www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Basics

Diagramma di radiazione

1,67°
-20 dB
Smorzamento
dei lobi
laterali
Lobi laterale
Lobo
principale

Figura 1: Diagramma di irradiazione orizzontale di un’antenna parabolica in un sistema di coordinate cartesiane. I dettagli sono ben rappresentati, ma la forma della radiazione non è sempre riconoscibile.

1,67°
-20 dB
smorzamento
dei lobi
laterali
Lobi laterale
Lobo
principale

Figura 1: Diagramma di irradiazione orizzontale di un’antenna parabolica in un sistema di coordinate cartesiane. I dettagli sono ben rappresentati, ma la forma della radiazione non è sempre riconoscibile.

Indice « Diagramma di radiazione »
  1. Formati di visualizzazione
  2. Scale del diagramma
  3. Diagrammi di radiazione orizzontale
  4. Diagrammi di radiazione verticale
  5. 3D Antennendiagramme

Diagramma di radiazione

I diagrammi di radiazione di un’antenna sono rappresentazioni grafiche degli elementi del diagramma di radiazione di un’antenna. Il diagramma dell’antenna è solitamente la rappresentazione grafica della sua direttività. Rappresenta l’intensità relativa della radiazione di energia o la grandezza dell’intensità del campo elettrico o magnetico in funzione della direzione dell’antenna. Tuttavia, è possibile rappresentare anche altri parametri, come le posizioni di fase o le impedenze. I diagrammi d’antenna vengono registrati tramite misure o generati da programmi di simulazione al computer, ad esempio per rappresentare graficamente la direttività di un’antenna radar e quindi stimarne le prestazioni.

A differenza di un’antenna omnidirezionale, che irradia uniformemente in tutte le direzioni di un piano, un’antenna direzionale preferisce una direzione e quindi raggiunge una portata maggiore in questa direzione con una potenza di trasmissione inferiore. Il diagramma dell’antenna rappresenta graficamente la preferenza determinata dalla misura. Grazie alla reciprocità, che garantisce le stesse caratteristiche di trasmissione e ricezione dell’antenna, il diagramma mostra sia la potenza di trasmissione dipendente dalla direzione come intensità di campo, sia la sensibilità di ricezione di un’antenna.

Lobo posteriore
Lobi laterale
Lobo principale

Figura 2: Diagramma di radiazione orizzontale in un sistema di coordinate polari

Lobo posteriore
Lobi laterale
Lobo principale

Figura 2: Diagramma di radiazione orizzontale in un sistema di coordinate polari

Formati di visualizzazione

Vengono utilizzati molti formati di visualizzazione. Sono comuni sia i sistemi di coordinate cartesiane che i sistemi di coordinate polari. L’obiettivo principale è quello di visualizzare un modello di radiazione rappresentativo sia orizzontalmente (nell’angolo laterale) per una rappresentazione completa a 360°, sia verticalmente (nell’angolo di elevazione) di solito solo per 90° o 180°. Nel sistema di coordinate cartesiane, i dati di un’antenna possono essere rappresentati meglio. Tuttavia, poiché questi dati possono essere stampati anche come tabella, di solito si preferisce la rappresentazione più descrittiva come curva del luogo in un sistema di coordinate polari. A differenza del sistema di coordinate cartesiane, questo fornisce direttamente la direzione.

Per facilità d’uso, chiarezza e massima versatilità, i diagrammi di radiazione sono solitamente normalizzati al bordo esterno del sistema di coordinate. Ciò significa che il valore massimo misurato è allineato a 0° e inserito sul bordo superiore del diagramma. Gli altri valori misurati del diagramma di radiazione sono solitamente indicati rispetto a questo valore massimo in dB (decibel).

Scale del diagramma

La scala del diagramma può essere scalata in diversi modi. Vengono utilizzati tre tipi di scale: scala lineare, scala logaritmica continua e scala logaritmica modificata. Una scala lineare enfatizza la direzione principale della radiazione e di solito sopprime tutti i lobi laterali, che spesso sono dell’ordine di meno di un centesimo del lobo principale. La scala logaritmica continua, tuttavia, rappresenta bene i lobi laterali ed è preferibile quando il livello di tutti i lobi laterali è importante. Tuttavia, lascia l’impressione che l’antenna sia scadente perché il lobo principale è rappresentato relativamente piccolo. Una scala logaritmica non lineare modificata continua a enfatizzare la forma del lobo principale e porta i lobi laterali con livelli molto bassi (<30 dB) verso il centro del diagramma. Il lobo principale viene così visualizzato due volte più grande del lobo laterale più forte, il che è vantaggioso per le presentazioni visive. Tuttavia, questa forma di presentazione è raramente utilizzata nella tecnologia, perché i dati esatti sarebbero difficili da leggere.

Diagrammi di radiazione orizzontale

Il diagramma di antenna orizzontale è una vista dall’alto del campo elettromagnetico di un’antenna, rappresentato come un piano bidimensionale con l’antenna al centro.

L’interesse di questa rappresentazione risiede nella facilità con cui è possibile registrare la direttività dell’antenna. Nella maggior parte dei casi, la scala mostra anche il valore di −3dB come un cerchio tratteggiato. Le intersezioni tra il lobo principale e questo cerchio danno luogo alla cosiddetta semilarghezza dell’antenna. Altri parametri facilmente leggibili sono il rapporto anteriore/posteriore, cioè il rapporto tra il lobo principale e i lobi posteriori, nonché la dimensione e la direzione dei lobi laterali.

Per le antenne radar, il rapporto tra lobi principali e laterali è importante. Questo parametro entra direttamente nella valutazione dell’immunità alle interferenze di un radar.

Figura 3: Diagramma di radiazione verticale dell’antenna con le caratteristiche di Cosecans².

Figura 3: Diagramma di radiazione verticale dell’antenna con le caratteristiche di Cosecans².

Diagrammi di radiazione verticale

Il diagramma verticale dell’antenna è una vista laterale del campo elettromagnetico dell’antenna. La dimensione del diagramma d’antenna è quindi la distanza dall’antenna sull’asse delle ascisse e l’altezza sopra la posizione dell’antenna sull’asse delle ordinate. Un metodo per misurare il pattern verticale delle antenne radar è la registrazione della luce solare. A tal fine, è possibile utilizzare uno strumento di misura per radar, il set di apparecchiature RASS-S (Radar Analysis Support System for Sites) prodotto da Intersoft Electronics. Con questo strumento (tra le altre cose) è possibile determinare i diagrammi di radiazione di un’antenna radar e visualizzarli in un grafico 2D e persino 3D.

Nel diagramma, l’asse verticale (asse y) indica l’altezza in piedi, l’asse orizzontale (asse x) la distanza in miglia nautiche (NM). Queste unità di misura sono utilizzate per ragioni storiche nei radar per il controllo del traffico aereo. Tuttavia, le unità di misura hanno solo un ruolo subordinato nel diagramma, poiché nonostante le cifre assolute, si tratta di livelli relativi misurati, che qui sono stati assegnati ai valori assoluti solo per motivi di chiarezza. Ciò significa che per ogni segnale ricevuto dalla direzione misurata viene calcolata una portata teorica secondo l’equazione del radar. Il risultato è un diagramma che ha senso solo per la sua forma. Le distanze sono solo valori teorici. Solo quando due diagrammi misurati di un’unità radar (con valori di ingresso invariati) possono essere confrontati tra loro, è possibile fare un’affermazione sul miglioramento o sul peggioramento della portata.

Le linee rette a forma di raggio dall’origine sono i segni degli angoli di elevazione. Poiché l’asse verticale ha una scala diversa da quella dell’asse orizzontale, le distanze tracciate tra i segni dell’angolo di elevazione non sono uguali. Le altitudini tracciate sull’asse verticale sono proiettate nel diagramma non solo come griglia, ma anche come linee tratteggiate, che indicano la reale altitudine dal suolo e non sono quindi linee rette, ma linee che inclinano leggermente verso il basso in base alla curvatura della terra.

Diagrammi d’antenna 3D

Figura 4: Diagramma d’antenna di un radiatore a tromba in rappresentazione tridimensionale in un sistema di coordinate polari.

Figura 4: Diagramma d’antenna di un radiatore a tromba in rappresentazione tridimensionale in un sistema di coordinate polari.

I diagrammi di radiazione in rappresentazione tridimensionale sono immagini generate al computer. Nella maggior parte dei casi sono generati da programmi di simulazione i cui valori sono incredibilmente vicini a un diagramma reale misurato. Generare un vero diagramma misurato significa un immenso sforzo di misurazione, poiché ogni pixel dell’immagine rappresenta un valore di misurazione separato.

Figura 5: Rappresentazione tridimensionale in coordinate cartesiane di un’antenna radar di un veicolo a motore.
(La potenza è espressa in livelli assoluti).

Figura 5: Rappresentazione tridimensionale in coordinate cartesiane di un’antenna radar di un veicolo a motore.
(La potenza è espressa in livelli assoluti).

Molti programmi di misura d’antenna scelgono quindi un compromesso per questa rappresentazione. Come valori di misura reali sono disponibili solo una sezione verticale e una orizzontale attraverso il pattern dell’antenna. Tutti gli altri pixel sono calcolati moltiplicando l’intera curva di misurazione del diagramma verticale con un singolo valore di misurazione del diagramma orizzontale. La potenza di calcolo necessaria è enorme. Ad eccezione di una visualizzazione piacevole nelle presentazioni, il beneficio è dubbio, poiché non si possono acquisire nuove conoscenze da questa visualizzazione rispetto ai due diagrammi individuali (diagramma orizzontale e verticale dell’antenna). Al contrario: soprattutto nelle zone periferiche, un diagramma generato con questo compromesso rischia di discostarsi notevolmente dalla realtà.

I diagrammi 3D possono essere visualizzati sia in coordinate cartesiane che polari.