della parte tecnica, ciascuno con una definizione in parole semplici, la formula quando c'è, e un numero concreto per fissarlo.
L'analogia dell'acqua
Immagina un circuito elettrico come un impianto idraulico. La tensione è la pressione che spinge l'acqua. La corrente è la portata, quanta acqua passa al secondo. La resistenza è la strozzatura del tubo. La potenza è il lavoro che l'acqua riesce a fare arrivando in fondo.
Da qui si capisce subito la legge di Ohm: più pressione, più portata; più strozzatura, meno portata. E si capisce perché tensione e corrente da sole non dicono nulla sulla potenza — serve il prodotto delle due.
Le grandezze elettriche
Carica elettrica. La quantità di elettricità, misurata in coulomb (C). È il “quanta acqua” del modello idraulico. Non la userai quasi mai direttamente, ma serve a definire la corrente.
Corrente elettrica. La quantità di carica che attraversa una sezione del conduttore in un secondo. Si misura in ampere (A). Un ampere è un coulomb al secondo.
Tensione, detta anche differenza di potenziale o comunemente voltaggio. È la spinta che mette in moto le cariche, e si misura in volt (V). Attenzione a un punto che confonde tutti: la tensione esiste sempre fra due punti, mai in un punto solo. Quando dici “qui ci sono 12 volt” sottintendi “rispetto alla massa”.
Un uccellino posato su un cavo dell'alta tensione a 20 000 volt non prende la scossa. Perché la tensione fra le sue due zampe, che stanno sullo stesso filo, è praticamente zero. Se toccasse contemporaneamente un secondo filo, la storia finirebbe diversamente.
Resistenza. L'opposizione che un materiale offre al passaggio della corrente, in ohm (Ω). Un conduttore ha resistenza bassa, un isolante altissima.
Una lampadina d'auto attraversata da 2 A con ai capi 12 V:
R = V / I = 12 / 2 = 6 ohmPotenza. L'energia trasferita ogni secondo, in watt (W). In elettricità è il prodotto di tensione e corrente. È la grandezza con cui si misurano i trasmettitori, ed è quella che i regolamenti limitano.
La stessa lampadina di prima:
P = 12 × 2 = 24 wattE un trasmettitore da 100 W alimentato a 13,8 V, se fosse perfetto, assorbirebbe 7,2 ampere. Essendo reale ne assorbe quasi il triplo, una ventina di ampere: il conto completo è nell'esempio sul rendimento del capitolo A1.
Energia. La potenza moltiplicata per il tempo, in joule (J). Nella pratica si usa il wattora (Wh): un apparato da 100 W acceso per un'ora consuma 100 Wh.
Le grandezze dei segnali
Frequenza. Quante volte al secondo un fenomeno periodico si ripete. Si misura in hertz (Hz): un hertz è un ciclo al secondo. La frequenza è ciò che distingue una stazione radio dall'altra, ed è la risorsa che l'intero apparato di regole della parte C serve a distribuire.
Periodo. La durata di un ciclo, in secondi. È l'inverso della frequenza.
Tre frequenze, tre periodi:
rete elettrica, 50 Hz → T = 20 millisecondinota La del diapason, 440 Hz → T = 2,3 millisecondi
banda dei 20 metri, 14 MHz → T = 71 nanosecondi
A 14 MHz la corrente compie quattordici milioni di cicli al secondo — e poiché in ogni ciclo cambia verso due volte, le inversioni sono ventotto milioni. È il motivo per cui in radiofrequenza tutto si comporta in modo controintuitivo: un pezzo di filo diventa una bobina, due piste vicine diventano un condensatore.
Lunghezza d'onda. Lo spazio che l'onda percorre nel tempo di un ciclo, in metri. Poiché la velocità è fissa — quella della luce — lunghezza d'onda e frequenza sono legate in modo rigido: più sale l'una, più scende l'altra.
Ampiezza. Quanto è “grande” un'oscillazione, cioè il valore massimo che raggiunge. In un segnale radio l'ampiezza determina la forza con cui arriva.
Fase. A che punto del proprio ciclo si trova un'oscillazione, misurata in gradi da 0 a 360. Serve a confrontare due segnali della stessa frequenza: se sono in fase salgono e scendono insieme, se sono in opposizione di fase — 180 gradi — uno sale mentre l'altro scende, e sommandoli si annullano.
Le cuffie a cancellazione di rumore funzionano così: generano il rumore ambientale in opposizione di fase e lo sommano a quello vero. I due si elidono e senti silenzio.
In radio lo stesso fenomeno produce il fading: lo stesso segnale arriva per due cammini di lunghezza diversa, e a seconda di come si sommano le fasi il risultato si rinforza o sparisce.
Le grandezze dei componenti
Capacità. L'attitudine di un condensatore a immagazzinare carica, in farad (F). Il farad è enorme: si lavora con microfarad, nanofarad e picofarad.
Induttanza. L'attitudine di una bobina a immagazzinare energia magnetica e a opporsi alle variazioni di corrente, in henry (H). Anche qui si usano sottomultipli: milli e microhenry.
Reattanza. L'opposizione che condensatori e induttori oppongono alla corrente alternata, misurata in ohm come la resistenza ma dipendente dalla frequenza. Quella capacitiva cala con la frequenza, quella induttiva cresce.
Impedenza. L'opposizione complessiva di un circuito alla corrente alternata: resistenza e reattanze messe insieme, tenendo conto degli sfasamenti. Si misura in ohm ed è il numero che compare ovunque in radio — i famosi 50 ohm di apparati, cavi e antenne.
Perché tutto in radio è a 50 ohm? Perché il massimo trasferimento di potenza avviene quando le impedenze sono uguali. Se l'apparato ha 50 ohm di impedenza di uscita, il cavo 50 e l'antenna 50, non c'è nulla che torni indietro: la potenza si trasferisce tutta verso l'antenna, al netto di quel poco che il cavo dissipa per strada.
Se l'antenna ne presenta 100, o 25, parte della potenza torna indietro lungo il cavo: è il rapporto di onda stazionaria di cui parla il capitolo sulle antenne.
Le grandezze dei rapporti
Guadagno. Di quanto un dispositivo aumenta la grandezza in ingresso. Si esprime come rapporto puro o, più spesso, in decibel.
Rendimento. Il rapporto fra potenza utile in uscita e potenza assorbita, in percentuale. Non supera mai il cento per cento, e la parte mancante diventa calore.
Decibel. Un modo logaritmico di esprimere un rapporto fra due potenze. Non è un'unità assoluta: dire “20 dB” senza dire rispetto a cosa non significa nulla. Il vantaggio è che i decibel si sommano invece di moltiplicarsi, e che comprimono in numeri piccoli rapporti enormi.
Il rapporto fra il segnale più debole che un buon ricevitore distingue e uno fortissimo può essere di cento milioni a uno. In decibel diventa 80. È tutta qui l'utilità della scala logaritmica.
I prefissi delle unità
Ogni grandezza si scrive con dei prefissi che moltiplicano o dividono per potenze di mille. Vanno saputi a memoria, perché in radio si passa continuamente dai picofarad ai gigahertz.
| Prefisso | Simbolo | Moltiplica per | Esempio in radio |
|---|---|---|---|
| giga | G | 1 000 000 000 | 1,296 GHz — la banda dei 23 cm |
| mega | M | 1 000 000 | 14 MHz — la banda dei 20 metri |
| kilo | k | 1 000 | 1830 kHz — l'inizio dei 160 metri |
| — | — | 1 | 50 ohm, 100 watt |
| milli | m | 0,001 | 10 mA — la soglia di non rilascio |
| micro | µ | 0,000 001 | 50 µV — il livello S9 in onde corte |
| nano | n | 0,000 000 001 | 100 nF — un condensatore di disaccoppiamento |
| pico | p | 0,000 000 000 001 | 100 pF — un condensatore di accordo |
Le stesse frequenze scritte in modi diversi. Sono tutte corrette, ma la prima è quella che userai:
14,200 MHz = 14 200 kHz = 14 200 000 Hz1,296 GHz = 1296 MHz = 1 296 000 kHz
La regola pratica del Regolamento: kilohertz fino a 3000 kHz, megahertz fino a 3000 MHz, gigahertz oltre. È lo stesso criterio che regge la tabella delle nove bande dello spettro.
Il limite dell'analogia idraulica. Funziona bene per la corrente continua e per i circuiti semplici, e smette di funzionare in radiofrequenza. Un'onda elettromagnetica non è acqua che scorre in un tubo: è un campo che si propaga nello spazio, e non ha bisogno di un mezzo materiale. È il motivo per cui le onde radio attraversano il vuoto e la luce del Sole ci arriva.
Perché il farad è così grande. Le unità del sistema internazionale sono definite in modo coerente fra loro, non in modo comodo. Un farad è la capacità che accumula un coulomb con un volt applicato: una quantità enorme rispetto a quanto serve in elettronica. I condensatori da un farad esistono — sono i supercondensatori — ma nei circuiti radio si sta sei o dodici ordini di grandezza più in basso.
Continua e alternata. Nella corrente continua le cariche vanno sempre nello stesso verso: è quella delle batterie e degli alimentatori. Nell'alternata il verso si inverte periodicamente: è quella della rete elettrica a 50 Hz e, a frequenze molto più alte, quella dei segnali radio. Tutta la distinzione fra resistenza e reattanza esiste perché condensatori e bobine si comportano diversamente nei due casi.
Elettricità, elettromagnetismo e radiotecnica
Conduttività, corrente, tensione, resistenza
I materiali si dividono in conduttori, che hanno elettroni liberi di muoversi (i metalli), isolanti, che non ne hanno (vetro, ceramica, plastiche), e semiconduttori, che stanno in mezzo e la cui conducibilità si può controllare — è la proprietà su cui si reggono diodi e transistor.
| Grandezza | Simbolo | Unità | Che cos'è |
|---|---|---|---|
| Corrente | I | ampere (A) | Quantità di carica che attraversa una sezione nell'unità di tempo |
| Tensione | V | volt (V) | Differenza di potenziale che spinge le cariche |
| Resistenza | R | ohm (Ω) | Opposizione al passaggio della corrente |
| Potenza | P | watt (W) | Energia trasferita nell'unità di tempo |
| Energia | E | joule (J) | Potenza per tempo. In pratica si usa il wattora. Attenzione: si trova indicata anche con W, da work, che è la stessa lettera del watt ma non è la stessa cosa |
V = R · I I = V / R R = V / I
Il tuo ricetrasmettitore assorbe 20 A a 13,8 V quando trasmette. Quanta potenza sta prendendo dall'alimentatore?
P = V · I = 13,8 × 20 = 276 WSe in uscita verso l'antenna ne eroga 100, il rendimento complessivo è circa il 36 per cento: gli altri 176 W diventano calore. Ecco perché gli apparati hanno il dissipatore e la ventola.
Le leggi di Kirchhoff estendono Ohm ai circuiti complessi. Legge dei nodi: la somma delle correnti entranti in un nodo è uguale alla somma di quelle uscenti. Legge delle maglie: percorrendo una maglia chiusa, la somma algebrica delle tensioni è zero.
Dall'alimentatore esce un cavo che si divide per alimentare la radio e un piccolo amplificatore. Se la radio assorbe 8 A e nel cavo principale scorrono 11 A, l'amplificatore ne sta prendendo 3: la somma di ciò che esce dal nodo deve fare quanto ciò che entra.
La capacità di una batteria si misura in ampereora (Ah): una batteria da 7 Ah eroga teoricamente 7 ampere per un'ora, o 0,7 ampere per dieci ore.
Batteria da 7 Ah, portatile che assorbe 0,35 A in ricezione.
7 Ah ÷ 0,35 A = 20 oreNella realtà molto meno, perché in trasmissione l'assorbimento sale a qualche ampere — diverse volte quello in ricezione — e perché una batteria non si scarica mai fino a zero. Ma è il calcolo che ti dice se una giornata in montagna sta dentro o no.
Generatori elettrici
Un generatore reale ha una forza elettromotrice (f.e.m.) e una resistenza interna. La tensione che leggi ai suoi morsetti sotto carico è sempre inferiore alla f.e.m., perché una parte cade sulla resistenza interna. Con i morsetti in cortocircuito, la corrente è limitata solo da quella resistenza.
In serie le tensioni si sommano, la corrente disponibile resta quella di un solo elemento.
In parallelo la tensione resta quella di un elemento, si sommano le correnti erogabili. Vanno collegati in parallelo solo generatori di uguale tensione.
Batteria al piombo da 12 V con resistenza interna di 0,1 Ω. In ricezione assorbi 1 A e ai morsetti leggi quasi 12 V. Premi il PTT e l'assorbimento sale a 20 A:
caduta interna = 0,1 × 20 = 2 V → ai morsetti restano 10 VÈ il motivo per cui la radio si spegne o distorce quando trasmetti con una batteria vecchia: la sua resistenza interna è cresciuta e la tensione crolla sotto carico.
Campo elettrico e campo magnetico
Il campo elettrico esiste fra due punti a potenziale diverso; la sua intensità si misura in volt/metro (V/m). Si scherma con un involucro conduttore chiuso — la gabbia di Faraday.
Il campo magnetico si forma attorno a ogni conduttore percorso da corrente, con linee di forza circolari concentriche. Schermarlo è più difficile: servono materiali ferromagnetici ad alta permeabilità, che lo incanalano invece di bloccarlo.
Campo elettromagnetico e onde radio
Un campo elettrico variabile genera un campo magnetico variabile, e viceversa: la coppia si autosostiene e si stacca dall'antenna propagandosi nello spazio. È l'onda elettromagnetica. Nel vuoto viaggia alla velocità della luce, circa 300 000 km/s.
λ = 300 / f
Con la frequenza f in megahertz, la lunghezza d'onda λ viene in metri. A 145 MHz: 300 / 145 ≈ 2 metri.
Perché le bande si chiamano così. Prendi il centro di ciascuna e dividi:
300 / 7,1 MHz = 42 m → banda dei 40 metri300 / 14,2 MHz = 21 m → banda dei 20 metri
300 / 145 MHz = 2,07 m → banda dei 2 metri
300 / 435 MHz = 0,69 m → banda dei 70 centimetri
Il nome della banda è la sua lunghezza d'onda arrotondata. E ti dice subito quanto sarà grande l'antenna: un dipolo lungo mezz'onda per i 40 metri misura una ventina di metri, per i 2 metri circa un metro.
La polarizzazione dell'onda è data dalla direzione del campo elettrico, che coincide con l'orientamento dell'antenna: un dipolo orizzontale irradia onde polarizzate orizzontalmente.
Quando la polarizzazione conta e quando no. Nei collegamenti in vista ottica — cioè in VHF e UHF — trasmittente e ricevente devono avere la stessa polarizzazione: incrociarle costa una ventina di decibel, più di tre punti S buttati via. È il motivo per cui i ripetitori FM si lavorano in verticale e i collegamenti in SSB sui 2 metri in orizzontale, e mescolarli non funziona.
In onde corte, invece, la questione quasi non esiste: attraversando la ionosfera l'onda ruota il proprio piano di polarizzazione in modo imprevedibile, e all'arrivo la polarizzazione di partenza è persa. Per questo un dipolo orizzontale e una verticale si collegano senza problemi in HF.
Segnali sinusoidali
| Grandezza | Definizione |
|---|---|
| Valore istantaneo | Il valore in un dato momento |
| Valore di picco | Il massimo raggiunto nel ciclo |
| Valore efficace | Il valore continuo che produrrebbe lo stesso effetto termico: Veff = Vpicco / √2 ≈ 0,707 · Vpicco |
| Valore medio | Su una semionda vale 0,637 · Vpicco. Su un ciclo intero è zero |
| Periodo | Durata di un ciclo: T = 1 / f |
| Frequenza | Cicli al secondo, in hertz (Hz) |
| Differenza di fase | Sfasamento fra due sinusoidi della stessa frequenza, in gradi |
Efficace e picco. La rete di casa è 230 V efficaci. Il valore di picco è più alto di quasi il 42 per cento:
Vpicco = 230 × √2 = 325 VÈ il valore che i condensatori dell'alimentatore devono sopportare: dopo il raddrizzatore si ritrovano ai capi circa 325 V continui, e un elettrolitico marcato 250 V cede, pur essendo “230 V” la tensione dichiarata della rete. I condensatori pensati per stare direttamente sull'alternata portano invece una sigla diversa — 250 V∼ — e quella tensione la reggono, perché è già espressa in valore efficace.
Periodo. A 14,2 MHz un ciclo dura T = 1 / 14 200 000 = 70 nanosecondi
Segnali non sinusoidali
Qualunque segnale periodico non sinusoidale — un'onda quadra, un segnale audio — si può scomporre in una componente continua, una fondamentale alla frequenza del segnale, e una serie di armoniche a frequenze multiple intere della fondamentale. È il teorema di Fourier, ed è la ragione per cui un trasmettitore mal filtrato irradia anche sulle armoniche della propria frequenza.
Stai trasmettendo sui 7,1 MHz, in banda 40 metri. Le armoniche del tuo segnale cadono a:
2ª armonica → 14,2 MHz (banda dei 20 metri)3ª armonica → 21,3 MHz (banda dei 15 metri)
4ª armonica → 28,4 MHz (banda dei 10 metri)
Se il filtro di uscita non le sopprime, stai trasmettendo su tre bande che non hai sintonizzato. Non è teoria: è esattamente ciò che il Regolamento chiama emissioni fuori banda e vieta.
Segnali modulati
Modulare significa far variare un parametro della portante a ritmo del segnale da trasmettere.
| Modo | Che cosa varia | Larghezza di banda |
|---|---|---|
| AM — ampiezza | L'ampiezza della portante | Il doppio della massima frequenza modulante. Con audio a 3 kHz: 6 kHz |
| SSB — banda laterale unica | Come l'AM, ma si trasmette una sola banda laterale e si sopprime la portante | Quanto la massima frequenza modulante: circa 3 kHz. Metà dell'AM |
| FM — frequenza | La frequenza istantanea della portante | Formula di Carson: B = 2 · (Δf + fm) |
| PM — fase | La fase della portante | Simile alla FM, con cui è strettamente imparentata |
La deviazione di frequenza Δf è di quanto la portante si sposta al massimo della modulazione.
L'indice di modulazione è il rapporto fra deviazione e frequenza modulante: m = Δf / fm.
Quanta banda occupo? Voce telefonica limitata a 3 kHz.
AM → 2 × 3 = 6 kHzSSB → 3 kHz, la metà
FM con Δf = 5 kHz → 2 × (5 + 3) = 16 kHz
Nella banda dei 20 metri, larga 350 kHz, ci stanno oltre cento conversazioni in SSB e solo una ventina in FM. È il motivo pratico per cui in onde corte la FM non si usa: non è vietata da una norma specifica, semplicemente non ci sta. Attenzione però se la domanda arriva all'esame: il band plan IARU per i 20 metri fissa una larghezza massima di 2,7 kHz, e la risposta attesa a «si può usare la FM sui 14 MHz?» è no, mai — il ragionamento per esteso è nel capitolo C6 della parte C.
In AM la portante contiene la maggior parte della potenza ma nessuna informazione: l'informazione sta tutta nelle due bande laterali, che sono peraltro identiche fra loro. Da qui l'idea della SSB — buttare via la portante e una delle due bande — che a parità di potenza rende molto di più e occupa metà spettro.
Potenza, decibel, adattamento
Il decibel esprime un rapporto fra due potenze in scala logaritmica: dB = 10 · log(P2/P1). I valori da avere in testa sono cinque.
| dB | Rapporto di potenza | dB | Rapporto di potenza |
|---|---|---|---|
| 0 dB | 1× — nessuna variazione | −3 dB | metà |
| 3 dB | doppio | −6 dB | un quarto |
| 6 dB | quadruplo | −10 dB | un decimo |
| 10 dB | dieci volte | −20 dB | un centesimo |
| 20 dB | cento volte |
Vale la pena raddoppiare la potenza? Passi da 100 a 200 watt.
200 / 100 = 2 → +3 dBLo standard IARU stabilisce che un punto S vale 6 dB. Il tuo raddoppio di potenza vale mezzo punto S: il corrispondente non se ne accorge. Per guadagnare un punto S pieno dovresti passare da 100 a 400 watt, e per due punti a 1600.
Cambiare antenna, invece, un punto S te lo regala facilmente: una Yagi a tre elementi ha dai 6 ai 7 dB di guadagno su un dipolo, e in più attenua il rumore che arriva da dietro. È il calcolo che spiega perché i radioamatori esperti investono in antenne e non in amplificatori.
I decibel si sommano. Un preamplificatore da +15 dB, poi trenta metri di cavo che ne perdono 3.
+15 − 3 = +12 dB → 16 volte in potenzaE per riferimento: lo standard IARU fissa S9 a 50 microvolt sui 50 ohm in onde corte, cioè −73 dBm. In VHF il riferimento è più severo, 5 microvolt, perché il rumore ambientale è molto più basso.
L'adattamento è la condizione di massimo trasferimento di potenza: si ottiene quando l'impedenza del carico è uguale a quella del generatore. È il motivo per cui tutto in radio è fatto a 50 ohm — apparato, cavo, antenna.
Il rendimento è il rapporto fra potenza utile in uscita e potenza assorbita. La potenza di cresta della portante modulata, o p.e.p., è la potenza media durante un ciclo di radiofrequenza in corrispondenza della massima ampiezza dell'inviluppo di modulazione: è quella su cui si misurano i 500 W consentiti in Italia.
Perché il valore efficace e non il picco. Una tensione alternata cambia continuamente: dire “quanto vale” richiede una convenzione. Il valore efficace è definito in modo che una corrente alternata di 1 A efficace scaldi una resistenza esattamente come 1 A continuo. È la ragione per cui i 230 V della rete sono efficaci: il picco è circa 325 V, e chi progetta isolamenti deve tenerne conto.
Perché le armoniche sono un problema pratico. Uno stadio finale che lavora in classe C ha un rendimento eccellente ma deforma parecchio la sinusoide, e una sinusoide deformata è ricca di armoniche. La seconda armonica di un trasmettitore sui 14 MHz cade a 28 MHz, la terza a 42: se il filtro di uscita non le sopprime, stai trasmettendo su bande che non ti competono. È il legame diretto fra questa parte teorica e l'obbligo regolamentare sulle emissioni fuori banda.
Il decibel e l'S-meter. Per convenzione un punto S dell'S-meter corrisponde a 6 dB, cioè a un rapporto di potenza di quattro volte. Passare da S5 a S9 significa quattro punti, ventiquattro decibel, circa 250 volte in potenza. È il motivo per cui raddoppiare la potenza del trasmettitore — 3 dB, mezzo punto S — si nota appena, mentre migliorare l'antenna cambia tutto.
Il legame fra larghezza di banda e rumore. Un ricevitore raccoglie tanto più rumore quanto più larga è la banda che lascia passare. È il secondo grande vantaggio della SSB sull'AM: metà banda significa metà rumore, cioè circa 3 dB guadagnati gratis in sensibilità.
Componenti
Resistore
Oppone resistenza al passaggio della corrente e dissipa in calore la potenza P = R·I². Ogni resistore ha una potenza massima dissipabile, oltre la quale brucia. La sua caratteristica corrente/tensione è una retta — raddoppiando la tensione raddoppia la corrente — ed è questo a renderlo un componente lineare, al contrario di diodi e transistor. Il coefficiente di temperatura dice come varia il valore al variare della temperatura: positivo se la resistenza cresce col caldo, negativo se cala.
Condensatore
Immagazzina energia in un campo elettrico fra due armature separate da un dielettrico. La capacità si misura in farad (F), unità enorme: nella pratica si usano microfarad, nanofarad e picofarad. Cresce con la superficie delle armature e con la costante dielettrica, cala con la distanza fra esse.
La reattanza diminuisce al crescere della frequenza: un condensatore blocca la continua e lascia passare l'alternata tanto meglio quanto più è alta la frequenza. La corrente è in anticipo di 90° sulla tensione.
Lo stesso condensatore da 100 pF, visto a frequenze diverse:
a 1 kHz → Xc ≈ 1,6 megaohm (praticamente un isolante)a 14 MHz → Xc ≈ 114 ohm (lascia passare bene)
in continua → resistenza infinita (blocca del tutto)
Ecco perché lo stesso componente serve a due scopi opposti: come condensatore di blocco ferma la continua fra due stadi lasciando passare il segnale, e come condensatore di disaccoppiamento manda a massa la radiofrequenza lasciando lì l'alimentazione continua.
| Tipo | Caratteristiche |
|---|---|
| In aria | Variabili, perdite bassissime, capacità piccole |
| A mica | Molto stabili e precisi, adatti alla radiofrequenza |
| In plastica | Buon compromesso, uso generale |
| Ceramici | Piccoli ed economici, ottimi per il disaccoppiamento in RF |
| Elettrolitici | Capacità grandi, polarizzati, con corrente di fuga non trascurabile. Per filtrare gli alimentatori |
Due parametri che distinguono un condensatore buono da uno mediocre. Il coefficiente di temperatura dice di quanto la capacità cambia al variare della temperatura: nei circuiti accordati conta moltissimo, perché una capacità che deriva porta con sé la frequenza — per questo negli oscillatori si usano ceramici a coefficiente controllato o condensatori a mica. La corrente di fuga è la piccola corrente che attraversa il dielettrico invece di fermarsi: trascurabile nei ceramici, notevole negli elettrolitici, ed è il motivo per cui un elettrolitico non serve dove occorre tenere una carica ferma a lungo.
Induttore
Una bobina che immagazzina energia in un campo magnetico. L'induttanza si misura in henry (H) e cresce con il quadrato del numero di spire, con il diametro e con la permeabilità del nucleo; cala se la bobina è più lunga a parità di spire.
La reattanza cresce con la frequenza, all'opposto del condensatore, e la corrente è in ritardo di 90° sulla tensione. Il fattore di merito Q misura quanto la bobina è priva di perdite: più è alto, più il circuito accordato è selettivo.
Una bobina da 10 µH, la stessa a due frequenze:
a 14 MHz → XL ≈ 880 ohmin continua → resistenza quasi nulla, è solo un filo
Il comportamento è l'esatto specchio del condensatore. Da qui l'uso più comune in radio: l'impedenza di blocco, una bobina messa in serie all'alimentazione di uno stadio, che lascia passare i 13,8 V continui e sbarra la strada alla radiofrequenza.
L'effetto pelle è la tendenza della corrente alternata a scorrere solo nello strato superficiale del conduttore, tanto più sottile quanto più alta è la frequenza. In radiofrequenza la sezione interna di un filo non serve a nulla — da qui i conduttori argentati e i tubi al posto dei fili pieni.
L'altra fonte di perdite sono i materiali del nucleo. Un nucleo ferromagnetico moltiplica l'induttanza, ma dissipa energia in due modi: per isteresi, perché magnetizzare e smagnetizzare il materiale a ogni ciclo costa, e per correnti parassite, i vortici di corrente che si formano nel nucleo stesso. Entrambe peggiorano al crescere della frequenza, ed è il motivo per cui in radiofrequenza si usano nuclei di ferrite o polveri di ferro invece dei lamierini, e nei circuiti più critici bobine in aria, senza nucleo affatto.
Perché le bobine dei circuiti d'antenna sono fatte con tubo di rame o filo argentato invece che con un cavo pieno? Perché a 14 MHz la corrente scorre in uno strato di pochi centesimi di millimetro sulla superficie. L'interno del conduttore non porta corrente, quindi tanto vale che sia vuoto — e conviene che la superficie sia del metallo più conduttivo possibile.
Trasformatore
Due avvolgimenti accoppiati magneticamente. Nel trasformatore ideale il rapporto fra le tensioni è uguale al rapporto fra i numeri di spire, le correnti stanno nel rapporto inverso, e le impedenze nel rapporto al quadrato. Serve a trasformare tensioni, ma in radio soprattutto a adattare impedenze.
Trasformatore con rapporto spire 1:4.
tensioni → 1:4 (12 V diventano 48 V)correnti → 4:1 (si riducono di quattro volte)
impedenze → 1:16 (il quadrato: 50 Ω diventano 800 Ω)
Attenzione a una convenzione che confonde: i balun si nominano dal rapporto di impedenza, non da quello delle spire. Un “balun 1:9” ha rapporto spire 1:3, e trasforma 450 ohm in 50 — è quello che si usa per adattare un'antenna long wire all'uscita di un apparato.
Diodo
Conduce in un verso e blocca nell'altro. I parametri limite sono la tensione inversa massima sopportabile, la corrente diretta, la potenza dissipabile e la temperatura.
| Tipo | A che serve |
|---|---|
| Di raddrizzamento | Trasformare l'alternata in continua pulsante negli alimentatori |
| Zener | Lavora in conduzione inversa a tensione costante: stabilizza |
| LED | Emette luce quando conduce |
| Varicap | La sua capacità varia con la tensione inversa applicata: accorda per via elettronica |
Transistor
Il transistor bipolare ha tre terminali — emettitore, base, collettore — e ne esistono due tipi, PNP e NPN, che differiscono per la polarità delle tensioni. Una piccola corrente di base controlla una grande corrente di collettore: il rapporto è il fattore di amplificazione.
| Configurazione | Impedenza d'ingresso | Impedenza d'uscita | Note |
|---|---|---|---|
| Emettitore comune | Media | Alta | Amplifica sia tensione sia corrente; inverte la fase. La più usata |
| Base comune | Bassa | Alta | Non inverte la fase; ottima alle alte frequenze |
| Collettore comune | Alta | Bassa | Guadagno di tensione circa 1: adatta impedenze. Detta inseguitore di emettitore |
Il transistor a effetto di campo (FET) è controllato in tensione anziché in corrente: il segnale applicato al gate modula la corrente fra source e drain. Ha impedenza d'ingresso altissima e rumore basso, e per questo si usa negli stadi d'ingresso dei ricevitori. Il suo parametro principale è la transconduttanza, cioè di quanta corrente di drain cambia per ogni volt applicato al gate; contano poi la tensione di strozzamento (pinch-off) e le capacità fra i terminali, che alle frequenze alte limitano il guadagno.
I metodi di polarizzazione
Un transistor da solo non amplifica: bisogna portarlo a lavorare nel punto giusto della sua caratteristica, e ce lo porta un circuito di resistenze chiamato rete di polarizzazione. Sceglierla male ha due conseguenze opposte e ugualmente sgradite: con troppa poca polarizzazione il dispositivo resta interdetto per metà del segnale e distorce, con troppa entra in saturazione e distorce lo stesso, scaldando.
Il punto in cui lo si fa lavorare si chiama punto di riposo, ed è quello che determina la classe di funzionamento: al centro della caratteristica per la classe A, al limite dell'interdizione per la B, oltre per la C.
| Metodo | Come funziona | Dove si usa |
|---|---|---|
| Partitore di base | Due resistenze fra alimentazione e massa fissano la tensione di base; una terza sull'emettitore stabilizza il punto di lavoro al variare della temperatura | È la rete più diffusa, in classe A |
| Polarizzazione fissa | Una sola resistenza porta corrente alla base dall'alimentazione | Semplice ed economica, ma deriva con la temperatura |
| Autopolarizzazione di emettitore | La caduta sulla resistenza di emettitore si oppone alle variazioni di corrente: se la corrente sale, la tensione fra base ed emettitore scende e la frena | Ovunque serva stabilità termica |
| Gate del FET | Il gate va polarizzato in senso inverso rispetto al canale. Nel FET a giunzione basta una resistenza sul source: la caduta che la corrente vi produce rende il gate negativo rispetto al source | Stadi d'ingresso dei ricevitori |
Perché la resistenza di emettitore stabilizza da sola, senza che nessuno intervenga.
la temperatura sale → la corrente di collettore tende a crescere→ cresce la caduta sulla resistenza di emettitore
→ la tensione fra base ed emettitore diminuisce
→ il transistor conduce di meno, e la corrente torna dov'era
È una controreazione: il circuito corregge sé stesso. Costa un po' di guadagno, ed è il motivo per cui quella resistenza viene spesso aggirata in alternata con un condensatore in parallelo — si tiene la stabilità in continua e si recupera il guadagno sul segnale.
Il programma cita infine il dispositivo termoionico — la valvola — che fa la stessa cosa con un fascio di elettroni nel vuoto, e i circuiti numerici semplici, cioè le porte logiche.
Il modo più rapido per ricordare condensatore e induttore. Sono opposti in tutto. Il condensatore blocca la continua e passa l'alta frequenza; l'induttore passa la continua e blocca l'alta frequenza. Nel condensatore la corrente anticipa la tensione, nell'induttore la insegue. Da questa opposizione nasce tutto il resto: filtri, circuiti risonanti, accordi d'antenna.
Perché le valvole non sono sparite. Negli amplificatori lineari di potenza le valvole reggono ancora, perché tollerano meglio dei transistor i disadattamenti e i picchi di tensione: un finale valvolare sopporta un'antenna scollegata, uno a stato solido di solito no. È anche la ragione per cui il capitolo sulla protezione elettrica parla di alte tensioni.
Il varicap e la sintonia moderna. Prima si sintonizzava girando un condensatore variabile ad aria; oggi si applica una tensione a un varicap. È quello che permette la sintonia digitale, la memoria dei canali e i sistemi ad aggancio di fase del capitolo successivo.
Circuiti
Serie e parallelo
| Componente | In serie | In parallelo |
|---|---|---|
| Resistori | I valori si sommano | Si sommano i reciproci |
| Induttori | Si sommano | Si sommano i reciproci |
| Condensatori | Si sommano i reciproci | I valori si sommano |
L'impedenza è l'opposizione complessiva che un circuito offre alla corrente alternata: mette insieme la resistenza e le reattanze, tenendo conto degli sfasamenti. Si misura in ohm come la resistenza, ma dipende dalla frequenza.
Filtri e risonanza
Un circuito con induttanza e capacità ha una frequenza di risonanza, quella alla quale le due reattanze si annullano a vicenda.
Bobina da 10 µH in parallelo a un condensatore da 100 pF. Su che frequenza risuona?
f₀ = 1 / (2π √(10·10⁻⁶ × 100·10⁻¹²)) ≈ 5 MHzSono gli stessi due componenti degli esempi precedenti, dove a 14 MHz avevano reattanze molto diverse — 880 ohm la bobina, 114 il condensatore. Scendendo in frequenza la prima cala e la seconda cresce, e a 5 MHz si incontrano:
a 5 MHz → XL ≈ 316 Ω e Xc ≈ 316 ΩRisonanza è esattamente questo: la frequenza alla quale le due reattanze diventano uguali e si annullano a vicenda. Non è una coincidenza, è la definizione.
Il Q decide la selettività. Circuito accordato sui 14 MHz.
con Q = 100 → B = 14 000 / 100 = 140 kHzcon Q = 10 → B = 1,4 MHz
Con Q basso ti entra dentro mezza banda; con Q alto solo la porzione che ti interessa. E un filtro a quarzo, con Q dell'ordine delle decine di migliaia, restringe la finestra a 2,4 kHz: giusto una conversazione in SSB.
Alla risonanza il circuito serie presenta impedenza minima, quello parallelo impedenza massima. La larghezza di banda è l'intervallo entro cui la risposta non scende sotto i −3 dB. Il fattore di qualità è il rapporto fra frequenza di risonanza e larghezza di banda, quindi le due grandezze vanno in senso opposto: Q alto significa banda stretta e circuito selettivo, Q basso banda larga.
| Filtro | Che cosa lascia passare |
|---|---|
| Passa basso | Tutto sotto una frequenza di taglio. È il filtro di uscita di un trasmettitore, che blocca le armoniche |
| Passa alto | Tutto sopra la frequenza di taglio |
| Passa banda | Solo un intervallo. È il filtro di media frequenza di un ricevitore |
| Arresta banda | Tutto tranne un intervallo. Serve a eliminare un disturbo su una frequenza precisa |
Un filtro fatto di soli componenti passivi — bobine e condensatori, senza alimentazione — si disegna in due configurazioni, che prendono il nome dalla forma dello schema.
| Configurazione | Com'è fatta | Perché si sceglie |
|---|---|---|
| A π | Un componente in serie fra ingresso e uscita, e due verso massa, uno per lato: il disegno ricorda la lettera greca | Adatta bene fra impedenze basse. È la rete d'uscita classica degli stadi finali, dove si chiama pi-greco |
| A T | Due componenti in serie e uno solo verso massa, in mezzo | Adatta bene fra impedenze alte |
Non cambia il tipo di filtro — a π e a T si realizzano sia passa basso sia passa alto — cambia il modo in cui il filtro si presenta alle impedenze che ha davanti e dietro. È il motivo per cui la rete a π nei trasmettitori fa due lavori insieme: sopprime le armoniche e adatta l'uscita del finale ai 50 ohm dell'antenna.
Il cristallo di quarzo si comporta invece come un circuito risonante con un Q enormemente più alto di qualunque combinazione LC, e per questo si usa dove serve una selettività o una stabilità estreme.
Alimentazione
Un alimentatore trasforma l'alternata di rete in continua stabile, in tre stadi.
- Raddrizzamento. A semionda con un solo diodo, che spreca metà del ciclo; a onda intera con presa centrale; oppure a ponte di Graetz, quattro diodi, la soluzione più comune.
- Filtraggio. Un condensatore di grande capacità livella la continua pulsante riducendo il ripple, il residuo di ondulazione.
- Stabilizzazione. Mantiene la tensione costante al variare del carico. Nei casi semplici basta un diodo Zener.
Amplificatori
| Classe | Conduzione | Rendimento | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| A | Tutto il ciclo, 360° | Basso | Stadi di piccolo segnale: massima linearità |
| AB | Fra 180° e 360° | Medio | Finali lineari per SSB |
| B | Metà ciclo, 180° | Buono | Finali in controfase |
| C | Meno di 180° | Alto | Finali per CW e FM, dove la distorsione non conta |
Più si scende nella tabella più cresce il rendimento e più cresce la distorsione, cioè la produzione di armoniche indesiderate. La classe C non si può usare in SSB o AM, perché deformerebbe l'inviluppo del segnale.
Perché il tuo apparato scalda. Un finale in classe AB per SSB rende circa il 50 per cento. Per erogare 100 W in uscita ne assorbe 200, e i 100 mancanti diventano calore da smaltire.
Un finale in classe C per FM o telegrafia arriva oltre il 70 per cento: gli bastano 140 W per farne 100. Ma restituisce impulsi, non sinusoidi — se ci passi la SSB, la voce esce irriconoscibile e il segnale si allarga sui vicini.
È il compromesso che spiega perché un ripetitore FM può essere piccolo e un lineare per SSB è un forno.
Un alimentatore, tre stadi. Dal trasformatore escono 15 V alternati. Il ponte di quattro diodi li raddrizza in continua pulsante; un condensatore da 4700 µF livella il residuo di ondulazione; uno Zener da 12 V con la sua resistenza di caduta tiene ferma l'uscita anche se il carico cambia.
Attenzione però: uno Zener da solo regge correnti modeste, qualche decina di milliampere. Per alimentare una radio che ne assorbe venti ampere serve uno stadio di potenza a valle — un transistor di passaggio o un regolatore integrato — che si limita a seguire la tensione di riferimento fissata dallo Zener.
Togli il condensatore e la radio ronza: quello che senti è il ripple a 100 Hz, cioè il doppio della frequenza di rete perché il ponte raddrizza entrambe le semionde.
Rivelatori
Il rivelatore estrae l'informazione dal segnale modulato.
- Per l'AM basta un rivelatore a diodo, che raddrizza e segue l'inviluppo.
- Per SSB e telegrafia serve un rivelatore a prodotto, che rimescola il segnale con una portante rigenerata localmente — l'oscillatore di battimento.
- Per la FM si usa il rivelatore a pendenza, oppure il discriminatore Foster-Seeley, che convertono le variazioni di frequenza in variazioni di ampiezza.
Oscillatori e PLL
Un oscillatore produce un segnale senza ingresso, grazie a una reazione positiva. Perché oscilli servono guadagno d'anello maggiore di uno e sfasamento complessivo nullo. L'oscillatore LC è accordabile ma poco stabile; quello a quarzo è stabilissimo ma lavora su una frequenza fissa. Esiste anche l'oscillatore su frequenze armoniche, detto overtone, che fa lavorare il quarzo su un multiplo dispari della sua frequenza fondamentale: serve a salire in VHF senza dover tagliare cristalli troppo sottili e fragili.
Il circuito ad aggancio di fase (PLL) mette insieme i due vantaggi: un comparatore di fase confronta l'uscita di un oscillatore variabile con un riferimento a quarzo e lo corregge in continuazione. È il cuore di ogni sintetizzatore di frequenza moderno.
Perché il Q conta più di quanto sembri. Un circuito accordato con Q basso lascia passare anche le frequenze vicine: in ricezione significa sentire la stazione accanto, in trasmissione significa irradiare fuori banda. Tutta la selettività di un ricevitore, e tutta la pulizia di un trasmettitore, si giocano sulla qualità dei circuiti risonanti — ed è per questo che il quarzo, con Q dell'ordine delle decine di migliaia, ha cambiato la radio.
Il compromesso della classe C. Un finale in classe C conduce solo sulle creste del segnale, quindi dissipa poco e rende molto — oltre il 70 per cento. Ma restituisce impulsi, non sinusoidi: è il circuito accordato di uscita a ricostruire la sinusoide per effetto volano. Funziona benissimo con segnali ad ampiezza costante, telegrafia e FM, e non funziona affatto con SSB e AM, dove l'informazione sta proprio nelle variazioni di ampiezza.
Il PLL e i click di sintonia. Quando cambi frequenza su una radio moderna, il PLL deve riagganciare: è il breve silenzio che senti. Ed è anche la ragione per cui un sintetizzatore mal progettato produce rumore di fase, che allarga il segnale trasmesso e disturba i vicini di frequenza.
Ricevitori
Praticamente ogni ricevitore radio è una supereterodina. L'idea: invece di amplificare e filtrare il segnale sulla sua frequenza — che cambia ogni volta che sintonizzi — lo si converte una volta per tutte a una frequenza intermedia fissa, dove filtraggio e amplificazione si fanno una volta sola e benissimo.
Un miscelatore combina il segnale d'antenna con quello di un oscillatore locale. All'uscita compaiono la somma e la differenza delle due frequenze: si prende la differenza, che è la frequenza intermedia, sempre uguale qualunque sia la stazione sintonizzata.
Come lavora davvero la supereterodina. Media frequenza fissa a 455 kHz.
sintonizzi 14,000 → oscillatore locale a 14,455 → differenza 455 kHzsintonizzi 14,200 → oscillatore locale a 14,655 → differenza 455 kHz
sintonizzi 21,000 → oscillatore locale a 21,455 → differenza 455 kHz
Qualunque stazione tu sintonizzi, dopo il miscelatore arriva sempre a 455 kHz. Filtri e amplificatori a valle sono progettati una volta sola per quella frequenza, e lavorano al meglio. Sintonizzare significa in realtà spostare l'oscillatore locale, non toccare il resto della radio.
Nella doppia conversione il procedimento si ripete due volte, con una prima media frequenza alta — che allontana la frequenza immagine — e una seconda bassa, dove è più facile ottenere filtri stretti.
I quattro schemi a blocchi
Il programma d'esame non parla genericamente di “ricevitori”: elenca quattro schemi a blocchi, identificati con la sigla dell'emissione che devono ricevere. È lo stesso codice a tre simboli spiegato nella parte C, usato qui per dire che apparato serve.
| Sigla | Che cosa riceve | Che cosa serve in più |
|---|---|---|
| A1A | Telegrafia in onda continua | L'oscillatore di battimento: senza, la portante telegrafica non produce alcun suono udibile |
| A3E | Fonia in modulazione di ampiezza | Nulla di particolare: basta un rivelatore a diodo che segua l'inviluppo |
| J3E | Fonia in banda laterale unica a portante soppressa | Il rivelatore a prodotto più l'oscillatore di battimento, che rimettono al suo posto la portante soppressa in trasmissione |
| F3E | Fonia in modulazione di frequenza | Il limitatore e un rivelatore di frequenza — a pendenza o discriminatore |
Gli stadi restano quelli descritti qui sotto: cambia quali sono presenti e come si chiude la catena finale.
Il percorso del segnale
Questi stadi si attraversano in quest'ordine, dall'antenna all'altoparlante.
| Stadio | Che cosa fa |
|---|---|
| Amplificatore RF | Amplifica il debolissimo segnale d'antenna aggiungendo il minimo rumore |
| Miscelatore | Converte il segnale alla frequenza intermedia |
| Amplificatore MF | Fornisce quasi tutto il guadagno e, con i suoi filtri, quasi tutta la selettività |
| Limitatore | Solo in FM: taglia le variazioni di ampiezza, che sono solo rumore |
| Rivelatore | Estrae il segnale di bassa frequenza |
| Amplificatore BF | Porta il segnale a livello di altoparlante |
I circuiti che stanno a lato
Questi invece non stanno nel percorso del segnale: lo alimentano, lo controllano o lo misurano.
| Circuito | Che cosa fa |
|---|---|
| Oscillatore locale | Genera la frequenza che il miscelatore combina con il segnale. È quello che sposti quando sintonizzi |
| Oscillatore di battimento | Rigenera la portante soppressa, per ricevere SSB e telegrafia. Entra nel rivelatore |
| Controllo automatico di guadagno | Preleva il livello dopo il rivelatore e lo rimanda indietro a regolare il guadagno degli stadi RF e MF |
| S-meter | Indica il livello del segnale in ingresso, di solito derivandolo dalla tensione del controllo di guadagno |
| Silenziatore (squelch) | Zittisce l'amplificatore di bassa frequenza in assenza di segnale. Tipico dell'FM |
| Calibratore a quarzo | Genera riferimenti di frequenza per tarare la scala di sintonia |
Le caratteristiche che contano
| Caratteristica | Significato |
|---|---|
| Sensibilità | Il segnale più debole che il ricevitore riesce a rendere intelligibile |
| Selettività | La capacità di separare la stazione voluta da quelle vicine |
| Protezione da canale adiacente | Quanto respinge il segnale del canale accanto |
| Stabilità | Quanto la sintonia resta ferma nel tempo e al variare della temperatura |
| Frequenza immagine | Una seconda frequenza che, miscelata con l'oscillatore locale, dà anch'essa la media frequenza: entra senza essere invitata. Dista due volte la MF dalla frequenza voluta |
| Intermodulazione | Due segnali forti si mescolano negli stadi non lineari e generano segnali fantasma su altre frequenze |
| Transmodulazione | La modulazione di un segnale forte si trasferisce su quello che stai ascoltando |
La frequenza immagine, con i numeri. Sei sintonizzato su 14,000 MHz, media frequenza 455 kHz, quindi l'oscillatore locale sta a 14,455.
14,455 − 14,000 = 455 kHz → la stazione che vuoi14,910 − 14,455 = 455 kHz → un'altra stazione, che entra lo stesso
La distanza fra le due è esattamente il doppio della media frequenza, 910 kHz. Ecco perché un ricevitore economico a singola conversione può farti sentire due stazioni sovrapposte senza che tu capisca da dove arriva la seconda.
Come si elimina l'immagine. Alzare la prima media frequenza, come nella doppia conversione, spinge l'immagine così lontano dalla frequenza voluta che il filtro d'ingresso la taglia senza fatica. Con una prima MF a 45 MHz l'immagine dista 90 MHz: siamo fuori banda di parecchio, ed è facilissimo sbarrarle la strada.
Sensibilità e selettività tirano in direzioni opposte. Aumentare il guadagno d'ingresso migliora la sensibilità ma peggiora il comportamento in presenza di segnali forti, perché gli stadi vanno più facilmente in saturazione e producono intermodulazione. Un buon ricevitore non è quello che sente il segnale più debole in assoluto, ma quello che continua a sentirlo mentre a venti kilohertz di distanza c'è una stazione fortissima.
Perché in FM serve il limitatore. In modulazione di frequenza l'informazione sta tutta nella frequenza, non nell'ampiezza. Qualunque variazione di ampiezza è quindi rumore per definizione, e tagliarla via con un limitatore migliora il rapporto segnale-rumore. È il motivo per cui l'FM in VHF è così pulita finché il segnale c'è, e sparisce di colpo quando cala sotto soglia.
Trasmettitori
Un trasmettitore fa il percorso inverso del ricevitore: genera una portante stabile, la modula con l'informazione, la porta al livello di potenza voluto e la consegna all'antenna il più pulita possibile.
Due famiglie, e tre schemi a blocchi
Il programma distingue anzitutto i trasmettitori con o senza conversione di frequenza — il testo italiano del sub allegato D usa la parola «commutazione», ma il senso è quello, ed è utile riconoscere entrambe le formulazioni. Nei trasmettitori senza conversione il segnale nasce già sulla frequenza di lavoro e viene solo amplificato: schema semplice, ma serve un oscillatore stabile proprio lì dove si trasmette. Nei secondi il segnale nasce a una frequenza più bassa e comoda, e viene poi portato in banda per moltiplicazione o per miscelazione — è la soluzione di quasi tutti gli apparati moderni.
Come per i ricevitori, gli schemi a blocchi sono elencati per sigla di emissione.
| Sigla | Che cosa trasmette | Come si ottiene |
|---|---|---|
| A1A | Telegrafia in onda continua | Si accende e si spegne la portante con il tasto. Ampiezza costante: si può moltiplicare in frequenza e usare un finale in classe C |
| J3E | Fonia in banda laterale unica a portante soppressa | Modulatore bilanciato più filtro a quarzo che elimina una banda laterale. Ampiezza variabile: serve un miscelatore e un finale lineare |
| F3E | Fonia in modulazione di frequenza | Si modula direttamente l'oscillatore. Ampiezza costante: moltiplicazione e classe C ammesse |
Gli stadi
Dall'oscillatore all'antenna, con due alternative possibili a metà strada.
| Stadio | Che cosa fa |
|---|---|
| Oscillatore | Genera la frequenza di partenza. Da qui dipende tutta la stabilità del trasmettitore |
| Eccitatore (buffer, driver) | Isola l'oscillatore dagli stadi successivi, perché il carico non ne sposti la frequenza, e porta il segnale al livello utile |
| Modulatore | Di frequenza, di fase, oppure modulatore bilanciato seguito da un filtro a quarzo che sopprime una banda laterale, per la SSB |
| Moltiplicatore di frequenza oppure, in alternativa | Sfrutta le armoniche per salire in frequenza partendo da un oscillatore più basso e più stabile |
| Miscelatore | Combina due frequenze per ottenere quella voluta, come nel ricevitore ma al contrario |
| Amplificatore di potenza | Porta il segnale alla potenza finale |
| Filtro di uscita | In configurazione a π: sopprime le armoniche e adatta l'impedenza alla linea |
Perché non tutti i trasmettitori possono moltiplicare. Moltiplicare una frequenza significa prendere un'armonica del segnale, e l'operazione moltiplica anche la deviazione di frequenza e la fase — ma distrugge l'informazione contenuta nell'ampiezza.
CW, FM e modulazione di fase → il moltiplicatore va benissimoSSB e AM → serve per forza un miscelatore
È lo stesso motivo per cui il finale in classe C, che pure lavora sulle armoniche, non si può usare in SSB. Ampiezza costante e moltiplicazione vanno d'accordo; ampiezza variabile e moltiplicazione no.
Le caratteristiche che contano
- Stabilità di frequenza. Un trasmettitore che deriva rende illeggibile la SSB e sposta il segnale fuori dal filtro del corrispondente.
- Larghezza di banda e bande laterali: quanto spettro occupi realmente.
- Banda di frequenze audio. Limitarla a circa 300–3000 Hz basta per la parola e tiene stretta l'emissione.
- Non linearità. Genera prodotti di intermodulazione che allargano il segnale: sono i cosiddetti splatter, che disturbano i vicini di frequenza.
- Impedenza di uscita, potenza di uscita, rendimento.
- Deviazione di frequenza e indice di modulazione per l'FM: se esageri con la deviazione, occupi più banda del dovuto.
- Click di manipolazione. In telegrafia, transizioni troppo brusche fra portante accesa e spenta generano spruzzi su tutta la banda. Si curano addolcendo i fronti.
- Irradiazioni parassite e irradiazioni della struttura: segnale che esce da dove non dovrebbe, cioè dal cabinet e dai cavi invece che dall'antenna.
Il moltiplicatore di frequenza. Costruire un oscillatore stabile a 144 MHz è difficile; a 12 MHz è facile e costa poco. Allora si parte basso e si moltiplica:
oscillatore a 12 MHz × 12 = 144 MHzIl rovescio della medaglia: si moltiplica anche l'instabilità. Se l'oscillatore deriva di 100 Hz, in uscita la deriva è di 1200 Hz. È il motivo per cui i moltiplicatori partono sempre da un quarzo e non da un oscillatore LC libero.
Gli splatter, cioè la maleducazione involontaria. Alzi il guadagno del microfono oltre il punto in cui il finale resta lineare. La portata non aumenta di un metro, ma la non linearità genera prodotti di intermodulazione che allargano il segnale.
Risultato pratico: la tua conversazione, che dovrebbe stare in 2,4 kHz, se ne prende dieci o quindici, e due stazioni che lavoravano tranquille a cinque kilohertz da te ora ti sentono addosso. È un difetto tecnico che si legge in banda come un difetto di educazione.
Perché esiste l'eccitatore. Se l'amplificatore di potenza fosse collegato direttamente all'oscillatore, ogni variazione del carico d'antenna si rifletterebbe all'indietro spostando la frequenza — il fenomeno che gli anglosassoni chiamano pulling. Lo stadio separatore esiste solo per impedirlo, e non ha altro scopo che disaccoppiare.
Come si genera davvero la SSB. Il metodo classico è a filtro: si genera una doppia banda laterale a portante soppressa con un modulatore bilanciato, poi un filtro a quarzo strettissimo taglia via una delle due bande. Il filtro deve essere ripidissimo, perché le due bande laterali sono attaccate: da qui il ruolo centrale del quarzo negli apparati SSB.
Gli splatter e la cortesia in banda. Spingere il microfono o il compressore oltre il punto in cui il finale resta lineare non aumenta la portata: aumenta i prodotti di intermodulazione, cioè l'occupazione di spettro a destra e a sinistra della tua frequenza. È il difetto tecnico che si traduce più direttamente in maleducazione operativa.
Antenne e linee di trasmissione
Tipi di antenna
| Antenna | Impedenza tipica | Caratteristiche |
|---|---|---|
| Dipolo λ/2 alimentato al centro | ≈ 73 Ω | L'antenna di riferimento. Diagramma a otto, massimo perpendicolare al filo |
| Dipolo λ/2 alimentato all'estremità | molto alta | All'estremità c'è massimo di tensione e minimo di corrente: serve un adattatore |
| Dipolo ripiegato | ≈ 300 Ω | Quattro volte l'impedenza del dipolo semplice; banda passante più larga |
| Verticale λ/4 | ≈ 36 Ω | Lavora contro un piano di terra o radiali. Omnidirezionale sul piano orizzontale |
| Yagi | variabile | Un elemento alimentato più un riflettore dietro, più lungo, ed eventuali direttori davanti, più corti. Direttiva, con guadagno |
| Parabolica | — | Concentra l'energia in un fascio strettissimo. Utile solo alle microonde, dove le dimensioni diventano ragionevoli |
| Dipolo accordato | resistiva pura | Un dipolo tagliato e regolato per risuonare esattamente alla frequenza di lavoro: la componente reattiva si annulla e resta solo resistenza |
Quanto è lungo un dipolo per i 40 metri? Frequenza di lavoro 7,1 MHz.
λ = 300 / 7,1 = 42,25 mmezz'onda = 21,1 m
con il fattore di accorciamento (≈ 0,95) → circa 20 m
due bracci da 10 metri ciascuno
Il fattore di accorciamento esiste perché un filo reale, con il suo spessore e vicino al terreno, si comporta come se fosse un po' più lungo di quanto misuri. Per i 2 metri lo stesso conto — λ di 2,07 m, mezz'onda 1,03 m, accorciata a 0,95 — dà circa 98 centimetri totali: bracci da poco meno di mezzo metro.
Risonante non vuol dire adattata. Sono due condizioni diverse, e confonderle è l'equivoco più comune sulle antenne.
risonante → la reattanza è zero, l'impedenza è puramente resistivaadattata → quella resistenza vale esattamente quanto l'impedenza della linea
Un dipolo perfettamente risonante presenta circa 73 ohm resistivi. Collegato a un cavo da 50 ohm è risonante ma non adattato: il ROS resta attorno a 1,5:1. Non è un difetto grave — anzi, è la situazione normale di quasi tutti i dipoli in servizio — ma spiega perché anche un'antenna tagliata alla perfezione non segna mai 1:1 sul rosmetro.
Caratteristiche delle antenne
Su un dipolo la corrente è massima al centro e nulla alle estremità, mentre la tensione fa l'opposto. È il motivo per cui alimentandolo al centro trovi un'impedenza bassa e all'estremità un'impedenza altissima.
Il guadagno non crea potenza. Alimenti una Yagi con 9 dB di guadagno con 100 watt.
9 dB ≈ 8 volte → e.r.p. = 100 × 8 = 800 WNella direzione principale è come se avessi 800 watt su un dipolo. Ma non hai creato nulla: nelle altre direzioni irradi molto meno di quanto farebbe un dipolo. L'antenna direttiva prende la stessa energia e la punta.
È esattamente il motivo per cui i regolamenti fissano i limiti in potenza irradiata e non in watt all'uscita dell'apparato.
e.r.p. ed e.i.r.p. non sono la stessa cosa. Nei regolamenti trovi tutte e due le sigle, e differiscono per l'antenna presa come riferimento.
e.r.p. — potenza equivalente irradiata, riferita al dipolo a mezz'ondae.i.r.p. — potenza isotropa equivalente irradiata, riferita al radiatore isotropo, cioè a un'antenna teorica che irradia uguale in ogni direzione
Poiché il dipolo ha già di suo 2,15 dB di guadagno sull'isotropo, gli stessi watt irradiati valgono 2,15 dB in più se espressi in e.i.r.p. Le due sigle non sono intercambiabili, e quando un limite è scritto in una delle due va letto in quella.
Nelle norme che ti riguardano: i 10 W e.r.p. dei ripetitori automatici dell'articolo 9 dell'allegato 26, e i 15 W e.i.r.p. della banda dei 60 metri.
- Impedenza nel punto di alimentazione. Se l'antenna non è accordata presenta anche una componente reattiva: capacitiva se è troppo corta, induttiva se è troppo lunga.
- Guadagno. Non crea energia: concentra in una direzione quella che l'antenna di riferimento spargerebbe ovunque.
- Potenza equivalente irradiata. La potenza applicata all'antenna moltiplicata per il suo guadagno. È la grandezza che i regolamenti limitano — per esempio i 10 W e.r.p. dei ripetitori automatici.
- Rapporto avanti-dietro. Di quanto un'antenna direttiva attenua ciò che le arriva da dietro.
- Diagrammi di irradiazione nei piani orizzontale e verticale: la mappa di dove l'antenna irradia e dove no.
- Polarizzazione: orizzontale o verticale secondo l'orientamento dell'elemento radiante.
Linee di trasmissione
Portano la potenza dall'apparato all'antenna. Ognuna ha una impedenza caratteristica che dipende solo dalla geometria, non dalla lunghezza.
| Linea | Impedenza tipica | Note |
|---|---|---|
| Bifilare | 300 – 600 Ω | Perdite bassissime, ma è bilanciata e va tenuta lontana dai metalli |
| Coassiale | 50 o 75 Ω | Sbilanciata, schermata, comoda. Lo standard in radio |
| Guida d'onda | — | Un tubo metallico cavo. Solo alle microonde |
La velocità di propagazione nel cavo è inferiore a quella nel vuoto: il rapporto è il fattore di velocità, tipicamente fra 0,66 e 0,8. Conta quando devi tagliare uno spezzone di lunghezza elettrica precisa.
Se l'antenna non ha la stessa impedenza della linea, parte della potenza torna indietro e si somma a quella diretta formando onde stazionarie. Il ROS è il rapporto fra massimo e minimo di tensione lungo la linea: 1:1 è l'adattamento perfetto, valori alti significano potenza riflessa e perdite.
Un'antenna che presenta 100 ohm collegata a un cavo da 50 ohm. Con carichi puramente resistivi il ROS è il rapporto fra le due impedenze, mettendo sempre la maggiore sopra:
ROS = 100 / 50 = 2:1Ora un'antenna da 25 ohm sullo stesso cavo:
ROS = 50 / 25 = 2:1, di nuovoStesso numero, situazioni opposte. Il rosmetro non sa dirti se l'antenna è troppo alta o troppo bassa di impedenza: ti dice solo quanto è lontana dai 50 ohm, non da che parte.
Il trasformatore in quarto d'onda. Devi adattare un'antenna da 100 ohm a un cavo da 50. Serve uno spezzone di cavo lungo un quarto d'onda con impedenza pari alla media geometrica:
Z₀ = √(50 × 100) = 70,7 ohm → usi cavo da 75 ohmE quanto lungo? A 14,2 MHz, con cavo dal fattore di velocità 0,66:
λ/4 = (300 / 14,2) ÷ 4 = 5,28 m× 0,66 = 3,49 metri di cavo
Dimenticare il fattore di velocità è l'errore più comune quando si taglia uno spezzone: il cavo va accorciato di un terzo rispetto al conto teorico.
Alcuni strumenti risolvono i disadattamenti. Il balun raccorda una linea bilanciata a un carico sbilanciato o viceversa. La linea in quarto d'onda funziona da trasformatore d'impedenza: la sua impedenza caratteristica deve essere la media geometrica fra le due da adattare. E le linee aperte o chiuse in fondo, se lunghe un quarto d'onda, si comportano come circuiti accordati. I sistemi di accordo d'antenna fanno lo stesso lavoro con reti L, T o π regolabili.
Che cosa fa davvero un accordatore. Non “migliora l'antenna” e non riduce la potenza riflessa lungo la linea: presenta al trasmettitore un carico da 50 ohm, così che il finale lavori contento. Fra accordatore e antenna il disadattamento e le perdite restano quelli di prima. Serve a proteggere il trasmettitore, non a fare miracoli.
Perché il dipolo ripiegato ha quattro volte l'impedenza. La corrente si divide fra i due conduttori paralleli: a parità di potenza irradiata la corrente nel punto di alimentazione è metà, e poiché l'impedenza va come il quadrato del rapporto delle correnti, risulta quadruplicata. Da 73 si arriva a circa 300 ohm, che è esattamente l'impedenza della piattina bifilare — non è un caso.
Guadagno e potenza equivalente irradiata. Una Yagi con 9 dB di guadagno alimentata con 100 W irradia nella direzione principale come farebbe un dipolo alimentato con 800 W. Nulla si crea: nelle altre direzioni irradia molto meno di un dipolo. È il concetto che rende comprensibili i limiti regolamentari espressi in e.r.p. o in e.i.r.p. anziché in watt all'uscita dell'apparato.
Il ROS e le perdite. Un ROS alto è un problema soprattutto perché la potenza riflessa ripercorre la linea e viene in parte dissipata: su un cavo già lossy alle alte frequenze il conto peggiora rapidamente. Su una linea bifilare a perdite minime, invece, un ROS anche elevato è tollerabile — è il motivo per cui le antenne multibanda alimentate in bifilare funzionano bene pur avendo un ROS pessimo.
Propagazione
Le onde radio raggiungono il corrispondente in tre modi: onda di suolo, che segue la superficie terrestre e domina alle frequenze basse; onda diretta o spaziale, in vista ottica, tipica di VHF e UHF; e onda ionosferica, riflessa dagli strati alti dell'atmosfera, che è ciò che rende possibile il DX in onde corte.
Gli strati ionosferici
| Strato | Comportamento |
|---|---|
| D | Il più basso. Assorbe le frequenze basse. Esiste solo di giorno: è il motivo per cui gli 80 e i 160 metri funzionano di notte |
| E | Riflette; di notte si attenua. Può presentare intense nubi di ionizzazione localizzate, la E sporadica |
| F1 e F2 | I più alti, quelli che riflettono davvero in HF. Di notte si fondono in un unico strato F |
La ionizzazione è prodotta dalla radiazione solare, quindi tutta la propagazione dipende dal sole: dall'ora del giorno, dalla stagione e dal ciclo undecennale dell'attività solare.
La frequenza critica è la massima frequenza riflessa da uno strato quando l'onda lo colpisce verticalmente. Sopra quella, l'onda buca la ionosfera e si perde nello spazio.
La massima frequenza utilizzabile (MUF) è la massima riflessa per un dato collegamento, con incidenza obliqua. È sempre più alta della frequenza critica: più l'angolo è radente, più alta è la MUF.
Immagina un sasso lanciato contro l'acqua. Se lo tiri a picco affonda; se lo tiri radente rimbalza. La ionosfera si comporta allo stesso modo con le onde radio.
La frequenza critica è la velocità oltre la quale il sasso lanciato a picco affonda comunque. La MUF è molto più alta perché il sasso lo tiri di striscio: più l'angolo è radente, più alta è la frequenza che riesci ancora a far rimbalzare, e più lontano ricade.
Conseguenza pratica: un'antenna che irradia ad angolo basso lavora il DX, una che irradia verso l'alto copre bene le distanze corte. Non è questione di potenza, è questione di angolo.
L'angolo di irradiazione decide la distanza coperta da un salto: angoli bassi danno salti lunghi. Fra la fine dell'onda di suolo e il punto in cui ricade il primo salto ionosferico c'è una zona di silenzio in cui non si sente nulla. Il fading è l'affievolimento del segnale dovuto a cammini multipli che si sommano ora in fase ora in opposizione.
Propagazione troposferica e modi particolari
- Orizzonte radioelettrico. Più lontano di quello ottico, perché l'atmosfera incurva leggermente le onde. Cresce con l'altezza delle antenne: è la ragione per cui in VHF si va sui monti.
Quanto lontano arrivo in VHF? L'orizzonte radioelettrico in chilometri vale 4,12 per la radice quadrata dell'altezza dell'antenna in metri. Quel coefficiente viene dal modello del raggio terrestre efficace: l'atmosfera incurva le onde verso il basso, e il conto si fa come se la Terra avesse un raggio maggiore di quattro terzi. Per l'orizzonte ottico, senza rifrazione, il coefficiente sarebbe 3,57.
antenna sul tetto, 10 m → ≈ 13 kmantenna su una collina, 100 m → ≈ 41 km
antenna su un monte, 1000 m → ≈ 130 km
Le due distanze si sommano: se anche il tuo corrispondente è a 100 metri di quota, la portata teorica diventa ottanta chilometri. Ecco perché salire di dieci metri con il traliccio conta meno che salire di trecento con la macchina, e perché i ripetitori stanno sulle cime.
- Inversione di temperatura. Uno strato d'aria calda sopra aria fredda crea un condotto troposferico che può portare i segnali VHF a distanze enormi.
- E sporadico. Nubi di ionizzazione intensa nello strato E, tipiche dell'inizio dell'estate, che aprono improvvisamente i 6 e i 2 metri. Trattandosi dello strato E, il singolo salto arriva attorno ai 2000 km; con due salti si va oltre.
- Riflessione aurorale. Alle alte latitudini le aurore riflettono i segnali VHF, con un caratteristico suono rauco e distorto.
Perché le bande basse sono notturne e le alte diurne. Lo strato D assorbe, e assorbe tanto più quanto più bassa è la frequenza. Di giorno esiste e ammazza 160, 80 e in parte 40 metri; di notte sparisce e quelle bande si aprono. All'opposto, le bande alte hanno bisogno di ionizzazione abbondante per essere riflesse: senza sole la MUF crolla sotto i 28 MHz e i 10 metri si chiudono. Da qui la regola pratica: al calare del sole si scende di banda, all'alba si risale.
Il ciclo solare in una riga. Ogni undici anni circa il numero di macchie solari passa da un minimo a un massimo. Al massimo la MUF sale, i 10 e i 12 metri si aprono quotidianamente e si collega il mondo con pochi watt; al minimo quelle bande restano mute per mesi e ci si sposta sui 20 e sui 40.
Quanto è lungo un salto. Lo decide la geometria: quota dello strato riflettente, curvatura terrestre, e angolo di irradiazione più radente utilizzabile. Con l'antenna che spara a zero gradi sull'orizzonte i limiti sono due, diversi a seconda dello strato che riflette.
strato E, quota ≈ 100 km → salto massimo ≈ 2000 kmstrato F2, quota ≈ 300 km → salto massimo ≈ 4000 km
Oltre quelle distanze servono riflessioni multiple fra ionosfera e suolo, e ogni rimbalzo costa segnale: è il motivo per cui i collegamenti agli antipodi richiedono condizioni particolarmente favorevoli.
Misure
Che cosa si misura
Tensioni e correnti continue e alternate, resistenza, potenza in continua e in radiofrequenza — sia media sia di cresta — rapporto di onda stazionaria, forma d'onda dell'inviluppo di un segnale a radiofrequenza, frequenza e frequenza di risonanza.
Da che cosa dipende l'errore
Lo strumento cambia ciò che misura. Metti un voltmetro con resistenza interna di 20 kΩ ai capi di una resistenza da 100 kΩ. Il voltmetro si mette in parallelo, e insieme fanno meno di 17 kΩ: la tensione che leggi è molto più bassa di quella che c'era prima di collegarlo.
Con un voltmetro da 10 MΩ, invece, l'effetto è trascurabile. Regola pratica: il voltmetro deve avere resistenza molto più alta del circuito, l'amperometro molto più bassa.
- Resistenza interna dello strumento. Un voltmetro assorbe corrente e altera il circuito che sta misurando: tanto più alta la sua resistenza interna, tanto minore il disturbo. Per l'amperometro vale l'opposto: deve avere resistenza bassissima.
- Frequenza. Uno strumento tarato in bassa frequenza sbaglia in radiofrequenza.
- Forma d'onda. La maggior parte dei multimetri misura il valore medio e mostra il valore efficace assumendo che il segnale sia sinusoidale: su un segnale distorto la lettura è sbagliata.
Gli strumenti
| Strumento | A che serve |
|---|---|
| Strumento a bobina mobile | Il classico indice su scala. Misura correnti continue; con derivatori e resistenze addizionali diventa amperometro o voltmetro |
| Multimetro multigamma | Tensioni, correnti e resistenze su più portate |
| Riflettometro a ponte (rosmetro) | Separa onda diretta e riflessa e misura il ROS |
| Contatore di frequenza | Conta i cicli in un tempo noto: misura la frequenza con grande precisione |
| Frequenzimetro e ondametro ad assorbimento | Un circuito accordato che assorbe energia alla risonanza. Strumento semplice per verificare su che frequenza si sta trasmettendo |
| Oscilloscopio | Mostra la forma d'onda nel tempo. È l'unico modo per vedere davvero l'inviluppo di un segnale SSB e accorgersi se il finale sta distorcendo |
Il rosmetro non misura l'antenna. Misura ciò che accade nel punto in cui è inserito. Un cavo lungo e con perdite attenua sia l'onda diretta sia quella riflessa, e il rosmetro all'apparato legge un ROS più basso del reale: un cavo pessimo può far sembrare eccellente un'antenna mediocre. Il posto giusto per misurare è alla base dell'antenna.
Come misura davvero un wattmetro RF. Non “legge” i watt come un voltmetro legge i volt: ricava la potenza dalla tensione misurata su un carico di valore noto, oppure preleva una frazione del segnale con un accoppiatore direzionale tarato e la converte. Da qui l'importanza del dummy load, il carico fittizio da 50 ohm che consente di provare il trasmettitore senza irradiare — pratica che il regolamento, con le sue prescrizioni sulle prove, incoraggia esplicitamente.
Disturbi e protezione
Come si manifesta un disturbo
| Fenomeno | Che cosa si osserva |
|---|---|
| Bloccaggio | Un segnale forte satura lo stadio d'ingresso e l'apparato smette di ricevere anche il segnale voluto |
| Intermodulazione | Due o più segnali si mescolano in uno stadio non lineare e generano frequenze nuove, che compaiono dove non c'è nessuno |
| Rivelazione nei circuiti audio | La radiofrequenza viene raddrizzata da una giunzione qualsiasi dell'apparecchio disturbato e riappare come audio. È il classico impianto stereo che parla con la tua voce |
Da dove arriva
Il disturbo può nascere dall'intensità di campo del trasmettitore, semplicemente troppo alta a poca distanza; dalle irradiazioni non essenziali, cioè armoniche ed emissioni parassite; oppure dai limiti dell'apparecchio disturbato, che raccoglie il segnale all'ingresso d'antenna, sulle linee di connessione — rete elettrica, cavi altoparlante — o per irraggiamento diretto sui suoi circuiti.
Il vicino sente la tua voce nello stereo. Trasmetti in SSB sui 40 metri e dall'impianto del vicino esce la tua voce, anche a impianto spento o su un'altra sorgente.
Non è colpa della tua frequenza: la radiofrequenza viene captata dai cavi degli altoparlanti, che fanno da antenna, e viene raddrizzata da una qualsiasi giunzione a semiconduttore dentro l'amplificatore. Raddrizzata, ridiventa audio. È la rivelazione nei circuiti audio.
La cura non è ridurre la potenza: sono ferriti sui cavi dell'impianto disturbato. Costano pochi euro e risolvono nella maggior parte dei casi.
Come si cura
- Filtraggio. Filtri passa basso all'uscita del trasmettitore per le armoniche; filtri di rete e ferriti sui cavi dell'apparecchio disturbato.
- Disaccoppiamento. Impedire alla radiofrequenza di viaggiare lungo le linee di alimentazione e i cavi di segnale.
- Schermatura. Racchiudere l'apparato o lo stadio critico in un involucro conduttore collegato a massa.
La responsabilità non è sempre di chi trasmette. Se il trasmettitore rispetta i limiti sulle emissioni fuori banda e il vicino sente comunque la tua voce nell'impianto stereo, il difetto è nell'immunità dell'apparecchio disturbato, non nella tua emissione. È la ragione per cui esiste la direttiva europea sulla compatibilità elettromagnetica: impone requisiti non solo di emissione ma anche di immunità. Detto questo, l'articolo 17 dell'allegato 26 stabilisce che l'installazione della tua antenna non deve provocare turbative e interferenze ad altri impianti di radiocomunicazione, e il Regolamento UIT ti impone comunque di irradiare solo la potenza necessaria: la strada pratica è collaborare, non avere ragione.
Perché le ferriti funzionano. Un anello di ferrite infilato su un cavo aggiunge impedenza solo alla radiofrequenza che scorre in modo comune sulla calza, e lascia intatto il segnale utile che viaggia in modo differenziale. È il rimedio più economico e più efficace contro la rivelazione audio.
Protezione elettrica
A far danno non è la tensione ma la corrente che attraversa il corpo, e il percorso che compie: quello mano-mano attraverso il torace è il più pericoloso perché passa dal cuore. La resistenza del corpo crolla se la pelle è umida — è la ragione per cui gli incidenti gravi avvengono quasi sempre con le mani bagnate o sudate.
Le soglie, in corrente alternata. Sono ordini di grandezza, e dipendono anche dalla durata del contatto.
≈ 0,5 – 1 mA → inizi a percepirla≈ 10 mA → soglia di non rilascio: i muscoli si contraggono e non riesci più a staccare la mano
alcune decine di mA → rischio di fibrillazione ventricolare
La norma tecnica fissa come tensioni convenzionalmente sicure 50 V in alternata e 120 V in continua. Sotto quei valori, in condizioni ordinarie, la corrente che passa non raggiunge le soglie pericolose.
Il conto che spiega perché quel limite è convenzionale e non assoluto. Con la pelle asciutta il corpo oppone qualche migliaio di ohm, e a 50 volt passano pochi milliampere: non succede nulla. Con le mani bagnate la resistenza crolla, e la stessa tensione può portare la corrente ben oltre la soglia dei dieci milliampere. È il motivo per cui negli ambienti umidi le norme abbassano ulteriormente la tensione considerata sicura.
Nei sistemi di alimentazione valgono le precauzioni ordinarie: collegamento a terra delle masse metalliche, interruttore differenziale, fusibili dimensionati correttamente, e mai lavorare su un apparato alimentato.
Le alte tensioni sono il rischio specifico della radio: gli amplificatori valvolari lavorano con migliaia di volt, e i condensatori di filtro restano carichi anche ad apparato spento e scollegato. Vanno scaricati deliberatamente prima di mettere le mani dentro.
Il condensatore che aspetta. Un lineare valvolare ha nell'alimentatore condensatori caricati a 2000 volt. Spegni, stacchi la spina, aspetti cinque minuti e apri il coperchio: quei condensatori possono essere ancora carichi quasi come prima, perché senza un percorso di scarica non hanno dove andare.
Gli alimentatori ben fatti hanno una resistenza di scarica permanente in parallelo. Ma non si dà mai per scontato che ci sia: si misura con il tester prima di toccare, e se serve si scarica deliberatamente con una resistenza isolata.
Contro i fulmini, un'antenna esterna è per definizione la parte più alta e più esposta dell'impianto. Le misure sono la messa a terra della struttura e del cavo coassiale, l'uso di scaricatori, e la buona abitudine di scollegare l'antenna dall'apparato quando arriva il temporale.
Perché i condensatori restano carichi. Un condensatore da qualche decina di microfarad caricato a 2000 volt — la taglia normale in un alimentatore ad alta tensione — immagazzina un centinaio di joule, energia più che sufficiente a uccidere, e senza un percorso di scarica la mantiene per ore. Gli alimentatori ben progettati includono una resistenza di scarica permanente, ma non si dà mai per scontato che ci sia: si misura prima di toccare.
La messa a terra ha due scopi diversi. Quella elettrica protegge le persone portando a terra le correnti di guasto. Quella di radiofrequenza serve a dare un riferimento pulito e a smaltire le cariche statiche accumulate dall'antenna. Non sempre la stessa presa fa bene entrambi i lavori, e confonderle è una fonte classica di disturbi.