In questa pagina, introdurremo un altro parametro fondamentale dell’antenna: il guadagno d’antenna.
Guadagno d’antenna
Il termine Guadagno d’antenna descrive quanta potenza viene trasmessa nella direzione del picco di radiazione a quella di una sorgente isotropa. Guadagno d’antenna è più comunemente citato di direttività nel foglio di specifiche di un’antenna perché prende in considerazione le perdite effettive che si verificano.
Un’antenna trasmittente con un guadagno di 3 dB significa che la potenza ricevuta lontano dall’antenna sarà 3 dB più alta (il doppio) di quella che sarebbe ricevuta da un’antenna isotropa senza perdite con la stessa potenza di ingresso. Si noti che un’antenna senza perdite sarebbe un’antenna con un’efficienza di 0 dB (o 100%). Allo stesso modo, un’antenna di ricezione con un guadagno di 3 dB in una particolare direzione riceverebbe 3 dB di potenza in più rispetto a un’antenna isotropa senza perdite.
Il guadagno dell’antenna è talvolta discusso come funzione dell’angolo. In questo caso, stiamo essenzialmente tracciando il modello di radiazione, dove le unità (o la grandezza del modello) sono misurate in guadagno d’antenna. Un esempio di diagramma di radiazione tracciato in termini di guadagno è mostrato nella Figura 1:
Figura 1. Esempio di schema di guadagno per un’antenna.
Tuttavia, più spesso viene citato un singolo numero, il guadagno è il ‘guadagno di picco’ su tutte le direzioni. Il guadagno dell’antenna (G) può essere correlato alla direttività (D) e all’efficienza dell’antenna da:
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Il guadagno di un’antenna reale può essere alto come 40-50 dB per antenne a piatto molto grandi (sebbene questo sia raro). La direttività può essere fino a 1,76 dB per un’antenna reale (esempio: antenna a dipolo corto), ma non può mai essere teoricamente inferiore a 0 dB. Tuttavia, il guadagno di picco di un’antenna può essere arbitrariamente basso a causa delle perdite o della bassa efficienza. Antenne elettricamente piccole (piccole rispetto alla lunghezza d’onda della frequenza a cui l’antenna opera) possono essere molto inefficienti, con guadagni d’antenna inferiori a -10 dB (anche senza contare la perdita di disadattamento dell’impedenza).
Un’antenna ad alto guadagno è vantaggiosa?
Spesso i produttori di antenne (siano esse antenne wifi, antenne gps, o antenne tv) specificano il guadagno d’antenna. Per esempio, i produttori di antenne wifi possono commercializzare l’antenna wifi come “antenna ad alto guadagno”, che è più costosa di una simile antenna a basso guadagno. La domanda è: vogliamo un alto guadagno?
La risposta è: dipende. Se sai esattamente da dove viene il tuo segnale desiderato, vorresti avere il massimo guadagno (verso la direzione desiderata). Tuttavia, se non sai da dove verrà il segnale desiderato, è meglio avere un’antenna a basso guadagno. Un paio di esempi lo chiariranno.
{ Esempio #1 } – Antenne TV. Se montate un’antenna TV sul vostro tetto, e sapete che le antenne di trasmissione TV sono a sud (per esempio, su qualche collina a sud della città), allora è preferibile avere un’antenna ad alto guadagno. Sono preferite le antenne con un guadagno di almeno 12-15 dB.
{ Esempio #2 } – GPS (Global Positioning System). Le antenne GPS per i dispositivi mobili sono solo di ricezione. Il lavoro dell’antenna gps è quello di triangolare la tua posizione misurando il segnale ricevuto da più satelliti gps, che sono tutti in direzioni diverse rispetto all’antenna di ricezione. Per questo caso, un’antenna altamente direzionale non sarebbe preferibile.
{ Esempio #3 } – Antenne cellulari mobili. L’antenna cellulare sullo smartphone comunica con una singola torre di rete cellulare. Tuttavia, l’antenna cellulare può essere tenuta in qualsiasi orientamento e può essere in qualsiasi posizione rispetto alla torre di rete. Quindi, per il tuo dispositivo mobile, è preferibile avere un’antenna a basso guadagno.
Una nota sulle unità di guadagno dell’antenna
Se guardi il foglio delle specifiche di un’antenna, vedrai tipicamente le unità di guadagno dell’antenna elencate in dB, dBi o dBd. Definisco questi termini di seguito:
dB – decibel, come abbiamo discusso. 10 dB significa 10 volte l’energia relativa a un’antenna isotropa nella direzione di picco della radiazione.
dBi – “decibel relativi a un’antenna isotropa”. Questo è lo stesso di dB come lo abbiamo usato. 3 dBi significa il doppio (2x) della potenza rispetto a un’antenna isotropa nella direzione del picco.
dBd – “decibel relativi a un’antenna a dipolo”. Si noti che un’antenna dipolo di mezza lunghezza d’onda ha un guadagno di 2,15 dBi. Quindi, 7.85 dBd significa che il guadagno di picco è 7.85 dB più alto di un’antenna a dipolo; questo è 10 dB più alto di un’antenna isotropa.
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