Scopriamo un metodo semplice e veloce per costruire ed “accordare” un’antenna al condensatore variabile della nostra radio a cristallo.
Nello scorso articolo abbiamo imparato i primi rudimenti della trasmissione e ricezione di segnali in modulazione di ampiezza. Si tratta di ciò che i nostri genitori chiamavano “radio a galena”, e utilizzavano un baffo di gatto (sic!) per la funzione del diodo. Il circuito, noto come radio a cristallo è semplicissimo, e può funzionare senza batterie o altra alimentazione, risultando per questo un circuito ambito per i neofiti della progettazione elettronica in alta frequenza (AF).
Purtroppo ad oggi risulta difficile trovare i componenti necessari per un simile tipo di progetto sperimentale, e se nelle buste surplus spesso presenti nei negozi di elettronica qualcosa ancora si riesce a trovare, tuttavia accoppiare i vari componenti può diventare difficile. Noi useremo un condensatore variabile di tipo 224F (o PVC-224), con range predefinito tra i 20pF ed i 200pF. Ne esistono diversi altri modelli (come il 223) con un range più ristretto. E’ evidente che il range coperto dal condensatore variabile è proporzionale al range di frequenze ricevute dalla nostra radio.
Ma in che modo funziona?
Bande di frequenza
Occorre innanzi tutto far presente che non esiste una radio in grado di ricevere qualsiasi frequenza e qualsiasi modalità trasmissiva, a meno di circuitazioni particolarmente complesse. Nel nostro caso ci occuperemo di ricezione in AM (modulazione di ampiezza).
In genere le bande di frequenza per i ricevitori domestici in modulzaione di ampiezza vengono suddivise in onde corte, onde medie e onde lunghe. La “lunghezza d’onda” può essere vista come il reciproco della frequenza, secondo il seguente schema:
|
1 |
λ = v / f |
ove lambda è la lunghezza d’onda, f la relativa frequenza e v la velocità di propagazione.
Come appare evidente, maggiore è la frequenza, minore è la lunghezza dell’onda.
Nel nostro esperimento cercheremo di accordare un’antenna per le seguenti bande:
- onde lunghe (LW) – 148,5 kHz / 283,5 kHz
- onde medie (MW) – 526,500 kHz / 1606,500 kHz
- onde corte (SW) – 1700 kHz – 30.000 kHz
I segnali a onda media hanno la proprietà di seguire la curvatura della terra (cosiddetta “linea dell’orizzonte”) e di essere riflessi durante le ore notturne dalla ionosfera. Questo fa delle onde medie la banda di frequenze ideale sia per trasmissioni locali che continentali, in base al momento della giornata.
Una formula, per domarli tutti…
Esiste ovviamente una quantità notevole di informazioni su come creare un sistema che “intrappoli” una determinata frequenza elettromagnetica permettendoci di rivelarla con il nostro apparato. Si tratta di formule che vengono spiegate al secondo anno di fisica all’Università, ma niente paura: possiamo trovare un escamotage per risolvere il nostro problema!
Per progettare la nostra antenna possiamo utilizzare la seguente formula:
Ove C rappresenta la capcità (in Farad) del condensatore, ed L l’induttanza in Henry. Per prima cosa dovremo cercare la “frequenza centrale” del nostro sistema risonante. Nel caso specifico, dal momento che la capacità massima in pf del condensatore elettrolitico è nota, possiamo definire la frequenza minima in 526,5 kHz e determinare così il valore in mH dell’avvolgimento dell’antenna che dobbiamo preparare. Notare che abbassando il valore del condensatore variabile, la frequenza di sintomia aumenterà di conseguenza.
Riportiamo di seguito alcuni esempi precalcolati per i valori di L e C relativi alla frequenza di 526,5 kHz:
| 200 | 0.456918 |
| 224 | 0.407963 |
| 240 | 0.380765 |
| 300 | 0.304612 |
Appare evidente che ciascuno di essi è assimilabile in prima approssimazione alla nostra formula.
Dalla teoria alla pratica
Ora che abbiamo i nostri valori, dobbiamo costruire la nostra antenna. Costruire un’antenna utilizzando una barretta di ferrite è abbastanza semplice, se si dispone delle regole necessarie.
La ferrite è una classe di materiale ceramico con forti proprietà elettromagnetiche come alta permeabilità in combinazione con bassa conduttività elettrica. Avvolgendo un connettore attorno al nucleo di ferrite si ottiene un componente elettronico che agisce come antagonista del condensatore, mantenendo così definita la frequenza rilevata.
Per costruire il nostro componente abbiamo bisogno di un nucleo di ferrite da 10mm di diametro, lungo 10-20 di cm. e di un connettore: gli effetti migliori si otterranno con cavo di Litz.
Maggiore è l’area del nucleo, maggiore è la sua sensibilità, quindi un nucleo del diametro di 1cm lungo 20 cm è più sensibile di un nucleo del diametro di 1 cm lungo solo 10 cm.
Il cavo di Litz è il miglior tipo di cavo per un progetto radio AM. Consiste di singoli trefoli di filo impacchettati insieme. Di conseguenza, una bobina di ferrite realizzata con questo tipo di filo tende ad essere più sensibile ed efficiente per la ricezione radio. Al momento dell’acquisto, il produttore di solito indica il numero di singoli fili nel fascio e più fili ha, più è costoso.
Il filo Litz è anche conosciuto come filo di poliuretano Single Tetron (USTC). Un singolo filo ha solitamente uno spessore di 0,07 mm e uniscono cinque di questi fili attorcigliandoli insieme per formare un unico connettore. Sono necessarie circa 73 spire di questo tipo di filo attorno a un’asta di ferrite di diametro 10 mm per produrre un’induttanza di circa 300 µH.
I consigli di Moreware: Le capacità dei condensatori ed i parametri elettrici dei nuclei di ferrite e dei connettori tendono ad assumere valori che fluttuano anche del 30-40%. In genere si compensano nella formula che abbiamo visto sopra, ma occorre comunque valutare i risultati teorici come traccia del nostro progetto. Per avere informazioni più certe e precise sulla nostra realizzazione pratica, sarà necessario dotarsi di uno strumento apposito, chiamato misuratore LCR. Un misuratore LCR è uno strumento di misura speciale, simile ad un comune tester, ma che misura l’induttanza (L), la capacità (C) e la resistenza (R). Con un misuratore del genere è possibile creare bobine precise avvolgendo il filo preferito con la certezza che il valore corretto in Henrys sia rispettato. In questo modo, c si potrà sintonizzare sull’intera banda con una certa precisione.
Componenti:
Antenna AM avvolta su nucleo di ferrite
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Luigi_Morelli
Definire ciò che si è non risulta mai semplice o intuitivo, in specie quando nella vita si cerca costantemente di migliorarsi, di crescere tanto professionalmente quanto emotivamente. Lavoro per contribuire al mutamento dei settori cardine della computer science e per offrire sintesi ragionate e consulenza ad aziende e pubblicazioni ICT, ma anche perche’ ciò che riesco a portare a termine mi dà soddisfazione, piacere. Così come mi piace suonare (sax, tastiere, chitarra), cantare, scrivere (ho pubblicato 350 articoli scientfici e 3 libri sinora, ma non ho concluso ciò che ho da dire), leggere, Adoro la matematica, la logica, la filosofia, la scienza e la tecnologia, ed inseguo quel concetto di homo novus rinascimentale, cercando di completare quelle sezioni della mia vita che ancora appaiono poco ricche.