1 Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria elettrica G.Pesavento Attenuazione di...

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Università degli studi di PadovaDipartimento di ingegneria elettrica

G.Pesavento

Attenuazione di una cabina in funzione della frequenza1. Cabina in ferro – Spessore 1mm 2. Cabina in rame – Spessore 1 mm3. Cabina in ferro – Maglia 4 x 4 mm 4. Cabina in ferro – Maglia 15 x 17 mm

πfμσ

1

2


G.Pesavento

f c

f1aa 0

2

a0 [dB] = 8,7l/b

fc[GHz] = 15/bl, b in cm

Attenuazione pannelli a nido d’ape

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G.Pesavento

Rg

u zu Zi

I I

RZZ

ZRIV

giu

ugu

lIV

Z uk

4


G.Pesavento

0,1

d

2 3 4 6 8 10 2 3 4 6 8 1010-3

2

3

6

4

810-2

2

3

10-2

4

68

2

3

10-0

4

68

ZK

R0

Impedenza di accoppiamento tubo pieno

Impedenza di accoppiamento cavo coassiale

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G.Pesavento

LjRR

RRI

V

21

212

LjRR

RRI

V

21

212

Oscilloscopio

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G.Pesavento

V2

I L

a) b)

R1 R2

B

A

C

I 1 2

V2 R2R1

Doppio contatto

LjRR

RRI

V

21

212

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G.Pesavento

Processi fondamentali

La formazione della scarica in un gas è legata ad una serie di processi che portano alla moltiplicazione di cariche libere, tipicamente elettroni, fino alla trasformazione del mezzo isolante interposto tra gli elettrodi in un mezzo conduttore.

In qualsiasi gas c’è una generazione casuale di elettroni liberi per l’azione della radiazione cosmica e della radioattività naturale. Questi elettroni si attaccano ad atomi o molecole elettronegative (ossigeno o vapor d’acqua) formando una popolazione di ioni negativi che in condizioni normali varia da 1000 a 10000/cm3.

In aria libera, la numerosità dipende anche dalle condizioni atmosferiche. Fenomeni particolari, come l’estrazione di elettroni dal catodo, intervengono solo in presenza di campi elettrici estremamente elevati, quindi con sistemi in pressione o in vuoto.

GLI ISOLAMENTI IN GAS

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Meccanismo prevalente: Ionizzazione per urto

• Sotto l’azione di un campo elettrico il moto delle cariche si orienta nelle direzioni del campo e vengono quindi in collisione con molecole neutre.

• Le particelle attive in questi processi sono sostanzialmente gli elettroni; pertanto, quando sono legati, il processo che deve avvenire è il loro distacco dallo ione per effetto di un urto

Vi sono due tipologie di urti:

• urto elastico, quando tra le particelle si ha soltanto uno scambio di energia cinetica di traslazione, senza alcuna variazione della struttura atomica o molecolare

• urto anelastico, quando tra le particelle si hanno scambi di energia tali da modificare l'energia interna o la natura della particella.

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Sono gli urti anelastici che portano ad eccitazione o ionizzazione e che assumono, pertanto, particolare importanza nei fenomeni di scarica. Agli effetti dei fenomeni che interessano, sono da considerare particelle anche i quanti di energia radiata (fotoni) che, nella quasi totalità dei casi, compaiono ad equilibrare i bilanci energetici dei processi

d'urto, secondo il principio di conservazione dell'energia.Numero di Loschmidt

2.7 × 1019 cm−3 a

273.15 K e 101.325 kPa

http://en.wikipedia.org/wiki/Kelvin_%28unit%29

http://en.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28unit%29

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Si definisce pertanto la probabilità d che una particella ha di essere sottoposta ad una certa azione da parte di un'altra particella in un tratto dx del suo cammino. Tale probabilità dipende dalla natura del gas, dal tipo di processo che si considera, dall'energia della particella e dalla densità del gas, ossia dal numero n di particelle per unità di volume. In via del tutto generale si avrà:

d = ndx

dove è detta sezione d'urto. Se si ha un numero No, sufficientemente grande, di particelle che percorrono un tratto dx in un gas, il numero di urti, di un certo tipo, cui sono sottoposte le particelle risulta:

dN = Non dx.

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G.Pesavento

10 102 103 104 eV

10-1

1

10

Xe

Ne+ in Ne

AO2N2

Ne

H2

He

0 °C e 1 mmHg

n (cm-1)

10-2

Sezione d’urto totale per ionizzazione per urto da parte di elettroni in funzione della loro energia. (la curva tratteggiata si riferisce all’azione di ioni positivi di Ne nel loro gas)

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Ionizzazione per urto di ioni

L'efficienza di questo processo è estremamente scarsa nei campi di applicazione che comunemente interessano. La sezione d'urto del processo raggiunge valori paragonabili a quelle per l'urto di elettroni per energie degli ioni di qualche ordine di grandez za superiori

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Termoionizzazione

Nel suo moto disordinato, dovuto all'agitazione termica, una particella può acquistare, tra due urti successivi, energia sufficiente per ionizzare un'altra particella.

All'aumentare della temperatura aumenta il numero di particelle che si trovano in questa condizione e quindi aumenta il grado di ionizzazione, ossia il rapporto tra numero di particelle ionizzate e numero di particelle totali. In condizioni di equilibrio il grado di ionizzazione x, ad una fissata pressione p, è legato alla temperatura T dall'equazione di Saha:

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6,5Tlog2,5TVi5040

x1xp

log 102

2

10

dove Vi è il potenziale di ionizzazione del gas espresso in volt.

0 2 4 6 8 10 12 14

Temperatura (K)

.0

.2

.4

.6

.8

1.0x

x103

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Fotoionizzazione

L'energia di un fotone è data da h dove h è la costante di Planck (6,62 x 10-34 J s) e è la frequenza della radiazione. Se

h eVi

un atomo che assorba il fotone può venire ionizzato. Dato che h = hc/ (dove c è la velocità della luce e la lunghezza d'onda del fotone) per avere ionizzazione dovrà essere:

Vi

12400λ

con espresso in Å.

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Nel caso dell'aria, dati i potenziali di ionizzazione di ossigeno ed azoto, le lunghezze d'onda necessarie sono inferiori ai 1000 Å, ossia nel campo più estremo dell'ultravioletto.

Radiazioni di questo tipo (dette anche ultravioletto da vuoto) hanno coefficienti di assorbimento molto elevati per cui il cammino libero medio è molto basso e vengono assorbite nel volume di gas prossimo a quello in cui sono state generate.A differenza di quanto avviene per la ionizzazione da parte di elettroni, la massima probabilità di ionizzazione da parte di fotoni si ha per energie di poco superiori alla minima necessaria.

Accanto ai processi che portano alla formazione di cariche libere, vanno ricordati alcuni processi che portano alla riduzione del numero di cariche o, più genericamente, all'alterazione delle loro caratteristiche.

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Ricombinazione

Due particelle cariche di opposto segno possono, urtandosi, neutralizzare la loro carica. Nella caratterizzazione di questo fenomeno, generalmente si fa riferimento al coefficiente di ricombinazione che lega la velocità di ricombinazione con la concentrazione delle cariche positive (n+) e negative (n-). Il numero di urti che portano a neutralizzazione di cariche è proporzionale alle concentrazioni di cariche ed al tempo, per cui la velocità di ricombinazione, quando n+=n-= n, come si può ritenere in generale, risulta:

dn/dt = n+n- = n2

dove [cm3/s] è il coefficiente di ricombinazione. Il coefficiente assume in pratica valori diversi secondo il processo di ricombinazione che si considera, ione-ione e ione-elettrone.

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