Antenne

CHE COS’E’ UN’ANTENNA

Un’antenna è un dispositivo utilizzato per la trasmissione e la ricezione di onde radio.

Sono un elemento fondamentale di un sistema di trasmissione / ricezione in quanto hanno il compito di trasformare il segnale elettrico in ingresso in un segnale elettromagnetico trasmissibile nell’etere e dualmente di trasformare un segnale elettromagnetico proveniente dall’etere in uno elettrico.

Le antenne possono comportasi come dei veri e propri amplificatori di segnale.

La forma, le dimensioni, la grandezza e il materiale con cui è costruita un’antenna ne determinano le sue caratteristiche di radiazione: direttività e guadagno.

Tutte le antenne sono progettate per operare su particolari range (tipo) di frequenza.

L’IMPEDENZA DI UN’ANTENNA

L’impedenza è un numero complesso (vettoriale) che rappresenta l’equivalente in corrente alternata della resistenza in corrente continua.

La resistenza è una grandezza che quantifica la capacità di un componente elettrico di opporsi al passaggio della corrente elettrica.

Sia la resistenza che l’impedenza si misurano in Ohm (Ω).

L’impedenza è un parametro descrittivo fondamentale di qualsiasi componente che lavora in RF (ad esempio antenne, cavi, connettori, ecc…);

L’impedenza dipende dalla forma, dimensione e materiali con cui è stata costruita l’antenna.

La condizione di adattamento di impedenza tra cavo ed antenna (o tra qualsiasi altro componente) è molto importante, in quanto permette di raggiungere il massimo trasferimento di potenza tra di essi, ovvero di trarre il massimo guadagno.

Quando un’onda elettromagnetica incide su una discontinuità (chiamata interfaccia), ad esempio tra cavo ed antenna, non tutta l’onda elettromagnetica riesce a “passare” a causa di fenomeni di riflessione. Solo una parte della potenza che avevamo nel cavo riesce ad arrivare all’antenna, la rimanente viene riflessa e torna verso il trasmettitore. L’entità di questa riflessione è determinata dai valori delle impendenze dei componenti in questione.

Il massimo trasferimento di potenza (minima di riflessione) si ha quando:

Impedenza Antenna = Impedenza Cavo (Condizione di adattamento)

Bisognerà quindi prestare attenzione ad utilizzare componenti con la stessa impedenza all’interno del nostro sistema  rice – trasmittente.

I valori standard di impedenza sono:

▪ 52 Ohm: antenne Wireless, reti locali in cavo coassiale, strumenti di misura;
▪ 75 Ohm: antenne televisive o radiofoniche.

NOTA: infatti le antenne e i cavi televisivi non possono essere utilizzati efficientemente in applicazioni Wireless.

Un’altro parametro importante per un’antenna è la sua frequenza di lavoro.

L’impedenza di un’antenna varia a seconda della frequenza a cui la stiamo utilizzando.

Quindi se un’antenna che è progettata per lavorare a una certa frequenza, avrà una certa impedenza a quella frequenza (ad esempio 52 Ohm).

Invece, se utilizziamo la stessa antenna a frequenze diverse, la sua efficienza e rendimento decadranno, fino a renderla inutilizzabile.

Se un’antenna presenta un’impedenza diversa da quella voluta esistono vari accorgimenti per poterne variare il valore: adattatori di impedenza, cavi calibrati, trasformatori, ecc…

Nel caso volessimo calcolare in modo preciso l’impedenza della nostra antenna, sarà sufficiente usare queste due formule:

Amper = √ Watt (potenza trasmettitore) / Ohm (impedenza antenna, 52 Ohm o 75 Ohm);
Volt = √ Watt (potenza trasmettitore) * Ohm (impedenza antenna, 52 Ohm o 75 Ohm).

PERDITE PER DISADATTAMENTO

Purtroppo nessuna antenna può considerarsi perfetta al 100% nella trasmissione di un segnale. Quindi per verificare se esistono dei disadattamenti tra l’impedenza dell’antenna e quella del cavo coassiale, si usa uno strumento chiamato ROS (misura il Rapporto Onde Stazionarie), conosciuto anche come SWR (Standing Wave Radio).

Questo strumento indica con un rapporto la differenza tra due diverse impedenze.

Per esperienza, vi sconsiglio di costruirvene uno, perché andrebbe montato con dei componenti SMD e la sua realizzazione non è affatto semplice.

Vi consiglio invece di comprare il Kit Nuova Elettronica. E’ preciso e soprattutto economico.

IL GUADAGNO DI UN’ANTENNA

Indica l'intensità di radiazione dell’antenna considerata in un determinato punto e si misura in decibel, dB. Tramite una tabella dei decibel è possibile calcolare il guadagno di un segnale sia in tensione che in potenza.

Per calcolare il guadagno si moltiplica il valore della tensione o della potenza, preso come riferimento, per il numero riportato nella colonna.

Il guadagno va inteso quindi come una vera e propria amplificazione.

E’ importante notare che tale guadagno entra in gioco in trasmissione ma anche in ricezione. Molte spesso, per aumentare le performance di un apparato Wireless, si tende ad aumentare la potenza erogata dal trasmettitore (migliorando il guadagno solo in trasmissione), mentre sarebbe più opportuno utilizzare antenne con guadagno più elevato migliorando così il sistema sia in trasmissione che in ricezione, anche a costo di diminuire la potenza erogata dal trasmettitore per rimanere comunque nei limiti di legge.

 

IL SIMBOLO λ

La lunghezza del braccio di un’antenna viene sempre indicata con il simbolo λ, che significa lunghezza d’onda.

λ = 1 lunghezza d’onda;

1 / 2 λ = 1 / 2 lunghezza d’onda;

1 / 4 λ = 1 / 4 lunghezza d’onda.

Ecco come fare per ricavare la lunghezza d’onda in cm di un’antenna:

CALCOLO PER 1 LUNGHEZZA D’ONDA:

cm = 28800 / MHz

CALCOLO PER 1 / 2 LUNGHEZZA D’ONDA:

cm = 14400 / MHz

CALCOLO PER 1 / 4 LUNGHEZZA D’ONDA:

cm = 7200 / MHz

 

POLARIZZAZIONE DEL SENGALE

Un’altra caratteristica di una antenna è la polarizzazione del segnale, cioè come l’onda trasmessa oscilla nello spazio al variare del tempo.

Le polarizzazioni utilizzate nella pratica sono:

- Verticale: minore riflessione su superfici piane (terreno, acqua)
- Orizzontale: minore riflessione su superfici verticali (edifici, montagne, ecc…)
- Circolare: efficace in luoghi con molti corpi riflettenti

CLASSIFICAZIONE DELLE ANTENNE

Le antenne possono essere divise in:

Isotrope: è l’antenna ideale di riferimento (non esiste) che presenta le stesse caratteristiche di radiazione in tutte le direzioni, presenta quindi un diagramma di radiazione sferico.

 

Digramma di radiazione di un'antenna isotropa.

Sono:

▪ antenna mini-stilo.

Omnidirezionali: hanno un diagramma di radiazione circolare su un determinato piano (isotropa su un piano) ad esempio i dipoli, loop e slotted antenna.

 

TEORIA Antenne_5.jpg

Diagramma di radiazione di un'antenna omnidirezionale.

Sono:

▪ antenna stilo;
▪ antenna round-plane.

Direttive:
presenta una direzione preferenziale nella quale ha un guadagno maggiore, ad esempio le antenne Yagi, le c-antenna e le antenne paraboliche.

 

Diagramma di radiazione di un'antenna direttiva.

Sono:

▪ c-antenna (antenna a barattolo);
▪ antenna Yagi;
▪ antenna BiQuad;
▪ antenna parabolica;
▪ antenna slotted waveguide.

 


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