Le antenne sono dei dispositivi in grado di convertire un segnale di tipo elettrico in onde elettromagnetiche ed irradiarle nello spazio circostante o riceverle.
Le antenne posso essere trasmittenti o riceventi in base all'uso alla quale sono destinate, oppure possono svolgere entrambe le funzioni contemporaneamente.

Le antenne vengono impiegate nei trasmettitori e nei ricevitori CB, radioamatoriali, televisivi, cellulari, ponti radio, satelliti artificiali, radiocomandi.

Principio di Funzionamento

Un trasmettitore, essenzialmente, è costituito da un generatore di segnale elettrico, da una linea a radiofrequenza e da un'antenna trasmittente.
Il generatore produce un segnale elettrico contenente l'informazione da trasmettere, la linea elettrica a R.F. trasporta il segnale dal luogo dove questo è prodotto, all'antenna trasmittente per essere inviato sotto forma di onde elettromagnetiche al destinatario dell'informazione.
La linea di collegamento è di norma indispensabile perché l'informazione prodotto spesso in un punto diverso da quello dove si trova l'antenna.

I campi elettrici e magnetici lungo il cavo si annullano quasi completamente per compensazione essendo i conduttori attraversati da cariche elettriche vicinissime e di segnale opposto, lungo l'antenna invece le cose cambiano, in quanto le cariche di segna positivo si trovano su uno stilo lontano da quelle di segno negativo che si trovano sull'altro stilo ed inoltre le correnti elettriche non risultano opposte, come avviene lungo il cavo, bensì allineate in modo da intensificare l'effetto del campo che esse producano.

Il campo elettrico circostante il cavo di intensità trascurabile perché dovuto alla differenza fra le due cariche e soprattutto perché i conduttori, schermati, ne rendono impossibile l'irradiazione.

Analogamente il campo magnetico circostante il cavo è di intensità trascurabile perché dovuto alla differenza fra le due correnti circolanti nei due diversi conduttori.

Quanto perviene sull'antenna, il segnale, si trasforma in energia elettromagnetica, in base alle equazioni di Maxwell, una perturbazione del campo elettrico dovuta dalla continua variabilità data dalla frequenza. Determina una continua variazione del campo magnetico e viceversa, dando luogo a un'onda detta appunto elettromagnetica costituita da anelli di campo magnetico che si alternano con anelli di campo elettrico ad essi perpendicolari.

L'antenna come componente elettronico

L'antenna da un punto di vista elettrico, si comporta come un circuito risonante serie, come può intuirsi dalle modifiche indicate nella sequenza seguenti dove, partendo da un circuito RLC serie a componenti discreti, si va sempre riducendo il valore dell'induttanza, della capacita e della resistenza del circuito fino ad ottenere un circuito a componenti concentrate che corrisponde ad un antenna.

Da un punto di vista elettrico, l'antenna è un impedenza di tipo RLC e quindi come tale è vista dal generatore.
La sua risposta in frequenza corrisponde a quella di ogni circuito risonante ed ha comportamento di tipo resistivo in corrispondenza del centro della curva, ohmico-capacitivo per frequenze inferiori, ohmico-induttivo per frequenze superiori.

All'interno della banda passante, il comportamento dell'antenna può essere assimilato con grande approssimazione a quello di un resistenza e il suo valore è detto resistenza di antenna.

È bene che la linea a radio frequenza sia adattata per una sua ottimizzazione d'uso all'antenna, ed essendo l'impedenza caratteristica della linea praticamente una resistenza pura, allora e bene che l'antenna sia usata all'interno della sua banda passante.

La resistenza di antenna, può aumentare all'aumentare del rapporto tra la lunghezza e il diametro, per cui, come si può spesso vedere nei barra chini, si usa porre in cima all'antenna una vite di regolazione con lo scopo di adattare la resistenza dell'antenna alla linea.

La banda passante invece aumenta al crescere del rapporto diametro/lunghezza.

Mantenendo costante allora la lunghezza dell'antenna, che è determinata dalla frequenza centrale di sintonia, maggiore è il diametro, maggiore è la larghezza di banda dell'antenna.

L'antenna costituisce la terminazione di una linea a radiofrequenza.

Lungo la linea viaggiano un'onda di tensione e di corrente che giunte all'antenna determinano su di questa un'onda stazionaria di tensione e di corrente.

Tipi di antenne

La prima antenna fu inventata da Hertz ed ha la forma che si può vedere in figura.

Oggi l'antenna che porta il suo nome è molto usata, nei trasmettitori per cellulari e per sistemi radiotelevisivi, spesso non da sola, ma in cortine.

La lunghezza di ognuno dei due stili è, in prima approssimazione, o meglio se si vuol essere più esatti, il 95% di

L'antenna marconiana, che prende il nome da Guglielmo Marconi, invece ha uno stilo a massa ed un altro lungo o se si vuol essere più esatti, il 95% di

L'antenna hertziana ha resistenza di radiazione uguale a 73Ω, mentre quella marconiana ha resistenza di radiazione pari a 36.5Ω.

L'antenna Yagi - Uda è costituita da un dipolo ripiegato che funge da ricevitore, da uno stilo che funge da riflettore, da alcuni stili che fungono da direttori.
La sua direttività ed il suo guadagno sono esaltati dal numero di direttori aggiunti, fino però al limite di una quindicina, perché oltre, un ulteriore aumento riduce il guadagno a causa del loro assorbimento di energia elettromagnetica.

È usata come antenna ricevente per la banda televisiva VHF.

Le antenne Ground plane sostituiscono la superficie riflettente del terreno utilizzata dall'antenna Marconi con una schiera di radiali che vengono usate dai CB e dai radioamatori.

Cortine di antenne

Un antenna verticale a stilo ha un diagramma di radiazione che nel piano orizzontale è una circonferenza pertanto irradia in tutte le direzioni del piano orizzontale.
Non è così per le antenne direttive le quelli manifestano una direzione preferenziale di trasmissione, come ad esempio nell'antenna Yagi costruita da più dipoli alienati.

È possibile costruire quindi sistemi di antenne a stilo organizzate in allineamenti paralleli e complanari allo scopo di aumentarne la direttività, concentrando la maggior parte della loro energia elettromagnetica emessa, in una direzione, o in alcune direzioni preferenziali.

Sono detti boradside gli allineamenti di N dipoli a mezz'onda, eccitati in fase, nei quali l'emissione ha luogo perpendicolarmente al piano delle antenne, distanti fra loro ed in numero pari.

In questi allineamenti, il campo totale è N volte più intenso di quello di un solo dipolo.

Sono detti endfire, gli allineamenti nei quali l'emissione ha luogo lungo l'asse dei dipoli.
Appartengono a questa categoria, le antenne Yagi, anche se vengono usate in ricezione.

Sono detti collineari gli allineamenti nei quali N dipoli a mezz'onda sono posti tutti su una stessa retta ed in questo caso il diagramma d'irradiazione è di forma circolare, cioè lo stesso di quello di una sola antenna, però N volte più intenso.
Sono usate nei ripetitori televisivi.

Le cortine di antenne sono poi costituite da allineamenti boradside e collineari insieme, quindi da n righe e N colonne di antenne ed il guadagno è uguale a: G=1.65 n N.

Se si vuole raddoppiare ulteriormente l'intensità del campo, si può mettere uno schermo costituito da una rete metallica dietro la cortina di dipoli e parallelamente ad essa, a distanza

Le cortine di antenne con schermo sono state usate come antenne trasmittenti per i primi radar perché moto direttive.

Antenne Caricate

Molto spesso la lunghezza di un'antenna calcolata secondo ovvero risulta eccessiva in quanto moto scomoda da montare ad esempio su un autoveicolo, in questo caso è possibile accorciarla, ma bisogna adattarla, infatti l'antenna ha comportamento resistivo puro soltanto se lunga ovvero , raccorciarla invece, mostra impedenza di tipo ohmico capacitivo.

L'adattamento si realizza con l'inserzione, alla base della stessa, e quindi in serie, di un induttanza di valore uguale ed opposto a quello della capacità introdotta con l'accorciamento in moda da neutralizzarne gli effetti.

Adesso però, se pur riadattata l'antenna non viene utilizzata al massimo delle prestazione ne il trasmissione ne in ricezione, perciò questa modifica va effettuata solo se strettamente necessario.

Lo stesso effetto si può ottenere ponendo una capacità, ottenuta con un dischetto o un semplice allargamento dell'antenna all'estremità.

L'effetto opposto, cioè quello di aumentare la lunghezza dell'antenna rispetto ai valori teorici può ottenere ponendo una capacità alla base dell'antenna.

Guadagno

Le antenne non irradiano energia elettromagnetica con la stessa intensità nelle varie direzioni circostanti.

Il diagramma di radiazione indica l'intensità di potenza che viene irradiata nelle varie direzioni dell'antenna in esame.

Per meglio realizzare questo studio si definisca un antenna, detta isotropa o isotropica, inesistente in realtà, ma che viene comodo utilizzare come confronto per i diagrammi di radiazione di tutte le altre antenne.

Questa ha la caratteristica di irradiare in ogni direzione con la stessa intensità, quindi ha come diagramma di radiazione una sfera, che in una rappresentanza piana diventa un cerchio.

Il guadagno di un antenna è definito come il rapporto fra la potenza irradiata dall'antenna in esame nella direzione di massima irradiazione e la potenza che irradierebbe un'antenna isotropa nella stessa direzione se fosse alimentata con la stessa potenza.

Rendimento

Nelle antenne, sia di tipo trasmittente che di tipo ricevente, circola corrente elettrica a radiofrequenza che determina perdite per effetto Joule.

Si definisce allora rendimento o efficienza, il rapporto tra la potenza irradiata da una antenna e quella ricevuta.