Antenna a dipolo

La sorgente più semplice studiata da Hertz è l’antenna a dipolo: un tratto di filo conduttore di lunghezza $L$ alimentato al centro da un generatore alternato che fa oscillare la corrente alla frequenza $f$. Per un dipolo che irraggia in modo efficiente, la lunghezza ottimale è $L \approx \lambda/2$, con $\lambda = c/f$ la lunghezza d’onda associata.

Antenna a dipolo verticale: il generatore alternato al centro fa oscillare la corrente $i(t)$; i fronti d’onda si irradiano concentrici.

A grande distanza dall’antenna (campo lontano, $r \gg \lambda$) il modulo dell’onda decresce come $1/r$, quindi l’intensità decresce come $1/r^2$ — come per una sorgente puntiforme isotropa, ma con una direzionalità a forma di toro: massima nel piano equatoriale, nulla lungo l’asse del dipolo. La polarizzazione del campo elettrico emesso è parallela all’asse dell’antenna: un’antenna verticale emette onde con $\vec{E}$ verticale.

Esempio — Antenna FM e WiFi

Una stazione radio FM a $f = 100$ MHz ha $\lambda = c/f = 3$ m: un dipolo ottimale è lungo $\sim 1{,}5$ m, proprio quello tipico sui tralicci. Il WiFi a $f = 2{,}4$ GHz ha $\lambda \approx 12{,}5$ cm: l’antenna è lunga circa $6$ cm e sta tutta dentro al router. Il telefonino a $f \approx 1{,}8$ GHz ($\lambda \approx 17$ cm) ha un’antenna di un paio di cm. È sempre la stessa fisica: tutto è fissato dalla lunghezza d’onda (Bloomfield 2016).

La "lampadina senza fili" di Tesla

Nel 1891 Nikola Tesla mostrava tubi a gas che si accendevano in mano senza fili: il campo EM di una bobina ad alta frequenza ionizzava il gas a distanza. La stessa idea è oggi sfruttata dalla ricarica wireless degli smartphone: un’antenna nella base genera un campo magnetico oscillante che induce corrente in un’antenna ricevente nella scocca del telefono — una versione in miniatura dell’esperimento di Hertz.

In sintesi

Carica accelerata $\to$ onda EM. Antenna a dipolo lunga $\lambda/2$, con $\vec{E}$ parallelo all’asse e intensità $\propto 1/r^2$.

Collegamenti

Argomenti: Onde elettromagnetiche Concetti: Onda elettromagnetica · Polarizzazione e legge di Malus · Intensità di un’onda

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