Le antenne possono essere considerate il componente più essenziale dei moderni sistemi di comunicazione che consentono la trasmissione e la ricezione delle onde elettromagnetiche su lunghe distanze o nelle vicinanze. Le antenne sono disponibili in diverse forme e configurazioni per adattarsi alle diverse applicazioni, come antenne a tromba, antenne paraboliche, antenne yagi, antenne a pannello, antenne elicoidali, ecc. Questo articolo si propone di fornire una comprensione approfondita delle antenne a pannello e delle antenne yagi e del loro confronto.
Panoramica delle antenne
In termini semplici, un'antenna è un dispositivo utilizzato per ricevere o trasmettere segnali convertendo l'energia elettrica in onde elettromagnetiche e viceversa, consentendo così la comunicazione. Le antenne sono il dispositivo di collegamento tra un trasmettitore e lo spazio libero o tra lo spazio libero e un ricevitore in un sistema di comunicazione. La qualità del sistema di comunicazione, in particolare la comunicazione wireless, dipende in larga misura dalla qualità e dalle prestazioni dell'antenna. Ci sono alcuni parametri di un'antenna, come la gamma di frequenze di lavoro, il guadagno, la direttività, la polarità, ecc. che determinano le prestazioni dell'antenna. Le antenne sono classificate in diversi tipi in base alla loro struttura fisica, ai modelli di radiazione, alle frequenze operative, ecc. Di seguito sono descritti brevemente alcuni dei tipi più comuni di antenne.
Antenna periodica logica: Un tipo di antenna a fascio stretto multielemento e direzionale che funziona su un'ampia gamma di frequenze. Queste antenne sono tipicamente utilizzate per applicazioni in cui è richiesta una larghezza di banda variabile, oltre a guadagno e direttività dell'antenna.
Antenne a filo: Uno dei tipi più semplici di antenne che utilizzano fili conduttori per trasmettere e ricevere segnali radio. Possono essere antenne a dipolo o a monopolo. Vengono utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni come la radiodiffusione, le comunicazioni wireless e le applicazioni radio o montate su veicoli, navi, edifici, ecc.
Antenne ad apertura: Questo tipo di antenna ha una o più fessure incise sulla superficie per ammettere i segnali. Sono tipicamente utilizzate nelle frequenze a microonde e possono essere impiegate per applicazioni come satelliti, aerei e veicoli spaziali.
Antenne a riflettore: Possono essere antenne paraboliche o antenne angolari che utilizzano una superficie riflettente curva per concentrare le onde radio o altre onde elettromagnetiche. Sono utilizzate principalmente come antenne feeder e sono impiegate in applicazioni come la comunicazione satellitare, i sistemi radar, ecc.
Antenne a microstriscia: Si tratta di un'antenna piatta che consiste in un patch metallico stampato su un substrato sottile. Sono tipicamente utilizzate nei dispositivi elettronici per le loro dimensioni ridotte e compatte, la facilità di installazione e la leggerezza.
Antenne a schiera: Questo tipo presenta più antenne di piccole dimensioni disposte in modo specifico per funzionare come un'unica antenna. Sono facilmente personalizzabili e quindi utilizzate per applicazioni ad alto guadagno che richiedono il controllo del diagramma di radiazione.
Che cos'è un'antenna a schermo piatto?
Un'antenna a pannello piatto è un antenna direzionale che ha un dipolo posto davanti a un riflettore piatto. Hanno un'ampia superficie che fornisce un elevato guadagno e l'ampiezza del fascio di luce ristretto aiuta a ridurre al minimo le interferenze di altri segnali. Le antenne a pannello piatto sono utilizzate per applicazioni quali reti Wi-Fi, reti cellulari, sistemi RFID e TVCC. Un'antenna a pannello è costruita da più elementi disposti a griglia, ciascuno dei quali è costituito da un dipolo individuale posto davanti a un riflettore condiviso. Ogni elemento o pannello è responsabile della trasmissione o della ricezione di segnali in una direzione specifica.
Che cos'è un'antenna Yagi?
Un'antenna yagi è un'antenna direzionale con un dipolo come elemento di guida che funge da sorgente ed elementi parassiti che sono riflettori e direttori collegati lungo la lunghezza. Gli elementi parassiti ridiffondono i loro segnali in una fase leggermente diversa da quella dell'elemento guida, rafforzando così il segnale in alcune direzioni e annullandolo in altre. Le antenne Yagi sono tipicamente utilizzate per le trasmissioni radiotelevisive, i sistemi di comunicazione wireless, le comunicazioni punto-punto e la ricezione a lungo raggio.
Principali differenze tra le antenne a pannello piatto e le antenne Yagi
Design e struttura: Le antenne a pannello piatto sono piatte e di forma rettangolare con un riflettore condiviso ed elementi radianti disposti all'interno del pannello in uno schema a griglia. Le antenne Yagi hanno un elemento di guida, un riflettore e più elementi direttori disposti lungo un elemento di fascio fisso in un array lineare.
Principio di funzionamento: Le antenne a pannello funzionano collegando più elementi radianti a una rete di alimentazione che fornisce energia all'antenna. Questi elementi sono disposti in diverse configurazioni per ottenere il modello di direttività desiderato. Un'antenna yagi funziona grazie all'elemento motore che genera onde elettromagnetiche e all'elemento riflettore posto dietro l'elemento motore che riflette tali onde in avanti. I direttori posti nella parte anteriore dirigono e focalizzano le onde riflesse in avanti.
Gamma di frequenza e larghezza di banda: Sia le antenne a pannello piatto che le antenne yagi sono disponibili in un'ampia gamma di frequenze e larghezze di banda. Le frequenze operative variano a seconda dei fornitori e dei produttori. In genere, le antenne a pannello sono disponibili tra 400 e 8000 MHz e le antenne yagi tra 30 e 3000 MHz. Le antenne a pannello hanno un diagramma di radiazione ampio con una larghezza di fascio ampia, mentre le antenne yagi hanno un diagramma di radiazione stretto con una larghezza di fascio più focalizzata.
Guadagno e direttività: Le antenne yagi e le antenne a pannello sono entrambe antenne direzionali, ma le antenne a pannello hanno un guadagno inferiore rispetto alle antenne yagi. Con un fascio più focalizzato, le antenne yagi possono trasmettere segnali a una distanza maggiore.
Installazione e portabilità: Le antenne a pannello piatto hanno un design minimalista che le rende comode da montare su diverse superfici. Possono essere utilizzate sia per applicazioni fisse che portatili. Le moderne antenne yagi sono disponibili in dimensioni compatte, a differenza di quelle che in passato erano lunghe, e possono quindi essere installate facilmente. Hanno un equipaggiamento accessibile e possono essere montate facilmente. Le antenne Yagi sono tipicamente utilizzate per applicazioni fisse, ma possono essere personalizzate.
Dimensioni e spedizione: Le antenne a pannello piatto e le antenne yagi sono disponibili in diverse dimensioni. Le antenne a pannello hanno un design più compatto e quindi possono essere spedite facilmente. Le antenne yagi, anche se molto più ingombranti con elementi estesi sui lati, possono essere per la maggior parte decostruite e imballate e quindi spedite comodamente.
Vantaggi e svantaggi delle antenne Yagi
Vantaggi:
- Alto guadagno e altamente direzionale
- Attrezzature convenienti
- Facile da costruire, installare e mantenere
Svantaggi:
- Larghezza di banda e gamma di frequenza piuttosto limitate
- L'antenna è piuttosto lunga per ottenere guadagni più elevati.
- Mobilità limitata
Vantaggi e svantaggi delle antenne a schermo piatto
Vantaggi:
- Versatile per applicazioni fisse e mobili
- Design snello e a basso profilo
- Larghezza di fascio più ampia
- Funziona a frequenze ultra-elevate (adatto per applicazioni in tempo reale)
Svantaggi:
- Gamma limitata
- Guadagno inferiore
- Maggiore complessità nella progettazione e nella manutenzione.
Come scegliere l'antenna giusta
Requisiti di prestazione: Occorre considerare i fattori chiave delle prestazioni, come le frequenze operative, la larghezza di banda, il guadagno dell'antenna, la polarizzazione, ecc. Per le applicazioni ad altissima frequenza, le antenne a pannello sono migliori delle antenne yagi. Allo stesso modo, per le distanze più brevi o per le applicazioni in cui il guadagno elevato è meno critico, sono più indicate le antenne a pannello piatto. Per garantire un trasferimento efficiente della potenza e una riflessione minima del segnale, è necessario considerare anche il rapporto di tensione dell'onda stazionaria.
Vincoli fisici: È importante considerare lo spazio disponibile e le opzioni di montaggio. Le antenne Yagi sono in genere più lunghe, mentre le antenne a pannello hanno una superficie maggiore. La forma e le dimensioni adatte devono essere considerate insieme ai parametri di prestazione.
Fattori ambientali: A seconda della posizione, l'antenna deve essere in grado di resistere alle condizioni ambientali. Le antenne a pannello sono in genere più resistenti alle interferenze del vento e di altri fattori ambientali. Le antenne Yagi, con il loro braccio lungo e la struttura estesa del rivelatore, possono avere prestazioni più influenzate dal vento.
Analisi dei costi: Un altro parametro fondamentale da considerare è il costo. Il costo iniziale di acquisto e installazione, il costo di funzionamento e il ritorno sull'investimento sono i fattori principali da considerare quando si decide tra antenne a pannello piatto e antenne yagi.
Conclusione
In sintesi, le antenne svolgono un ruolo fondamentale nei sistemi di comunicazione e nella loro efficienza. Le antenne a pannello piatto e le antenne yagi sono due dei tipi di antenne comunemente utilizzati. In questo articolo sono state analizzate le caratteristiche specifiche di ciascuna antenna e il loro confronto con le altre. Le caratteristiche delle prestazioni, i vincoli fisici, la fattibilità dell'installazione e della manutenzione, i fattori ambientali, il costo, ecc. sono alcuni dei fattori che devono essere presi in considerazione quando si sceglie un'antenna. È fondamentale scegliere l'antenna giusta per garantire le prestazioni ottimali di un'applicazione.
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