Il solido di radiazione

Le antenne non irradiano il segnale elettromagnetico in maniera omogenea nelle varie direzioni. A parte il fatto che la potenza si attenua man mano che ci si allontana dall’antenna a causa della presenza dell’atmosfera, il fatto che il dipolo sia finito determina una differenza nell’intensità del campo magnetico, esattamente come succede ad un magnete le cui linee di campo si ripiegano su se stesse in prossimità dei poli.

Per capire questo concetto è utile considerare l’antenna al centro di un sistema di riferimento spaziale a tre dimensioni, in cui i tre assi x, y e z corrispondono alle 3 direzioni dello spazio: asse nord-sud, asse est-ovest, quota.

Il piano individuato dall’asse sud-nord e dall’asse est-ovest si chiama PIANO DEGLI AZIMUTH ed è praticamente il piano tangente alla superficie terrestre nel punto in cui si trova l’antenna.

Il piano individuato dall’asse sud-nord e dall’asse della quota si chiama PIANO DI ELEVAZIONE. Questi due piani sono molto importanti per lo studio del radar.

Le antenne non possono irradiare il segnale in maniera uniforme nelle tre direzioni. Solo in teoria si può immaginare un’antenna che mandi un segnale uniforme nello spazio. Questo tipo di antenna teorica è chiamata ANTENNA ISOTROPA.

L’antenna isotropa non esiste, ma ci sarà utile per fare un confronto con le antenne reali.

Per rappresentare nello spazio la potenza che un’antenna irradia nelle varie direzioni si usa il cosiddetto diagramma di radiazione.

Immaginiamo di avere un’antenna e di misurare la potenza che irradia tutto attorno ad essa, ad una certa distanza.

Poiché il segnale non è irradiato con la stessa intensità nelle diverse direzioni, misureremo una potenza diversa in ogni punto.

Si immagini ora di disegnare dei vettori che partono dall’antenna, lunghi quanto la potenza misurata. Le punte di questi vettori individuano una superficie chiusa. Questa superficie è il solido di radiazione. La figura seguente mostra due esempi di solidi di radiazione.

Ogni antenna ha un proprio solido di radiazione ed osservandone la forma è possibile capire di che tipo di antenna si tratta.

Per comodità, al posto di usare questa rappresentazione tridimensionale si utilizzano le proiezioni della superficie sul piano orizzontale e su quello verticale.

Queste rappresentazioni piane si chiamano diagrammi di radiazione nel piano verticale e nel piano orizzontale. Il diagramma nel piano orizzontale viene spesso disegnato su una circonferenza graduata che rappresenta il piano della navigazione, con lo zero posto sul nord. Anche il piano verticale viene spesso rappresentato su una circonferenza, solo che l’asse orizzontale rappresenta la linea del terreno.

Questo tipo di rappresentazione viene chiamata diagramma di radiazione in coordinate polari.

Sulle linee che partono a raggiera dal centro si può leggere la potenza del segnale irradiato in Decibel. Con questa rappresentazione però, non è immediato leggere la potenza. Si usa allora un altro tipo di diagramma che presenta la stessa cosa, ma in coordinate cartesiane:

In coordinate cartesiane risulta molto più facile leggere la potenza del segnale.

L’asse delle x coincide con il centro del diagramma polare, quindi l’antenna è posizionata sull’asse x.

Bisogna immaginare il piano come una proiezione piana del diagramma polare, un po’ come una carta geografica è una proiezione della sfera terrestre.

Come si può notare dalla figura precedente, la potenza è scritta in percentuale. Questa percentuale rappresenta la potenza residua: il segnale infatti, partito con il 100% della potenza, diventa sempre più debole man mano che ci si allontana dall’antenna fino ad annullarsi. Il diagramma finisce quindi con una

30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° NORD 0° 60° 30° 330° 300° 270° 240° 210° 180° 150° 120° 90° 0° NORD 30° 60° 90° 120° 150° 180° 330° 300° 270° 240° 210° 180° 0 dB 10 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 %

6.2.1 La forma del diagramma di radiazione

Abbiamo detto che le antenne non possono propagare il segnale con la stessa intensità in tutte le direzioni. Si pensi anche solo al fatto che l’antenna ha un supporto che la sostiene e questo interferirà col segnale. Si può però ipotizzare che esista un’antenna ideale che irradia il segnale in modo uniforme. Questa antenna è chiamata ANTENNA ISOTROPA. Poiché la potenza irradiata in ogni direzione è costante, il suo solido di radiazione è una sfera:

Quando viene proiettata sui due piani, la sfera diventa una circonferenza; quindi il diagramma di radiazione dell’antenna isotropa risulta essere il seguente:

Le antenne si dividono in due grandi categorie:

 ANTENNE NON DIRETTIVE: sono quelle in cui il segnale si propaga in tutte le direzioni. Sono anche chiamate antenne omnidirezionali.

 ANTENNE DIRETTIVE: sono quelle in cui il segnale si propaga principalmente in una direzione. Per capire la differenza tra le due, osserviamo i diagrammi di radiazione nel piano degli azimuth:

Il primo si riferisce ad un’antenna omnidirezionale ed è una circonferenza, il secondo invece si riferisce ad un’antenna direttiva.

Come si può vedere, il diagramma di un’antenna direttiva ha un lobo più grande degli altri che prende il nome di lobo principale (in inglese main lobe). Il lobo principale rappresenta la direzione in cui l’antenna irradia o riceve principalmente. Ci sono poi dei lobi più piccoli, chiamati lobi secondari (in inglese side lobe) che sono delle dispersioni dei segnale che sarebbe bene ridurre al minimo.

Possiamo quindi riconoscere le antenne direttive da quelle omnidirezionali guardando la forma del diagramma di radiazione nel piano degli Azimuth: le antenne omnidirezionali hanno un diagramma di radiazione circolare nel piano degli azimuth.