Perché Usare Quarti d'Onda per un'Antenna?

Le antenne a quarto d'onda sono ideali quando le antenne a dipolo sarebbero eccessivamente grandi, come in una stazione radio AM che trasmette lunghezze d'onda estremamente lunghe, e dove lo spazio è limitato, come nei dispositivi di comunicazione mobile. Avendo un solo elemento radiante, le antenne monopolo a quarto d'onda non creano un circuito chiuso per il flusso di corrente. Un piano di massa chiude il circuito del monopolo a quarto d'onda, fornendo un percorso per la corrente di ritorno.

Frequenza e Lunghezza d'Onda

Più bassa è la frequenza di un'onda radio, più lunga è la sua lunghezza d'onda e più lunga deve essere un'antenna per trasmettere e ricevere efficientemente. Le stazioni AM trasmettono frequenze tra 500 e 1600 kHz, creando onde radio tra circa 200 e 600 metri. Un'antenna a dipolo a mezza onda sarebbe troppo grande, quindi le stazioni usano un'antenna a quarto d'onda per la trasmissione, usando il terreno come immagine speculare del monopolo, fungendo effettivamente da secondo elemento di un dipolo.

Massa e Corrente di Ritorno

Le antenne a dipolo consistono in due segmenti uguali, ciascuno tipicamente un quarto di lunghezza d'onda. Le due metà formano un circuito chiuso, permettendo il flusso completo di corrente. Un'antenna a quarto d'onda usa il terreno o una piastra conduttiva per chiudere il circuito e fornire la corrente di ritorno necessaria per un'adeguata forza del segnale; piani di massa più grandi riducono la perdita di segnale da e verso l'antenna. Per antenne esterne, se il terreno non fornisce buona conduttività, puoi posizionare un array di fili avvolti (radiali) attorno all'antenna per migliorare efficienza e ritorno di corrente. La pagina "Simple Antennas and Good Grounds" dell'Università delle Hawaii indica che un array di 8-32 radiali, ciascuno tra 0,20 e 0,28 lunghezze d'onda, fornisce un ritorno di corrente adeguato.

Lunghezza Elettrica

Puoi estendere la lunghezza elettrica di un'antenna a quarto d'onda o più corta per ottenere capacità ottimali di trasmissione e ricezione. La lunghezza elettrica è il rapporto tra la lunghezza fisica dell'antenna e la lunghezza d'onda che trasmette/riceve; una lunghezza elettrica uguale alla lunghezza d'onda divisa per quattro fornisce l'efficienza ideale. Se la tua antenna a quarto d'onda è troppo corta per la lunghezza d'onda progettata, puoi estenderne artificialmente la lunghezza elettrica usando un induttore, permettendo all'antenna di trasmettere e ricevere efficientemente la frequenza.

Applicazioni Pratiche

L'antenna radio dell'auto è un'antenna whip, un'antenna a quarto d'onda che usa il cofano metallico dell'auto per fornire corrente di ritorno e permettere una ricezione efficiente. Dispositivi di comunicazione mobile come i cellulari usano antenne a quarto d'onda con amplificatori, abbastanza compatte da stare nel corpo del dispositivo. Antenne a quarto d'onda accorciate sono usate anche in radio portatili a onde corte, fornendo trasmissione e ricezione efficienti in area limitata.