Sul punto: l'antenna Yagi

Se vi è capitato di alzare lo sguardo durante un viaggio lungo una strada suburbana negli Stati Uniti in qualsiasi momento degli anni '60 o '70, avrete senza dubbio notato una foresta di antenne televisive. Quando la TV via etere era l’unica opzione, le persone facevano di tutto per trasmettere segnali, con antenne a volte di proporzioni enormi che volavano sopra i tetti.

Le antenne esterne sono quasi scomparse nell'ultimo terzo del 20° secolo quando i fornitori di servizi via cavo sono diventati dominanti, gettati sul marciapiede come antiestetiche reliquie di un'era triste e passata di scelte limitate e scarsa ricezione. Ma ora i tagliacavi da quattro soldi come il tuo stanno iniziando a far ricrescere quella foresta un tempo fitta, questa volta sollevando antenne per ricevere la programmazione digitale via etere. Molte delle nuove antenne fanno affermazioni scandalose sulle prestazioni o affermano di essere progettate specificamente per l'HDTV. Sono tutte sciocchezze di marketing, ovviamente, perché allora come oggi, quasi tutte le antenne TV sono solo una qualche forma del classico design Yagi. La fisica di questa antenna è affascinante, così come la storia di come è stata inventata.

Quella che sarebbe diventata nota come l'antenna Yagi iniziò la sua attività all'inizio degli anni '20 nel laboratorio del professor Shintaro Uda presso l'Università Imperiale Tohoku di Sendai, in Giappone. Il Dr. Uda stava lavorando nella banda VHF e stava cercando modi per rendere le antenne più direzionali. Mentre sperimentava un'antenna a telaio risonante, scoprì che posizionando un circuito statico vicino all'antenna tendeva a modellare il segnale lontano da uno schema omnidirezionale, quasi come se il circuito fungesse da riflettore.

Insieme al collega Hidetsugu Yagi, Uda ha sperimentato diverse configurazioni. Alla fine sostituirono l'antenna a telaio con un semplice dipolo e aggiunsero elementi aggiuntivi, che chiamarono direttori, su un lungo braccio per modellare ulteriormente il raggio. Utilizzando otto direttori su un braccio di legno di 15 metri montato sul tetto del loro laboratorio, Uda e Yagi furono in grado di comunicare su una distanza di 135 km a 68 MHz, un'impresa non da poco per l'epoca.

Avendo soprannominato la loro invenzione "antenna direzionale del proiettore di onde", era inevitabile che l'antenna prendesse il nome di qualcuno. Il motivo per cui è stato attribuito esclusivamente al dottor Yagi è la storia di un tradimento da parte di Yagi con un pizzico di ingenuità da parte di Uda. Il Dr. Uda pubblicò i primi articoli in lingua giapponese sull'antenna, ma per ragioni sconosciute, il Dr. Yagi fece domanda sia per i brevetti giapponesi che per quelli americani per l'antenna senza menzionare Uda. Il brevetto giapponese fu assegnato alla Marconi Company in Inghilterra, mentre il brevetto americano andò alla RCA. Senza menzionare Uda, e con il Dr. Yagi in tournée nel mondo di lingua inglese per discutere della “sua” antenna in varie conferenze di ingegneria radiofonica, l’antenna divenne gradualmente semplicemente “l’antenna Yagi” o la “schiera Yagi”.

Paradossalmente, grazie alle rivalità tra i servizi e alla mentalità dei silos nel Giappone imperiale, fu solo la cattura di un radar britannico durante la battaglia di Singapore nel 1942 a introdurre l’invenzione nostrana nell’esercito giapponese. Gli ufficiali dell'intelligence giapponese non consideravano nemmeno "Yagi" un nome giapponese: pensavano che fosse solo una parola in codice inventata dagli inglesi.

Le caratteristiche principali dell'antenna Yagi-Uda sono l'elevata direzionalità e l'alto guadagno. Dato che la lunghezza di ciascun elemento deve essere vicina a una frazione della lunghezza d'onda del segnale, è più pratico per le frequenze più alte, soprattutto sopra i 30 MHz. Questo non vuol dire che non possa essere usato per le lunghezze d'onda più lunghe, però: molti radioamatori lavorano sulle bande dei 20 e 40 metri attraverso un grande Yagi.

Come nel progetto originale del Dr. Uda, una Yagi è costituita da un singolo elemento condotto parallelo e complanare con almeno due elementi parassiti. Un design minimale prevede un singolo elemento riflettente situato "dietro" l'elemento condotto (rispetto alla direzione del segnale radio) e un singolo elemento direttore davanti all'elemento condotto. È probabile che un'antenna pratica abbia più direttori, maggiore è il numero più stretta è la direzionalità e maggiore è il guadagno, almeno fino a un certo punto.