Il diagramma di radiazione descrive come un’antenna irradia o riceve energia nelle diverse direzioni dello spazio. È una rappresentazione angolare: non dice quanta potenza assoluta viene trasmessa, ma come quella potenza si distribuisce tra lobo principale, lobi laterali, nulli e direzione posteriore.
Il diagramma va misurato o calcolato in campo lontano, dove la forma angolare dell’onda è stabilizzata. Per un’antenna con dimensione massima D, una stima della distanza minima è:
Elementi del diagramma
| Elemento | Significato | Lettura progettuale |
|---|---|---|
| lobo principale | direzione di massimo guadagno | determina puntamento e copertura utile |
| larghezza a mezza potenza | apertura angolare tra i punti a \displaystyle -3\,\mathrm{dB} | misura quanto è stretto il fascio |
| lobi laterali | massimi secondari fuori asse | aumentano interferenze e ricezioni indesiderate |
| nulli | direzioni di minima radiazione | utili per sopprimere disturbi noti |
| lobo posteriore | radiazione opposta alla direzione principale | riduce isolamento fronte-retro |
Il diagramma può essere rappresentato in coordinate polari per una sezione piana, oppure come superficie tridimensionale quando serve descrivere tutta la dipendenza da azimut ed elevazione.
Guadagno, direttività e potenza
La grandezza fisica di partenza è l’intensità di radiazione U(\theta,\varphi), cioè la potenza irradiata per unità di angolo solido. La direttività confronta quella distribuzione con una sorgente isotropa:
Il guadagno include anche l’efficienza di radiazione:
| Grandezza | Formula | Uso |
|---|---|---|
| intensità di radiazione | \displaystyle U(\theta,\varphi) | descrive la potenza per angolo solido |
| direttività | \displaystyle D=\dfrac{4\pi U}{P_{\mathrm{rad}}} | misura la concentrazione geometrica del fascio |
| guadagno | \displaystyle G=\eta_{\mathrm{rad}}D | entra nella formula di Friis e nel link budget |
| rapporto fronte-retro | \displaystyle F/B=G_{\mathrm{front,dB}}-G_{\mathrm{back,dB}} | misura l’isolamento della direzione opposta |
Quando si lavora in decibel, un diagramma di potenza normalizzato si legge spesso come:
Il punto a mezza potenza corrisponde a circa -3\,\mathrm{dB} rispetto al massimo.
Perché conta nei collegamenti
Nel collegamento radio il guadagno da usare nella formula di Friis non è sempre il valore massimo dichiarato: è il valore nella direzione effettiva del collegamento. Se l’antenna è disallineata, se il terminale è ruotato o se il segnale arriva da un lobo laterale, il bilancio di collegamento deve includere quella perdita.
Il diagramma di radiazione serve anche per progettare copertura e interferenze. Un’antenna omnidirezionale è utile quando si vuole servire un’area ampia; un’antenna direttiva aumenta portata e isolamento, ma richiede puntamento più accurato. Negli array, modificare fasi e ampiezze degli elementi consente di orientare il lobo principale e controllare i lobi laterali.
Errori comuni
Il primo errore è leggere un diagramma normalizzato come potenza assoluta: senza il guadagno massimo o la potenza trasmessa manca la scala. Il secondo è confondere un diagramma di campo con un diagramma di potenza: il primo si converte in dB con 20\log_{10} dell’ampiezza, il secondo con 10\log_{10} della potenza. Il terzo è ignorare il piano del taglio: un diagramma in azimut non descrive automaticamente il comportamento in elevazione. Il quarto è usare diagrammi misurati in condizioni ideali senza considerare palo, radome, terreno, chassis o mano dell’utente.
Vedi anche: antenna, formula di Friis, perdita di spazio libero.