Grafico delle conoscenze dell'antenna

Le antenne sono un argomento piuttosto ampio ed è difficile trattarne ogni aspetto in un unico articolo, ma cercherò di fornire una panoramica generale dei vari aspetti delle antenne, principalmente per quanto riguarda le applicazioni cellulari.

Cos'è un'antenna?

Come si caratterizzano le prestazioni dell'antenna?

Modelli di radiazione

Guadagno dell'antenna

Potenza irradiata totale (TRP)

Sensibilità isotropa totale (TIS)

Potenza irradiata isotropa effettiva/Potenza irradiata isotropa equivalente (EIRP)

S11

Cos'è un'antenna? Come è noto, un'antenna è un dispositivo che converte l'energia elettrica (segnali elettrici) in onde elettromagnetiche e le trasmette nello spazio.

Come si caratterizzano le prestazioni dell'antenna?

Esistono due criteri principali per valutare le prestazioni dell'antenna, come segue:

(a) Dovrebbe convertire l’energia elettrica in energia elettromagnetica minimizzando il più possibile le perdite;

(b) Dovrebbe irradiarsi nella direzione desiderata.

È possibile utilizzare diversi parametri per caratterizzare le prestazioni dell'antenna, come segue:

Schema di radiazione;

Potenza irradiata totale;

Sensibilità isotropa totale

Modello di radiazione

Il primo passo per comprendere o valutare le prestazioni dell'antenna è esaminare il diagramma di radiazione dell'antenna. Nella maggior parte dei casi, l’energia elettrica scorre lungo percorsi predeterminati – tipicamente fili di rame o tracce di rame su circuiti stampati – ma una volta convertita in onde elettromagnetiche, l’energia si propaga praticamente in tutte le direzioni. A seconda di come progettiamo l'antenna, le onde elettromagnetiche si propagano in diverse direzioni attraverso l'aria. L'antenna trasmette una forte energia in certe direzioni, un'energia minima in altre ed un'energia moderata in altre ancora; questo modello di trasmissione di energia è chiamato “modello di radiazione”. (Per esempi più pratici di schemi di radiazione, vedere http://rcexplorer.se/educational/gain/gain.html.) I seguenti sono solo alcuni esempi di possibili schemi di radiazione. In effetti, puoi concepire una varietà quasi infinita di modelli diversi. L'obiettivo della progettazione dell'antenna è garantire che, durante la conversione da energia elettrica a energia elettromagnetica, l'antenna trasmetta energia esattamente come previsto, senza alcuna perdita di energia.

In realtà il segnale si propaga in direzioni tridimensionali, come illustrato nella Figura (b). Tuttavia, descrivere i modelli di propagazione dell’energia nello spazio tridimensionale non è sempre semplice e la stima quantitativa di questi modelli a volte può essere particolarmente impegnativa. Pertanto, in molti casi, tagliamo il modello 3D lungo uno specifico piano bidimensionale, come mostrato nelle Figure (c) e (d).

Guadagno dell'antenna (G)

Credo che "guadagno dell'antenna" sia un termine fuorviante perché

(a) Quando sentiamo il termine “guadagno”, di solito presumiamo che “questo dispositivo amplifica il segnale, facendogli produrre più energia”. Ma questo non è il caso delle antenne. La maggior parte delle antenne sono “dispositivi passivi” che non amplificano nulla.

(b) Quando consideriamo il guadagno, maggiore è il guadagno, maggiore è l'energia totale emessa dal dispositivo. Tuttavia, questo potrebbe non essere il caso delle antenne. Un guadagno dell’antenna più elevato può significare “più energia trasmessa in una direzione specifica”, ma non significa necessariamente “più energia totale emessa dal dispositivo”. Il guadagno dell'antenna è definito come il rapporto tra la potenza irradiata in una data direzione e la potenza in un punto di riferimento. Solitamente è espresso in dB, dBi o dBD. Questo serve come indicatore di “quanto efficientemente l’antenna trasmette energia in una direzione specifica”. Il concetto di base può essere spiegato come segue:

Data la variabilità nella struttura e nel materiale dell'antenna, una singola configurazione corrispondente potrebbe non necessariamente garantire le migliori prestazioni su tutti i campioni di antenna. Per risolvere questo problema, l'industria ha introdotto il concetto di un circuito di adattamento sintonizzabile dinamicamente. L'idea di base è la seguente: supponiamo di costruire un circuito di adattamento utilizzando induttori e condensatori variabili. Questi componenti variabili non dovrebbero essere del tipo che puoi acquistare da un negozio di forniture elettroniche locale e impostare manualmente ruotando una manopola. Dovrebbero invece essere tutti controllati elettronicamente in modo che il circuito funzioni senza l’intervento umano. La sfida ora è trovare (o sviluppare) induttori e condensatori variabili. Questi dispositivi variabili dovrebbero funzionare con un consumo energetico (tensione e corrente) minimo. I condensatori variabili sono molto più facili da trovare rispetto agli induttori variabili.