The "Epsilon with r" experiment

Due to reduction of light speed in materials respect to vacuum (and air), dimensions of resonant elements can reduce in proportion of the square root of relative dielectric constant er ; i.e., we could reduce in proportion also the size of radiating arrays by introduction in such dielectric materials, maintaining their directional characteristics and gain, overcoming also by that gain the great dielectric losses introduced in this way. A VHF sized directional antenna could then, in my intentions, well operate at HF frequency ranges, with considerable gain !

That was a very fascinating hypothesis at which I worked to in 1981, reaching the conclusion that radiation will spread at the separating surface between the two means, so no directional propriety was to be expected from that antenna.

In such years, originating I believe from the growing limitations due to urbanization, many OM experiments intended to reduce size of radiators, and lead to very innovative shortened antennas ; very few or none of them having, in my acquaintance, directive proprieties due to combined actions of two or more elements.

is0iek in 1981 experimenting a solid artificial dielectric log periodic antenna

is0iek nel 1981 con un'antenna sperimentale log periodica immersa in dielettrico solido artificiale

 

L' esperimento "Epsilon con erre"

In genere ciascuno di noi tende a raccontare i propri successi, e raccontare di qualche fiasco può, per la naturale riluttanza che comporta, sembrare un po’ insolito; se non fosse che tutti (almeno in astratto) siamo disposti a riconoscere anche, ed anzi soprattutto, agli insuccessi il ruolo di fonti primarie ed insostituibili dell'esperienza, nella radio come in ogni altra cosa, e di questa a sua volta come fonte della conoscenza ; tranne che preferiremmo toccasse sempre a qualcun altro.

In quegli anni, il radioamatore non disponeva ancora del PC né tantomeno del software adatto, (qualcuno forse della tascabile scientifica), ma erano già evidenti ed anzi si imponevano di prepotenza i problemi derivanti agli OM dalla crescente concentrazione urbana e dal tendenziale ridursi dello spazio "vitale", principalmente le antenne, eccetto per alcuni fortunati, altri tanto eroici da decentrarsi, altri ancora entrambe le cose assieme ; spazio essenziale per quegli "outsider", non omologati per definizione, che rivestono la figura del Radioamatore (cfr. l'editoriale di I4BBE in Radio Rivista 5/1968). Anche se oggidì tanto la normativa, quanto le ridotte dimensioni e consumi delle nostre apparecchiature, rendono tutto più facile consentendo di caricare tutto l'occorrente sull'utilitaria ed andarsene ad operare in siti più adatti, oltre che più salubri.

Fu proprio in tale periodo che tanti OM di tutto il mondo, indipendentemente o mediante fruttuose collaborazioni, anche cogliendo intuizioni e talvolta riprendendo e perfezionando lavori di altri, iniziarono a studiare, sperimentare e proporre soluzioni valide ed innovative, alcune di esse descritte in più occasioni anche su Radio Rivista ; pochissime o nessuna di esse, però, a quanto mi consta, si giova del potere direzionale dato dall'azione combinata di più elementi.

Mi trovai casualmente a riflettere (indottovi forse dalle considerazioni contenute nell'articolo di I4VIL su Radio Rivista 11/1980 a pag. 1184 e seguenti) sull'influenza del mezzo circostante, e delle sue caratteristiche elettromagnetiche (prima tra tutte la costante dielettrica relativa er epsilon con erre appunto), e mi venne dunque di pensare che un'antenna direttiva, di dimensioni comparabili alle VHF, immersa in un adatto mezzo dielettrico, avrebbe potuto ben operare, conservando le sue caratteristiche di direttività e guadagno, impensabili in banda HF, superando anche grazie a tali guadagni, le pesanti perdite dovute all'introduzione nel mezzo dielettrico ! Questa l'affascinante ipotesi cui mi accinsi a lavorare sperimentalmente nel 1981, concludendo ahimè che l'irradiazione si disperde al passaggio attraverso la superficie separante l'aria dal dielettrico, senza quindi conservare alcuna proprietà direzionale (ammesso che ve ne fosse nel volume del mezzo, che comunque avrebbe dovuto corrispondere ad un raggio di almeno alcune lunghezze d'onda).

Pertanto mi accinsi a costruire vari tipi di antenne, soprattutto direttive, da sperimentare mediante immersione nei più svariati tipi di dielettrici naturali inorganici (Acqua, se distillata e r circa 80 velocità della luce relativa al vuoto circa 1/9), organici (polistirolo ed altri materiali) ed artificiali (materiali dielettrici con particelle metalliche conduttrici disperse nella massa del materiale).

Di seguito una breve cronistoria degli esperimenti condotti tra la primavera 1981 e quella successiva, la maggior parte dei quali, in base al principio di reciprocità tra le antenne riceventi e trasmittenti, in sola ricezione. 

19/04/1981 (S. Pasqua) freq. 14 - 21 - 28 MHz folded dipole antenna in alluminio non protetto lunga circa 33*2=66 cm. connessa al cavo coassiale del tipo RG-8, immersa in recipiente cilindrico del diametro di circa 1 m. contenente acqua a basso contenuto di ioni (origine piovana), anche con l'immersione di una lastra metallica posizionata come riflettore.

Estate 1981 - antenna direttiva log-periodica della lunghezza di circa 1 m. recante una dozzina di elementi, il più lungo dei quali delle dimensioni di circa 1 m. ; il piano contenente gli elementi si trova immerso in un dielettrico artificiale di piccolo spessore ; la finalità dell'esperimento è concentrare il campo nel dielettrico, con reciproca eliminazione dei campi nell'aria data la piccola differenza di percorso e la rotazione di fase di circa 180° tra elementi adiacenti data dalla linea di alimentazione della struttura.

11.09.1981 freq. 21 MHz antenna lunga circa cm. 15 immersa in una bacinella di plastica del diametro di circa cm. 30 riempita con dielettrici artificiali. Meriterebbero un esame approfondito gli effetti di un'eventuale anisotropia del mezzo dielettrico.

15/10 e 18/10/1981 freq. 10 - 14 -21 - 28 MHz antenna monopolo costituita da un fascio di conduttori posti alla distanza di circa 10 cm da uno schermo metallico concavo avente forma circolare, fungente da riflettore ma anche da contrappeso elettrico essendovi collegata la massa del cavo che alimenta l'antenna ; lo spazio tra l'antenna ed il riflettore è riempito di dielettrico artificiale.

03/02/1982 freq. 3,5 - 7 - 14 MHz antenna costituita da circa 13 spire avvolte su nucleo ferromagnetico, immersa in una bacinella circolare del diametro di circa 22 cm. e dell'altezza di circa 19 cm. riempita d'acqua.

06/03/1982 freq. 21 MHz antenna direttiva yagi 4 elementi per televisione alimentata in cavo RG-8 immersa ad una certa altezza dal fondo in una piscinetta circolare del diametro di circa m. 1,5 riempita d'acqua, poggiata sulla terrazza.

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