La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Le antenne. Definizione di antenna Le antenne sono dispositivi atti ad irradiare onde elettromagnetiche nello spazio se opportunamente alimentate da un.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Le antenne. Definizione di antenna Le antenne sono dispositivi atti ad irradiare onde elettromagnetiche nello spazio se opportunamente alimentate da un."— Transcript della presentazione:

1 Le antenne

2 Definizione di antenna Le antenne sono dispositivi atti ad irradiare onde elettromagnetiche nello spazio se opportunamente alimentate da un generatore a radiofrequenza; sono anche dispositivi atti a ricevere onde elettromagnetiche se chiusi su di un carico Esistono due principi fondamentali per le antenne Principio di reciprocità: le regole per le antenne riceventi sono le stesse per quelle trasmittenti Principio delle immagini elettriche: considerata unantenna filiforme isolata nello spazio, la distribuzione della corrente e della tensione non cambia se si sopprime il conduttore inferiore e si collega al suolo il corrispondente morsetto del generatore

3 Componenti di un sistema di antenna Elemento irradiante o ricevente: è lantenna vera e propria che realizza la trasduzione Feeder di antenna: è il mezzo trasmissivo utilizzato per collegare il trasmettitore o il ricevitore con lantenna Dispositivi di adattamento: consentono di accoppiare correttamente il feeder allantenna evitando riflessioni di segnale Dispositivi di diramazione o circolatore: è utilizzato quando si vuole impiegare lantenna sia per trasmettere che per ricevere; consente di separare la trasmissione dalla ricezione Dispositivi ausiliari: dispositivi di protezione dellantenna da ghiaccio, intemperie o per il puntamento corretto dellantenna

4 Sistema di antenna Tx Rx circolatore feeder

5 Meccanismi di irradiazione Su un tronco di linea con terminazione aperta, alimentato da un generatore a RF si viene ad instaurare un regime di onde stazionarie di corrente e tensione Questa linea tenderà a irradiare poco per i seguenti due motivi: i due conduttori sono vicini e lirradiazione delluno cancella quella dellaltro se si considera lo spazio come carico, esso risulta disadattato Zg I I

6 Onde stazionarie

7 Meccanismi di irradiazione Se si piegano a 90° le estremità della linea le correnti avranno lo stesso verso e quindi, sarà possibile irradiare energia nello spazio e quindi le onde non saranno più stazionarie ma progressive Per massimizzare lirradiazione è necessario piegare i conduttori a una distanza di dallestremità ottenendo unantenna lunga Lantenna si comporta nel centro come un circuito prettamente risonante che presenta una impedenza resistiva. Se si alimenta lantenna con un segnale di tipo sinusoidale, le cariche si addenseranno alternativamente agli estremi opposti II I V

8

9 Dipolo Hertziano Il dipolo Hertziano si ottiene da quello Marconiano ma con lunghezza doppia quindi, anche la potenza cambierà

10 Dipolo marconiano È costituito da un conduttore rettilineo verticale collegato ad un generatore con laltro polo posto a terra G Rf Il sistema può essere assimilato ad una linea aperta senza perdite La corrente ha un massimo in corrispondenza della giunzione con il generatore. In quel punto limpedenza sarà nulla diagramma corrente diagramma tensione La lunghezza del dipolo è n

11 Dipolo marconiano Quando lantenna è connessa a terra ad un estremo, la minima lunghezza per cui si presenta la risonanza è /4 o per multipli dispari di essa V

12 Antenne particolari Antenna isotropa: antenna puramente ideale che irradia in modo uniforme in tutte le direzioni Dipolo elementare: antenna formata da conduttori di lunghezza molto maggiore di in modo tale che la corrente che vi fluisce è costante Dipolo in : si utilizza come dipolo di riferimento o spesso, anche altri tipi di antenne di caratteristiche note

13 Caratteristiche elettriche delle antenne Le caratteristiche fondamentali delle antenne sono: Dimensioni fisiche Impedenza Gamma di frequenze Potenza di irradiazione Rendimento Guadagno Area efficace Banda passante Rapporto segnale-rumore alimentazione

14 Lunghezza fisica di unantenna Quando un dipolo ha una lunghezza pari a La= /2, si dimostra che si ha la massima irradiazione. In realtà, la lunghezza dellantenna dipende dal materiale di cui essa è fatta. La relazione tra lunghezza di un dipolo herziano e la costane caratteristica K del materiale è: La=K /2 Se il dipolo è marconiano, la relazione è: La=K /4 In particolare, se lantenna è di alluminio, K=0,85 mentre, se il materiale è rame, k=0,95 Per fare in modo che lantenna risuoni ad una determinata frequenza, si usa il ROSmetro che misura il ROS. Dalla misura effettuata si vede se lantenna deve essere allungata o accorciata o caricata.

15 ROS ROS=Rapporto Onda Stazionaria Dove Vmax=V(diretta)+V(riflessa) Vmin=V(diretta)-V(riflessa) Lantenna risulta ben progettata se il ROS è uguale su tutti i canali Se il ROS è più grande su un canale grande, lantenna deve essere accorciata, altrimenti deve essere allungata

16 ROSmetro

17 Impedenza Lantenna presenta una impedenza caratteristica perché lavora in condizioni di risonanza. Per unantenna hertziana: Se I è la corrente efficace misurata in corrispondenza dellalimentazione e P la potenza irradiata dallantenna, R=P/I 2 =73. Limpedenza è chiamata anche resistenza di radiazione e rappresenta la resistenza che il segnale incontra per essere irradiato. Per unantenna marconiana R=36,5 cioè circa la metà. I valori delle impedenze variano lungo il dipolo fino ad arrivare ad un massimo agli estremi

18 Gamma di frequenza La lunghezza di unantenna è legata alla frequenza del segnale e quindi alla lunghezza donda; bisogna tener conto anche del materiale e della forma fisica. Unantenna è costruita per funzionare in una banda di frequenza. Quando si costruisce unantenna, la frequenza di riferimento è il centro banda

19 Potenza di irradiazione. Rendimento La potenza irradiata dallantenna è data dalle seguente espressione: Dove Ri è la resistenza di irradiazione. La potenza fornita dallalimentatore è data dalla seguente espressione: Dove Rd tiene conto della resistenza dissipata nel conduttore costituente lantenna Definiamo quindi rendimento, il rapporto tra potenza irradiata e potenza di alimentazione

20 Attenuazione tra due punti Si definisce densità di potenza in un determinato punto a distanza d, il rapporto tra la potenza irradiata dallantenna e la superficie sferica che racchiude il punto in esame: Lattenuazione tra due punti a distanza r1 ed r2 dallantenna sarà:

21 Caratteristiche delle antenne: guadagno Guadagno Ogni antenna reale concentra, in misura maggiore o minore, lenergia irradiata in certe direzioni. Il guadagno rappresenta laumento di potenza in certe direzioni rispetto ad una irradiazione uniforme Guadagno direttivo DirettivitàGuadagno di potenza È il rapporto tra la densità di potenza S irradiata da unantenna, in una data direzione, e la densità di potenza S is che irradierebbe unantenna isotropica Con il termine direttività D si intende il guadagno nella direzione di massima irradiazione G p è il rapporto tra la potenza che dovrebbe emettere unantenna isotropica e la potenza con la quale si alimenta lantenna in esame per dare, nella direzione di massima irradiazione, lo stesso campo a una certa distanza dallantenna G p = D =efficienza dellantenna

22 Caratteristiche delle antenne:guadagno Il guadagno di unantenna viene riportato in decibel Il guadagno viene anche espresso come il rapporto tra la potenza che dovrebbe irradiare unantenna isotropica e la potenza irradiata da unantenna in esame affinchè il campo da loro prodotto ad una certa distanza sia lo stesso Il guadagno può essere espresso anche come rapporto di campo elettrico E secondo la seguente formula

23 Esempio di calcolo del guadagno complessivo di un impianto TV antenna amplificatore Linea di discesa Presa TV Segnale captato 0.5 mv 54 db V Guadagno + 16dB Attenuazione -7 dB Segnale disponibile 1,41 mV 16 db V 7 db V db V Tenendo conto che a 1 V, corrispondono 0 dB

24 Area efficace È definita come il rapporto tra la potenza effettivamente ricevuta dallantenna nella direzione di massima ricezione e la densità di potenza che investe lantenna stessa Si dimostra che la relazione tra area efficace e guadagno di antenna ricevente è Rappresenta il rapporto tra la potenza ricevuta e quella irraggiata: Formula fondamentale della trasmissione di energia nello spazio

25 Banda passante È la gamma di frequenze entro la quale può funzionare correttamente unantenna. In particolare, è definita come la differenza tra le frequenze in cui la tensione indotta è ridotta di 3 dB rispetto al suo valore massimo Quanto più il fattore di merito Q=R/X, è basso, maggiore è la larghezza di banda

26 Rapporto segnale/rumore Il rumore delle antenne è dovuto a fattori interni e a fattori esterni allapparato I fattori esterni dipendono soprattutto dal luogo di installazione I fattori interni sono dovuti agli elementi resistivi dellantenna e alla banda di frequenza del segnale La tensione di rumore che si genera negli impianti TV a causa dellagitazione termica degli elettroni varia tra 1,36 V e 1,62 V. Si definisce rapporto segnale/rumore SNR(dB)=20logV s /V n La qualità di ricezione è migliore quanto più grande è il rapporto SNR Se si effettuano delle amplificazioni eccessive, la qualità di ricezione peggiora in quanto viene amplificato anche il rumore SNR(dB)=segnale(dB V)+G ampl (dB V)- N tot (dB V) N tot =rumore antenna+rumore amplificatore+rumore amplificato+ rumore ricevitore

27 Alimentazione Lalimentatore deve essere posto in corrispondenza del valore massimo della corrente Per unantenna marconiana lalimentazione viene posta in prossimità della presa di terra; per unantenna hertziana, lalimentazione coincide con il centro geometrico dellantenna Lalimentazione fornisce agli apparati attivi una tensione compresa tra 12 V e 24 V; tale tensione si ottiene dalla tensione di rete trasformata in e raddrizzata da un trasformatore e un ponte di Graetz con un eventuale diodo zener per stabilizzare

28 Caratteristiche direzionali Isotropia Direttività Angolo di radiazione Rapporto avanti/dietro

29 Isotropia Un radiatore isotropico è unantenna ideale che irradia energia in tutte le direzioni con la stessa intensità Il comportamento di unantenna è rappresentato da figure tridimensionali dette solidi di radiazione

30 Diagramma di radiazione e solido di radiazione Diagramma di radiazione: curva che descrive in coordinate polari, lintensità del campo in determinate direzioni; misura quindi lattitudine dellantenna ad emettere o ricevere in determinate direzioni. Solido di radiazione: superficie che congiunge tutti i punti in cui il campo irradiato assume lo stesso valore. Si ottiene riportando nelle varie direzioni dei segmenti aventi lunghezza proporzionale alla densità del campo e.m o alla potenza irradiata. Se si prende una normale lampada verticale, si vede che essa illumina in maniera differente i vari punti di una stanza. Se si vuole rappresentare graficamente: La zona racchiusa tra le due linee rosse rappresenta la massima intensità di radiazione 0° +90°-90° 180° +90° -90° 0° 180° Diagramma di radiazione

31 Lobi di radiazione

32 Isotropia e lobi di radiazione Il numero dei lobi di radiazione è doppio del numero delle mezze lunghezze donda di cui è costituito il dipolo Numero lobi=2*(numero di il lobo principale è quello individuato nella zona di massima radiazione

33 Direttività Direzione in cui lantenna ha il massimo guadagno È definita anche come rapporto tra la massima densità di potenza irradiata in una certa direzione e la densità di potenza irradiata da unantenna isotropica nella stessa direzione Unantenna è omnidirezionale se il lobo di radiazione è una circonferenza con il centro lantenna Unantenna è isotropica se il lobo di radiazione è una sfera Se le direzioni sono due ed opposte, lantenna sarà bidirezionale Se la direzione è unica allora lantenna è direzionale

34 Angolo di radiazione Definisce la direttività dellantenna ed è compresa tra due direzioni rispettivamente sopra e sotto a quella del massimo guadagno. Entro langolo di apertura il segnale ricevuto deve avere un guadagno non inferiore a 0.5 del massimo oppure non inferiore a 3 dB rispetto al guadagno massimo

35 Angolo di radiazione

36 Rapporto avanti/indietro FBR(Front to Back Ratio) Una direzione preferenziale di unantenna è vista come semiretta e non come retta. Infatti, essa parte dal centro del dipolo e si prolunga in un solo senso Si definisce FBR(db), la differenza tra il guadagno anteriore e quello posteriore FBR(db)= G(dB)ant-G(dB)post

37 Onde EM da un dipolo

38

39 Tipi di antenne Le antenne vengono classificate nel seguente modo: Omnidirezionali A larga banda Direttive

40 Omnidirezionali Per le antenne omnidirezionali il lobo di radiazione ha una forma toroidale. La superficie di radiazione è una circonferenza. Le antenne omnidirezionali sono: Dipolo elementare Dipolo marconiano Ground plane Antenne caricate

41 Antenne ground plane e caricate Antenne ground plane È una variante dellantenna marconiana il cui piano conduttivo viene realizzato con un certo numero di conduttori radiali. Si varia la resistenza di radiazione da 36.5 a 73 variando linclinazione dei conduttori radiali. Antenne caricate Per diminuire ulteriormente la lunghezza fisica del semidipolo è possibile caricare lantenna con elementi reattivi. È possibile quindi compensare la diminuzione di lunghezza con linserzione di una induttanza in serie o una capacità in parallelo. In questo modo varia il guadagno e la resistenza e diminuisce lefficienza isolatore stilo radiali Lo stilo e i radiali hanno lunghezza /4 L c

42 A larga banda Fanno parte il dipolo ripiegato e quelle coniche Nel dipolo ripiegato diminuisce il fattore di merito ma aumenta la resistenza di radiazione che è pari a 300 hom contro i 73 Ohm del dipolo a mezza lunghezza donda I0I0 I 0 /2

43 Direttive Le antenne Yagi e le log-periodiche sono antenne direttive. Lantenna Yagi è formata da un dipolo attivo di lunghezza l pari a mezza lunghezza donda della banda centrale.Il dipolo attivo viene alimentato ed e un dipolo ripiegato. Anteriormente viene posto un dipolo passivo riflettore di lunghezza pari a l+5%l ed ha lo scopo di non far passare i segnali provenienti da altre direzioni. posteriormente al dipolo attivo vi sono i dipoli passivi direttori; ne possono essere fino a cento. La lunghezza di ciascuno è diminuita del 5% della precedente e sono posti tutti alla distanza di 0.15 /2+5% /2+ /2-5% specchio sorgente lente

44 Direttive: caso particolare le Yagi Uda Quelle a tre elementi ricevono frequenze al di sotto di 50 MHz Antenne a 5 elementi ricevono frequenze di 27, 30,50, 145 MHz; se si toglie il III° direttore si ottiene un guadagno di 8-9 dB Le antenne con 7 elementi ricevono frequenze al di sopra di 50 MHz

45 Direttive Lantenna log-periodica o logaritmica è unevoluzione di quella Yagi, lunica differenza è che tutti i dipoli sono attivi; se considero attivo un dipolo per una determinata lunghezza donda, quelli che stanno dietro fanno da specchio e quelli avanti da direttori. La distanza tra un dipolo e il successivo è costante ed è uguale al rapporto delle distanze

46 Antenna a superficie Quando le elettromagnetiche viaggiano ad alta frequenza (11-12 GHz), cioè nel caso delle microonde, il comportamento è più prossimo a quello della luce. Nel caso di segnali satellitari, si utilizzano le antenne paraboliche. Le antenne paraboliche sono formate da una superficie riflettente a forma di parabola e da un illuminatore posto nel fuoco. Lilluminatore è chiamato anche LNB (Low Noise Block Converter) I segnali provenienti da una sorgente posta allinfinito viaggiano su direzioni parallele e, riflessi dalla superficie parabolica, convergono nel fuoco dove è posto lilluminatore, cioè lapparato ricevente. Lantenna può funzionare anche al contrario nel senso che i segnali partono dallilluminatore, incidono sulla superficie parabolica dalla quale vengono riflessi verso linfinito in direzioni parallele. Langolo di apertura= D essendo D il diametro dellantenna; il guadagno è dato da: Illuminatore posto nel fuoco

47 Antenne a superficie La quantità di energia che lLNB può ricevere dal satellite è molto piccola e perché il satellite geostazionario è molto lontano dalla superficie terrestre km. Per questo motivo, lLNB viene posto nel fuoco della parabola che, per la sua forma, può concentrare nel fuoco una gran quantità di potenza. Le antenne che si usano in Italia ricevono il segnale dal satellite Hotbird delloperatore satellitare francese Eutelsat; la sua longitudine è 13° Est Per puntare lantenna cè bisogno di tecniche ben precise, è difficile operare a mano; alcuni decoder hanno incorporato un dispositivo che permette di segnalare la percentuale di potenza ricevuta dal satellite; Il satellite è posto quasi sulla verticale dellItalia ma lantenna deve essere puntata secondo due angoli che chiamiamo 1 e 2 in generale, le antenne paraboliche vengono utilizzate per captare segnali geostazionari TV (11-12 GHz) ma anche per ricevere segnali del satellite meteo italiano Meteosat su 1.7 Ghz e dei ponti radioricetrasmittenti GHz

48 Antenne a superficie: un po di formule Per calcolare lazimuth e lelevazione verso cui puntare unantenna verso un qualsiasi satellite o oggetto celeste, si utilizzano le seguenti formule LONG=longitudine dove è posta lantenna SATLONG=longitudine del satellite LAT=latitudine dove è posta lantenna

49 Antenne a superficie: un po di formule Guadagno Se poniamo f= frequenza di lavoro espressa in GHz, il guadagno è dato da: Punto focale Avendo indicato con D il diametro della parabola e con p la sua profondità. Affinchè lantenna abbia il massimo guadagno, il rapporto diametro/fuoco deve variare nellintervallo ( ) Angolo di irradiazione Indica di quanti gradi può essere spostata lantenna rispetto al satellite per avere un guadagno di 3 dB. Se si pone con f la frequenza di lavoro in GHz e con D il diametro della parabola, langolo di irradiazione può essere così espresso:

50 Antenne a superficie: un caso particolare Le frequenze amatoriali sono: GHz Le frequenze Meteosat sono circa 1.7 GHz Lilluminatore ha una forma cilindrica ed è caratterizzato dalle seguenti grandezze in cm: diametro D, lunghezza L, distanza dal semidipolo, lunghezza del semidipolo Ls Un illuminatore classico avrà allora le seguenti caratteristiche: D=L= 28800*0.7/MHz; S=28800*0.26/MHz; Ls=28800*0.22/MHz Per segnali meteosat si utilizza una parabola circolare del diametro di cm che permette di avere un guadagno dB; ultimamente si utilizzano parabole a griglia di forma rettangolare delle dimensioni 77x90 cm; il vantaggio di queste ultime è che oppongono una minore resistenza al vento, ma lilluminatore presenta un guadagno di db

51 Modulazione Segnale portante Segnale modulante Segnale modulato Modulazione FM Modulazione AM


Scaricare ppt "Le antenne. Definizione di antenna Le antenne sono dispositivi atti ad irradiare onde elettromagnetiche nello spazio se opportunamente alimentate da un."

Presentazioni simili


Annunci Google