Antenne trasmittenti e riceventi
Le antenne trasmittenti sono i circuiti destinati ad irradiare onde elettromagnetiche nello spazio
libero.
In una linea elettrica aperta, a distanza /4 dall’estremità, l’impedenza
equivalente della linea vale 0. Ciò vuol dire che se mettiamo il generatore di
segnale elettrico a distanza /4 dalla sezione aperta, il generatore vede un corto
circuito e quindi erogherà la massima corrente e produrrà il massimo campo
magnetico.
Se invece di realizzare il circuito come una linea bifilare lo realizziamo con due
bracci uguali (di lunghezza /4) aperti realizzati con un conduttore elettrico lineare
otteniamo un’antenna. La sua lunghezza totale sarà L= /2.
Questa antenna è detta dipolo ed è il più semplice tipo di antenna per le
comunicazioni radio.
In una linea elettrica chiusa in corto circuito, a distanza /2 dall’estremità,
l’impedenza equivalente della linea vale di nuovo 0. Ciò vuol dire che se
mettiamo il generatore di segnale elettrico a distanza /2 dalla sezione aperta, il
generatore continua a vedere un corto circuito e quindi erogherà la massima
corrente e produrrà il massimo campo magnetico.
Se invece di realizzare il circuito come una linea bifilare lo realizziamo con due
bracci uguali (di lunghezza /2) ripiegati realizzati con un conduttore elettrico
lineare otteniamo un’antenna. La sua lunghezza totale sarà L= /2.
Questa antenna è detta dipolo ripiegato ed è il più comune tipo di antenna.
Le antenne riceventi sono invece i circuiti destinati a captare onde elettromagnetiche dallo spazio
libero.
Infatti se una porzione di spazio è attraversata da un campo elettromagnetico variabile
e inseriamo un circuito elettrico aperto, ai capi dei conduttori isolati il campo
elettromagnetico genera una f.e.m. V alla sua stessa frequenza, che sarà in grado di
far scorrere una corrente sul carico.
Analogamente se il circuito è chiuso il campo elettromagnetico, attraversando la
spira produrrà lo scorrimento di una corrente elettrica I alla sua stessa frequenza.
Anche le antenne riceventi più semplici sono il dipolo
elementare e il dipolo ripiegato, con L= /2.
Il dipolo genera un’O.E.M. (Onda Elettro Magnetica) che si propaga in una vasta area di spazio ed è
quindi utile per taluni tipi di trasmissione o ricezione; per altri tipi è più opportuno concentrare le
zone di radiazione in una sezione di spazio abbastanza ristretta. Per ottenere questo scopo si
realizzano antenne che, oltre che dal dipolo fondamentale connesso al trasmettitore o al ricevitore,
risultano costituite da elementi passivi definiti riflettori o direttori, che consentono di dare una
direzione preferenziale alla radiazione dell’O.E.M.
Il principio di funzionamento di un’antenna direttiva è basato sulla seguente proprietà:
se un dipolo non alimentato (passivo) è accoppiato induttivamente con un dipolo alimentato (attivo)
è anch’esso in grado di irradiare un’onda elettromagnetica. L’ampiezza e la fase dell’onda irradiata
dal dipolo passivo sono funzione dell’accoppiamento, ovvero della sua distanza dal dipolo attivo e
dalle sue dimensioni.
Le proprietà degli elementi passivi accoppiati ad un elemento attivo, consentono di realizzare
antenne con una direzione di radiazione preferenziale.
In particolare, un elemento passivo viene definito riflettore allorchè ha una lunghezza leggermente
maggiore del dipolo attivo; precisamente, se L è la lunghezza del dipolo attivo, quella del riflettore
deve essere:
r ≅ 1.05 L.
Un elemento passivo viene invece detto direttore allorchè ha una lunghezza minore del dipolo
attivo; precisamente: d ≅ 0.95 L.
In figura è riportato uno schema di antenna costituita da un dipolo
attivo, un riflettore e quattro direttori con le seguenti dimensioni:
riflettore
dipolo attivo
1° direttore
2° direttore
3° direttore
4° direttore
Lr = 1.05 L;
L;
L1d = 0.95 L;
L2d = 0.95 L1d ;
L3d = 0.95 L2d ;
L4d = 0.95 L3d ;
La distanza tra gli elementi è di circa 0,2 .
La presenza dei direttori stabilisce nel diagramma di radiazione che si ottiene con tale antenna, un
lobo nella direzione preferenziale di propagazione, mentre quella del riflettore impedisce la
propagazione nel verso opposto.
La direzionalità rimane valida sia che l’antenna funzioni come trasmittente che come ricevente.
Un altro vantaggio dell’antenna a elementi passivi è quello di poter ottenere, grazie a questi, un
certo guadagno di potenza di radiazione rispetto al semplice dipolo; infatti, concentrando la potenza
in una direzione preferenziale, essa fa sì che in un punto situato ad una certa distanza, il segnale
ricevuto abbia una potenza molto maggiore di quella che avrebbe nello stesso punto, se fosse
emessa da un dipolo a radiazione circolare ed uguale potenza di radiazione. In particolare, se a un
dipolo hertziano viene aggiunto un riflettore, il guadagno di potenza, riferito a quello del semplice
dipolo (assunto di 0 dB), risulta circa 3 – 5 dB; se gli viene invece aggiunto un direttore, il
guadagno di potenza è circa 2 – 3 dB. Ogni elemento direttore successivo al primo porta ad un
guadagno di circa 1.2 dB (in quanto migliora la direzionalità). Ne segue che l’antenna a un riflettore
e quattro direttori ha, rispetto al solo dipolo hertziano, un guadagno di circa 10.2 dB nella direzione
di propagazione.
Il guadagno direzionale di potenza cui danno luogo gli elementi parassiti è funzione della distanza
degli stessi dal dipolo attivo e tra loro; precisamente aumentando la distanza tra gli elementi
dell’antenna direttiva, diminuisce il guadagno, si allarga la banda di frequenza di ricezione e
aumenta l’impedenza di antenna. Viceversa, se si diminuisce la distanza, aumenta il guadagno ma
calano la banda e l’impedenza di antenna.
E’ questo il caso dell’antenna Yagi, usata per la costruzione delle antenne di ricezione dei segnali
televisivi.
Spettro elettromagnetico
Le O.E.M. impiegate nelle telecomunicazioni sono classificate in base alle lunghezze d’onda e alle
frequenze nel seguente modo:
Tipologia
Onde lunghe
Onde medie
Onde corte
Onde ultra corte
Simbologia
VLF, LF
MF
HF
VHF
VHF
SHF
UHF
Lunghezza d’onda
103 ÷ 104 m
102 m
10 m
m
10-1 m
10-2 m
10-3 m
Nome
chilometriche
ettometriche
dacametriche
metriche
decimetriche
centimetriche
millimetriche
Frequenza
3 ÷ 30 kHz
30÷ 300 kHz
0.3 ÷ 3 MHz
3 ÷ 30 MHz
30÷ 300 MHz
0.3 ÷ 3 GHz
3 ÷ 30 GHz
Tra le onde ultra corte, vengonmo definite micro-onde quelle del tipo centrimetro con frequenza
compresa tra 300 MHz e 30 Ghz.
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Antenne trasmittenti e riceventi Le antenne trasmittenti sono i circuiti