A SSOCIAZIONE R ADIOAMATORI I TALIANI

1. ASSOCIAZIONE RADIOAMATORI ITALIANI NOZIONI DI RADIOCOMUNICAZIONI L’ ANTENNA By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

2. L’ antenna L’antenna è un trasduttore che : - in trasmissione trasforma l’energia elettrica al alta frequenza fornita dal trasmettitore, in un campo elettromagnetico che si propaga nello spazio alla velocità della luce. - in ricezione trasforma l’energia del campo elettromagnetico in cui è immersa, in un segnale elettrico (f.e.m.) per il ricevitore, che ne estrae l’informazione. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

3. Dalla linea di trasmissione all’antenna I TX ZC LINEA I Fase n° 1 By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

4. Dalla linea di trasmissione all’antenna I TX ZC LINEA I Fase n° 2 By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

5. Dalla linea di trasmissione all’antenna I TX ZC ? I Fase n° 3 By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

6. L C R = ZC L’ antenna è un circuito a costanti ( L, C, R) “distribuite” L è l’induttanza “distribuita” del conduttore che costituiscel’antenna C è la capacità “distribuita” del conduttore che costituiscel’antenna R è la somma della resistenza del conduttore che costituiscel’antenna e dellaResistenza di Radiazione By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

7. Resistenza di Radiazione dell’ Antenna E’ una resistenza fittizia che rappresenta il fenomeno di trasformazione dell’ energia RF in onde elettromagnetiche. Impedenza dell’ Antenna E’ il rapporto tra la tensione V e la corrente I nel punto di alimentazione : Zr = V / I (legge di Ohm) Se tensione e corrente sono in fase (antenna risonante) coincide teoricamente con la Resistenza di Radiazione. Se esiste uno sfasamento tra tensione e corrente l’antenna non è risonante ed è presente una componente reattiva (L o C). By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

8. L’ antenna Riveste molta importanza il modo in cui una antenna irradia l’energia RF nello spazio. Di norma l'intensità del campo irradiato da una antenna varia a seconda della direzione. In certe direzioni, l’intensità può essere nulla. Ciò dipende dal tipo di antenna. In base al modo in cui avviene l’irradiazione possiamo fare una prima distinzione tra : • Antenna isotropica • Antenne omnidirezionali • Antenne direttive. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

9. L’ antenna Antenna isotropica: irradia ugualmente in tutte le direzioni nello spazio. L'antenna isotropica è un concetto puramente teorico ed è adimensionale (puntiforme). Costituisce l’antenna di riferimento Antenne omnidirezionali: irradiano uniformemente sul piano orizzontale. Sono generalmente antenne verticali. Antenne direttive: irradiano prevalentemente in alcune direzioni particolari. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

10. L’ antenna in pratica Per ottenere il massimo dell’ efficienza, l’antenna deve essere “risonante”. L’ antenna, nella pratica, è costituita da un conduttore che in base alle sue costanti ( L, C, R) “distribuite” si comporta come un circuito risonante. La frequenza di risonanza è determinata dalle sue dimensioni fisiche. Ne consegue che esiste una relazione diretta tra le dimensioni dell’antenna (essenzialmente la lunghezza) e la sua frequenza di funzionamento. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

11. Dimensioni dell’ antenna La lunghezza teorica Lche deve avere un conduttore per risuonare su una determinata frequenza è : L = λ / 2 Detta lunghezza può essere variata “elettricamente” in più o in meno inserendo delle costanti reattive (L o C) “concentrate”. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

12. Le antenne si dividono in: Antenne Hertzianee Marconiane Le Antenne Hertziane: sono i cosiddetti “dipoli” ed hanno una lunghezza teorica pari a /2. Se alimentati al centro presentano una resistenza di radiazione di 73 Ω. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

13. Le Antenne Marconiane (o semidipoli) hanno lunghezza teorica pari a /4. Se alimentate alla base presentano una resistenza di radiazione di 36,5 Ω L’ altra metà del dipolo è costituita dalla “terra”. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

14. Distribuzione di corrente e tensione lungo un’ antenna Un dipolo lungo λ/2 presenta questa distribuzione della corrente e della tensione : al centro un massimo di corrente (ventre) e un minimo di tensione (nodo). A ciascuna estremità un massimo di tensione (ventre) e un minimo di corrente (nodo). By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

15. Distribuzione di corrente e tensione lungo un’ antenna In una antenna marconiana lunga λ/4 si ha un ventre di corrente alla base e un ventre di tensione alla sommità. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

16. Alimentazione di un’ antenna L’antenna può essere alimentata in qualunque punto della sua lunghezza. Poiché la tensione e la corrente variano da punto a punto varia di conseguenza l’ impedenza caratteristica nei diversi punti di alimentazione. Occorre quindi scegliere il punto di alimentazione in modo tale che l’impedenza di uscita del trasmettitore, quella dell’ antenna e quella della linea di trasmissione abbiano lo stesso valore. Quando, per ragioni pratiche, ciò non sia possibile è necessario introdurre dei dispositivi che realizzino i necessari “adattamenti” tra impedenze diverse. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

17. L’ antenna Solido e diagramma di radiazione é un metodo grafico per visualizzare l'intensità del campo irradiato da una antenna, in funzione della direzione. Le caratteristiche di irradiazione (antenna trasmittente) sono identiche a quelle di captazione (antenna ricevente). Il solido é relativo alla propagazione nello spazio (quindi in tre dimensioni) By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

18. Banda passante dell’ antenna Essendo l’antenna un circuito risonante, dotato di un definito “fattore di merito” Q, ne consegue che avrà una corrispondente banda passante : Bp = F0 / Q Ne consegue che una antenna funzionerà in modo accettabile solo su una ristretta banda prossima alla frequenza per cui è stata progettata oppure su frequenze multiple (armoniche) di detta frequenza. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

19. Tipi di antenna Le antenne, pur rispondendo in generale a quanto visto, possono assumere varie forme e dimensioni sia in base alla loro frequenza di lavoro che in base a particolari requisiti legati alle condizioni pratiche di impiego. Molto spesso è necessario trovare dei compromessi tra requisiti contrastanti, ad esempio tra le dimensioni e lo spazio disponibile per l’installazione, soprattutto nelle postazioni mobili. Da qui derivano le svariate forme che le antenne assumono nella pratica. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

20. Antenne per mezzi mobili Sono antenne verticali di varia foggia, di tipo omnidirezionale poiché la direzione tra i punti da collegare è continuamente variabile. Si caratterizzano per un basso angolo di irradiazione sul piano verticale poiché, di massima, tutti i collegamenti di questo tipo avvengono per onda “diretta” e a breve distanza. Sono antenne di tipo “marconiano” e la massa metallica del mezzo mobile ne costituisce la “terra”. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

21. Antenne omnidirezionali per postazioni fisse Sono antenne di tipo “marconiano”. Non essendoci in genere problemi di spazio la loro lunghezza è di λ/4. Il piano di terra è costituito da una “raggiera” di tre o più conduttori isolati e connessi alla calza del cavo coassiale che alimenta l’antenna. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

22. Antenne filari per postazionifisse Il tipo più “classico” è il dipolo. Sono antenne usate per le onde corte, medie e lunghe e richiedono spazi non trascuabili per la loro installazione. Ne esistono moltissime varianti, ciascuna con le sue peculiarità. Presentano sempre una certa direttività, non molto spinta, quindi se possibile si orientano per irradiare nelle direzioni di maggior interesse By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

23. Antenne a larga banda Qualora sia necessario operare su una ampia banda di frequenze si utilizzano antenne a “larga banda”, la cui risposta in frequenza è alquanto “piatta” a scapito però della loro efficienza. Il principio base è quello di avere più antenne risonanti su diverse frequenze alimentate da un’unica linea. Antenna “discone” By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

24. Antenne direttive Nelle applicazioni pratiche è spesso utile irradiare il segnale radio solo in una direzione. Ciò comporta una riduzione della potenza necessaria per il collegamento da parte del trasmettitore ed un aumento del segnale utile dalla parte del ricevitore. Le antenne direttive trovano larga diffusione nei collegamenti “punto - punto”. Se necessario tali antenne possono essere dotate di un sistema che le faccia ruotare in modo da poter essere orientate verso il “punto” che in quel momento si desidera collegare. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

25. Antenne direttive ANTENNE YAGI-UDA Le antenne Yagi sono molto usate in HF ma soprattutto in VHF e UHF. Sono costituite da un elemento attivo, che è un dipolo e da elementi passivi detti anche dipoli parassiti, che sono una serie di conduttori disposti parallelamente al dipolo attivo. Il campo risultante dipende dalla lunghezza dei dipoli passivi e dalla loro distanza relativa al dipolo attivo. Si riesce così a modificare il diagramma di radiazione del dipolo alimentato, variando la distanza, la lunghezza ed il numero dei dipoli passivi. Tutti i dipoli sono montati su un’asta metallica (talvolta isolata dai dipoli) detta “BOOM”. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

26. Antenne direttive Dipolo attivo e dipolo passivo riflettore Si dispone il dipolo ricevente parallelo ad un dipolo passivo detto riflettore, posto ad una determinata distanza d. La presenza di tale riflettore permette la modifica del diagramma di radiazione come indicato in figura. Diminuendo “d” l’effetto tende ad essere più marcato. Il dipolo passivo è lungo L >  / 2, e prende il nome di riflettore. E’ posto a distanza d <  / 4. Il diagramma di radiazione è relativo al piano perpendicolare al piano dell’antenna, l’irradiazione è massima nel verso da R ad A. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

27. Antenne direttive Dipolo attivo e dipolo passivo direttore E’ analogo al caso precedente, solo che il dipolo passivo, posto a distanza d dal dipolo attivo, è lungoL < λ / 2. L’irradiazione è massima nel verso dal dipolo A al dipolo D. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

28. Antenne direttive • ANTENNE YAGI-UDA A PIU’ ELEMENTI • Questo tipo di antenne è costituito da un dipolo attivo, un dipolo riflettore e più dipoli direttori: in tal modo si riesce ad ottenere una maggiore direttività. • Vediamo ad esempio una YAGI a 5 elementi, di cui tre direttori (D1 D2 D3), ed il riflettore e l’attivo (che sono SEMPRE presenti...). • Le distanze fra i vari elementi sono nell’ordine di /5. • In pratica si ottiene poi che: • la lunghezza del dipolo attivo è lievemente inferiore a /2 • il riflettore è circa il 5% più lungo del polo attivo; • i direttori sono circa il 5% in meno (salvo che non abbiano lunghezze diverse, di solito decrescenti). • Variando le lunghezze degli elementi e la loro distanza reciproca si riesce a variare la direttività dell’antenna e la banda in cui questa lavora. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

29. Antenne direttive ANTENNE YAGI-UDA A PIU’ ELEMENTI Il riflettore può essere costituito anche da tre conduttori posti ad H che aumentano ulteriormente la direzionalità, oppure da una griglia metallica piegata a V col vertice verso la parte posteriore dell’antenna Il guadagno, e con esso la direzionalità, dipende poi dal numero di direttori presenti, secondo la tabella (i valori sono indicativi). La Ri tende a diminuire col crescere del numero di direttori By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

30. Esempio di antenneYagi a più elementi By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

31. Antenne direttive “log-periodiche” Sono antenne che solo apparentemente assomigliano ad una “yagi”. Gli “elementi” che le compongono costituiscono un “array” di dipoli attivi , ciascuno con una sua frequenza di Risonanza, e tutti sono alimentati da una speciale linea di trasmissione. Uniscono caratteristiche di una ampia banda passante e di un buon guadagno o direttività. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

32. Tipica antenna log - periodica per ricezione televisiva Copre le bande III - IV - V (VHF e UHF) By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

33. Antenne paraboliche Sono antenne caratterizzate da elevato guadagno e da altrettanto elevata direttività. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

34. Principio di funzionamento di una antenna parabolica riflettore illuminatore By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

35. Guadagno di una antenna parabolica g = 10 * log_10( (k * 4 * π * Ω)/(λ * λ)) g = Guadagno in dBi, λ = lunghezza d’onda, k = illuminazione, Ω = apertura By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

36. Applicazioni delle antenne paraboliche Le antenne paraboliche trovano larga applicazione ove siano richiesti particolari requisiti di guadagno e/o di direttività. Il campo di frequenza va dalle UHF in su fino alle microonde. Questo perché, a parità di dimensioni del riflettore parabolico, al cresecere della frequenza aumenta il guadagno. E’ quindi facile realizzare antenne dal guadagno molto elevato e di ingombro ridotto. Anche i problemi meccanici connessi sono di entità sempre minore, date le piccole dimensioni. Le principali applicazioni sono in campo RADAR, dove ebbero origine, nelle comunicazioni satellitari e spaziali, nei ponti radio telefonici e in tutte quelle applicazioni dove la direttività molto spinta costituisce un fattore di protezione contro eventuali interferenze e garantisce un certo grado di “riservatezza” delle comunicazioni. By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons

37. ASSOCIAZIONE RADIOAMATORI ITALIANI GRAZIE PER L’ATTENZIONE By I1SAF ARI La Spezia licenza Creative Commons