Antenne

CENNI DI PROPAGAZIONE E ANTENNE

Antenne isotrope (omnidirezionali)

Le antenne si definiscono isotrope quando sono in grado di "illuminare" uniformemente il segnale in tutte le direzioni. Riassumiamo nel seguito alcune formule di interesse.

Detta Pt la potenza irradiata e r la distanza dall'antenna, si definisce densità di potenza:

S = Pt/4pr2 (watt/m2)

Non tutta la potenza incidente su un'antenna (Si) riesce ad essere prelevata e posta in uscita dall'antenna (Pu). Di questa perdita tiene conto il parametro area equivalente:

Aeq = Pu/Si

Tenendo conto dell'attenuazione introdotta dallo spazio libero e dell'area equivalente possiamo definire una attenuazione dello spazio libero che tiene conto proprio del rapporto tra potenza irradiata in trasmissione (Pt) e potenza in uscita dall'antenna in ricezione (Pu):

Asl = 10 log Pt/Pu (dB)

Le antenne omnidirezionali hanno la classica forma a frusta con dimensioni in genere comprese tra i 60 e i 300 cm di lunghezza con un diametro variabile tra 5 e 12 cm. La potenza viene convogliata, verticalmente, entro un angolo di circa 60 gradi rispetto al piano perpendicolare all'antenna. Orizzontalmente, come ovvio, la potenza è equamente distribuita lungo tutte le direzioni.

L'area di rispetto attorno all'antenna, che deve essere interdetta alla popolazione per evitare di esporla a campi elettrici elevati, può essere rappresentata da un cilindro con raggio, calcolato in base alle potenze di emissione dei gestori italiani, di 4,8 m. La base del cilindro va posta 1,6 m sotto l'antenna. Chiaramente queste misure sono generiche e sovrastimate, esistono dei modelli matematici che permettono la definizione dell'area di rispetto per ogni tipologia di pannello direzionale utilizzato (in base all'angolo di apertura orizzontale: 60°, 90° o 180°).

Area di rispetto
Area di rispetto attorno ad una BTS (Fonte: sito TIM).

Antenne direzionali

Nel caso in cui l'antenna non abbia un comportamento isotropo, ma concentri il flusso di potenza entro un cono prestabilito (antenna direzionale), occorre introdurre un nuovo parametro. Si definisce guadagno nella direzione a, G(a), il rapporto tra la potenza che dovrebbe irradiare un'antenna isotropa (Pis) e la potenza che irradia una antenna direzionale (Pt) per produrre, lungo la direzione a, lo stesso campo elettrico E.

G(a) = Pis/Pt

Pt = G(a)*Pis

Si parla di guadagno dell'antenna riferendosi implicitamente alla direzione di massimo irraggiamento dell'antenna direzionale.

Un pannello direzionale ha solitamente le dimensioni seguenti: lunghezza tra 120 e 150 cm, larghezza tra 15 e 30 cm, profondità tra 15 e 20 cm. Al fine di minimizzare l'impatto ambientale si adottano antenne di dimensioni limitate. Ad esempio Omnitel utilizza pannelli con le seguenti dimensioni: lunghezza minore di 130 cm, larghezza minore di 25 cm e spessore minore di 10 cm.

La potenza viene convogliata, verticalmente, entro un angolo di circa 15 gradi rispetto al piano perpendicolare al pannello; orizzontalmente entro l'angolo di apertura previsto (60°, 90° o 180°). L'apertura verticale del lobo di illuminazione dipende dalla dimensione in altezza del pannello stesso: più è alto più ristretto è l'angolo, e viceversa.

 

 

 

Dimensioni antenne (frusta e pannello)
Dimensione antenne, sia a frusta che a pannello.

Per fornire una copertura radioelettrica all'interno degli edifici schermati dal segnale esterno, sono state progettate delle apposite antenne per uso indoor (in genere lavorano in coppia con un repeater che trasduce il segnale dall'esterno). Sono disponibili sia di tipo direzionale che omnidirezionale. Le prime assicurano un guadagno di 7dBi, le seconde di soli 2dBi.