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Caratteristiche dell'antenna

Larghezza del fascio
Attenuazione del
lobo laterale
Rapporto fronte-retro

Figura 1: diagramma dell'antenna in una visualizzazione a coordinate polari.

Diagramma con il punto di riferimento al centro dell'immagine e rappresentazione angolarmente corretta dei valori misurati. La grandezza di un valore misurato è rappresentata dalla sua distanza dal centro del grafico. Ecco un esempio di diagramma d'antenna di un'antenna direzionale.
Larghezza del fascio
Attenuazione del
lobo laterale
Rapporto fronte-retro

Figura 1: diagramma dell'antenna in una visualizzazione a coordinate polari.

Caratteristiche dell'antenna

Guadagno e direttività dell'antenna

Progettando l'antenna in modo speciale, è possibile concentrare la densità di radiazione in certe direzioni spaziali. Il guadagno d'antenna è una misura della direttività di un'antenna senza perdite. È strettamente legato alla direttività dell'antenna. A differenza della direttività, che descrive solo la direttività dell'antenna, il guadagno d'antenna tiene conto anche dell'efficienza dell'antenna, cioè indica la potenza effettivamente irradiata. Questo è di solito inferiore alla potenza fornita dal trasmettitore. Tuttavia, poiché questa potenza può essere misurata più facilmente della direttività, il guadagno d'antenna è usato più spesso della direttività. Supponendo di considerare un'antenna senza perdite, la direttività può essere impostata uguale al guadagno dell'antenna.

Per definire il guadagno dell'antenna, si usa un'antenna di riferimento oltre all'antenna reale. Di solito un ipotetico radiatore sferico senza perdite (radiatore isotropo), che irradia uniformemente in tutte le direzioni, o un semplice dipolo, che può anche formare un riferimento almeno nel piano in esame, serve come antenna di riferimento.

Per l'antenna reale, si determina ora la densità di radiazione (potenza per unità di superficie) in un punto a una certa distanza e la si confronta con il valore che risulta quando si usa l'antenna isotropa. Il guadagno dell'antenna è quindi il rapporto delle due radianze.

Per esempio, se un'antenna direzionale produce 200 volte la radianza di un'antenna isotropa in una data direzione spaziale, il guadagno d'antenna G sarà 200 o 23 dB.

Diagramma dell'antenna

Il diagramma d'antenna è una rappresentazione grafica della distribuzione spaziale dell'energia irradiata da un'antenna. A seconda dell'applicazione, un'antenna dovrebbe ricevere solo da una certa direzione e non captare i segnali da altre direzioni (per esempio antenna televisiva, antenna radar). D'altra parte, un'antenna per auto, per esempio, dovrebbe essere in grado di ricevere trasmettitori da tutte le direzioni possibili.

La caratteristica direzionale desiderata è ottenuta dalla specifica costruzione meccanica ed elettrica di un'antenna. Una caratteristica direzionale indica quanto bene un'antenna riceve o trasmette in una certa direzione. È indicato in una rappresentazione grafica (diagramma direzionale, diagramma d'antenna) in funzione dell'angolo di azimut (diagramma orizzontale) e dell'angolo di elevazione (diagramma verticale).

Larghezza del fascio
Attenuazione del
lobo laterale
Rapporto
fronte-retro

Figura 2: Lo stesso schema dell'antenna in una rappresentazione con coordinate cartesiane.

Diagramma cartesiano con assi ad angolo retto tra loro come riferimento. I valori angolari sono inseriti sull'asse X, i valori misurati sull'asse Y. Ecco anche il diagramma dell'antenna di cui sopra come esempio
Larghezza del fascio
Attenuazione del
lobo laterale
Rapporto
fronte-retro

Figura 2: Lo stesso schema dell'antenna in una rappresentazione con coordinate cartesiane.

Si usa un sistema di coordinate cartesiano o polare. I valori misurati nella rappresentazione grafica possono avere valori lineari o logaritmici.

Larghezza del fascio

La larghezza del fascio o angolo di apertura è l'intervallo angolare del modello dell'antenna in cui almeno la metà della potenza massima è ancora irradiata!

I punti limite del lobo principale sono quindi i punti in cui l'intensità del campo nella stanza è scesa di 3 dB rispetto all'intensità massima del campo. L'angolo Θ è quindi chiamato l'angolo di apertura dell'antenna. Per semplificare, si assume spesso nei calcoli che la potenza sia distribuita uniformemente all'interno del larghezza del fascio e che non ci sia più potenza al di fuori dell'angolo di apertura.

Angolo solido dell'antenna

Un angolo solido è una misura angolare bidimensionale con la designazione variabile Ω. La sua unità di misura è l'unità ausiliaria steradiante [Sr]. L'angolo solido dell'antenna o l'angolo solido equivalente dell'antenna ΩA è l'angolo solido attraverso il quale la potenza totale dell'antenna fluirebbe se l'intensità di radiazione fosse costante per tutti gli angoli entro questo angolo solido. Al di fuori dell'angolo solido dell'antenna, l'intensità di radiazione sarebbe zero. È un valore piuttosto teorico, ma per antenne con direttività molto forte e piccoli lobi laterali può essere approssimato con:

ΩA ≈ Θaz·Θel con: Θaz = angolo di apertura orizzontale (in radianti)
Θel = angolo verticale di apertura (in radianti)
(1)

Ci sono modelli in cui la proiezione dell'angolo solido dell'antenna sulla superficie è un profilo rettangolare con le lunghezze dei bordi delle semilarghezze verticali e orizzontali (angolo solido piramidale), così come modelli in cui è rappresentato circolarmente o ellitticamente su una superficie sferica (angolo solido canonico).

Attenuazione del lobo laterale

Oltre al lobo principale, diversi lobi laterali e un lobo posteriore si trovano nel modello di radiazione di un'antenna. Questi fenomeni sono indesiderabili perché hanno un'influenza sfavorevole sull'effetto direzionale e inoltre sottraggono energia al lobo principale. Il rapporto tra il lobo principale e il lobo laterale più grande è chiamato attenuazione del lobo laterale. Lo smorzamento del lobo laterale dovrebbe avere un valore il più alto possibile.

Rapporto fronte-retro

Il rapporto front-to-back, chiamato anche back damping, è il rapporto tra il guadagno del lobo principale a 0° e il guadagno del lobo posteriore a 180°. Anche questo rapporto dovrebbe essere il più grande possibile.

Figura 3: L'area effettiva dell'antenna è una sezione di una superficie sferica.

Die effektive Antennenfläche ist ein Ausschnitt aus einer Kugeloberfläche, 
(clicca per ingrandire: 600·400px = 14 kByte)

Figura 3: L'area effettiva dell'antenna è una sezione di una superficie sferica.

Area effettiva dell'antenna (apertura)

Un parametro importante delle antenne è chiamato area effettiva dell'antenna (Ae) o „apertura dell'antenna“. In condizioni di orientamento e polarizzazione ottimali, la potenza massima ricevibile di un'antenna ricevente è proporzionale alla densità di potenza dell'onda piana incidente nel luogo di ricezione. La densità di radiazione del fronte d'onda è una potenza per unità di superficie. Il fattore di proporzionalità ha quindi la dimensione di un'area rappresentata da un'antenna in un campo elettromagnetico. Quest'area è chiamata area effettiva dell'antenna Ae ed è strettamente legata alla direttività D dell'antenna, che è anche uguale al guadagno per un'antenna senza perdite:

D = G·η = 4π · Ae ; Ae = Ka·A con: η = efficienza dell'antenna
λ = lunghezza d'onda
Ae = area effettiva dell'antenna
A = area geometrica dell'antenna
Ka = efficacia dell'area dell'antenna (efficienza di apertura)
(2)
λ2

Questa equazione mostra una relazione molto importante: la direttività di un'antenna è determinata dalla sua dimensione geometrica. Più grande è l'area dell'antenna in relazione alla lunghezza d'onda, più forte è la sua direttività.

Un'area effettiva dell'antenna può essere specificata anche per le antenne lineari. Non deve necessariamente corrispondere all'estensione geometrica dell'antenna, il che è particolarmente evidente con le antenne a filo. Il rapporto delle due quantità è chiamato efficienza di apertura dell'antenna Ka. Per le antenne con un grande riflettore parabolico, Ka = 0,6 … 1,0. L'area effettiva dell'antenna di un radiatore a tromba rettangolare con le dimensioni a e b è un po' più piccola dell'area geometrica a·b.

L'area effettiva dell'antenna dipende dalla distribuzione della radiazione sull'area geometrica dell'antenna. Se questa distribuzione di radiazione è lineare, allora Ka= 1. Tuttavia, questa alta efficienza di apertura con una distribuzione di radiazione lineare risulta anche in lobi laterali fortemente pronunciati. Se i lobi laterali devono essere mantenuti ad una dimensione più piccola per l'uso pratico di un'antenna, allora la distribuzione della radiazione deve essere non lineare e l'area effettiva dell'antenna è quindi più piccola dell'area geometrica dell'antenna (Ae< A).

Larghezza di banda

La larghezza di banda di un'antenna è la gamma di frequenza in cui l'antenna ha le proprietà richieste:

ancora raggiunto. A causa delle loro proprietà di risonanza, la maggior parte dei tipi di antenna permettono una larghezza di banda piuttosto stretta di circa il 5-10% della loro frequenza centrale (cioè 100 - 200 MHz di larghezza di banda a 2 GHz). Per larghezze di banda maggiori, sono in uso antenne speciali, per esempio l'antenna periodica logaritmica o l'antenna Vivaldi.