Introduzione alle antenne

Presentazione sul tema: "Introduzione alle antenne"— Transcript della presentazione:

1 Introduzione alle antenne
Parte Prima Introduzione alle antenne 17/02/2019 Davide Mognaschi

2 Sommario Introduzione Caratteristiche e concetti di base
Cosa sono le antenne? E-plane, H-plane Caratteristiche e concetti di base Aperture Efficiency Gain Beamwidth Directivity Sidelobes Reciprocity Polarization Phase Center 17/02/2019 Davide Mognaschi

3 Sommario Appendice Inverse Square Law Il Decibell (dB)
Signal-Noise Ratio 17/02/2019 Davide Mognaschi

4 Cosa sono le antenne? Sono trasduttori che convertono tensione e corrente di una linea elettrica in un campo elettromagnetico Un campo elettromagnetico è composto da un campo elettrico e da uno magnetico che si propagano su piani tra loro perpendicolari e perpendicolari alla direzione di propagazione 17/02/2019 Davide Mognaschi

5 E-plane , H-plane Un antenna trasmittente produce un campo elettromagnetico E-plane è il piano sul quale giacciono i massimi di intensità del campo elettrico H-plane è quello sul quale giacciono i massimi del campo magnetico 17/02/2019 Davide Mognaschi

6 Aperture Area che cattura energia da un’onda passante. Esempi:
Antenna a dipolo: 0.13λ2 Antenna a corno: area dell’apertura Parabola: πr2 17/02/2019 Davide Mognaschi

7 Efficiency La potenza recepita da un’antenna dipende in massima parte dalla dimensione dell’apertura La potenza effettiva è solitamente inferiore e dipende dalle caratteristiche fisiche dell’antenna L’efficienza è il rapporto tra la potenza ricevuta dall’apertura e quella che effettivamente giunge alla giunzione elettrica tra l’antenna e il resto del circuito Esempio: per antenne paraboliche è raro riuscire ad ottenere anche solo un’efficienza del 45-50% 17/02/2019 Davide Mognaschi

8 Gain L’energia non si crea dal nulla
Antenna isotropica: sorgente puntiforme che emette uniformemente in tutte le direzioni Qualsiasi antenna reale emette di più in alcune direzioni piuttosto che in altre L’enegia totale emessa/ricevuta da un trasmettitore non dipende dall’antenna 17/02/2019 Davide Mognaschi

9 Gain L’antenna serve a concentrare il campo emesso/ricevuto in determinate direzioni a discapito di altre Guadagno: rapporto tra la potenza emessa dall’antenna in esame e la potenza emessa dall’antenna isotropica collegate alla stessa sorgente, calcolato nella direzione nella quale questo rapporto è massimo. 17/02/2019 Davide Mognaschi

10 Gain η = efficienza dell’antenna λ = lunghezza d’onda
A = apertura dell’antenna 17/02/2019 Davide Mognaschi

11 Beamwidth Larghezza del lobo che si sviluppa nella direzione di massimo guadagno Maggiore il guadagno, minore la larghezza del lobo Esempio: se gain = 20dB (100 volte la potenza dell’antenna isotropica) allora beamwidth = 4π/100 steradian 17/02/2019 Davide Mognaschi

12 Directivity Massimo guadagno dell’antenna comparato con il guadagno medio in tutte le direzioni Si calcola con la formula del guadagno ponendo l’efficienza a 100% 17/02/2019 Davide Mognaschi

13 Sidelobes Nessuna antenna emette in una direzione solamente
I picchi di radiazione in direzioni diverse da quella del lobo principale sono detti sidelobes e si misurano in dB rispetto alla potenza trasmessa dal lobo principale Nella costruzione di antenne direzionali i sidelobes sono da evitare il più possibile 17/02/2019 Davide Mognaschi

14 Sidelobes 17/02/2019 Davide Mognaschi

15 Reciprocity Per una qualsiasi antenna il guadagno in trasmissione è uguale a quello in ricezione Un’antenna direzionale trasmette molto bene in una o più direzioni privilegiate e riceve altrettanto bene dalle medesime direzioni 17/02/2019 Davide Mognaschi

16 Polarization La polarizzazione di un’antenna si riferisce all’E-plane
Può essere un piano (verticale, orizzontale) ma generalmente è un’ellissi (polarizzazione ellittica) per via della sovrapposizione di più campi E sfasati 17/02/2019 Davide Mognaschi

17 Polarization 17/02/2019 Davide Mognaschi

18 Phase Center 17/02/2019 Davide Mognaschi

19 Inverse Square Law L’energia con si crea.. e la superficie della sfera cresce come kr2 La potenza emessa/ricevuta da un’antenna varia secondo una legge inversamente proporzionale al quadrato della distanza Se d2 = 2d1 allora p2 = p1/4 (-6dB) 17/02/2019 Davide Mognaschi

20 Il Decibel (dB) Il rapporto tra due potenze si misura in Bell o meglio in deciBell (1dB = 0.1B) con un logaritmo in base 10: Il raddoppio della potenza è quindi pari a 17/02/2019 Davide Mognaschi

21 Signal-Noise Ratio Il rapporto tra segnale e rumore offre una stima della qualità del segnale ricevuto Misura la separazione tra la parte ‘utile’ del segnale (informazione) da quella ‘inutile’ (disturbo) Dipende dalle caratteristiche del mezzo Dipende dalle caratteristiche dell’antenna (riflessioni, onde stazionarie, correnti indotte) In genere aumenta col crescere della distanza Si misura in dB 17/02/2019 Davide Mognaschi

22 Parte Seconda Antenne paraboliche 17/02/2019 Davide Mognaschi

23 Sommario A chi servono? Riflettore Illuminatore Forma e dimensione
Spillover loss Illumination loss 17/02/2019 Davide Mognaschi

24 A chi servono? Pro: Contro: Altamente direzionali Guadagno elevato
Costi contenuti Contro: Adatte solo per alte frequenze (microonde: propagazione secondo le leggi dell’ottica) Difficili da realizzare (il problema dell’illuminatore) Ingombranti e poco maneggevoli 17/02/2019 Davide Mognaschi

25 Riflettore La forma (curvatura) della parabola condiziona la geometria del feed Il diametro determina il guadagno massimo teorico Tutte le parabole per uso satellitare hanno la stessa curvatura. Può variare il diametro. Un modo conveniente per descrivere la dimensione del riflettore è il rapporto tra la lunghezza focale e il diametro (f/D) 17/02/2019 Davide Mognaschi

26 Riflettore 17/02/2019 Davide Mognaschi

27 Illuminatore Situazione ottimale:
Il feed emette solo verso il riflettore: non viene dispersa energia in altre direzioni I fronti d’onda raggiungono il riflettore in fase in ogni suo punto 17/02/2019 Davide Mognaschi

28 Illuminatore Situazione ottimale: 17/02/2019 Davide Mognaschi

29 Illuminatore Situazione reale:
Nessuna antenna emette solo in una direzione: ci possono essere sidelobes Il lobo principale potrebbe essere troppo largo e strabordare dal riflettore (spillover loss) Le superfici equipotenziali dei campi E e H non coincidono quasi mai con quella del riflettore. I fronti d’onda non arrivano in fase: si creano interferenze distruttive e correnti indotte all’interno del riflettore stesso (illumination loss) 17/02/2019 Davide Mognaschi

30 Illuminatore Situazione reale: 17/02/2019 Davide Mognaschi

31 Fine 17/02/2019 Davide Mognaschi