Che cos'è un'antenna UHF?

L'antenna UHF è un dispositivo che riceve e trasmette segnali nella gamma delle frequenze ultra-elevate, che in genere è considerata compresa tra 300 MHz e 3 GHz. Le antenne UHF sono utilizzate in varie applicazioni, come le trasmissioni televisive, la comunicazione wireless, la comunicazione mobile, il GPS e così via, e sono utili in diversi settori.

In questo articolo forniremo una panoramica delle antenne UHF, con considerazioni sulla loro progettazione, applicazioni, confronti delle prestazioni con altre bande di frequenza e informazioni sulle crescenti tendenze del mercato delle antenne UHF in vari settori.

Che cos'è l'UHF?

UHF è l'acronimo di Ultra High Frequency (frequenza altissima), generalmente considerata per le frequenze comprese tra 300 MHz e 3 GHz. È stata scoperta per la prima volta all'inizio del XX secolo ed è diventata rapidamente una parte fondamentale dei sistemi di communicazione. Le prime applicazioni della banda UHF comprendevano i radar militari, le radiocomunicazioni e le trasmissioni televisive.

La portata massima della trasmissione UHF è compresa tra le 30 e le 40 miglia (48-64 km) o meno, a seconda del terreno locale. I ripetitori radio possono essere utilizzati per ritrasmettere i segnali UHF quando è necessaria una distanza superiore alla linea di vista.

La banda UHF è definita come la porzione dello spettro elettromagnetico con frequenze comprese tra 300 MHz e 3 GHz. Questa gamma di frequenze corrisponde a lunghezze d'onda comprese tra circa 1 metro e 10 centimetri. La banda UHF si colloca tra la banda delle altissime frequenze (VHF) e la banda delle super alte frequenze (SHF).

Le onde radio UHF si propagano tipicamente in linea visiva e sono bloccate da ostacoli. Tuttavia, sono abbastanza forti per l'accesso in ambienti chiusi. A causa della lunghezza d'onda più corta dei segnali UHF, le dimensioni delle antenne necessarie per le UHF sono ridotte rispetto alle VHF. Le frequenze UHF supportano velocità di trasmissione dati più elevate rispetto alle bande di frequenza inferiori.

Che cos'è un'antenna UHF?

Le antenne UHF convertono l'energia elettrica in onde elettromagnetiche che possono trasportare informazioni, come voce, video o dati, attraverso l'aria o lo spazio per essere ricevute da altre antenne o dispositivi di communicazione.

1. Principio di funzionamento delle antenne UHF

Le antenne UHF sono costruite per ricevere e trasmettere onde elettromagnetiche nella gamma di frequenza compresa tra 300 MHz e 3 GHz. Sono utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni, dalle trasmissioni televisive e radiofoniche, alla comunicazione wireless, ai dispositivi mobili, ai sistemi di sicurezza pubblica e di risposta alle emergenze, ecc.

Le antenne UHF funzionano ricevendo innanzitutto i segnali elettromagnetici inviati dal trasmettitore. I segnali vengono poi catturati mediante l'uso di diversi elementi conduttori, come fili o aste metalliche, disposti secondo uno schema specifico. Il segnale catturato viene convertito in un segnale elettrico inducendo una corrente elettrica sugli elementi conduttori delle antenne. Anche un'antenna UHF può essere utilizzata per trasmettere segnali. In questo caso, l'antenna riceve un segnale elettrico che genera campi elettrici e magnetici negli elementi conduttori, i quali si propagano nello spazio sotto forma di onde radio che trasportano le informazioni codificate nel segnale elettrico. In base al progetto dell'antenna, il modello di radiazionee la direttività complessiva dell'antenna.

2. Caratteristiche di progettazione delle antenne UHF

Le antenne UHF possono essere progettate in diversi modi. Antenne sul piano di massa, antenne ad array periodico e Antenne Yagi sono alcuni dei progetti di antenne UHF più commsolo disponibili. Le antenne possono essere progettate per funzionare a frequenze specifiche con una gamma di 300 MHz e 3 GHz. Anche il guadagno e la direttività possono essere personalizzati utilizzando progetti diversi. Le antenne UHF possono anche essere progettate per fornire una polarizzazione verticale o orizzontale in base ai requisiti dell'applicazione. Altre caratteristiche da considerare sono i materiali di costruzione e le opzioni di montaggio. Queste possono essere decise in base alla durata e alla facilità di manutenzione, alle condizioni dell'ambiente operativo e ai requisiti generali di prestazione.

Applicazioni dell'antenna UHF

Le antenne UHF sono utilizzate per un'ampia gamma di applicazioni in vari settori. Alcuni dei migliori casi d'uso sono descritti brevemente di seguito.

Trasmissione televisiva: Le antenne UHF sono utilizzate per ricevere i segnali televisivi dei canali che si trovano nella banda UHF.

Wireless communicazione: Le antenne UHF sono utilizzate esclusivamente nei dispositivi WiFi, Bluetooth e nei router wireless. Sono efficienti nel ricevere segnali su brevi distanze. Vengono utilizzate per la trasmissione di dati su brevi distanze.

Satellite communicazione: Le antenne UHF sono utili per servizi come la televisione satellitare e i servizi Internet via satellite.

Sistemi di navigazione: Le antenne UHF sono utilizzate nelle applicazioni aeronautiche per la communicazione tra gli aerei, il controllo del traffico aereo e le stazioni di terra.

Sistemi RFID: Principalmente nei sistemi di logistica e tracciamento, le antenne UHF vengono utilizzate per leggere e scrivere i dati sui tag RFID. Alcune applicazioni comuni sono la tracciabilità dell'inventario, il controllo degli accessi e la gestione delle risorse. Le antenne UHF sono utilizzate nei sistemi RFID nel settore della vendita al dettaglio per fornire una visibilità in tempo reale e una precisa tracciabilità dell'inventario, che ci permette di ottenere dati preziosi sui prodotti. Nel settore manifatturiero, le antenne UHF nei sistemi RFID sono fondamentali per il tracciamento in tempo reale e l'automazione, migliorando inevitabilmente l'efficienza della produzione e il controllo della qualità. Nei sistemi sanitari, le antenne UHF sono utilizzate per la tracciabilità delle apparecchiature mediche e farmaceutiche.   

Militare e difesa: Le antenne UHF sono utilizzate in ambito militare per i sistemi di comunicazione navale e aerospaziale. Possono essere utilizzate per una precisa communicazione tra navi e aerei, fondamentale per le operazioni militari. Le antenne UHF sono utilizzate anche per le attività di sorveglianza in ambito militare, come il rilevamento e la localizzazione di droni, missili, ecc.

Sicurezza pubblica e servizi di emergenza: Le antenne UHF sono utilizzate in vari sistemi di communicazione all'interno di dipartimenti di polizia, applicazioni di sicurezza, servizi di difesa, dipartimenti dei vigili del fuoco, servizi di ambulanza, ecc. perché sono in grado di fornire communicazione su un'ampia area.

Radio communicazione: Le antenne UHF sono utilizzate anche in dispositivi radio come walkie talkie e radio bidirezionali per la communicazione nella banda di frequenza UHF.

Tipi di antenne UHF

Le antenne UHF sono disponibili sul mercato in diverse forme e configurazioni. Di seguito sono descritti alcuni dei tipi più utilizzati.

Antenne a monopolo: Si tratta di antenne costituite da un'unica asta o filo metallico, spesso utilizzate nei dispositivi di communicazione mobile grazie alle loro dimensioni compatte.

Antenne a dipolo: Un'antenna a dipolo è costituita da due aste o fili metallici disposti in linea retta. Sono solitamente utilizzate per la ricezione del segnale televisivo e per i sistemi di communicazione radiofonica.

Antenne Yagi: Questo tipo di antenne UHF ha elementi multipli paralleli disposti in linea e sono tipicamente utilizzate per la ricezione televisiva.

Antenna a pannello: Questo tipo di antenne UHF è tipicamente utilizzato per router WiFi, amplificatori di segnale, sistemi RFID, ecc. Di solito sono disponibili come dispositivi piatti di forma quadrata o rettangolare.

Antenne paraboliche: Questo tipo di antenne UHF viene utilizzato per la comunicazione a lungo raggio in applicazioni quali TVCC e sistemi di comunicazione punto-punto. In genere sono costituite da un disco riflettore a forma di parabola con un alimentatore di segnale nel punto focale.

Antenne a schiera: Le antenne a schiera sono costituite da più antenne più piccole disposte secondo uno schema specifico. Sono utilizzate in applicazioni ad alto guadagno in cui è necessario un controllo preciso del diagramma di radiazione.

Vantaggi e svantaggi dell'antenna UHF

1. Vantaggi

• Ampia gamma di frequenze: Le antenne UHF possono essere utilizzate per trasmettere e ricevere segnali su un'ampia gamma di frequenze, rendendole più versatili per varie applicazioni.

• Elevata velocità di trasmissione dati: Le antenne UHF hanno una velocità di trasmissione dati elevata rispetto alle bande di frequenza inferiori e sono adatte ai moderni sistemi di communicazione.

• La penetrazione attraverso gli ostacoli è relativamente buona: Anche se la trasmissione attraverso gli ostacoli presenta alcune ostruzioni, è comunque sufficiente per l'uso in interni.

2. Svantaggi

• I segnali UHF sono ostacolati dalle interferenze di fattori ambientali come pioggia e fogliame, che possono degradare la qualità del segnale.
• Le antenne UHF sono più colpite di quelle VHF da ostruzioni come edifici e alberi, che possono limitare la loro portata effettiva.

Installazione e sintonizzazione dell'antenna UHF

Quando si installa un'antenna UHF, è necessario monitorare attentamente fattori quali la posizione, l'altezza e l'orientamento per ottimizzare la ricezione del segnale.

I passi seguenti consentono di comprendere il metodo corretto per installare e sintonizzare un'antenna UHF per ottenere le migliori prestazioni possibili.

1. Fattori chiave per l'installazione

• Evitare gli ostacoli metallici nelle vicinanze: Gli oggetti metallici possono interferire con la ricezione del segnale riflettendolo. Pertanto, è importante evitare di posizionare l'antenna vicino a grandi oggetti metallici come serbatoi d'acqua, condizionatori d'aria, ecc.
• Altezza di installazione: Le antenne UHF funzionano al meglio se installate in una posizione con una chiara linea di vista verso la sorgente del segnale, il che significa che l'antenna deve essere montata a un'altezza sufficiente per evitare ostacoli come alberi, edifici o altre strutture.
• Esposizione al vento e alle intemperie: tenere presente che il sistema di montaggio dell'antenna deve essere stabile e in grado di resistere al vento e ad altre condizioni atmosferiche. Se l'antenna viene installata all'esterno, è consigliabile utilizzare materiali resistenti alle intemperie per il montaggio, in modo da garantire una durata a lungo termine.

2. Procedura per l'installazione di un'antenna UHF

• Antenna UHF giusta: prima di procedere all'installazione, è necessario individuare il tipo di antenna UHF più adatto alle proprie esigenze. Diversi tipi di antenne, come le Yagi, le omnidirezionali o le antenne a pannello, sono progettate per varie applicazioni. Ad esempio, per la comunicazione a lungo raggio, un'antenna Yagi è adatta per il suo elevato guadagno, mentre un'antenna omnidirezionale è adatta per la comunicazione a lungo raggio. antenna omnidirezionale è ideale per fornire una copertura a 360 gradi. 
• Identificare la posizione di montaggio: È necessario individuare una posizione che offra un percorso libero tra l'antenna e l'obiettivo di comunicazione co1TP14. È possibile utilizzare un tetto, una torre o un palo per ridurre al minimo il rischio che gli ostacoli interferiscano con il segnale.
• Assemblare l'antenna UHF: Seguire le istruzioni del produttore per assemblare correttamente l'antenna. A seconda del progetto, potrebbe essere necessario fissare elementi specifici, come riflettori o direttori, al corpo dell'antenna principale.
• Montaggio dell'antenna: fissare l'antenna su un palo, un albero o una staffa di montaggio. È necessario assicurarsi che la struttura sia stabile e in grado di sopportare le condizioni ambientali. Per antenne direzionali come la Yagi, assicurarsi che l'antenna sia correttamente allineata con la sorgente di communicazione per una ricezione ottimale del segnale.
• Collegare l'antenna al dispositivo: Utilizzando un cavo adeguato, collegare l'antenna UHF al dispositivo wireless, ad esempio un router o un ricevitore. Assicurarsi che i collegamenti siano stretti e ben isolati per evitare perdite di segnale.
• Configurare il dispositivo wireless: Dopo aver installato l'antenna, configurare il dispositivo collegato per adattarlo al tipo di antenna. A seconda del sistema, potrebbe essere necessario accedere alle impostazioni del dispositivo e specificare i parametri dell'antenna. A tale scopo, è possibile consultare le istruzioni del produttore.

3. Sintonizzazione per la ricezione ottimizzata del segnale

Dopo aver installato l'antenna, è importante sintonizzarla per garantire una potenza e una ricezione ottimali del segnale. La sintonizzazione regola l'orientamento, la posizione e così via dell'antenna per adattarla alla sorgente di trasmissione, riducendo al minimo la perdita di segnale.

• Misuratore SWR: È possibile utilizzare un misuratore di potenza del segnale per misurare la qualità e l'intensità del segnale ricevuto. Questo strumento aiuta a mettere a punto l'orientamento dell'antenna per massimizzare la ricezione del segnale.
• Regolare l'altezza: se il segnale è debole, si può provare ad alzare l'antenna per eliminare gli ostacoli vicini o evitare le interferenze degli oggetti circostanti.
• Direzione dell'antenna: Per le antenne direzionali come le Yagi o le paraboliche, è fondamentale puntare con precisione verso la sorgente del segnale. È quindi possibile cambiare la direzione per ottenere la massima potenza del segnale.
• Abbinare l'impedenza: Assicurarsi che l'impedenza dell'antenna sia adeguatamente abbinata alla linea di trasmissione per ridurre al minimo la riflessione e la perdita del segnale.

Come scegliere l'antenna migliore per le applicazioni UHF

Quando si sceglie l'antenna UHF giusta, è necessario considerare attentamente vari fattori per garantire le migliori prestazioni in base alle proprie esigenze specifiche.

Le antenne UHF sono utilizzate in un'ampia varietà di applicazioni, dalle trasmissioni televisive alle comunicazioni mobili e alla navigazione satellitare, e ognuna di esse richiede considerazioni progettuali specifiche.

Abbiamo incluso alcuni fattori chiave per guidarvi nella scelta dell'antenna migliore per la vostra applicazione UHF.

1. Determinare l'applicazione

Come primo passo nella scelta dell'antenna UHF giusta, è necessario identificare il caso d'uso principale.

Come abbiamo già detto, le antenne UHF possono essere utilizzate per diversi scopi,

Trasmissione televisiva: Un'antenna UHF per la trasmissione televisiva darà la priorità alla ricezione stabile del segnale, trasmettendolo in un'area geografica specifica.

Communicazione mobile: Per le applicazioni mobili, le antenne UHF sono utilizzate per la trasmissione di dati su reti cellulari, pertanto è necessario considerare antenne con guadagno e direzionalità maggiori.

Navigazione satellitare: Le antenne UHF utilizzate nei sistemi di navigazione satellitare catturano i segnali dai satelliti, che richiedono antenne altamente direzionali.

Servizi wireless: Per Wi-Fi, Bluetooth e altri sistemi di comunicazione a corto raggio, l'antenna deve essere regolata in modo da garantire l'efficienza e ridurre al minimo le interferenze.

La comprensione delle vostre esigenze specifiche vi aiuterà a individuare il tipo di antenna più adatto alla vostra applicazione.

2. Comprendere l'intervallo di frequenza

Come abbiamo detto in precedenza, le diverse applicazioni UHF operano su frequenze diverse all'interno della banda da 300 MHz a 3 GHz.

È quindi importante scegliere un'antenna progettata per funzionare nella gamma di frequenze della vostra specifica applicazione. Ecco le gamme di frequenza per le diverse applicazioni,

• Le trasmissioni televisive utilizzano normalmente frequenze comprese tra 470 MHz e 890 MHz.
• Comunicazioni mobili co1TP14: Opera in una gamma più ampia, in genere da 450 MHz a 3 GHz a seconda della generazione (2G, 3G, 4G, 5G).
• Wi-Fi e Bluetooth: Utilizzare frequenze vicine a 2,4 GHz.

È necessario verificare che l'antenna scelta sia sintonizzata sulla gamma di frequenze corretta per l'applicazione specifica, per garantire un funzionamento efficiente.

3. Requisiti di guadagno

Che cos'è il guadagno? Il guadagno misura la capacità di un'antenna di focalizzare e dirigere l'energia del segnale in una particolare direzione.

Quando si sceglie un'antenna UHF, è necessario considerare il guadagno in base alla distanza e al tipo di communicazione.

Antenne ad alto guadagno: Queste antenne sono le migliori per la communicazione a lunga distanza. Concentrano l'energia in una direzione specifica, aumentando in modo significativo la potenza del segnale su lunghe distanze. Sono spesso utilizzate in applicazioni come la communicazione satellitare o la communicazione punto-punto.

Antenne a basso guadagno: Queste antenne sono più adatte per la communicazione a corto raggio, in quanto offrono un diagramma di radiazione più ampio e meno focalizzato, ideale per le applicazioni che richiedono una copertura in tutte le direzioni, come Wi-Fi, Bluetooth o sistemi di trasmissione locale.

4. Direzionale o omnidirezionale

Le antenne UHF si dividono in due categorie principali in termini di modello di radiazione,

Antenne direzionali: Queste antenne (ad esempio: antenne Yagi, antenne a pannello, antenne a settore, antenne paraboliche) focalizzano il segnale in una direzione e sono tipicamente utilizzate nei sistemi di communicazione a lungo raggio in cui la direzione del trasmettitore è nota. Sono perfette per applicazioni come la navigazione satellitare.

Antenne omnidirezionali: Queste antenne trasmettono e ricevono segnali in tutte le direzioni e sono più adatte per la communicazione a corto raggio. Ne sono un esempio le antenne per telefoni cellulari e i router Wi-Fi. Le antenne omnidirezionali sono utili quando è necessaria un'ampia copertura in tutte le direzioni.

La scelta tra questi due tipi dipende dalla necessità di un segnale mirato in una direzione o di una copertura capillare.

5. Dimensioni e fattore di forma

Le dimensioni fisiche e la forma di un'antenna UHF possono variare in base al progetto e all'applicazione,

Antenne compatte: Sono utilizzate nei dispositivi mobili o nelle piccole installazioni dove lo spazio è limitato.

Antenne più grandi: Queste antenne hanno di solito un guadagno maggiore e sono utilizzate in applicazioni in cui lo spazio di installazione non è un vincolo, come ad esempio sui tetti o sulle torri.

Per scegliere l'antenna giusta, quindi, bisogna considerare lo spazio di installazione, la portabilità e i requisiti estetici. Ad esempio, quando si sceglie un'antenna per applicazioni residenziali, l'ideale potrebbe essere un'antenna a pannello compatta ed esteticamente gradevole.

6. Ambiente di installazione

Anche il luogo in cui si installa l'antenna svolge un ruolo fondamentale nella scelta del modello giusto. È necessario tenere conto di fattori ambientali quali la temperatura, l'umidità, il vento e l'esposizione alle intemperie.

Antenne per interni: Queste antenne sono solitamente più piccole e facili da installare.

Antenne per esterni: Queste antenne devono essere resistenti alle intemperie e durevoli, poiché sono esposte a varie condizioni ambientali. Materiali come la fibra di vetro o l'acciaio inossidabile sono spesso utilizzati per le antenne da esterno per migliorare la durata e le prestazioni in ambienti difficili.

7. Polarizzazione dell'antenna

Che cos'è la polarizzazione? Polarizzazione dell'antenna si riferisce all'orientamento del campo elettrico dell'onda elettromagnetica.

Le antenne UHF possono essere polarizzate verticalmente o orizzontalmente. È importante che la polarizzazione dell'antenna corrisponda a quella del segnale trasmesso o ricevuto,

• Polarizzazione verticale: Commutilizzato solo nella communicazione mobile.
• Polarizzazione orizzontale: Tipicamente utilizzata per le trasmissioni televisive.

La selezione della giusta polarizzazione garantisce che l'antenna trasmetta e riceva efficacemente i segnali, riducendo al minimo le perdite dovute a disadattamenti di polarizzazione.

8. Corrispondenza di impedenza

L'adattamento dell'impedenza tra l'antenna e la linea di trasmissione è molto importante per ridurre al minimo la riflessione del segnale e garantire il massimo trasferimento di potenza. La maggior parte delle antenne UHF ha un'impedenza standard di 50 ohm, che è la stessa della maggior parte dei cavi coassiali utilizzati nella comunicazione wireless.

Assicurarsi che l'antenna e la linea di trasmissione abbiano un'impedenza corrispondente per evitare perdite di segnale.

Considerazioni sulla progettazione delle antenne UHF

Quando si progetta un'antenna UHF, si devono considerare le dimensioni, il guadagno e la direttività, che hanno un impatto diretto sulle prestazioni. Pertanto, progettare antenne che bilancino questi fattori e soddisfino i requisiti specifici dell'applicazione può essere una sfida.

Altre considerazioni ingegneristiche riguardano la scelta dei materiali, l'adattamento dell'impedenza e i fattori ambientali, come la resistenza agli agenti atmosferici.

Confronto tra UHF e altre bande

1. Antenna UHF vs. VHF

Le antenne VHF operano nella gamma da 30 MHz a 300 MHz, offrono lunghezze d'onda maggiori e hanno una portata migliore rispetto alle antenne UHF. Le antenne VHF sono vantaggiose per la communicazione a lunga distanza perché le loro lunghezze d'onda più lunghe sono meno sensibili agli ostacoli ambientali come edifici, alberi o intemperie. Ciò rende le VHF adatte alla communicazione marina e alla communicazione aeronautica.

Tuttavia, le antenne UHF offrono una maggiore velocità di trasmissione dei dati e sono quindi ideali per le reti mobili e la navigazione satellitare.

2. Antenna UHF vs. antenna SHF

Rispetto alle antenne SHF (da 3 GHz a 30 GHz), le antenne UHF sono più versatili per la loro capacità di penetrare ostacoli come muri e alberi, il che le rende più adatte ad applicazioni interne o urbane. Le antenne SHF, spesso utilizzate per la comunicazione a microonde e satellitare, forniscono velocità di trasmissione dati estremamente elevate, ma sono limitate dalla propagazione in linea di vista e dalla breve portata, poiché i segnali a frequenza più elevata sono più suscettibili all'attenuazione dovuta alla pioggia e ad altre condizioni atmosferiche.

Le antenne UHF rappresentano un equilibrio tra la maggiore portata delle VHF e la maggiore capacità di trasmissione dati delle SHF e sono quindi la soluzione ideale per le reti televisive, di communicazione mobile e di pubblica sicurezza.

Sviluppo del mercato e prospettive

Il mercato delle antenne UHF è in crescita, grazie all'aumento della domanda di sistemi di comunicazione wireless, servizi satellitari e reti di sicurezza pubblica.

Con l'avvento del 5G e dell'Internet delle cose (IoT), si prevede un aumento della necessità di antenne UHF efficienti. Tuttavia, permangono sfide come le interferenze e la necessità di progetti più compatti ed efficienti.

Conclusione

Le antenne UHF sono una parte essenziale dei moderni sistemi di communicazione, in quanto offrono un'ampia copertura, un'elevata velocità di trasmissione dei dati e sono adatte a diverse applicazioni. Con l'avanzare della tecnologia, il ruolo delle antenne UHF diventerà ancora più critico in vari settori.