mercoledì 29 gennaio 2020

Plastica e radio frequenza

Devi installare una piccola antenna all'esterno e devi proteggerla dalle intemperie. La inscatoli con il primo contenitore plastico che trovi.
Poi, ti accorgi che qualcosa non va. Non esce potenza. Si è rotto qualcosa?

Probabilmente no.

La "plastica" che hai usato non è adatta alla radiofrequenza. Perchè?

Ogni "plastica" o, meglio, resina sintetica oppure dielettrico, possiede alcune proprietà fisiche ed elettriche che ne caratterizzano il funzionamento.

La costante dielettrica

Una di queste è la costante dielettrica ε.

La costante dielettrica è la proprietà di un isolante di contrastare l'intensità di un campo elettrico presente al suo interno; in tal modo ne determina la quantità di energia elettrostatica immagazzinata.

Bassi valori della costante dielettrica sono preferibili nelle applicazioni ad alta frequenza, al fine di minimizzare le perdite di potenza elettrica; al contrario, nei dielettrici dei condensatori è preferibile un valore più elevato.

Il valore della costante dielettrica è pure influenzato dalla frequenza, come dipendenza dal meccanismo molecolare di polarizzazione del dielettrico.

Fattore di potenza e di dissipazione

Sempre in un dielettrico, l'energia viene dissipata in seguito a processi di conduzione ionica, per orientamento degli atomi o per il movimento di elettroni liberi.

Questa energia viene trasformata in calore.

Essa viene descritta dal fattore di potenza cos φ o dal fattore di dissipazione tg δ.

Il primo è dato dal rapporto tra la potenza attiva P dissipata dal materiale e la potenza apparente VI applicata:

cos φ = P / (VI)

Il secondo è dato dal rapporto tra la componente attiva IR e la componente reattiva IX della corrente, data una certa tensione V applicata:

tg δ = IR / IX

Nella pratica, questi valori coincidono e vengono usati uno al posto dell'altro. Conoscere questi fattori è importante per giudicare la qualità di un dielettrico: un buon isolante ha bassi valori di cos φ o tg δ.

Resine come il Teflon, il Policarbonato ed il Polistyrene sono molto adatte ad essere usati a radio frequenza, dato il basso cos φ.

E' importante quindi conoscere quale materiale adoperare per custodie o radome, al fine di minimizzare gli effetti sul segnale irradiato o ricevuto.

Questo vale anche per i supporti per bobine di filtro o di arresto.

Analogamente, anche i circuiti stampati devono sottostare a certe caratteristiche al fine di comportarsi correttamente ad alta frequenza.

E' il caso, per esempio, dei supporti per microonde in teflon, ceramica o Rogers.

73 de Andy IV3ONZ

Link utili e bibliografia:

  • G. Lotti, A. Montanari, "Tecnologia delle costruzioni elettroniche", Vol. I, La Sovrana Editrice 1981



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