Le antenne trasmittenti impiegate nelle stazioni radio
base (SRB) della telefonia cellulare sono di vario tipo.
Una classificazione sommaria porta a distinguere tra
antenne omnidirezionali (o a basso
guadagno) ed antenne settoriali (o
ad alto guadagno), come indicato schematicamente
nella sottostante Figura 1, tratta dal sito di John
Moulder Cellular Phone Antennas and Human Health
Frequently Asked Questions.
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| Figura 1 |
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La domanda si riferisce evidentemente alle antenne del secondo tipo, che hanno appunto la forma di pannelli rettangolari e costituiscono probabilmente la soluzione più diffusa. Esse trovano applicazione nelle SRB poste in corrispondenza del vertice di una cella, nel punto dove si incontrano tre celle esagonali di una ideale configurazione “a nido d’ape”. Queste SRB impiegano solitamente tre sistemi di antenne, collocati sui lati di un immaginario triangolo equilatero, in modo tale che ciascun sistema serva una delle tre celle che hanno vertice nel punto occupato dalla stazione stessa (si veda, più avanti, la Figura 4). Nella maggior parte dei casi, ciascuno dei tre sistemi di antenna comprende a sua volta tre pannelli distinti, di cui il centrale con funzione trasmittente ed i due esterni con funzione ricevente. Questa configurazione, assai comune, è illustrata in Figura 2, tratta dal sito di Marcello Scatà Global System for Mobile communications. |
| Figura 2 |
Guadagno
Il guadagno è il più semplice dei parametri
di una antenna in grado di fornire informazioni sulla
“forma del campo irradiato”, per citare la
domanda. Una antenna isotropa, che
irradia in tutte le direzioni con uguale intensità, ha
guadagno pari a 1. Essa è solo una astrazione ideale,
impossibile a realizzarsi in pratica: tutte le antenne
reali sono anisotrope e presentano
quindi una direzione preferenziale di massimo
irraggiamento. Nel caso del pannello per SRB,
essa è diretta frontalmente al pannello, in
orizzontale o con una lieve deflessione verso il basso
(detta tilt e dell’ordine, al massimo,
ad una decina di gradi). Il guadagno di una antenna reale
indica proprio di quanto l’intensità irradiata nella
direzione di massimo è superiore a quella emessa da un
radiatore isotropo ideale alimentato con la stessa
potenza.
Il guadagno di una antenna è normalmente espresso in
dB. Con le seguenti relazioni si può passare dal valore
in dB al valore “normale” e viceversa:
Il nostro tipico pannello trasmittente per SRB può
avere per esempio un guadagno Gdbdi 17 dB, il
che signfica che irradia nella direzione di massimo circa
50 volte di più di un radiatore isotropo, a pari potenza
di alimentazione.
Poiché la potenza complessivamente irradiata deve
essere la stessa, una antenna che in una data direzione
irradia di più del radiatore isotropo,
deve necessariamente irradiare di meno
in altre direzioni! Ecco quindi che il guadagno fornisce
qualche rudimentale informazione sulla distribuzione
spaziale dell’intensità irradiata: maggiore è il guadagno,
più la radiazione è concentrata intorno alla direzione
di massimo.
Larghezza del fascio a metà potenza
Il guadagno non dice però molto sulla effettiva
“forma del campo irradiato” da una antenna. A questo
scopo, i costruttori di antenne dichiarano quasi sempre
anche altri due parametri, attraverso i quali ci si può
fare una idea più precisa della situazione: le larghezze
del fascio a metà potenza sul piano orizzontale
e sul piano verticale. Ciascuno di questi due valori rappresenta,
sul piano a cui si riferisce, la distanza angolare tra le due
direzioni in corrispondenza delle quali l’intensità irradiata
è pari alla metà del valore corrispondente alla direzione
di massimo.
La Figura 3 illustra schematicamente questo concetto
sul piano verticale, facendo riferimento al solito pannello
esemplificativo, che supporremo avere su tale piano una larghezza
di fascio a metà potenza di 10° ed un tilt di 6° verso il basso.
Il pannello è pensato installato su un traliccio alto 3 m, posto
sulla sommità di un edificio di cinque piani (alto quindi circa
15 m).
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| Figura 3 |
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La Figura 4 illustra invece la situazione sul piano orizzontale; qui si ipotizza che il pannello trasmittente abbia una larghezza di fascio a metà potenza di 65° (un valore abbastanza tipico, sebbene siano talvolta impiegati anche valori maggiori, di 90° o addirittura 120°). |
| Figura 4 |
Come ci si poteva aspettare, esiste una relazione
approssimata che lega il guadagno ai due angoli di
larghezza di fascio a metà potenza. Indicando gli angoli
in gradi sessagesimali risulta infatti:
Diagrammi di radiazione
Naturalmente, non si deve pensare che il
campo radiato sia limitato esattamente dal cono compreso
tra le direzioni a metà potenza: in realtà esso è
presente anche al di fuori del cono, seppure con
intensità via via inferiore.
Anche le larghezze di fascio a metà
potenza, quindi, forniscono una informazione abbastanza
limitata sulla “forma del campo radiato”. Essa,
in ultima analisi, viene descritta in modo completo solo
fornendo i cosiddetti diagrammi di radiazione
sul piano orizzontale e sul piano verticale. Si tratta di
grafici (in genere di tipo polare) che, per ogni
direzione angolare, specificano l’intensità della
radiazione in quella direzione, relativamente al valore
nella direzione di massimo. Qui non è il caso di
aggiungere altro: il lettore interessato potrà trovare
altre informazioni e vari esempi nel già citato sito di
John Moulder Cellular Phone Antennas and Human Health
Frequently Asked Questions.