Quali sono i parametri di prestazione elettrica delle antenne di comunicazione?

I parametri di prestazione elettrica delle antenne di comunicazione sono indicatori chiave utilizzati per valutare la capacità di trasmissione del segnale, l'efficienza di radiazione e le prestazioni di adattamento di impedenza. Possono essere generalmente classificati come segue:

1. Frequenza operativa e larghezza di banda operativa

La larghezza di banda di un'antenna si riferisce all'intervallo di frequenza entro il quale vengono soddisfatti tutti i requisiti di prestazione specificati per l'antenna. La frequenza operativa si riferisce a tutte le frequenze comprese nella larghezza di banda dell'antenna.

Poiché la larghezza di banda operativa è limitata da molteplici parametri prestazionali, la larghezza di banda più stretta tra questi dovrebbe essere considerata come la larghezza di banda effettiva. Per le antenne integrate, le larghezze di banda limitate da fattori quali la larghezza di banda del diagramma di radiazione e la larghezza di banda di polarizzazione sono solitamente maggiori della larghezza di banda di impedenza. Un criterio approssimativo comunemente utilizzato è l'intervallo di frequenza su cui il rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR) rimane al di sotto di un limite specificato.

2. Rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR)

Quando l'impedenza di ingresso dell'antenna non corrisponde all'impedenza caratteristica della linea di trasmissione (ovvero, si verifica un disadattamento), parte della potenza in ingresso viene riflessa. Il rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR) è un parametro importante che riflette la relazione tra potenza incidente e potenza riflessa.

Il VSWR è correlato all'impedenza di ingresso dell'antenna. In alcuni casi, al suo posto si utilizzano la perdita di ritorno (RL) o il coefficiente di riflessione (Γ); tutti e tre descrivono la stessa caratteristica. Le loro relazioni sono le seguenti:

Dove:

(P^-) è la potenza riflessa

(P^+) è la potenza incidente

(Z_L) è l'impedenza di ingresso dell'antenna

(Z_0) è l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione

(U^+) è la tensione incidente

(U^-) è la tensione riflessa

3. Relazioni di conversione logaritmica tra perdita di ritorno, VSWR e coefficiente di riflessione

La perdita di ritorno, il VSWR e il coefficiente di riflessione sono diverse rappresentazioni delle prestazioni di adattamento di impedenza e possono essere convertiti logaritmicamente utilizzando le formule sopra riportate.

4. Impedenza di ingresso

L'impedenza di ingresso è l'impedenza presente ai terminali di ingresso dell'antenna. L'impedenza di ingresso dell'antenna deve essere adattata all'impedenza caratteristica della linea di trasmissione e dei connettori. Per le antenne delle stazioni base di comunicazione mobile, l'impedenza di ingresso nominale è tipicamente di 50 Ω, il che significa che anche l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione e dei connettori deve essere di 50 Ω.

5. Guadagno

Il guadagno dell'antenna rappresenta l'effetto combinato della direttività della radiazione e dell'efficienza di conversione dell'energia. È determinato da due fattori principali: la direttività della radiazione e l'efficienza di radiazione.

Il guadagno viene solitamente espresso in decibel (dB). I decibel sono una rappresentazione logaritmica di un rapporto:

Per esempio:

L'unità dBi rappresenta il guadagno relativo a un radiatore isotropico ideale. In alcuni casi si utilizza dBd, che rappresenta il guadagno relativo a un dipolo a mezza onda. La relazione di conversione è:

Per esempio:

6. Modello di radiazione

Il diagramma di radiazione è una rappresentazione grafica di come la densità di potenza irradiata o l'intensità del campo varia in funzione della direzione spaziale. I diagrammi di radiazione includono diagrammi sul piano orizzontale e diagrammi sul piano verticale.

Dal diagramma di radiazione si possono osservare molte caratteristiche dell'antenna, come ad esempio se è omnidirezionale o direzionale, l'ampiezza del fascio, l'angolo di inclinazione verso il basso, il riempimento dei lobi nulli e la soppressione dei lobi laterali. Per migliorare le prestazioni di radiazione, l'ottimizzazione del diagramma di radiazione è una parte importante della progettazione dell'antenna.

Un diagramma di radiazione 3D illustra la distribuzione complessiva del segnale nello spazio e consente di osservare l'intensità del segnale in tutte le direzioni.

Un diagramma di radiazione 2D si ottiene tipicamente sezionando il diagramma 3D lungo i piani XY, YZ e XZ, fornendo una valutazione quantitativa della distribuzione dell'intensità del segnale in questi piani.