Un’antenna è il dispositivo che converte potenza elettrica guidata in onde elettromagnetiche irradiate e, in ricezione, compie il processo inverso. È l’interfaccia fisica tra un circuito a radiofrequenza e lo spazio libero: morsetti, linea di trasmissione e adattamento stanno da un lato; radiazione, puntamento, polarizzazione e propagazione stanno dall’altro.
La grandezza geometrica di base è la lunghezza d’onda:
dove c è la velocità della luce nel mezzo e f la frequenza. Un’antenna irradia in modo efficiente quando le sue dimensioni elettriche sono confrontabili con la lunghezza d’onda: per questo un dipolo a mezz’onda, una monopolo a quarto d’onda o un’apertura a microonde hanno scale fisiche molto diverse.
Parametri fondamentali
| Parametro | Formula o simbolo | Perché conta |
|---|---|---|
| lunghezza d’onda | \displaystyle \lambda=\dfrac{c}{f} | collega frequenza e dimensione elettrica dell’antenna |
| impedenza d’ingresso | \displaystyle Z_A=R_A+jX_A | determina adattamento, onde stazionarie e potenza trasferita |
| guadagno | \displaystyle G(\theta,\varphi) | misura quanta potenza viene concentrata in una direzione |
| apertura efficace | \displaystyle A_e=\dfrac{G\lambda^2}{4\pi} | area equivalente con cui l’antenna riceve potenza |
| campo lontano | \displaystyle R_{\mathrm{ff}}\simeq\dfrac{2D^2}{\lambda} | distanza oltre cui il diagramma angolare è stabilizzato |
Per antenne ad apertura, come parabole o aperture planari, il guadagno massimo può essere stimato con:
dove A è l’area fisica dell’apertura e \eta l’efficienza. Questa formula non va applicata senza criterio a qualunque antenna: per dipoli, monopoli, array o antenne stampate il guadagno dipende dalla distribuzione di corrente, dalle perdite e dall’ambiente di installazione.
Trasmissione e ricezione
In trasmissione l’antenna riceve potenza dal trasmettitore e la irradia nello spazio. In ricezione intercetta una densità di potenza incidente e la trasforma in potenza disponibile ai morsetti. Il legame tra guadagno e apertura efficace è:
Questa relazione rende visibile un fatto pratico: a parità di guadagno, antenne a frequenza più bassa hanno aperture efficaci maggiori; a parità di area fisica, frequenze più alte permettono fasci più stretti e guadagni più elevati.
Diagramma e polarizzazione
Il diagramma di radiazione descrive come il guadagno varia con la direzione. In un collegamento reale non basta conoscere il guadagno massimo: bisogna sapere se l’antenna è puntata lungo il lobo principale, quanto sono alti i lobi laterali e se la polarizzazione trasmessa coincide con quella ricevuta.
| Aspetto | Domanda operativa |
|---|---|
| lobo principale | dove viene concentrata la maggior parte della potenza? |
| larghezza di fascio | quanto è sensibile il collegamento al disallineamento? |
| lobi laterali | quanta energia finisce in direzioni indesiderate? |
| polarizzazione | il campo elettrico ricevuto è allineato a quello dell’antenna ricevente? |
| rapporto fronte-retro | quanto l’antenna attenua segnali provenienti da dietro? |
Tipi di antenna
| Tipo | Carattere principale | Impiego tipico |
|---|---|---|
| dipolo | struttura risonante semplice | radio, misure, didattica RF |
| monopolo | metà dipolo rispetto a un piano di massa | radiomobili, veicoli, dispositivi compatti |
| patch | antenna planare su substrato | GNSS, Wi-Fi, dispositivi integrati |
| parabola | apertura direttiva ad alto guadagno | ponti radio, radar, satelliti |
| array | più elementi alimentati con ampiezze e fasi controllate | beamforming, 5G, radar phased-array |
La formula di Friis usa i guadagni delle antenne trasmittente e ricevente per stimare la potenza ricevuta in spazio libero:
Il risultato vale in campo lontano, con polarizzazioni compatibili, puntamento corretto e senza riflessioni o ostacoli significativi. In progetto si passa poi al bilancio di collegamento, sommando guadagni e sottraendo perdite in dB.
Errori comuni
Il primo errore è confondere guadagno e potenza generata: un’antenna passiva non crea potenza, la concentra in alcune direzioni a scapito di altre. Il secondo è usare il guadagno massimo anche quando le antenne non sono puntate o hanno polarizzazioni diverse. Il terzo è applicare Friis in campo vicino, dove il diagramma non è ancora quello di campo lontano. Il quarto è dimenticare il disadattamento d’impedenza: se l’antenna non è adattata alla linea, una parte della potenza torna verso il trasmettitore.
Vedi anche: diagramma di radiazione, formula di Friis, perdita di spazio libero, bilancio di collegamento.