16 - Linee di Trasmissione RF

📘 Lezione 16 - Linee di Trasmissione RF

📌 Panoramica

Materia: Antenne, propagazioni, linee di trasmissione
Argomento principale: La teoria delle linee RF, linee in regime di Onde Stazionarie, adattamento di impedenza e misure sulle linee.
Relatore: Paolo (i5WHC)
Data: 2 Settembre 2026

📖 Contenuti Teorici

1. La teoria delle linee RF

In generale si definisce “Linea di Trasmissione” la coppia di conduttori che collegano il generatore al carico. Se la lunghezza della linea è trascurabile rispetto alla lunghezza d’onda del segnale elettrico, la distribuzione delle tensioni e correnti è uniforme e si applicano le regole dei circuiti classici. Tuttavia, quando le dimensioni del circuito non sono trascurabili rispetto alla lunghezza d’onda, la distribuzione non è uniforme, e occorre applicare la “Teoria delle Linee di Trasmissione”.

La formula della lunghezza d’onda è: $$\lambda(m) = \frac{300}{F(MHz)}$$

Ciascun conduttore della linea presenta un’induttanza distribuita e tra i conduttori vi è una capacità distribuita. Pertanto, la linea si assimila ad un circuito LC a costanti distribuite.

Se consideriamo una linea di lunghezza infinita, essa presenta al generatore un’impedenza $Z_0$ (Impedenza Caratteristica) pari a: $$Z_0 = \sqrt{\frac{L}{C}}$$ dove L è l’induttanza per unità di lunghezza e C la capacità per unità di lunghezza.

💡 Nota Pratica: Se misuriamo un cavo coassiale con un tester in corrente continua (CC), leggeremo un circuito aperto (resistenza infinita tra centrale e calza). Invece, per il segnale RF (corrente alternata ad alta frequenza), il cavo presenta un “carico” dinamico di 50 $\Omega$ determinato dalla sua geometria (capacità e induttanza), non dalla resistenza elettrica del rame!

Se chiudiamo una linea reale con un carico $Z = Z_0$, essa si comporta come se fosse infinita, in regime di sola onda progressiva.

Cavi Coassiali vs Linee Bifilari

I cavi coassiali hanno il conduttore esterno che scherma i campi EM, impedendo interferenze con l’esterno, ma presentano maggiore attenuazione rispetto alle linee bifilari. Si usano per collegare generatori e carichi sbilanciati (con un terminale a terra). Le linee bifilari si usano per carichi bilanciati. Per passare da sbilanciato a bilanciato si utilizza un Balun.

Parametri della linea:

Impedenza caratteristica ($Z_0$): 50-75 $\Omega$ per coax, 200-300 $\Omega$ per bifilari.
Attenuazione: espressa in dB/m.
Fattore di velocità ($F_v$): La velocità in linea è inferiore a quella nel vuoto. La lunghezza d’onda fisica è minore: Lunghezza Fisica = Lunghezza Elettrica ($\lambda$) $\times$ Fattore di velocità

2. Linee in regime di Onde Stazionarie

Se un carico $Z_L$ è diverso da $Z_0$, parte dell’energia viene riflessa, creando un regime di Onde Stazionarie.

💡 Analogia Idraulica: Immagina un’onda d’acqua in un canale stretto. Se alla fine del canale c’è uno scivolo (carico adattato), l’onda prosegue e cede la sua energia. Se invece c’è un muro (disadattamento), l’onda sbatte e torna indietro. L’onda di ritorno si sovrappone a quella in arrivo creando punti in cui l’acqua è sempre ferma (nodi) e punti in cui oscilla col doppio della forza (ventri). Queste sono le “Onde Stazionarie”.

La composizione del flusso diretto e riflesso genera massimi e minimi di tensione e corrente che si ripetono ogni $\lambda/2$.

Si definisce ROS (Rapporto di Onde Stazionarie) o SWR: $$ROS = \frac{V_{max}}{V_{min}}$$ Se $Z_L < Z_0$, $ROS = \frac{Z_0}{Z_L}$. Se $Z_L > Z_0$, $ROS = \frac{Z_L}{Z_0}$. Il valore del ROS varia tra 1 e infinito.

Lungo la linea in onde stazionarie, l’impedenza vista varia al variare della lunghezza elettrica.

3. Il trasformatore $\lambda/4$ e i tronchi di linea

Un tronco di linea lungo $\lambda/4$ si comporta da trasformatore di impedenza. Per adattare $Z_1$ e $Z_2$, occorre una linea a $\lambda/4$ con impedenza: $$Z_0 = \sqrt{Z_1 \times Z_2}$$

Linea aperta a $\lambda/4$ si comporta come un circuito risonante serie.
Linea in corto circuito a $\lambda/4$ si comporta come un circuito risonante parallelo.

4. Adattamento di impedenza e misure

Legge di Jacobi

Il teorema del massimo trasferimento di potenza stabilisce che la massima potenza si trasferisce quando l’impedenza del carico è pari al complesso coniugato dell’impedenza interna del generatore (stessa parte resistiva, parte reattiva opposta).

Accordatore (ATU)

Utilizzato per adattare i valori di impedenza. La condizione ottimale è piazzarlo vicino all’antenna. Se piazzato al trasmettitore, protegge il TX ma la linea resta disadattata e con alta attenuazione e sollecitazioni.

Misura del ROS

Tra Potenza Diretta ($P_d$) e Potenza Riflessa ($P_r$): $$ROS = \frac{1 + \sqrt{P_r / P_d}}{1 - \sqrt{P_r / P_d}}$$

Attenzione all’attenuazione del cavo: se si misura il ROS all’uscita del TX e il cavo ha elevata attenuazione, il ROS misurato sarà più basso del ROS reale all’antenna (perché sia la potenza diretta in arrivo, sia quella riflessa di ritorno, vengono attenuate dal cavo).

⚠️ Importante: Un cavo molto lungo o scadente può nascondere un’antenna rotta! Se il ROS reale all’antenna è altissimo, ma il cavo perde molta potenza, l’onda riflessa arriverà al trasmettitore così attenuata che il rosmetro segnerà un innocuo 1,5:1. Misurate sempre il ROS il più vicino possibile all’antenna quando fate dei test.

Attenuazione in decibel (dB)

Usare i dB semplifica i calcoli perché permette di sommare i guadagni e sottrarre le attenuazioni. $$A(dB) = 10 \log_{10} \frac{P_{uscita}}{P_{ingresso}}$$

🔗 Mappa Concettuale

Linea di trasmissione → unisce TX e antenna
Modello linea → Circuito LC a costanti distribuite
Impedenza caratteristica $Z_0$ → per linea adatta, potenza si trasferisce integralmente (onda progressiva)
Cavo coassiale → sbilanciato, schermato
Linea bifilare → bilanciata (serve un Balun per TX sbilanciato)
Onde stazionarie → generate dal disadattamento $Z_L \neq Z_0$
ROS = Rapporto tra Vmax e Vmin lungo la linea
Trasformatore $\lambda/4$ → adatta impedenze
Legge di Jacobi → massimo trasferimento di potenza se $Z_{carico}$ è complesso coniugato di $Z_{generatore}$
SWR Meter → rileva potenza diretta e riflessa per calcolare il ROS
Attenuazione cavo → falsa la misura del ROS facendola apparire inferiore se effettuata dal lato TX

📝 Quiz di Verifica

1. Perché il tester (multimetro in CC) non può misurare l'impedenza caratteristica di 50 $\Omega$ di un cavo coassiale?

Perché l'impedenza caratteristica è un parametro dinamico in Radiofrequenza (Corrente Alternata), dipendente dalla capacità e induttanza distribuite nel cavo. Il tester in Corrente Continua misurerà solo la resistenza resistiva, indicando circuito aperto.

2. Se misuro un ROS di 1:1 all'uscita della radio, posso essere certo che l'antenna sia perfettamente accordata?

No. Se il cavo coassiale ha molta attenuazione, gran parte dell'energia riflessa da un'antenna disadattata verrebbe dissipata prima di tornare alla radio, mostrando un falso basso ROS.

📅 Informazioni Lezione

Campo	Valore
Lezione	16
Data	2 Settembre 2026
Parole chiave	Linee di trasmissione, impedenza caratteristica, ROS, onde stazionarie, cavo coassiale, Balun, trasformatore quarto d’onda, attenuazione, decibel, legge di Jacobi.