STRUTTURA DI UN CANALE TELEVISIVO GENERALITA’

L’immagine inquadrata dalla telecamera viene messa a fuoco sulla superficie fotosensibile del tubo da ripresa e quindi analizzata secondo linee orizzontali, con una tecnica identica a quella che viene usata per ricostruire l’immagine nel televisore. L’analisi di ciascuna riga consiste nel misurare la luminosità, punto dopo punto, muovendosi da sinistra verso destra. Il segnale elettrico che si ottiene in questo modo, detto LUMINANZA, oscilla tra due livelli corrispondenti al NERO (luminosità nulla) e al BIANCO (luminosità massima). Alla fine di ogni riga, durante i ritorni, vengono aggiunti al segnale di luminanza gli impulsi di sincronismo di riga, che si trovano oltre il nero. Il segnale di luminanza, sommato agli impulsi di sincronismo, forma il SEGNALE VIDEO COMPOSITO. Nello standard televisivo più diffuso in Europa, ogni quadro viene analizzato con 625 linee, in due tempi, durante i quali sono analizzate 312,5 righe, alternativamente quelle dispari (1,3 ..) e quelle pari (2,,4,…). Tale modo di analisi è detto a QUADRI INTERLACCIATO, che permette di contenere lo sfarfallio dell’immagine ricostruita al ricevitore senza incrementare le frequenze di scansione. Quindi il numero di quadri completi analizzati in un secondo è di 25, mentre la frequenza di scansione verticale, per effetto dell’interlacciamento, risulta di 50 Hz.

SEGNALE VIDEO

La trasmissione dell’informazione video viene effettuata modulando in ampiezza un segnale sinusoidale (PORTANTE VIDEO), di frequenza notevolmente superiore a 5 MHz, mantenendo allineati gli impulsi di sincronismo in modo da poter identificare, al ricevitore, i livelli del bianco e del nero. La portante video viene “modulata negativamente” per i vantaggi già descritti in precedenza. La portante video raggiunge la minima ampiezza di (10%) per il livello del bianco mentre in corrispondenza dei livelli del nero (70%), di spegnimento (75%) e dei sincronismi raggiunge il 100%. Il segnale video, in base a quanto visto per la modulazione di ampiezza, occuperebbe una banda di frequenza pari al doppio della massima frequenza modulante, cioè 10 MHz (2 x 5 MHz). Allo scopo di aumentare il numero dei canali utilizzabili, si opera una soppressione parziale della banda laterale inferiore raggiungendo così una larghezza di canale video di 6 MHz.

SEGNALE CROMATICO

Si premette che la massima frequenza contenuta nel segnale video viene valutata di 5 MHz. Nel caso di trasmissioni a colori, entrambi i sistemi PAL e SECAM utilizzati in Europa, per essere compatibili con lo standard bianco/nero, devono impiegare la stessa larghezza di banda già usata dal segnale di luminanza per inserire l’informazione cromatica. L’informazione del colore si avvale di due segnali che hanno frequenze comprese tra 0 e 1,2 MHz. Questi segnali non vengono sommati direttamente a quello della “luminanza”, nel sistema PAL, vanno prima a modulare in ampiezza e fase un segnale sinusoidale (sottoportante di crominanza) del valore di 4,43361875 MHz. I prodotti di questa modulazione, ovvero le bande laterali, vengono sommati al segnale di luminanza, mentre la sottoportante di crominanza viene soppressa. Per permettere una agevole ricostruzione al ricevitore si trasmette “un treno” a frequenza della sottoportante, avente una durata di 10 periodi (burst), che viene disposto sul piedistallo posteriore dell’impulso di sincronismo di riga

Il segnale video, nel caso di trasmissioni a colori, continua perciò ad occupare le frequenze che vanno da 0 a 5 MHz, mentre la sua ampiezza rimane contenuta entro i livelli del bianco e dei sincronismi.

SEGNALE AUDIO

Mentre l’informazione audio che accompagna l’immagine viene effettuata modulando in frequenza la portante audio (Pa). Questa deve trovarsi, assieme ai prodotti di modulazione, al di fuori del canale video, ma più possibile vicino ad esso. Per soddisfare queste condizioni viene assunta, per la portante audio, una frequenza superiore a quella della portante video esattamente a 5,5 MHz. Essendo la massima frequenza modulante di 10 KHz e la deviazione massima di frequenza di (rf) di 50 KHz, la larghezza del canale audio risulta di circa 120 KHz. Adottando le due bande di guardia alle estremità dello spettro di frequenza occupate dalle informazioni video e audio, la larghezza del canale televisivo ammonta complessivamente a 7 MHz. Tale è quindi la distanza minima che deve separare due canali adiacenti: questo valore viene assunto come distanza tra i canali televisivi irradiati nella gamma VHF. Per la gamma UHF, a causa della minore selettività che i gruppi di sintonia presentano alle alte frequenze, la distanza di separazione viene innalzata a 8 MHz.

PROPAGAZIONE DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE

Consideriamo i percorsi attraverso cui l’energia irradiata da un’antenna trasmittente può raggiungere un’antenna ricevente.

PER ONDA DI SUPERFICIE

Essa ha importanza soprattutto nel campo delle onde medie e lunghe. Infatti, se nella banda VLF (3÷30 KHz) le onde si propagano in superficie senza apprezzabile attenuazione per migliaia di chilometri, al crescere della frequenza aumentano le perdite causate dal terreno e la propagazione è possibile solo su distanze progressivamente inferiori. l’attenuazione del campo e.m. è maggiore per la polarizzazione verticale che orizzontale, inoltre, l’attenuazione del terreno è maggiore che sull’acqua. A frequenze superiori diminuisce l’effetto delle caratteristiche del suolo e della polarizzazione, però si fa sentire l’influenza sia delle irregolarità del terreno sia della rifrazione della troposfera.

PER ONDA DIRETTA

E’ il principale modo di propagazione per le frequenze maggiori 30 MHz. Si verifica quando il ricevitore è nella visuale del trasmettitore, nella regione di atmosfera non ionizzata. La propagazione è molto simile a quella che si ha nello spazio libero, però la presenza di atmosfera modifica le caratteristiche della propagazione. La presenza dell’atmosfera causa un incurvamento della direzione di propagazione, dovuto al variare dell’indice di rifrazione con l’altezza. L’incurvamento può consentire comunicazioni fra punti oltre all’orizzonte ottico determinato dalla curvatura della terra.

PER ONDA RIFLESSA

Si verifica quando il terreno o altri ostacoli o la troposfera riflettono l’onda trasmessa nella direzione del ricevitore. La propagazione dipende dalle caratteristiche della superficie riflettente e può rappresentare una possibile comunicazione quando il ricevitore non è nell’angolo visivo del trasmettitore.

PER ONDA IONOSFERICA

Si verifica quando il percorso fra il trasmettitore e ricevitore interessa la ionosfera, dalla quale è riflessa l'onda incidente. Consente la trasmissione di energia elettromagnetica in modo regolare a grande distanza dal trasmettitore nella banda di frequenze HF (3÷30 MHz). La ionosfera è quella parte dell’atmosfera in cui sono presenti ioni ed elettroni in numero sufficienti da influire sulla propagazione delle onde e.m.; si trova ad un’altezza dal suolo di oltre 50 Km. 5)

PER DIFFRAZIONE E SCATTERING

La DIFFRAZIONE è il fenomeno per cui un’onda, intercettata da un ostacolo o dal bordo di un oggetto, è reirradiata sotto forma di onde elementari emesse nel punto di incidenza (principio di Huyghens). Pertanto le onde e.m. possono raggiungere un ricevitore R che si trova oltre l’angolo visivo del trasmettitore, limitato dalla curvatura terrestre.

LO SCATTERING (o diffusione)

E’ il fenomeno per cui un’onda e.m. viene diffusa nelle varie direzioni da molecole, particelle e irregolarità del terreno, dell’atmosfera non ionizzata o dalla ionosfera. Come la diffrazione, anche lo scattering nella troposfera o nella ionosfera consente le comunicazioni oltre la linea dell’orizzonte in alta frequenza (oltre 30 MHz).

FADING

Si definisce fading o affievolimento la fluttuazione casuale del segnale ricevuto. Esso è dovuto a: Attenuazione variabile del segnale a causa delle variazioni nel tempo delle caratteristiche del mezzo di propagazione. L’attenuazione dovuta all’assorbimento di energia da parte del mezzo può variare da un’ora ad un’altra; Interferenza fra onde che arrivano al ricevitore seguendo percorsi diversi. Si tratta di variazioni rapide che influiscono sulle caratteristiche non solo di ampiezza ma anche di frequenza del segnale.

RUMORE

Il rumore (o noise) è un segnale, di andamento casuale nel tempo, che si sovrappone al segnale utile e pertanto ne influenza l’intelligibilità; pertanto si ha un limite al di sotto del quale il segnale utile non è più rilevabile in modo soddisfacente. Il rumore può essere di origine ESTERNA quando è causato da onde e.m. prodotte da scariche atmosferiche, la sua energia è distribuita al di sotto di 50 MHz, oppure di origine INTERNA quando dipende dalle caratteristiche intrinseche dei componenti dei circuiti. Il RAPPORTO Segnale /Rumore (S/N) è definito come il rapporto (espresso in dB) fra la potenza del segnale utile e la potenza del rumore.

La distinzione fra zona di “campo di radiazione” e “campo di induzione” o (campo vicino) dipende dalle dimensioni della sorgente e dalla lunghezza d’onda. Per dimensioni della sorgente si deve intendere la massima dimensione lineare della sua parte radiante (D). Si consideri la distanza Rl, definita come la maggiore fra le due quantità.

CAMPO DI RADIAZIONE

Campo di interesse per le telecomunicazioni dove la distanza dalla sorgente è maggiore di Rl. In tale spazio l’energia emessa dall’antenna, lascia definitivamente la sorgente, allontanandosene a velocità V (freq.•l) tramite i meccanismi di generazione mutua fra il campo elettrico e magnetico. I fronti d’onda (superfici sulle quali i campi vibrano con la stessa fase) sono superfici concentriche con il centro sull’antenna. Il campo elettrico E ed magnetico H sono perpendicolari fra di loro e perpendicolari alla direzione di propagazione; cioè E ed H giacciono sul piano tangente al fronte d’onda. Il piano individuato dalla direzione di propagazione e dal vettore E si dice PIANO DI POLARIZZAZIONE. Se tale piano non muta giacitura al passare del tempo e l’onda si propaga, l’onda è detta Polarizzazione Rettilinea. Se invece il vettore E ( e quindi in ogni caso anche H perpendicolare ad E) ruota al passare del tempo e all’avanzare del fronte d’onda compie una rotazione completa in un periodo T si dice che l’onda ha Polarizzazione Ellittica. Se in particolare, i vettori E ed H ruotano mantenendo il modulo costante si parla di Polarizzazione Circolare.

IL CAMPO DI INDUZIONE

Distanza dalla sorgente minore di Rl. La zona di campo induttivo risulta praticamente confinata nei pressi dell’antenna si ha che ad esso non è associata potenza irradiata. Il generatore non è soggetto ad una continua erogazione di energia. Solo se nel campo induttivo sono presenti corpi dissipativi, ci sarà passaggio di energia dal generatore al campo e da questo al corpo. Il campo elettrico e magnetico assumono configurazioni molto complesse, essi non risultano legati da un rapporto costante, né esiste una maniera semplice per dedurre l’uno dall’altro. Questa zona è di grande importanza protezionistica poiché qui si presentano i valori più elevati del campo elettrico e magnetico.

Determinazione del campo lontano prodotto da sorgenti

Espressioni generali In questo paragrafo si farà riferimento a propagazione a grande distanza. Questo è forse un caso semplice ma certamente utile per un’analisi qualitativa, a patto di utilizzare le formule con opportuna cautela, qualora ci si riferisca a situazioni differenti. a grande distanza ovvero per r »l e r » D portano alle seguenti espressioni:

Le intensità di E ed H sono legate dalla relazione

Dal teorema di Poynting si ottiene:

E ^ H (w/m²)

S : valore medio, in un periodo, della potenza che attraversa l’unità di superficie normale alla direzione di propagazione.

La potenza Pi emessa da un’antenna che irradi ugualmente in tutte le direzioni (antenna isotropica), può essere messa in relazione con la densità di potenza S e con il campo elettrico E. Ad una distanza r dall’antenna, la potenza si distribuisce su una superficie sferica di raggio r, si ha

E.R.P. = P*G definito come potenza effettiva irradiata (Effective Radiated Power ) Otteniamo

Noti quindi il guadagno e la potenza che alimenta l'antenna sì ottiene il campo elettrico in un punto dello spazio. Possiamo scrivere la formula precedente in una più conveniente, esprimendo la potenza in Kw, la distanza in Km e il campo elettrico in mV/m G : guadagno dell’antenna Tx rispetto al radiatore isotropico.

cconti

MODULAZIONE DI AMPIEZZA GENERALITA’

La modulazione consiste nel modificare le caratteristiche di un segnale detto PORTANTE (carrier), in funzione di un altro segnale, detto MODULANTE (modulating signal), la forma d’onda che si ottiene è detta SEGNALE MODULATO (modulated signal). La demodulazione consiste nel processo con cui dal segnale modulato si estrae il segnale modulante. Lo scopo della modulazione è di trasformare un segnale in un altro di forma più opportuna, in modo da renderlo atto ad essere trasmesso a distanza.

CARATTERISTICHE DELLA MODULAZIONE DI AMPIEZZA (A.M.)

Consiste nel variare nel tempo, l’ampiezza di un segnale, detto PORTANTE in funziona del segnale detto MODULANTE. La modulazione A.M. è largamente diffusa per i vantaggi che offre: semplicità dei circuiti di modulazione e demodulazione e buona utilizzazione dello spettro.

Segnale modulante:

Segnale portante:

Segnale modulato in ampiezza avrà espressione:

dove il fattore di proporzionalità Ka determina la massima variazione di ampiezza Ka *Vm causata dal segnale modulante in ampiezza Vm.

Possiamo riscrivere la precedente relazione del segnale modulato

L’indice di modulazione m è compreso fra 0 e 1 (0% ÷ 100%). Se m > 1 l’onda modulata è distorta (sovramodulazione). Quando la modulazione è asimmetrica, possiamo definire:

SPETTRO DI UN’ONDA MODULATA IN AMPIEZZA

Possiamo riscrivere la relazione dell’onda modulata A.M. in una forma più utile

da cui si deduce lo spettro di frequenza dell’onda modulata.

Il 1° termine è la portante di frequenza fp;

il 2° è di freq. (fp - fm) detto RIGA LATERALE INFERIORE;

il 3° è di freq. (fp + fm) detto RIGA LATERALE SUPERIORE

Spettro di un'onda modulata in ampiezza

Più in generale, in presenza di un segnale complesso si parla di banda laterale inferiore e banda laterale superiore

POTENZA DI UN’ONDA MODULATA IN AMPIEZZA Se indichiamo Pp la potenza della portante, le righe laterali destra e sinistra, che portano l’informazione, sono caratterizzate da una potenza:

La potenza relativa all’onda modulata è :

Si nota che al massimo, ogni riga laterale porta un quarto della potenza della portante. MODULAZIONE A DOPPIA BANDA, CON SOPPRESSIONE DELLA PORTANTE (DSB) E’ caratterizzata dalla soppressione della portante.

Questo tipo di modulazione consente di risparmiare potenza, senza pregiudicare la trasmissione dell’informazione che è contenuta nelle bande laterali.

La potenza di picco necessaria per trasmettere il segnale modulante è un quarto di quella necessaria nella AM convenzionale; infatti l’espressione di un segnale DSB è la seguente:

L’inconveniente della DSB consiste nella necessità di ricostruire la portante in ricezione, per permettere la demodulazione, ed è difficile il reinserimento esatto, senza che si abbiano distorsioni. Spesso in pratica, non si elimina completamente la portante, ma la si trasmette ad un livello ridotto, in modo da facilitare la reintegrazione in ricezione.

MODULAZIONE A BANDA LATERALE UNICA (S.S.B.)

In questo tipo di modulazione, indicata anche come BLU (banda laterale Unica) o SSB (Single Side Band), si sopprimono la portante ed una banda laterale; si hanno la LSB (Lower Side Band), quando si trasmette la banda laterale inferiore, e la USB (Upper Side Band), quando si trasmette la banda laterale superiore.

La soppressione di una banda, oltre che della portante, è possibile in quanto tutta l’informazione è portata da ciascuna delle due bande laterali, e pertanto l’eliminazione di una non pregiudica il contenuto.

L’espressione di un’onda modulata in SSB (caso di USB) è :

Si rappresenta la forma d’onda e lo spettro di un’onda modulata in SSB.

I vantaggi della modulazione SSB sono:

1) La potenza di picco necessaria per trasmettere un’informazione in SSB è più bassa di quella necessaria in DSB ed in AM convenzionale;

2) La banda occupata è la metà che in DSB ed in AM;

3) Sono minimi gli effetti dell’affievolimento (fading); L’inconveniente della SSB è lo stesso della DSB: difficoltà a reinserire la portante, in modo da potere demodulare il segnale trasmesso senza distorsione.

La SSB è usata nelle trasmissioni audio in cui interessa solo l’intelligibilità. Infatti in questo caso la tolleranza è più ampia.

La convenienza dell’uso della SSB nei confronti della AM convenzionale dipende dalle applicazioni: impiegando la SSB è più complesso il ricevitore, ma più piccolo e semplice in trasmettitore.

Ad esempio nelle radiodiffusioni, in cui un solo trasmettitore deve servire moltissimi ricevitori, la AM convenzionale è largamente usata; nel caso invece in cui è necessario la presenza di un trasmettitore semplice si impiega la modulazione SSB.

MODULAZIONE DI AMPIEZZA A BANDA LATERALE PARZIALMENTA SOPPRESSA (VSB)

E’ detta anche VSB, (Vestigial Side Band).

La VSB può essere ritenuta derivata dalla DSB (Double Side Band) nel senso che un’onda modulata in DSB viene fatta passare attraverso un filtro PASSA ALTO.

La VSB ha caratteristiche intermedie fra DSB e SSB, a seconda del tipo di filtro usato.

Rispetto alla AM convenzionale si hanno i seguenti vantaggi:

La banda occupata è ridotta;

La potenza richiesta per trasmettere l’informazione è inferiore.

La VSB è usata nelle trasmissioni televisive, in cui sono importanti la riduzione della banda occupata, già di per se molto ampia, e la semplicità del demodulatore.

In particolare nelle trasmissioni TV avviene la modulazione negativa in cui l’ampiezza del segnale modulato è tanto minore dell’ampiezza della portante quanto maggiore è il segnale modulante.

Si fanno corrispondere le zone più luminose dell’immagine al 10% dell’ampiezza della portante non modulata, e tale valore è detto livello del bianco.

Il livello del nero, corrispondente alle zone più scure dell’immagine, è uguale al 75% dell’ampiezza della portante non modulata.

La modulazione negativa usa per i seguenti motivi:

I disturbi, sovrapponendosi al segnale ne aumentano il livello, spostandolo verso la regione del nero comportando un effetto meno sgradevole di un aumento della luminosità che si avrebbe se la modulazione fosse positiva.

Il trasmettitore irradia la massima potenza solo in corrispondenza degli impulsi di sincronismo e si ha pertanto un risparmio di potenza rispetto alla modulazione normale.

Il segnale portante può essere rappresentato dalla relazione

L’angolo della portante può essere variato in due modi:

1) Variando la frequenza w=2pfreq; si ottiene la Modulazione di Frequenza (FM)

2) Variando la fase q si ottiene la modulazione di fase PM (Phase Modulation) MODULAZIONE DI FREQUENZA

La modulazione di frequenza si ottiene variando la frequenza istantanea della portante in funzione dell’informazione.

Indichiamo il segnale modulante:

La pulsazione e la frequenza istantanee della portante diventano:

(dividiamo per 2p)

Kf : rappresenta la costante di proporzionalità caratteristica del modulatore;

DEVIAZIONE DI FREQUENZA: Indica la massima differenza fra la frequenza della portante modulata e la frequenza della portante non modulata.

Più in generale possiamo rappresentare un segnale modulato in frequenza con la seguente relazione

Il rapportoDf/fm = mf è detto INDICE DI MODULAZIONE

LO SPETTRO di un segnale modulato in FM si ottiene sviluppando la relazione precedente in serie di BESSEL.

Il 1° termine rappresenta la portante; gli altri termini rappresentano le componenti laterali, spaziate le une dalle altre di wm e di ampiezza determinata dalle funzioni di Bessel.

Le funzioni di Bessel, quindi l’ampiezza delle componenti laterali, sono funzione dell’indice di modulazione mf

Osservazioni:

1) Le ampiezze delle componenti laterali sono funzioni di mf . Pertanto, se mf è piccolo (<0,5), solo le righe laterali di frequenza (fP-fm) e (fP+fm) hanno ampiezza non trascurabile; al crescere di mf divengono apprezzabili anche le altre componenti. - A parità di fm , al crescere dell’ampiezza della modulante, Df e mf aumentano e perciò lo spettro comprende un numero sempre maggiore di componenti; A parità dell’ampiezza della modulante, al crescere della frequenza della frequenza modulante fm, mf diminuisce e perciò lo spettro comprende sempre meno componenti;

2) L’ampiezza della portante varia come J0 (mf); pertanto, per alcuni valori di mf detti ZERI DI BESSEL, la portante scompare. Il primo zero si ha per mf = 2,4. Lo spettro di un segnale FM ha teoricamente una larghezza infinita; però in pratica, le componenti marginali di ampiezza inferiori all’1% della portante non sono significative e pertanto la banda occupata è limitata.

La larghezza di banda approssimativamente risulta:

Nelle trasmissioni F.M. comunemente è : (Df)max = 75 KHz (fmax) = 15 KHz

Quindi la banda B = 180 KHz

Considerazioni energetiche

L’ampiezza della portante non varia in presenza della modulazione e pertanto la potenza totale relativa alla portante e alle bande laterali è uguale alla potenza trasmessa in assenza di modulazione. Al variare dell’indice di modulazione mf varia la distribuzione dell’energia fra la portante e le componenti laterali.

Fiab

MODULAZIONE DI FASE

La modulazione di fase si ottiene variando, in funzione del segnale modulante, l’angolo della fase qnella relazione :

Se il segnale modulante vale

Si ha

Doveq0 fase della portante in assenza di modulazione;

KP : costante di proporzionalità caratteristica del modulatore

DqDeviazione di fase, indica il valore massimo della variazione di fase introdotta dalla modulazione.

Supposto che la fase inizialeq0 = 0

L’espressione della portante modulata in fase diventa:

Più in generale si ha

Si ricava che la frequenza istantanea di un segnale modulato in fase è:

Spesso il prodotto Dq fm è chiamato indice di modulazione di frequenza della modulazione di fase, in quanto indica la massima deviazione di frequenza che subisce la portante quando viene modulata in fase. La deviazione di frequenza Dq fm non dipende solo dall’ampiezza della modulante, ma anche dalla frequenza della modulante stessa (questa è la principale differenza fra la modulazione di fase e la modulazione di frequenza).

LO SPETTRO

Lo spettro di un segnale modulato in fase, si ottiene in modo analogo a quanto fatto per un segnale modulato in frequenza. La larghezza di banda è data approssimativamente dalla relazione :

Conversione della modulazione di fase in modulazione di frequenza e viceversa Se si modula in fase non con l’informazione ma con il suo integrale, si ottiene un segnale modulato in frequenza. Per ottenere invece un segnale PM mediante un modulatore FM, occorre modulare in FM con la derivata del segnale modulante.

accMISURE

Consideriamo un generico quadripolo

Il rapporto tra due tensioni V1 e V2 oltre che ad essere espresso in numero di volte può essere espresso sotto forma logaritmica.

Nel caso interessa fare riferimento a potenze P1 e P2 l’espressione diventa:

Si dimostra che il guadagno in tensione coincide con il guadagno in Potenza: ricordiamo che

Per la misura dei segnali a radiofrequenza è usato il dBm. Cioè il rapporto di potenza in dB rispetto alla potenza di 1 mW.

Per le misure di livello è usato è usato il dBmv

Quindi uno stesso segnale può essere misurato sia in dBm che in dBmv. Per convertire l’uno all’altro si usa la seguente relazione

Dimostrazione: 0 dBm corrisponde ad 1 mW pertanto:

ed esprimendo la tensione V in dBmv si ha

Per le conversioni di cui sopra vengono usate apposite tabelle & Fiabe

ATTENUAZIONE DI TRATTA

In un circuito radio costituito da un’antenna trasmittente isotropa, dal mezzo di propagazione e da un’antenna ricevente, anch’essa isotropa, è definita attenuazione di tratta il seguente rapporto:

Potenza irradiata dal Trasmettitore ( Pi)

Potenza del segnale all’antenna ricevente senza perdite circuitali ( Pa)

Ad una distanza (d) molto maggiore della lunghezza d’onda l la potenza disponibile ai terminali dell’antenna ( Pa) è data da:

Esprimendo in dB

Oppure una formula più utile

I risultati di tali espressioni si trovano sotto forma di tabelle.ti & Fiabe

Radiatore Isotropico: Antenna che irradia la potenza ugualmente in tutte le direzioni.

In pratica, l’intensità del campo irradiato dalle antenne reali varia con la direzione; il comportamento è rappresentato mediante i solidi di radiazione ed i diagrammi di radiazione.

SOLIDO DI RADIAZIONE:

Si costruisce riportando, con l’origine nell’antenna, nelle diverse direzioni segmenti di lunghezza proporzionale alle intensità di campo E nelle direzioni stesse, misurate su una superficie sferica di raggio r.

DIAGRAMMI DI RADIAZIONE:

Sono curve che si ottengono sezionando il solido di radiazione con opportuni piani.

ANGOLO DI APERTURA

L’angolo di apertura acaratterizza la capacità di un’antenna di concentrare l’energia.

Esso è definito come l’angolo entro cui il campo irradiato non scende al disotto di

Con EM indichiamo il campo nella massima direzione di radiazione.

Nelle direzioni racchiuse entro quest’angolo, la densità di potenza (S), è maggiore o uguale alla metà della densità di potenza emessa nella direzione di massima radiazione. Infatti quest’angolo è detto anche “angolo di apertura a metà potenza”.

GUADAGNO DI UN’ANTENNA

Si definisce guadagno G di un’antenna nella direzione di massima direzione il rapporto fra la potenza che dovrebbe essere irradiata da un’antenna isotropica e la potenza dell’antenna reale in esame perché si ottenga lo stesso campo ad una determinata distanza nella direzione di massima radiazione.

Considerato che il radiatore isotropico irradia con uguale intensità in tutte le direzioni, il guadagno G può essere definito anche come rapporto della densità di potenza irradiata nella direzione di massima irradiazione e la densità di potenza media irradiata.

G = Densità di potenza nella direzione di massima radiazione/ Densità di potenza media irradiata

Il guadagno può essere espresso in dB G(dB) = 10 Log G

Il guadagno indica la direttività di un’antenna, cioè la capacità dell’antenna di irradiare energia concentrandola in una direzione desiderata.

RENDIMENTO DI UN’ANTENNA

Si definisce rendimento ha dell’antenna il rapporto fra la potenza irradiata Pi e la potenza di alimentazione Pa che il generatore fornisce all’antenna.

Pi < Pa a causa delle perdite dovute: alla resistenza a radiofrequenza dei conduttori costituenti l’antenna; alle potenze assorbite da eventuali parti metalliche poste in prossimità dell’antenna.

RESISTENZA DI RADIAZIONE (Ri)

Si definisce Ri il rapporto fra la potenza irradiata Pi ed il quadrato del valore efficace della corrente nel punto dell’antenna in cui la corrente è massima. Tiene conto della potenza dissipata per effetto Joule.

AREA EFFICACE (Aeff) DI UN’ANTENNA RICEVENTE

L’area efficace di un’antenna Aeff detta anche superficie equivalente, è definita come il rapporto fra la potenza Pu disponibile all’uscita dell’antenna, quando l’antenna sia orientata nella direzione di massima ricezione, e la densità di potenza S dell’onda incidente:

Pu : si intende la potenza fornita dall’antenna al carico, quando questa sia adattata al carico. L’area efficace e il guadagno di un’antenna sono legati dalla seguente relazione.

E’ possibile determinare la potenza disponibile all’uscita di un’antenna ricevente, di guadagno Gr, posta nello spazio libero, a distanza r da un’antenna trasmittente di guadagno Gt, e che irradi una potenza Pi; le due antenne devono essere orientate nelle direzioni, rispettivamente, di massima ricezione e di massimo guadagno.

ANTENNE RICEVENTI

Le antenne in ricezione hanno le stesse caratteristiche che in trasmissione, solo che captano energia elettromagnetica dall’onda che le investe; valgono le stesse relazioni già viste per quelle trasmittenti.

Nei riguardi del carico Zl, un’antenna ricevente si comporta come un generatore di forza elettromotrice V ed impedenza interna Za.

La forza elettromotrice V è data dalla relazione:

heff : Altezza efficace dell’antenna; E : Campo elettrico incidente sull’antenna

L’ALTEZZA EFFICACE è definita come la grandezza per cui moltiplicare il campo E per ottenere la f.e.m. indotta V, dipende dalle caratteristiche dell’antenna. L’antenna fornisce al carico la massima potenza quando si è in condizioni di adattamento, cioè quando: La componente resistiva del carico è uguale alla componente resistiva dell’antenna; La componente reattiva del carico annulla la componente reattiva dell’antenna.

POTENZA MASSIMA UTILE La potenza che capta dall’antenna: La potenza massima trasferita al carico è ½ Pa