Cos'è un'antenna?
Definiamo antenna un dispositivo in grado di convertire un segnale elettrico in onde elettromagnetiche ed irradiarle nello spazio circostante (e viceversa). Molto spesso, si confonde l'antenna con apparecchi dotati di antenna integrata, quali ad esempio: adattatori usb Wi-Fi, CPE come Nanostation, PowerBeam, Airmax5x, ecc. Tali apparecchiature sono composte dall'insieme di una o più antenne ed una radio.
Come funziona un'antenna?
Il principio di funzionamento è semplice, un conduttore che viene attraversato da una corrente variabile nel tempo genera un campo elettromagnetico.
Per il principio di reciprocità se un campo elettromagnetico investe un conduttore (antenna) allora induce su di esso delle tensioni e correnti variabili nel tempo.
Per definizione l'antenna è un elemento passivo, di fatto non amplifica le potenze in ingresso o in uscita ma si limita a concentrare la stessa in direzioni preferenziali.
Uno dei principali parametri caratteristici di un'antenna: il guadagno
Per molti acquirenti, la scelta dell'antenna da acquistare si basa principalmente su un solo parametro, il guadagno espresso in "dBi".
Molti utenti, non disponendo di adeguata competenza tecnica, vengono illusi da valori di guadagno fantasiosi dichiarati da venditori e fabbricanti improvvisati, si legge di antenne con guadagni di 38, 48, 68 dBi. L'acquirente pensa quindi che maggiore sarà il guadagno e maggiore sarà la ricezione / trasmissione in ogni direzione, NIENTE DI PIÙ ERRATO!
Nel seguito spiegheremo nel modo più semplice possibile, cos'è il guadagno e perchè è errato considerare un'antenna con elevato guadagno la migliore antenna in assoluto. Chi volesse evitare la parte matematica, può passare direttamente all'immagine 1 del presente paragrafo.
Definiamo guadagno il rapporto tra la densità di potenza irradiata da un'antenna in una data direzione e la densità di potenza che sarebbe generata nella medesima direzione da un radiatore isotropico.
Il guadagno è quindi espresso dalla seguente formula:
Dove:
G è il guadagno
P è la densità di potenza irradiata dall'antenna reale (nella direzione considerata)
Piso è la densità di potenza irradiata dal radiatore isotropico
Il radiatore isotropico o antenna isotropica, non esiste nella realtà ma è un utile riferimento da utilizzare per caratterizzare le antenne reali. Tale antenna irradia in modo uniforme in tutte le direzioni, l'energia irradiata avrà un fronte d'onda sferico ed una densità di potenza uniforme sulla superficie pari a:
dove:
Piso è la densità di potenza del radiatore isotropico
PT è la potenza totale trasmessa dal radiatore
D è la distanza dall'antenna
Se volessimo calcolare il guadagno che un antenna isotropa ha rispetto a se stessa otterremmo:
Usualmente però il guadagno viene espresso in "decibel", in tal caso facciamo riferimento alla seguente formula:
Per cui il guadagno di un'antenna isotropica espresso in dB è pari a:
La "i" che segue il simbolo del decibel, ci ricorda solo ed esclusivamente che stiamo calcolando il guadagno rispetto all'antenna isotropica.
Di fatto il guadagno è una misura di quanta parte della potenza in ingresso è concentrata in una particolare direzione.
La maggior potenza che si riesce ad irradiare in una determinata direzione si ottiene a spese di tutte le altre!
Di seguito alcune immagini ci aiuteranno a capire meglio il concetto:
Immagine 1: Antenna Isotropica
Nell'immagine sono rappresentati 4 osservatori, al centro è rappresentato il solido di radiazione di un'antenna isotropica che irradia una potenza totale Pt. L'antenna irradia in tutte le direzioni in egual modo, per cui l'osservatore 1 riceve lo stesso livello di segnale che riceve l'osservatore 2, 3 e 4.
Immagine 2: Antenna Omnidirezionale - Guadagno 8dBi
Al centro dell'immagine è rappresentata un'antenna omnidirezionale con guadagno massimo di 8dBi ed il suo solido di radiazione. In questo caso a parità di potenza Pt irradiata dall'antenna (quindi potenza totale irradiata uguale a quella del radiatore isotropico) l'osservatore 1 riceverà maggiore livello di segnale rispetto all'osservatore 1 del precedente caso di antenna isotropica. Gli osservatori 2 e 3 riceveranno livelli intermedi in base al valore di guadagno in tali direzioni e l'osservatore 4 non riceverà segnale in quanto l'antenna non irradia in tale direzione.
Immagine 3: Antenna Omnidirezionale - Guadagno 12dBi
Al centro dell'immagine è rappresentata un'antenna omnidirezionale con guadagno massimo di 12dBi ed il suo solido di radiazione. In questo caso a parità di potenza Pt irradiata dall'antenna (quindi potenza totale irradiata uguale a quella del radiatore isotropico) l'osservatore 1 riceverà maggiore livello di segnale rispetto all'osservatore 1 del precedente caso di antenna isotropica.
Gli osservatori 2 e 3 riceveranno un livello intermedio in base al guadagno in tale direzione (probabilmente inferiore a quello degli stessi osservatori nel caso della 8dBi), l'osservatore 4 non riceverà segnale.
Si può quindi notare, in modo puramente approssimato, che una omnidirezionale da 12dBi di guadagno irradia meglio di una 8dBi sul piano perpendicolare al suo asse longitudinale, di contro irradia peggio fuori piano. La potenza viene quindi concentrata solo in alcune direzioni preferenziali.
Esempio pratico: se dovessi coprire due appartamenti posti uno al primo piano e l'altro al secondo piano una 8dBi sarebbe più indicata rispetto ad una 12dBi.
Conclusioni
Il guadagno viene sovente spesso espresso in dBi, maggiore è il guadagno massimo, maggiore è la direttività dell'antenna.
Nella scelta dell'antenna da impiegare in una specifica applicazione, il guadagno rappresenta solo uno dei parametri da considerare, non è quindi l'unico parametro da considerare.
