A2C - Salerno

Che cos'è il guadagno di un'antenna e perché è un parametro importante per la scelta di un'antenna? Prima di rispondere a questa domanda è necessario spiegare cosa si intende per antenna. Un'antenna è un dispositivo che converte segnali elettrici in onde elettromagnetiche che vengono irradiate nello spazio circostante, o viceversa, un dispositivo in grado di convertire onde incidenti in segnali elettrici.

Nel primo caso si parla di trasmettitore, nel secondo di ricevitore. Tuttavia ci sono antenne in grado sia di trasmettere segnali che di riceverli. A livello puramente ideale, è possibile immaginare un trasmettitore isotropico come un'antenna in grado di irradiare energia in maniera uniforme in tutte le direzioni. E poiché irradia in maniera uniforme in tutte le direzioni le onde si propagheranno con un fronte perfettamente sferico, il cui centro è costituito dall'antenna stessa. Ovviamente, un trasmettitore di questo tipo non esiste nella realtà. I trasmettitori reali irradiano maggior potenza in determinate direzioni e decisamente meno in altre, a seconda del tipo di antenna. Si definisce guadagno di un trasmettitore il rapporto fra la densità di potenza irradiata da un'antenna in una data direzione e la densità di potenza che verrebbe irradiata nella medesima direzione da un trasmettitore isotropico.

G = S/Si

dove:

• G è il guadagno dell'antenna, un parametro adimensionale espresso in dBi. La i che segue decibel sta ad indicare che parliamo di guadagno rispetto ad un'antenna isotropica.
• S è la densità di potenza dell'antenna reale e Si quella del trasmettitore isotropico. Ricordiamo che la densità di potenza è una grandezza fisica descritta dal vettore di Poynting.

Poiché abbiamo detto che un trasmettitore isotropico irradia uniformemente in tutte le direzioni, con un fronte d'onda perfettamente sferico, si ha che:

Si = St/(4πr²)

dove:

• St è la potenza totale irradiata dal trasmettitore isotropico
• 4πr² è la superficie della sfera che rappresenta il fronte con cui si propagano le onde. In particolare, r è il raggio della sfera e corrisponde alla distanza fra trasmettitore e il punto preso in considerazione. Ad esempio 1 km dal trasmettitore.

Il guadagno G di un'antenna isotropica vale 0 dBi perché non vi è alcuna direzionalità (antenna perfettamente isotropica = antenna perfettamente omnidirezionale). Il guadagno antenne reali è maggiore di 0 dBi e più è alto più significa che l'antenna si allontana dalla condizione di omnidirezionalità. In altri termini, più è alto il guadagno di un'antenna, maggiore è la potenza in ingresso che viene concentrata in una data direzione. Attenzione: perché fatta 100 la potenza in ingresso, più potenza viene irradiata in una certa direzione, meno ne resterà per le altre. Gli elementi di un'antenna non possono generare potenza dal nulla, quella gliela forniamo noi mediante il segnale elettrico che vogliamo trasmettere via etere.

Chiudo con una frase di Guglielmo Marconi: "I campi elettromagnetici sono le note musicali della natura, e la scienza è la partitura che ci insegna a comporre la sinfonia della tecnologia."

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.