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“Devo mettere a terra la radio?”

È probabilmente una delle domande più comuni poste da chi allestisce una stazione radioamatoriale.

Ed è anche una delle domande alle quali è più difficile rispondere semplicemente con un “sì” oppure con un “no”.

Il problema nasce dal fatto che nel linguaggio quotidiano utilizziamo un’unica parola:

terra

per indicare almeno tre funzioni completamente differenti.

Possiamo infatti parlare di:

1. terra di sicurezza elettrica;
2. gestione delle correnti RF e bonding;
3. protezione contro fulmini e sovratensioni.

ARRL distingue esplicitamente proprio queste tre funzioni e sottolinea che la soluzione migliore per una di esse non coincide necessariamente con quella richiesta dalle altre.

Confonderle può portare non soltanto a una stazione che funziona male, ma in alcuni casi anche a situazioni pericolose.

Prima regola: “terra” non significa sempre la stessa cosa

Pensiamo a tre problemi completamente differenti.

Scenario 1

Un conduttore di fase entra accidentalmente in contatto con il telaio metallico dell’alimentatore.

Qui il problema è:

sicurezza elettrica.

Scenario 2

Quando trasmettiamo sui 20 metri il mouse USB si blocca e il microfono ci “pizzica”.

Qui il problema potrebbe essere:

RF di modo comune.

Scenario 3

Un fulmine colpisce nelle vicinanze della nostra antenna e induce una sovratensione di migliaia di volt sulla linea coassiale.

Qui il problema è:

protezione da fulmini e transienti.

Sono tre fenomeni diversi.

E richiedono approcci diversi.

1. Terra di protezione elettrica

La terra di protezione dell’impianto elettrico ha come obiettivo fondamentale la sicurezza delle persone.

Consideriamo un alimentatore con chassis metallico.

Normalmente il telaio non dovrebbe trovarsi a una tensione pericolosa.

Ma supponiamo che a causa di:

• isolamento danneggiato;
• componente guasto;
• cavo interno staccato;

la fase entri in contatto con il telaio.

Senza un adeguato sistema di protezione potremmo toccare l’apparato e diventare noi stessi parte del percorso della corrente.

La funzione del conduttore di protezione è permettere al sistema di protezione dell’impianto elettrico di operare correttamente in caso di guasto.

Questa funzione non deve essere improvvisata dal radioamatore con un filo collegato a un tubo o a un picchetto casuale.

In Italia gli impianti elettrici di bassa tensione fanno riferimento alla Norma CEI 64-8, oggi nella IX edizione entrata in vigore il 1° novembre 2024. Il CEI la indica come riferimento per progettazione e realizzazione degli impianti elettrici di bassa tensione a regola d’arte.

Le modifiche all’impianto elettrico devono quindi essere affrontate nel rispetto della normativa e, quando necessario, da personale qualificato.

La terra della presa non è una “terra RF”

Questo concetto è molto importante.

Il conduttore di protezione della presa elettrica è stato progettato principalmente per:

sicurezza elettrica a 50 Hz e condizioni di guasto.

Non significa automaticamente che costituisca un’ottima terra RF.

Un conduttore lungo diversi metri possiede infatti:

• induttanza;
• capacità;
• impedenza variabile con la frequenza.

Alle HF, un filo che a 50 Hz appare praticamente come un cortocircuito può presentare un comportamento completamente differente.

Non dobbiamo quindi confondere:

sicurezza elettrica

con:

percorso RF.

2. RF ground: il concetto più frainteso

Nei vecchi manuali radioamatoriali si trovano spesso frasi come:

“collegare la radio a una buona terra RF”.

Da qui è nata l’idea che ogni RTX debba avere obbligatoriamente un lungo filo che corre dalla vite GND sul retro fino a un picchetto nel giardino.

Ma dal punto di vista RF le cose sono molto più complicate.

Un filo lungo non è semplicemente una “terra”.

Può diventare:

• un’induttanza;
• una linea di trasmissione;
• un elemento risonante;
• addirittura una parte dell’antenna.

Un esempio: 5 metri di filo

Supponiamo di collegare la radio a un dispersore utilizzando cinque metri di filo.

A 3,5 MHz questi cinque metri rappresentano una piccola frazione della lunghezza d’onda.

A 28 MHz sono elettricamente molto più significativi.

Il medesimo filo può quindi comportarsi in modo completamente diverso sulle varie bande.

Questo spiega perché una “terra RF” apparentemente efficace sugli 80 metri può risultare inutile o perfino controproducente sui 10 metri.

RF nello shack: mettere una terra più grossa non è sempre la soluzione

Se durante la trasmissione abbiamo RF nello shack, la tentazione è:

“collego tutto a terra”.

Ma se la RF arriva nello shack attraverso la superficie esterna del cavo coassiale, il problema principale sono probabilmente le correnti di modo comune.

In tal caso è spesso molto più efficace intervenire su:

• antenna;
• simmetria;
• contrappeso;
• choke;
• percorso della feedline;

piuttosto che fornire alla RF un nuovo filo attraverso lo shack.

Come abbiamo visto nell’articolo dedicato alle correnti di modo comune, il coassiale può diventare involontariamente parte del sistema radiante.

La soluzione corretta consiste nel controllare dove deve scorrere la corrente RF.

Bonding: spesso più importante del “picchetto”

Un concetto fondamentale è il bonding.

Con bonding intendiamo il collegamento elettrico intenzionale fra le masse metalliche degli apparati in modo da mantenere ridotte le differenze di potenziale fra essi.

In una stazione possiamo avere:

• RTX;
• alimentatore;
• amplificatore;
• tuner;
• commutatore d’antenna;
• computer;
• interfacce;
• filtri;
• rotore.

Se le masse di tutti questi apparati hanno percorsi casuali, possono formarsi differenze di potenziale RF e correnti indesiderate.

Una buona disposizione dello shack cerca quindi di creare un sistema di bonding:

• corto;
• largo;
• ordinato;
• a bassa impedenza.

Perché largo è spesso meglio di sottile?

Alle RF non conta soltanto la resistenza continua.

Conta l’impedenza.

Una treccia o una larga striscia metallica può presentare, in determinate applicazioni, caratteristiche RF più interessanti di un lungo cavetto sottile.

Questo è uno dei motivi per cui nei sistemi RF professionali vediamo spesso:

• nastri di rame;
• trecce larghe;
• pannelli metallici;
• barre di bonding.

Non significa che qualsiasi striscia di rame risolva automaticamente tutti i problemi.

Significa che alle alte frequenze dobbiamo ragionare in termini di:

impedenza RF, non soltanto di ohm misurati con il multimetro.

La stella di massa nello shack

Un sistema spesso utilizzato consiste nel creare un punto comune al quale collegare le masse dei vari apparati.

Per esempio:

RTX ─┐
AMP ─┤
TUNER ─┼→ barra comune
PSU ─┤
SWITCH ─┘

L’obiettivo è ridurre percorsi casuali e loop.

Ma bisogna distinguere questa organizzazione interna dello shack dalla progettazione complessiva del sistema di terra dell’edificio e dalla protezione contro fulmini.

Il single-point ground panel

Un approccio molto utile, soprattutto dove le linee entrano nell’edificio, è il concetto di:

Single-Point Ground Panel, o pannello di ingresso comune.

In pratica le linee provenienti dall’esterno vengono portate in un’unica area:

• coassiali;
• cavi rotore;
• linee di controllo;
• eventualmente altre connessioni.

Su questo pannello possono essere installati dispositivi di protezione appropriati.

Il pannello viene poi integrato nel sistema equipotenziale e di terra secondo le regole applicabili all’installazione.

ARRL presenta questo approccio come parte delle buone pratiche di grounding, bonding e lightning protection per stazioni radioamatoriali.

3. Protezione contro i fulmini

Qui entriamo in un settore completamente diverso.

Un fulmine non è “un po’ di RF in più”.

Parliamo di fenomeni con:

• tensioni enormi;
• correnti enormi;
• tempi di salita rapidissimi;
• campi elettromagnetici intensissimi.

La protezione da fulmini deve quindi essere affrontata come un vero sistema.

Non basta collegare un filo dalla radio a un termosifone.

Il fulmine non deve necessariamente colpire l’antenna

Anche un evento nelle vicinanze può generare sovratensioni attraverso:

• induzione;
• accoppiamento elettromagnetico;
• differenze di potenziale nel terreno;
• rete elettrica;
• linee telefoniche;
• Ethernet;
• cavi rotore;
• coassiali.

È quindi necessario pensare alla stazione come un sistema completo.

ARRL dedica materiale specifico proprio alla progettazione della protezione contro i fulmini nelle stazioni radioamatoriali.

Lo scaricatore coassiale

Un componente frequentemente utilizzato è lo scaricatore per linea coassiale.

Viene normalmente installato:

• vicino al punto di ingresso nell’edificio;
• su un pannello metallico;
• collegato al sistema di protezione appropriato.

Il suo compito è deviare parte dell’energia del transiente verso il sistema di terra.

Ma c’è un concetto importantissimo:

uno scaricatore senza un corretto percorso verso terra non può fare miracoli.

Se colleghiamo uno scaricatore a un filo lungo e sottile che attraversa metà abitazione, alle alte frequenze impulsive l’impedenza di quel percorso può diventare notevole.

Percorsi corti e diretti

Quando si progettano percorsi destinati alla gestione dei transienti, in generale vogliamo evitare:

• fili inutilmente lunghi;
• grandi loop;
• curve strette;
• percorsi tortuosi.

Un impulso di fulmine contiene componenti ad alta frequenza.

Questo significa ancora una volta che non basta ragionare in termini di resistenza DC.

Conta moltissimo l’induttanza del percorso.

Il grande errore: un secondo picchetto indipendente

Uno degli errori potenzialmente più pericolosi consiste nel creare un dispersore separato per la stazione senza integrarlo correttamente con il sistema equipotenziale dell’edificio.

Immaginiamo:

terra impianto elettrico → punto A

e

terra antenna/radio → punto B

Se durante un evento atmosferico i due punti assumono potenziali diversi, quella differenza può cercare di equalizzarsi attraverso:

• radio;
• computer;
• USB;
• cavo di alimentazione;
• operatore.

Questo è esattamente ciò che vogliamo evitare.

Il concetto fondamentale della protezione è l’equipotenzialità.

“Ma se scollego il coassiale sono al sicuro?”

Scollegare fisicamente le antenne quando la stazione non viene utilizzata può ridurre alcuni rischi, ma deve essere fatto correttamente.

Se il coassiale scollegato rimane semplicemente appoggiato dietro alla radio, un transiente può comunque creare archi o accoppiamenti.

Inoltre la sovratensione può entrare attraverso:

• rete elettrica;
• Ethernet;
• rotore;
• altre linee.

La disconnessione è quindi una possibile misura aggiuntiva, non un progetto completo di protezione.

Il termosifone non è la terra della stazione

Un classico della tradizione radioamatoriale:

“Collega la radio al termosifone.”

È una soluzione da evitare come regola generale.

Non conosciamo necessariamente:

• continuità elettrica delle tubazioni;
• presenza di elementi plastici;
• percorso della tubazione;
• collegamenti equipotenziali;
• comportamento RF.

E soprattutto un impianto idraulico non deve diventare un sostituto improvvisato della progettazione elettrica.

E il tubo dell’acqua?

Stesso discorso.

Negli edifici moderni possiamo avere:

• rame;
• acciaio;
• multistrato;
• PVC;
• giunti isolanti.

La continuità non è affatto garantita.

Le masse estranee dell’edificio vengono gestite secondo precise regole impiantistiche, non secondo improvvisazioni radioamatoriali.

Posso collegare tutti gli apparati alla vite GND?

La vite GND presente sul retro di molti apparati può essere utilizzata nell’ambito di un sistema di bonding progettato correttamente.

Non significa però automaticamente:

“collegare un filo da quella vite a un picchetto.”

La vite rappresenta semplicemente un punto di collegamento allo chassis.

Dobbiamo chiederci:

dove deve andare quella corrente?

Se non sappiamo rispondere, aggiungere fili potrebbe non migliorare la situazione.

Il caso della stazione HF con dipolo

Consideriamo:

• RTX HF;
• alimentatore;
• dipolo sul tetto;
• coassiale;
• choke al feed point.

Se l’antenna è correttamente progettata e non abbiamo correnti di modo comune significative, può non essere necessario inventarsi un lungo collegamento “terra RF” fino al giardino per far funzionare l’antenna.

Il dipolo possiede già i due conduttori necessari al proprio funzionamento.

Il problema della sicurezza elettrica e della protezione atmosferica rimane invece separato.

Il caso della verticale

Con una verticale quarter-wave la situazione è differente.

La metà mancante dell’antenna deve essere realizzata attraverso:

• radiali;
• piano di massa;
• sistema di contrappeso.

Qui spesso qualcuno chiama impropriamente tutto ciò “terra”.

Ma i radiali sono principalmente:

parte del sistema d’antenna.

Non devono essere confusi con il conduttore di protezione dell’impianto elettrico.

Antenne end-fed e RF nello shack

Le antenne end-fed meritano particolare attenzione.

Una corrente deve sempre avere un percorso di ritorno.

Se non forniamo un contrappeso ben definito, il sistema potrebbe utilizzare:

• coassiale;
• chassis;
• cablaggio dello shack;
• impianto elettrico;

come parte del percorso RF.

Il risultato può essere una stazione piena di RF.

Ancora una volta, il problema non si risolve necessariamente piantando un altro dispersore.

Bisogna controllare il sistema RF.

Stazione al piano alto di un condominio

Questo è un caso particolarmente interessante.

Supponiamo di essere al quinto piano.

Il terreno si trova 15 metri più in basso.

Realizzare un cavo di “terra RF” lungo 15 o 20 metri non produrrà necessariamente una buona terra RF.

Alle HF quel conduttore può diventare elettricamente significativo e comportarsi come parte del sistema d’antenna.

In questi casi diventano ancora più importanti:

• antenne correttamente bilanciate;
• choke;
• bonding locale;
• corretta gestione delle linee;
• progettazione professionale dell’eventuale protezione atmosferica.

Il balcone non cambia le leggi dell’elettromagnetismo

Chi opera da un appartamento deve spesso accettare compromessi.

Possiamo comunque ottenere ottimi risultati evitando di inseguire il mito del “picchetto perfetto”.

Molto spesso è più produttivo lavorare su:

• antenna;
• contrappeso;
• correnti di modo comune;
• filtraggio;
• layout dello shack.

Loop di massa

Quando due apparati sono collegati fra loro attraverso percorsi multipli di massa, possono comparire loop.

Per esempio:

RTX → cavo USB → PC

e contemporaneamente:

RTX → bonding → PSU → rete → PC.

Questo non significa che ogni connessione multipla sia automaticamente sbagliata.

Ma bisogna essere consapevoli che correnti indesiderate possono trovare percorsi non previsti.

I sintomi possono comprendere:

• ronzii;
• rumore audio;
• RFI;
• problemi digitali.

La massa USB è una massa RF?

Anche i collegamenti apparentemente “digitali” possiedono conduttori metallici.

Un cavo USB può quindi diventare parte di un percorso RF.

Per questo, quando esistono problemi di RFI, possono essere utili:

• choke;
• ferriti;
• isolamento galvanico dove appropriato;
• corretta gestione del modo comune.

Ma prima bisogna sempre identificare la causa.

Ethernet e radio

Lo stesso vale per Ethernet.

I cavi di rete possono:

• ricevere RF;
• trasportare disturbi;
• irradiare rumore digitale.

Le reti Ethernet moderne utilizzano trasformatori di isolamento nelle interfacce, ma ciò non elimina automaticamente tutti i problemi di modo comune e di schermatura.

Una stazione ben progettata considera anche questi percorsi.

Una buona stazione deve essere pensata come un sistema

Il vero salto concettuale avviene quando smettiamo di ragionare così:

“questa è la terra della radio.”

e iniziamo a ragionare così:

“questo è il sistema elettrico, RF ed equipotenziale della stazione.”

Dobbiamo considerare:

• antenna;
• feedline;
• chassis;
• bonding;
• alimentazione;
• computer;
• linee dati;
• ingresso cavi;
• scaricatori;
• sistema di terra dell’edificio.

Tutto interagisce.

Una possibile organizzazione concettuale

Una stazione domestica ben studiata può essere immaginata come quattro zone.

Zona 1 – Antenna

Qui gestiamo:

• corretta alimentazione;
• radiali o contrappesi;
• choke;
• simmetria.

Zona 2 – Linee esterne

Qui abbiamo:

• coassiali;
• rotore;
• controlli.

Zona 3 – Punto di ingresso

Qui vengono organizzati:

• pannello comune;
• protezioni;
• bonding.

Zona 4 – Shack

Qui gestiamo:

• chassis apparati;
• alimentazione;
• computer;
• RF residua;
• disposizione dei cavi.

Pensare per zone rende molto più facile comprendere dove intervenire.

Un controllo pratico della propria stazione

Senza modificare impropriamente l’impianto elettrico, possiamo fare un’analisi visiva.

Chiediamoci:

1. L’antenna ha un percorso RF di ritorno ben definito?

Se è un dipolo, è correttamente bilanciato?

Se è una verticale, ha radiali adeguati?

Se è end-fed, come viene gestito il contrappeso?

2. Esiste un choke dove serve?

Il coassiale sta trasportando solo il segnale oppure è parte dell’antenna?

3. Le masse degli apparati sono organizzate?

Oppure abbiamo fili casuali ovunque?

4. Dove entrano le linee nell’edificio?

Entrano tutte in punti diversi oppure esiste una zona di ingresso organizzata?

5. I connettori esterni sono protetti?

Acqua e ossidazione possono creare problemi RF e di sicurezza.

6. Esiste una protezione contro le sovratensioni?

Se sì, è integrata correttamente nel sistema dell’edificio?

Per quest’ultimo punto, se non abbiamo competenze specifiche, la scelta corretta è rivolgersi a un professionista qualificato.

Cose da non fare

Alcune pratiche meritano particolare cautela.

Eviterei di:

• collegare la radio casualmente a termosifoni;
• utilizzare tubazioni come dispersori improvvisati;
• creare picchetti indipendenti senza un progetto equipotenziale;
• modificare il conduttore di protezione dell’impianto elettrico;
• scollegare il PE da apparecchiature che lo richiedono;
• pensare che uno scaricatore coassiale sia sufficiente da solo;
• utilizzare un lungo filo “di terra” come soluzione universale alla RF nello shack.

Prima sicurezza, poi RF

La priorità deve sempre essere:

sicurezza elettrica.

Non dobbiamo mai eliminare o modificare una protezione elettrica per tentare di risolvere un problema RF.

Se una soluzione elimina un disturbo radio ma rende l’impianto elettrico meno sicuro, non è una soluzione.

Un mito da eliminare: “più terra metto, meglio è”

No.

Aggiungere collegamenti senza comprenderne la funzione può creare:

• loop;
• percorsi indesiderati;
• differenze di potenziale;
• nuove correnti RF.

Il principio corretto non è:

più fili verso terra.

È:

percorsi ben definiti, bonding corretto ed equipotenzialità.

La terra perfetta non esiste

Anche un dispersore fisico reale possiede:

• resistenza;
• induttanza;
• capacità.

Alle alte frequenze non possiamo considerarlo un punto ideale a zero volt.

Per questo la progettazione RF seria non si basa sul concetto astratto di una “terra infinita”.

Si basa sul controllo delle correnti.

Questa è probabilmente la frase più importante di tutto l’articolo:

in RF dobbiamo sempre chiederci dove scorre la corrente e attraverso quale percorso ritorna.

Terra elettrica, RF e fulmini: riepilogo

Sono concetti correlati, ma non intercambiabili. ARRL adotta esplicitamente questa distinzione fra sicurezza elettrica, RF management e lightning protection.

Conclusioni

La messa a terra è probabilmente uno degli argomenti radioamatoriali più ricchi di miti.

Il motivo è semplice.

Quando diciamo “terra” stiamo spesso mescolando:

• sicurezza elettrica;
• RF;
• antenne;
• fulmini;
• bonding.

Sono invece problemi differenti.

La terra di protezione serve principalmente a proteggere le persone dai guasti elettrici.

Il bonding RF serve a controllare correnti e differenze di potenziale indesiderate.

Radiali e contrappesi sono parte del sistema d’antenna.

La protezione contro i fulmini richiede una progettazione coordinata dell’intero sistema.

E soprattutto:

un lungo filo collegato alla vite GND della radio non è automaticamente una buona terra.

A volte può essere utile.

A volte è inutile.

A volte può addirittura diventare parte dell’antenna.

La domanda corretta non è quindi:

“Dove collego la terra della radio?”

La domanda da porsi è:

“Quale corrente sto cercando di controllare, e quale percorso voglio che segua?”

Quando iniziamo a ragionare in questi termini, gran parte del mistero della “terra radioamatoriale” scompare.

E lo shack diventa contemporaneamente più prevedibile, più efficiente e soprattutto più sicuro.