In balia delle correnti oppure in direzione ostinata e contraria?
Il tema delle Common-Mode Currents, correnti di modo comune in italiano, viene tirato in ballo ogni volta che si illustri il progetto di una yagi o comunque di un’antenna basata sul dipolo, e si abbia la necessità di alimentare questa antenna con un cavo coassiale. Cioè, ad oggi, sempre.
La vulgata dice che in questi casi è obbligatorio un balun o qualche altro dispositivo (choke, toroidi, ferriti) atto a limitare al massimo le correnti parassite che scorreranno lungo la parte esterna della calza del coassiale.
L’ARRL Antenna Book dedica un’intera sezione del capitolo 26 alle correnti common-mode. La cosa più facile sarebbe invitarvi a leggerla, ce ne sono svariate versioni in pdf disponibili sulla rete, ma so già che non lo farete perché altrimenti l’avreste già fatto …
Quindi con questo breve contributo, che non è originale ma compilativo, cercherò di riassumere e quando occorre commentare quanto scritto in quella che è considerata, a ragione, la bibbia delle antenne radio.
Cominciamo.
Nel trattare l’argomento delle linee di trasmissione, si assume che ambedue i rami del conduttore trasportino correnti bilanciate, ovvero uguali ed opposte. Questa situazione ideale potrebbe tuttavia non realizzarsi in molti casi.
Un caso comune è quello del cavo coassiale che alimenta un dipolo oppure una yagi.
Le correnti I1 e I2 scorrono all’interno del cavo coassiale. Per il cosiddetto “effetto pelle” I1 percorre la parte esterna del conduttore interno e I2 percorre la parte interna del conduttore esterno. Tuttavia, quando I2 raggiungerà la fine del cavo coassiale, si dividerà in due componenti, I3 e I4. A questo punto sul ramo di destra, in figura, del dipolo, scorrerà la corrente I4 che è uguale a I2 – I3.
La corrente I3, sempre per effetto pelle, tornerà indietro lungo la parte esterna della calza e dunque fra le altre cose sarà in grado di irradiare.
E’ palese che a questo punto i due rami del dipolo non sono più bilanciati. Lo sbilanciamento dipende dal valore di I3 e questo a sua volta è proporzionale all’impedenza che I3 potrà presentare lungo la tratta fra la biforcazione e la sua terra di riferimento, la sua RF Ground. Minore l’impedenza, più grande sarà la corrente I3 e più grande sarà lo sbilanciamento.
L’impedenza di un dipolo su terra reale statisticamente potrà variare fra circa 50 e 75 Ohm. L’impedenza vista ad un ramo del dipolo sarà la metà, quindi fra 25 e 37 Ohm. È con questa impedenza che andrà confrontata quella del terzo braccio del dipolo. Sfortunatamente, è praticamente impossibile determinare con precisione quella che chiameremo common-mode impedance. Essa varia con lunghezza e diametro del coassiale, e, soprattutto, varia con il percorso di terra fra lo chassis del trasmettitore e la RF Ground. E la RF Ground potrebbe essere in posti poco prevedibili, visto che il suo percorso potrebbe coinvolgere il cavo di alimentazione della radio, il cablaggio elettrico della casa e magari anche quello del fornitore di energia.
Il peggior caso di common-mode impedance lo troveremo quando la lunghezza del percorso verso la RF Ground è un multiplo dispari di lambda/2, perché in questo caso potremmo considerare questo percorso come risonante a mezz’onda. Viceversa, il caso più fortunato sarà un multiplo dispari di lambda/4. Se occorresse spiegare perché, lo vedremo in un’altra puntata dedicata alle magie delle linee ½ e ¼ di lambda elettrico.
L’immagine precedente compara il diagramma di irradiazione e l’impedenza di un dipolo alimentato direttamente al centro, posto ad altezza di 1/2 lambda su terra reale e senza linea di trasmissione, con quelle di un dipolo alimentato in coassiale con una lunghezza elettrica verso RF Ground uguale a ½ lambda, quindi il caso peggiore.
Si potrebbe dire che la variazione sia del tutto ininfluente, ovvero ininfluente sul diagramma di irradiazione e ininfluente sulla misura del ROS. Bisogna però precisare che nel caso descritto in ARRL Antenna Book il dipolo è orizzontale e la linea di trasmissione che va a massa è verticale, quindi ortogonale al dipolo. Bisogna anche aggiungere che nel caso di un’antenna direttiva fortemente ottimizzata anche un minuscolo sfasamento nel diagramma di irradiazione potrebbe essere inaccettabile, dipende. Ma, come premesso, qui si discute il caso peggiore, quello di un percorso verso terra che offre bassa impedenza perché risonante a ½ onda.
Quello sopra è il degrado previsto per una yagi alimentata in coassiale con percorso verso massa non ortogonale e lunghezza 1/2 lambda. Diagrammi più brutti di questo nel testo citato non ne troverete.
Fino a qui i dati derivati dalla trattazione ARRL. Il paragrafo continua esaminando altri casi, fra i quali quello importante di linea non perpendicolare al suolo, cui si riferisce l’immagine precedente. E io potrei continuare a riassumere i risultati, ma temo che sarei preso a sassate, quindi mi fermo qui. Comunque, poiché fidarsi e bene ma non fidarsi è meglio, andate a controllare di persona cosa si scrive, per mia e vostra tranquillità.
Le conclusioni, e stavolta sono le MIE conclusioni.
Un balun è una buona cosa, quando non crea più problemi di quelli che si suppone dovrebbe correggere. In UHF creare problemi è sgradevolmente probabile. Le ferriti che trovate normalmente in commercio in UHF non servono a niente, servono ferriti con caratteristiche precise, e se sapete dove comprarle ad un prezzo almeno lievemente inferiore a quello dell’oro scrivetelo nei commenti.
Se non siete i più sfigati del pollaio, statisticamente di rado incapperete in sbilanciamenti disastrosi che rendono obbligatorio un balun. Se notate comportamenti troppo strani, provate a modificare adeguatamente la lunghezza della linea coassiale, e se i problemi scompaiono e magari il ros misurato cambia clamorosamente, sappiate che siete fra i pochi, statisticamente pochi, che hanno pescato la pagliuzza corta.
Amen. Paolo
mario 
Franco