Progettazione e Realizzazione di un'antenna a 2.4

Raffaele D’Alessandro

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5 D Informatica

Progettazione e realizzazione di un'antenna a 2.4 GHz per banda wireless

I.T.I.S. “F. Giordani” - Napoli

Anno scolastico 2008/09

Introduzione alle antenne

Le trasmissioni radio (dal latino radius, raggio) si basano sulla libera propagazione nello spazio di onde e.m., generate e rivelate mediante antenne trasmittenti e riceventi.

Il mezzo trasmissivo, in questo caso, può essere lo spazio vuoto, altrimenti definito “etere”, oppure un mezzo fisico a bassa conducibilità, come, per esempio, l’atmosfera.

La velocità con la quale si propagano le onde e.m. nel vuoto è circa uguale a:

c=3 km/s =3 m/s

Le trasmissioni radio utilizzano segnali a radiofrequenza, cioè con frequenza compresa tra 10 kHz e 100 GHz. Poiché i segnali trasmessi si trasmettono attraverso lo spazio si parla, in questo caso, di propagazione libera.

In un punto dello spazio possono essere presenti segnali radio di ogni genere (TV, canali audio, GSM, Banda Cittadina ecc.). La non sovrapposizione dei segnali è garantita dal seguente criterio: due sistemi trasmittenti sono separati se influiscono su regioni di spazio distinte, oppure, se i segnali emessi sono tali da poter essere distinti singolarmente da un ricevitore. Quest’ultima proprietà è fondata sul valore di una certa frequenza associata a ciascuna trasmissione.

Un’antenna è un trasduttore di segnale. È un apparato radioelettrico destinato all’irradiazione o alla ricezione di radioonde. Il suo compito è quello di trasformare il segnale elettrico al suo ingresso in un segnale elettromagnetico trasmissibile nell’etere e dualmente di trasformare un segnale elettromagnetico proveniente dall’etere in uno elettrico.

Nel primo caso l’energia elettrica fornita da un trasmettitore è trasformata dall’antenna trasmittente in un’onda e.m. che si propaga dall’antenna nello spazio circostante, nel secondo caso l’antenna ricevente trasforma del campo e.m. che la investe in un segnale elettrico che viene applicato ad

l’energia

un ricevitore.

Ogni antenna può funzionare indifferentemente come trasmittente o ricevente per il principio di reciprocità, secondo il quale: un’antenna mantiene le stesse proprietà (in termini di direzionalità, accoppiamento con il campo e.m. ecc.) se utilizzata, a parità di frequenza, come trasmittente o come ricevente.

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In pratica tuttavia si utilizzano due classi ben distinte di antenne per i casi di trasmissione e ricezione. La distinzione è legata alle dimensioni dell’antenna e alla potenze in gioco.

Mentre, infatti, un’antenna trasmittente può essere grande e costosa e deve, spesso, irradiare notevole potenza (fino a decine di kilowatt), le antenne riceventi devono essere di dimensioni e costo limitato e lavorano con livelli di potenza modestissimi (micro-picowatt).

La forma, le dimensioni, la grandezza e il materiale con cui è costruita un’antenna ne determinano le sue caratteristiche di radiazione: direttività, guadagno e range di frequenza.

Tutte le antenne sono progettate per operare su particolari range di frequenza.

7 La fase più delicata di una trasmissione radio è quella in cui si affida il proprio segnale, opportunamente generato e modulato, mediante una linea di trasmissione all'antenna trasmittente, l'elemento che trasforma correnti e tensioni (potenza elettrica) in potenza irradiata (campo elettromagnetico).

Quando si parla di antenne e di linee di trasmissione, occorre ragionare in termini di circuiti a "costanti distribuite", ossia circuiti che possiedono induttanze, capacità e resistenze proprie pur non essendo costituiti da vere e proprie induttanze, resistenze e condensatori. In questo senso un'antenna può essere paragonata ad un circuito risonante LC, dotato di una frequenza propria di risonanza e di una resistenza. Lo stesso avviene per una linea di trasmissione.

Il massimo trasferimento di energia tra generatore e carico si ha, quando le impedenze sono uguali. In questo caso la catena è costituita da tre elementi:

→ →

trasmettitore linea di trasmissione antenna. Nel caso di adattamento perfetto la linea e l'antenna vengono "viste" dal trasmettitore come se fossero una semplice resistenza elettrica che assorbe tutta la potenza fornita; viceversa nel caso di parziale disadattamento presentano un'impedenza "complessa", ossia producono uno sfasamento tra corrente e tensione, e provocano una parziale riflessione del segnale, che in parte viene irradiato, in parte viene dissipato lungo la linea, in parte viene reintrodotto nel trasmettitore dove viene dissipato in calore.