Radio a galena

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Un esemplare moderno di radio a galena

La Radio a galena è un tipo semplicissimo di ricevitore radio. Non ha bisogno di batterie o altra fonte di energia ad eccezione delle onde radio ricevute grazie una lunga antenna esterna (ovvero, da usare all'aperto).

[modifica] Introduzione

Le radio a galena semplici constano spesso di poche parti, come un'antenna a filo, un induttore in rame, un modulatore e cuffie (o un auricolare). Poiché le radio a galena sono ricevitori passivi, si differenziano sotto diversi profili dalle radio ordinarie che contengono amplificatori alimentati da una fonte di energia. Questo si spiega con il fatto che le radio a galena devono ricevere e conservare quanta più potenza elettrica possibile dall'antenna, convertendola in suono, laddove gli apparecchi comuni amplificano il debole contenuto energetico del segnale veicolato con le onde radio. Oggi costruire ed impiegare radio a galena è un passatempo diffuso, essenzialmente per:

• Significato storico-nostalgico
• I sorprendenti risultati ottenibili da mezzi di assoluta semplicità
• La sfida di ricevere deboli e distanti radio-segnali pur senza amplificazione.

Le radio a galena possono essere progettate per ricevere stazioni che trasmettono praticamente su tutte le frequenze radio usate comunemente, poiché non c'è sostanzialmente un limite alle frequenze che astrattamente esse possono ricevere. Nella maggior parte dei casi, sono comunque progettate per ricevere le onde corte internazionali (49 metri) in modulazione d'ampiezza, in parte perché, in condizioni di propagazione favorevole, i segnali sono più forti in queste bande. Le prime radio di solito ricevevano i segnali dei trasmettitori a scintilla che operavano a 350 kHz circa.^[1] Comunque, le radio a galena concepite per la banda AM ricevono di solito piuttosto bene anche la FM intorno ai 100 MHz.

Vi sono gruppi di appassionati e siti web ^[2] dedicati alla costruzione degli apparecchi in discorso. Si fanno gare e concorsi in cui si confrontano prestazioni e progetti dei vari apparati. A quanto si dice,^[3] i moderni diodi, induttori ultrasottili a "filo litz" (vedi box a margine) e condensatori a bassa dispersione spingono le prestazioni ben oltre quelle dei ricevitori primitivi.

[modifica] Come funziona nella versione più semplice

Disegno tecnico che illustra i vari componenti di una radio a galena.

Una radio riceve le trasmissioni da una stazione radio. Le stazioni radio convertono il suono in onde radio che si propagano ovunque. Tali onde attraversano in continuazione l'antenna della radio a galena. Le onde radio fanno sì che la loro elettricità fluisca tra il cavo dell'antenna e quello di messa a terra. La radio a galena usa un sintonizzatore per "regolare" l'elettricità in modo da captare una sola stazione. Il sintonizzatore può consistere di un semplice induttore a scorrimento che "risuona" con l'antenna in virtù del fatto che quest'ultima funge anche da condensatore. Ci vuole poi un modulatore per riconvertire daccapo l'elettricità delle onde radio in "segnale" interpretabile come suono. Il modulatore può consistere di uno speciale blocco di galena posto in un contenitore. Le cuffie costituiscono in qualche modo l'interfaccia con cui l'orecchio umano può percepire, finalmente, il suono.

[modifica] Storia

La radio a galena è stata inventata a seguito di una (lunga e parzialmente oscura) catena di scoperte alla fine dell'Ottocento, che ha determinato un graduale affinamento di ricevitori sempre più pratici nel Novecento, costituendo in un certo senso gli albori dell'elettronica. Il primissimo uso pratico della radio a galena era volto alla ricezione dei radiosegnali in codice Morse trasmessi da pionieristici radioamatori con potentissimi trasmettitori a scintilla. Con lo sviluppo dell'elettronica, la capacità tecnica di trasmettere messaggi audio per radio provocò un'esplosione tecnologica intorno agli anni '20 che finì per creare l'attuale industria "mediatica".

[modifica] Primi anni

Schema elettrico del brevetto industriale statunitense n. 836,531 di Greenleaf Whittier Pickard "Means for receiving intelligence communicated by electric waves"

La primordiale radio-telegrafia usava trasmettitori a scintilla e convertitori ad arco oltre ad alternatori ad alta frequenza che "lavoravano" nel campo delle onde radio. Un essenziale modulatore, detto Branley Coherer, veniva impiegato per rivelare la presenza (o l'assenza) di radio-segnale. Tuttavia, questi arcaici apparati non possedevano la sensibilità necessaria a convertire un segnale debole.

Intorno al 1906, i ricercatori scoprirono che certi minerali metallici, come per l'appunto la galena, potevano essere usati per rilevare il segnale. Questi apparati erano chiamati crystal detectors. Greenleaf Whittier Pickard, il 30 agosto 1906, richiese un brevetto per un crystal detector al silicio, ottenendone la registrazione il successivo 20 novembre. Il modulatore di Pickard era rivoluzionario in quanto aveva scoperto che un sottile cavo appuntito detto "a baffo di gatto" a lieve contatto con un minerale produceva il miglior effetto semiconduttivo. Un crystal detector comprende il "cristallo", uno speciale cavo sottile che mette in contatto il cristallo ed il sostegno che mantiene i componenti al proprio posto. Come abbiamo detto, la galena è il tipo di cristallo più comunemente usato per lo scopo. Parecchi altri minerali sarebbero comunque analogamente adatti. Un altro vantaggio dei cristalli era il fatto che potessero demodulare i segnali AM. Questa forma di trasmissione era usata nei radiotelefoni e per trasmettere voce e musica per l'ascolto pubblico. I dispositivi a cristallo rappresentavano un metodo economico e tecnologicamente semplice per ricevere questi segnali in un'epoca in cui l'industria radiofonica era allo stato embrionale.

Nel 1922, lo U.S. Bureau of Standards diffuse una pubblicazione intitolata Construction and Operation of a Simple Homemade Radio Receiving Outfit ^[4]. L'articolo mostrava come praticamente ogni famiglia che comprendesse un individuo fornito di elementare abilità manuale poteva costruirsi una radio con cui ricevere informazioni sugli argomenti di attualità e cultura più disparati. Questo documento rappresenta una sorta di pietra miliare nell'avvicinamento agli apparecchi radio da parte di un'utenza generalizzata. Il NBS fece seguito lo stesso anno con una versione più raffinata, Construction and Operation of a Two-Circuit Radio Receiving Equipment With Crystal Detector,^[5] contemplante un apparecchio a due circuiti. Tale testo è ancor oggi un riferimento per gli appassionati.

[modifica] Anni '20 e anni '30

U.S. Patent 1,748,435 , "Crystal radio apparatus", 1930. H. Adam

Al principio del XX secolo, le radio erano considerate un hobby piuttosto stravagante. Gli apparecchi non erano alla portata economica del grande pubblico, così la gente interessata se le costruiva utilizzando materiali di fortuna veramente singolari (mazze da baseball, scatole, giornali vecchi…). ^[6]

Tuttavia, alcuni storici considerano l'autunno del 1920 come inizio delle trasmissioni radio a scopo di intrattenimento. Pittsburgh (Pennsylvania) — stazione KDKA di proprietà della Westinghouse — ricevette la licenza dallo United States Department of Commerce appena in tempo per trasmettere le Elezioni presidenziali statunitensi del 1920. Oltre alla cronaca di eventi speciali, la diffusione presso gli agricoltori delle quotazioni dei raccolti era un vero servizio di pubblica utilità, agli albori della radiofonia.

Nel 1921, le radio "vere", prodotte industrialmente, erano assai costose. Se confrontate con il potere d'acquisto attuale del dollaro, alcune avrebbero avuto un prezzo intorno ai 2 000 $^{[citazione necessaria]}. Dato che le famiglie meno agiate non si sarebbero potute permettere simili esborsi, la stampa pullulava di consigli su come costruirsi radio a galena con materiali normalmente presenti nelle abitazioni. Per abbattere le spese, molti progetti suggerivano di avvolgere la bobina per la sintonia su contenitori vuoti come le scatole di cereali, che divennero un comune elemento costitutivo delle radio fatte in casa.

[modifica] Amplificazione non elettrica

• Poiché l'illuminazione a gas e la lampada a cherosene erano usate ben prima dell'adozione dell'energia elettrica, la loro fiamma venne usata per l'amplificazione del suono. Si inseriva un cono di ceramica con un piccolo foro al centro della fiamma, e si attaccava una cuffia al fondo aperto del cono, sigillato a tenuta d'aria. Questo funzionava come una piccola pompa, risucchiando periodicamente la miscela combustibile nella semi-onda negativa, e proiettandola indietro nella semi-onda positiva.
• L'amplificazione a pompa d'aria fu usata per la prima volta nei pathephones,^[7] in cui una pompa veniva azionata dallo stesso motore a molla del giradischi. Un tubo pneumatico della misura di uno spillo era posto dietro ad una membrana acustica, che agiva come una valvola pneumatica e modulava il flusso dell'aria, amplificando il suono. Questo metodo fu agevolmente riconvertito anche per le radio a galena.

[modifica] Amplificatori senza valvola

L'"amplificatore a carbonio", consistente in un microfono a carbonio ed un auricolare elettromagnetico condividenti una membrana ed un guscio comuni, fu usato nell'industria della telefonia e nelle protesi acustiche quasi dall'invenzione di entrambi i componenti, ed assai prima delle valvole termoioniche. Poteva essere prontamente comprato o adattato da ricambi telefonici in modo da essere usato nelle radio a galena. A differenza delle valvole termoioniche, poteva funzionare anche a batteria (da automobile, o perfino quelle per torcia elettrica) ed era in grado di funzionare praticamente in eterno.

[modifica] Cristadina

Nella Russia dei primi anni '20, devastata dalla guerra civile, il giovane scienziato Oleg Losev stava sperimentando l'applicazione di variazioni di voltaggio a tipi diversi di cristalli, allo scopo di affinare la ricezione. Il risultato fu soprendente - con un cristallo di zincite (ossido di zinco) otteneva l'amplificazione. Era il fenomeno della resistenza negativa, decenni prima del diodo ad effetto tunnel. Dopo i primi esperimenti, costruì ricevitori rigenerativi e supereterodini, ed anche trasmettitori. Tuttavia, questa scoperta non fu valorizzata dalle autorità, e cadde rapidamente nell'oblio; non vi fu alcuna produzione di massa, ma soltanto alcuni prototipi creati per la ricerca. Questa negligenza va in parte ascritta all'ignoranza che connotava molti capi sovietici, ma in parte esemplifica l'essenza stessa di quella forma di governo totalitaristica.

L'Unione Sovietica combatteva, infatti, la libertà d'informazione: schedò tutti gli apparecchi radio fino al 1962, le macchine da scrivere e le fotocopiatrici fino all'ultimo giorno del regime. La cristadina era prodotta in condizioni primordiali, poteva essere costruita con tecniche rurali, a differenza di valvolve termoioniche ed apparecchi moderni muniti di semiconduttori. Era, pertanto, una scoperta sgradita alle autorità, e fu deliberatamente passata sotto silenzio. Oleg Losev si spense nel 1943, nella Leningrado assediata, abbandonato e quasi dimenticato.

[modifica] Anni '40

Per approfondire, vedi la voce I Castelli Romani durante la seconda guerra mondiale#Lo sbarco e la battaglia di Anzio.

Quando gli Alleati subirono una battuta di arresto^[8] presso Anzio (primavera 1944), le radio portatili personali erano severamente vietate, poiché i tedeschi avevano radiogoniometri in grado di rilevare il segnale dell'oscillatore locale dei ricevitori supereterodini.

La disposizione delle forze sul fronte Anzio/Cassino (gennaio / febbraio 1944)

Alcuni ingegnosi "G.I." scoprirono che si poteva assemblare una radio a galena con una bobina in fil di ferro "di recupero", una lametta da barba arrugginita ed una mina di matita come diodo. Facendo scorrere la grafite (sfiorando) dai punti meno arrugginiti a quelli più ossidati, formavano quel che si chiama un diodo a punto di contatto, e in tal modo si poteva sentire il segnale "rettificato" negli auricolari della radio a galena di fortuna. Fu indubbiamente un'idea di gran successo, prontamente estesa dapprima ad ogni fronte in cui operassero gli Alleati, e da lì a poco pure alla società civile, radicandosi saldamente nella cosiddetta "cultura popolare". Questi congegni furono battezzati foxhole receivers (traducibile, grosso modo, con "radio da trincea") dalla stampa popolare, e divennero parte del folklore della Seconda guerra mondiale.

Animazione che mostra l'evoluzione territoriale europea durante il conflitto

In alcuni paesi che avevano occupato, i nazisti confiscarono a tappeto le radio dei cittadini. Il fatto spinse alcuni radioascoltatori particolarmente determinati a fabbricarsi le proprie "radio clandestine", spesso poco più che radio a galena del tipo più semplice. Bisogna ricordare che questo comportamento esponeva al rischio di essere incarcerati (se non anche uccisi), senza contare che in gran parte dell'Europa il segnale della BBC (o altra emittente di "parte alleata") non era abbastanza forte per essere captato con strumenti così poveri. Esistevano comunque zone (come ad esempio le Isole del Canale) dove la ricezione era possibile.

[modifica] Anni successivi

Anche se, intuibilmente, non potrebbe mai riconquistare la popolarità ed il vasto impiego registrati ai suoi esordi, il circuito di cui parliamo è tuttora utilizzato. I boy scout (destinati ad affermarsi quali ufficiosi depositari della tradizione della radio a galena) prevedevano nei loro programmi formativi la costruzione del "nostro" apparecchio già negli anni '20. Tra gli anni '50 e gli anni '60 si diffuse una miriade di gadget o di elementari "kit di montaggio", tanto che innumerevoli ragazzini incuriositi dall'elettronica fecero con le proprie mani una radio a galena.

Tra gli anni '20 e gli anni '50 la costruzione di radio a galena era un autentico successo di massa. Più di recente, gli appassionati hanno preso a realizzare apparati più sofisticati. C'è gran fervore di iniziative sia sul piano squisitamente estetico, sia su quello delle prestazioni, che a volte attingono livelli sorprendenti. Vi sono raduni annuali e gare che permettono ai cultori di confrontare i rispettivi risultati in un clima di sana competizione sportiva e tecnica.

[modifica] Tentativi di recuperare potenza come portante RF

Una radio a galena sintonizzata su una forte stazione locale può essere utilizzata proprio come fonte di energia per un altro ricevitore amplificato in modo energeticamente efficiente (più spesso un ricevitore rigenerativo) in relazione a stazioni distanti che non potrebbero mai essere ricevute con una radio a galena "ordinaria". ^[9] C'è una lunga storia di tentativi mal riusciti e millanterie sul recupero di potenza nella portante del segnale ricevuto stesso. Gli apparecchi tradizionali usano raddrizzatori a semionda. Poiché i segnali AM hanno un fattore di modulazione di solo 30% di voltaggio a picchi^{[citazione necessaria]}, non più del 9% della potenza di segnale ricevuto (P = U² / R) è vera informazione audio, mentre il restante 91% è solo voltaggio in corrente continua "rettificato" (o raddrizzato che dir si voglia). Vi fu un notevole impegno nel tentare di convertire questo voltaggio di corrente continua in energia-segnale. Fra i primi tentativi, alcuni (nel 1966) prevedevano il ricorso ad un amplificatore a transistor. ^[10] Oggi la storia continua, con progetti di "apparecchio a commutazione di due onde invertite" ^[11] e amplificatori a ponte^{[citazione necessaria]}.

[modifica] Costruzione e funzionamento

[modifica] L'importanza del collegamento a terra

Le antenne a cavo lungo spesso utilizzate con le radio a galena sono antenne monopolo. Per ricevere segnali da questo ripo di antenna, ci vuole una messa a terra che permetta all'elettricità del segnale di attraversare l'antenna ed uscirne. Poiché - come abbiamo detto - le radio a galena hanno come unica fonte energetica l'elettricità captata dall'antenna, ne consegue la necessità di una "messa a terra" assai migliore di quella di un apparecchio ordinario. Il concetto è agevolmente compreso da chi abbia dimestichezza con le radio amplificate.

[modifica] Il circuito ingenuo

Questo circuito è poco pratico per ricevere le trasmissioni AM.

Il circuito radio poco pratico qui illustrato è spesso proposto ingenuamente per sintonizzarsi sulle trasmissioni AM con un dispositivo costituito da una bobina fissa in parallelo e un circuito a vasca consistente di un condensatore variabile con l'antenna e la messa a terra collegati al suo interno.

[modifica] Brevetti statunitensi

(EN)

• U.S. Patent 836531 "Means for receiving intelligence communicated by electric waves", 1906. G. W. Pickard.
• U.S. Patent 876996 "Intelligence intercommunication by magnetic wave components", 1908. G. W. Pickard.
• U.S. Patent 956165, "Space communication", 1910. G. W. Pickard.
• U.S. Patent 1206911, "System of radio communication", 1916. G. W. Pickard.
• U.S. Patent 1224499, "Radio telegraphy and telephony receiver", 1917. G. W. Pickard.
• U.S. Patent 1245266, "Radio telegraphy and telephony receiver", 1917. G. W. Pickard.
• U.S. Patent 1249482, "Radio telegraphy and telephony receiver", 1917. G. W. Pickard.
• U.S. Patent 1485524, "Crystal detector for radio communication", 1924. Hugo H. Pickron. (ed., uses "crystal radio" term in the patent.)
• U.S. Patent 1575067,"Functioning parts of mineral type detectors", 1926. L. B. Lambert.
• U.S. Patent 1648521, "Radio receiving set", 1927. A. Wikstrom.
• U.S. Patent 1748435, "Crystal radio apparatus", 1930. H. Adams.
• U.S. Patent 1825070, "Radio receiving set", 1931. W. J. Kayser.
• U.S. Patent 2805332, "Subminiature portable crystal radio", 1957. Keith L. Bell.

[modifica] Note

[modifica] Bibliografia

(EN)

• Ellery W. Stone (1919). Elements of Radiotelegraphy. D. Van Nostrand company. 267 pages.
• Elmer Eustice Bucher (1920). The Wireless Experimenter's Manual: Incorporating how to Conduct a Radio Club.
• Milton Blake Sleeper (1922). Radio Hook-ups: A Reference and Record Book of Circuits Used for Connecting Wireless Instruments. The Norman W. Henley publishing co.; 67 pages.
• Robert Andrews Millikan, Henry Gordon Gale, Willard R. Pyle (1922). Practical physics. Ginn. 472 pages.
• JL Preston and HA Wheeler (1922) "Construction and operation of a simple homemade radio receiving outfit", Bu. of Standards, C-120: Apr. 24, 1922.
• PA Kinzie (1996). Crystal Radio: History, Fundamentals, and Design. Xtal Set Society.
• Thomas H. Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits
• Derek K. Shaeffer and Thomas H. Lee, The Design and Implementation of Low-Power Cmos Radio Receivers

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