Il campo magnetico di un'antenna radio.

[luigi_48]

Buon giorno.
Sto studiando da autodidatta il funzionamento delle antenne radio e ho appreso che il segnale da esse propagato è l'insieme di un campo elettrico e di un campo magnetico, tra loro ortogonali. Quando l'antenna (es.dipolo) viene "alimentata" dal trasmettitore, ai suoi capi si origina un campo elettrico che con le sue linee di forza investe tutta l'area circostante come fosse un condensatore .
La domanda che pongo è questa:
il campo magnetico che si genera a seguito di quelle elettrico è figlio della corrente di conduzione che si ha nei terminali del condensatore cioè nei conduttori del dipolo o è figlio della corrente di spostamento che si ha nel dielettrico di quel condensatore?
Ringrazio tutti per l'attenzione.

[Piercarlo]

Il campo elettromagnetico è un'entità unica composta da due componenti elettrica e magnetica che sono comunque come due "fratelli siamesi" in cui una genera l'altra. I conduttori elettrici e le armature dei condensatori funzionano sì come guide d'onda ma non costituiscono l'onda.

In realtà un'antenna non è altro che un trasformatore RF in cui il "secondario" (o il primario se ricevente) è costituito dallo spazio che, come tale, ha definite proprietà elettriche per metro (permeabilità e costante dielettriche nel vuoto). Una volta che l'antenna è riuscita ad eccitare questo "trasformatore" (fatto che dipende dalla frequenza del segnale e dalle dimensioni fisiche dell'antenna all'interno dello spazio in cui è immersa) ha esaurito completamente la sua funzione; le sue caratteristiche elettriche, più che influenzare l'onda elettromagnetica emessa, servono soprattutto ad adattare l'impedenza di uscita del trasmettitore (o d'ingresso del ricevitore) all'impedenza che lo spazio possiede nei confronti di quell'antenna e alla frequenza di lavoro che la eccita.

(Questo, al netto di possibili fesserie, è quanto sono riuscito a capire finora sull'argomento; attendo anch'io spiegazioni più complete ed esaustive).

[MarcoD]

La domanda che pongo è questa:
il campo magnetico che si genera a seguito di quelle elettrico è figlio della corrente di conduzione che si ha nei terminali del condensatore cioè nei conduttori del dipolo o è figlio della corrente di spostamento che si ha nel dielettrico di quel condensatore?

Che bella domanda !! Non so rispondere, non ho le competenze !
O forse risponderei entrambe, sia la corrente di conduzione nei conduttori, sia la corrente di spostamento, dopo tutto è la stessa corrente che cambia solo mezzo di conduzione.

Se penso a una antenna a loop magnetico (circonferenza minore di 1/4 lunghezza d'onda, la corrente pare tutta di conduzione.
Se penso a un dipolo corto rispetto alla lunghezza d'onda , la corrente pare tutta di spostamento.

Purtroppo le mie conoscenza matematiche sono limitate a circuiti con componenti concentrati privi di radiazione.

Attendo anche io di leggere risposte di più competenti di me.
Provo a evocare l'intervento di Sinuous.


Post scriptum 15.45:
Condivido il contributo di Piercarlo
Riassumo le mie considerazioni:
Nello spazio vuoto (distante dall'antenna) il rapporto fra campo elelttrico e campo magnetico è costante e prossimo a 377 ohm (se ben ricordo).
In prossimità dell'antenna:

Se l'antenna è magnetica (una spira con condensatore in serie per compensare l'induttanza) il campo generato è prevalentemente magnetico e l'impedenza dell'antenna è qualche frazione di ohm resistiva.

Se l'antenna è elettrica (un dipolo corto capacitivo) il campo generato è prevalentemente elettrico, e l'impedenza antenna è una componente resistiva di qualche frazione di ohm in serie con una reattanza capacitiva.

Un dipolo risonante a circa 1/2 onda i campi elettrici e magnetici sono in risonanza e l'impedenza è puramente resistiva del valore di circa 70 ohm.

[PietroBaima]

Quando parli di antenne o di dispositivi per i quali le dimensioni geometriche sono comparabili alla lunghezza d'onda devi abbandonare il concetto di corrente e tensione, a meno che tu non ti metta in una zona infinitesima dell'antenna (intorno a sfera)
Devi pensare invece in termini di onde. Tensione e corrente diventano la stessa cosa o perlomeno l'una il rivescio della medaglia dell'altra. La medaglia intera è il campo elettromagnetico.

Se cominci a studiare le antenne comincia a studiarle in zona di Fraunhofer, in campo lontano, dove esiste una relazione di impedenza fra campo elettrico e campo magnetico.
Il campo vicino è sempre un casino (ho fatto pure rima).

[richiurci]

Aggiungo che l'antenna non serve solo ad "adattare" l'impedenza del circuito a quella dello spazio aperto, ma influenza eccome l'onda emessa!

Basti pensare alle molteplici forme di antenna esistente, tutte devono essere adattate ma ognuna ha una diversa distribuzione spaziale della potenza emessa.

Per esempio le parabole possono essere più o meno direttive, più sono grandi più il fascio viene concentrato in un angolo solido ristretto.

E anche tutte le altre antenne hanno una direttività che risente fortemente della conformazione dell'antenna, per esempio la Yagi televisiva emette (e quindi riceve) solo frontalmente, e tanti tipi di antenne più o meno "omnidirezionali" possono essere rese direttive con un piano metallico a distanza opportuna

[luigi_48]

Ringrazio tutti gli amici per le risposte date al mio quesito.

[lelerelele]

Quando parli di antenne o di dispositivi per i quali le dimensioni geometriche sono comparabili alla lunghezza d'onda devi abbandonare il concetto di corrente e tensione

ed io che associavo la corrente che autonomamente genera sempre un campo magnetico attorno a se.
Ovvio era solo una mia associazione di idee.

Un'altra, era che lavorando ad altissime frequenze, basterebbero piccolissime capacità per trasferire un piccola parte di energia, senza addentrarsi alle onde eletromagnetiche, sono certo che così non è, basti pensare alle onde lunghe, che si propagano intorno alla terra, e considerarle come due armature non credo sia possibile.

Sarei curioso di capire come si passa da un'antenna, che la alimento in AC, quindi tensione, corrente e quindi campo magnetico, ad una grandezza fondamentale come l'elettromagnetismo, (ora chiamato forza elettrodebole, se non sbaglio). Anche percè alla fine del tragitto, questa onda elettromagnetica andrà ad indurre un segnale AC sull'antenna ricevente, la ricevente sottostà anche qua alla legge di Lenz?

[djnz]

ed io che associavo la corrente che autonomamente genera sempre un campo magnetico attorno a se.

Da quanto ho capito, l'idea stessa di campo magnetico "generato" è imprecisa a un certo livello di analisi. Il campo quantistico elettromagnetico è onnipresente nello spazio, viene solo "eccitato" tramite interazione. Questa eccitazione normalmente la chiamiamo campo magnetico o elettrico o entrambi. La corrente non è strettamente un flusso di elettroni (che possono impiegare ore ad attraversare un metro di conduttore), ma un flusso di energia del campo elettromagnetico "avvinghiato" al conduttore stesso, che si propaga a circa 0.6C, e che "trascina" per interazione le cariche circostanti. Con l'opportuna "porta" (il dipolo) questa energia si può sganciare e propagare liberamente.

Qualcuno mi conferma se ho capito delle vaccate?

[PietroBaima]

Sarei curioso di capire come si passa da un'antenna, che la alimento in AC, quindi tensione, corrente e quindi campo magnetico, ad una grandezza fondamentale come l'elettromagnetismo, (ora chiamato forza elettrodebole, se non sbaglio). Anche percè alla fine del tragitto, questa onda elettromagnetica andrà ad indurre un segnale AC sull'antenna ricevente, la ricevente sottostà anche qua alla legge di Lenz?

In realtà, per essere rigorosi, si potrebbe parlare di tensione e di corrente soltanto in continua. A 0,0001 Hz non si potrebbe già più e la tensione e la corrente dipenderebbero già dalla posizione nello spazio dei conduttori.
Se misurassi la tensione in un punto del circuito questa dipenderebbe da come metterei i fili e se li mettessi in una posizione piuttosto che in un'altra otterrei una tensione diversa da quella di prima.

Perché per basse frequenze non è vero?
Semplicemente perché questo effetto, pur presente, è trascurabile fino a quando le dimensioni del circuito non diventano simili o paragonabili alla lunghezza d'onda.
Questo ci permette di parlare di fasori e di separare campo magnetico da campo elettrico, di parlare ancora di tensioni e di correnti ecc...

In una antenna, per costruzione, le dimensioni fisiche sono assolutamente non trascurabili rispetto alla lunghezza d'onda, per cui non è vero che all'ingresso dell'antenna abbiamo tensione e corrente.
L'antenna è semplicemente un adattatore di impedenza fra l'impedenza del circuito e l'impedenza del vuoto ed è in grado di direzionare il campo elettromagnetico nello spazio a seconda della sua costruzione meccanica.

I concetti di tensione e di corrente restano validi se considero un punto infinitesimo dell'antenna. In quel punto specifico vale le legge di Ohm e si può parlare di tensione e di corrente.
A livello macroscopico posso parlare di distribuzione di tensione e di corrente sull'antenna, cioè costruire una funzione di come variano la tensione e la corrente sull'antenna punto per punto, come posso farlo per la linea di trasmissione o la guida d'onda che la alimenta.
Questo però, bisogna capirsi, non è la stessa cosa di quando parliamo di tensione e di corrente in una maglia o in un nodo. Infatti per le linee di trasmissione le leggi di Kirchhoff non valgono.
Non è vero che la somma delle correnti entranti in un nodo è nulla o la tensione totale su una maglia è nulla.
Questo perché in un caso stiamo parlando (DC) di correnti e tensioni proprie, mentre nell'altro parliamo di distribuzioni di tensioni e correnti.

Ho risposto?

[lelerelele]

Ho risposto?

Direi di si, andare a misurare tensioni e correnti in un circuito non in Dc, dipende dal punto di misura, questo lo posso capire.

Questo perché in un caso stiamo parlando (DC) di correnti e tensioni proprie, mentre nell'altro parliamo di distribuzioni di tensioni e correnti.

qua posso farmi un'idea, se individuo le tensioni e le correnti istantanee su pari punti, ma mancando il supporto matematico, mi fermo qua.

Mi accontento.

saluti.