Cosa sono le antenne per stazioni base? Una guida completa

Nei moderni sistemi di telecomunicazione, l'antenna della stazione base è un componente innegabile e cruciale per facilitare la nostra comunicazione quotidiana, dalle chiamate vocali ai trasferimenti di dati ad alta velocità. Le antenne delle stazioni base svolgono un ruolo fondamentale nei sistemi di comunicazione wireless, consentendo la trasmissione e la ricezione del segnale tra le stazioni base e i dispositivi mobili.

Le antenne per stazioni base, note anche come antenne per siti cellulari e antenne cellulari, sono tipicamente montate su una torre o su un tetto e collegate a una stazione base tramite cavi coassiali. Le antenne della stazione base sono disponibili in diverse forme e dimensioni e possono essere omnidirezionali o direzionali. La frequenza operativa, l'area di copertura, la portata e altri parametri di prestazione possono variare a seconda dell'antenna della stazione base scelta per una rete specifica.

I diversi sistemi di comunicazione utilizzano antenne per stazioni base diverse, come le antenne per stazioni base GMRS (General Mobile Radio Service), generalmente utilizzate per sistemi di comunicazione bidirezionali per applicazioni personali e di emergenza, le antenne per stazioni base CB (Citizens Band), generalmente utilizzate per sistemi radio personali e commerciali a corto raggio, le antenne per stazioni base VHF (Very High Frequency), comunemente utilizzate per sistemi di comunicazione marittima, aeronautica e di pubblica sicurezza, e le antenne per stazioni base UHF (Ultra High Frequency), comunemente utilizzate per comunicazioni mobili, sistemi militari e sistemi di trasmissione, ecc.

Questo articolo fornirà una panoramica approfondita sulle antenne per stazioni radio base, dai principi di funzionamento alle applicazioni, dai dettagli di installazione e manutenzione a tutto il resto.

Come funzionano le antenne delle stazioni base?

Le antenne delle stazioni base funzionano trasmettendo e ricevendo onde elettromagnetiche. Quando gli utenti accedono alla rete per effettuare chiamate o trasferire dati, i segnali vengono inviati alla stazione base più vicina, dove l'antenna della stazione base converte il segnale ricevuto in una corrente elettrica che viene amplificata prima di essere inviata all'apparecchiatura della stazione base. All'interno dell'apparecchiatura della stazione base, il segnale viene elaborato per stabilire la connessione e consentire la chiamata o l'accesso alle risorse Internet. Al contrario, quando l'antenna di una stazione base vuole inviare segnali agli utenti, l'antenna converte la corrente elettrica in un'onda elettromagnetica e la trasmette.

L'antenna della stazione base irradia i segnali in direzioni specifiche in base al suo schema di radiazione e l'area di copertura sarà determinata anche dalla direzionalità dell'antenna della stazione base. In genere, le antenne della stazione base vengono montate su torri o tetti per ottenere l'area di copertura desiderata e ridurre al minimo le interferenze. In questo modo si garantisce la massima potenza e qualità del segnale. In generale, le antenne della stazione base svolgono la funzione di convertire i segnali elettrici in onde elettromagnetiche e viceversa, facilitando così la connessione tra la stazione base e i dispositivi dell'utente.

Tipi di antenne per stazioni base

Come già detto, le antenne delle stazioni base sono un componente fondamentale per garantire una connettività continua nei sistemi di comunicazione utilizzati quotidianamente dai consumatori. Esistono vari tipi di antenne per stazioni base che possono essere utilizzate in base ai requisiti specifici di una rete. Di seguito vengono illustrati brevemente alcuni dei tipi di antenne per stazioni base più comunemente utilizzati.

• Antenne omnidirezionali in fibra di vetro

Le antenne omnidirezionali per stazioni base in fibra di vetro trasmettono e ricevono i segnali in tutte le direzioni. Vengono utilizzate nelle reti in cui gli utenti possono trovarsi in qualsiasi direzione in un'area circolare attorno all'antenna. In genere, queste antenne sono utilizzate in aree urbane a bassa densità o in aree rurali dove la direzione degli utenti è sconosciuta o può cambiare in tutte le direzioni. Le antenne omnidirezionali per stazioni radio base hanno un'ampia area di copertura in quanto possono trasmettere e ricevere segnali a 360 gradi, ma il loro guadagno è basso e quindi la potenza del segnale è inferiore e la portata è minore. Il rivestimento esterno in fibra di vetro garantisce che queste antenne possano essere utilizzate comodamente per applicazioni esterne, in quanto resistenti alla maggior parte delle condizioni atmosferiche.

• Antenne a settore

Le antenne per stazioni base di tipo settoriale irradiano segnali in una direzione specifica sul piano orizzontale. L'area di copertura di queste antenne è tipicamente compresa tra 60 e 120 gradi, ma può estendersi ulteriormente. A causa della loro direzionalità, le antenne settoriali per stazioni base hanno un guadagno relativamente più elevato. Hanno quindi un guadagno elevato e quindi una migliore potenza del segnale e distanze di irradiazione più lunghe. Le antenne per stazioni base settoriali sono ideali per la creazione di reti wireless in aree urbane ad alta densità. Queste antenne possono essere combinate per formare antenne multi-settore al fine di migliorare l'area di copertura.

• Antenne Yagi-Uda:

Le antenne Yagi sono antenne altamente direzionali e sono ideali per essere utilizzate come antenne per stazioni base. Le antenne Yagi sono costituite da un elemento di dipolo in una lunga struttura a braccio e da diversi elementi parassiti fissati su entrambi i lati della struttura a braccio per migliorare la radiazione in una direzione. Grazie all'elevata direzionalità delle antenne Yagi, sono ideali per la creazione di reti che richiedono un'area di copertura su una lunga distanza, ma in un'area ristretta e focalizzata. Poiché le antenne Yagi sono altamente direzionali e hanno un elevato guadagno d'antenna in una direzione specifica, sono più resistenti alle interferenze di altri dispositivi o ostruzioni nell'ambiente. Queste antenne sono generalmente adatte a sistemi di comunicazione a lunga distanza e a reti wireless in aree rurali o suburbane.

• Antenne paraboliche:

Le antenne paraboliche sono utilizzate come antenne per stazioni base, in quanto hanno la capacità di focalizzare i segnali in una direzione specifica e hanno un'elevata direzionalità. Queste antenne sono ideali per i sistemi di comunicazione a lungo raggio, per i collegamenti punto-punto tra stazioni base e per le comunicazioni satellitari. La forma parabolica consente a queste antenne di generare un fascio di segnali forte e focalizzato verso una direzione fissa e, di conseguenza, di favorire un'elevata velocità di trasmissione dei dati con interferenze minime.

• Antenne a dipolo:

Le antenne a dipolo sono una delle antenne più semplici e ampiamente utilizzate. Possono essere utilizzate come antenne per stazioni base e sono generalmente costituite da due elementi conduttivi separati al centro da un materiale isolante. La sorgente del segnale viene fornita al centro dell'antenna e quindi la tensione e la corrente che alimentano i due elementi conduttivi generano segnali elettromagnetici che vengono irradiati all'esterno dell'antenna. Le antenne a dipolo sono omnidirezionali e quindi possono essere utilizzate nelle stazioni base che devono trasmettere o ricevere segnali in tutte le direzioni. Le antenne a dipolo VHF e UHF possono essere utilizzate nelle stazioni base per stabilire la connettività per la sicurezza pubblica, le aree costiere, le applicazioni industriali e di comunicazione pubblica.

Bande di frequenza diverse utilizzate

Le antenne delle stazioni base sono un componente fondamentale dei sistemi di comunicazione che utilizziamo quotidianamente. Le prestazioni di queste antenne possono quindi avere un impatto significativo sulla qualità del sistema di comunicazione e sull'esperienza dell'utente. In base alle diverse applicazioni e ai diversi casi d'uso, possono essere necessarie antenne con frequenze diverse. Di seguito sono illustrate alcune delle frequenze comunemente utilizzate nelle antenne delle stazioni base.

700 MHz: Questa frequenza è utilizzata per le reti Long Term Evolution (LTE) e può fornire una buona copertura e capacità.

900 MHz: Questa frequenza è generalmente utilizzata per le reti Global System for Mobile Communications (GSM) e offre una buona copertura, ma una velocità di trasmissione dati inferiore rispetto alle frequenze più alte.

1800 MHz: Questa frequenza è generalmente utilizzata anche per le reti GSM ma, a differenza della frequenza 900 MHz, offre una velocità di trasmissione dati più elevata ma con una copertura ridotta.

2100 MHz: Questa frequenza è generalmente utilizzata per le reti UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) e offre velocità di trasmissione dati più elevate, ma con una copertura limitata.

2600 MHz: Questa frequenza è un'altra frequenza utilizzata per le reti LTE e fornisce velocità di trasmissione dati molto elevate, ma con l'aumento della frequenza l'area di copertura diventa ancora più limitata.

3500 MHz: Questa frequenza è generalmente utilizzata per le moderne reti 5G e offre elevate velocità di trasmissione dati, ma con una copertura limitata.

5800 MHz: Questa frequenza è utilizzata per le reti Wi-Fi e offre un'elevata velocità di trasmissione dei dati, ma grazie alle lunghezze d'onda più corte è più adatta per le comunicazioni a corto raggio.

Pertanto, come si può notare, la gamma di frequenze operative per un'antenna di stazione base deve essere scelta con cura in base ai requisiti dell'applicazione, ottimizzando la velocità di trasmissione dei dati, la portata di trasmissione e l'area di copertura.

Tecnologie di antenna MIMO e Beamforming

Le tecnologie MIMO e beamforming sono diventate un elemento cruciale nei moderni sistemi di rete. Le antenne delle stazioni base possono essere utilizzate in configurazione MIMO, dove il numero di trasmettitori e ricevitori aumenterà nella rete e sarà in grado di inviare e ricevere segnali sullo stesso canale contemporaneamente, aumentando così la capacità senza sacrificare lo spettro.

Nel beamforming, più antenne inviano gli stessi dati su più flussi. Tuttavia, a causa del diverso posizionamento e della posizione dell'antenna, in alcuni punti i segnali coincideranno, migliorando la potenza del segnale, mentre in altre aree potrebbero indebolirlo. Posizionando strategicamente le antenne della stazione base per ottimizzare le differenze di fase, è possibile migliorare la potenza complessiva del segnale della trasmissione.

A cosa servono le antenne delle stazioni base?

Come evidenziato in questo articolo, le antenne per stazioni base sono estremamente importanti nei sistemi di comunicazione. Di seguito sono illustrati alcuni dei casi d'uso più comuni delle antenne per stazioni base.

Reti di comunicazione wireless (ad esempio, reti cellulari come 2G, 3G, 4G, 5G)

Le antenne delle stazioni base svolgono un ruolo fondamentale nello stabilire la connettività wireless tra i dispositivi dell'utente finale, come telefoni cellulari o tablet, e l'infrastruttura di rete nelle reti cellulari. All'interno dell'area di copertura dell'antenna della stazione base, essa riceve e trasmette i segnali tra i dispositivi dell'utente e le stazioni base della rete wireless. Le diverse generazioni di reti cellulari 2G, 3G, 4G o 5G utilizzano antenne di stazioni base che operano su diverse bande di frequenza per trasmettere e ricevere segnali che trasportano voce, dati, testi ecc. In generale, le reti 2G (GSM) utilizzano bande di frequenza basse come 900 MHz e 1800 MHz, le reti 3G (UMTS) operano generalmente a frequenze più alte come 2100 MHz, le reti 4G (LTE) utilizzano un'ampia gamma di frequenze come 700 MHz, 1800 MHz e 2600 MHz, mentre le reti 5G possono utilizzare una gamma ancora più ampia di frequenze, da sub-1 GHz (banda bassa) a frequenze più alte come la banda media (3.5 GHz) e addirittura 3.5 GHz.5 GHz) e persino le frequenze a onde millimetriche (24 GHz e oltre). Le reti cellulari 5G richiedono una velocità di trasmissione dei dati più elevata e una connettività di qualità; per questo motivo, tali reti utilizzano antenne per stazioni base che operano con le tecnologie più recenti, come MIMO (Multiple Input Multiple Output) e beamforming.

Copertura del segnale

Le antenne delle stazioni base sono il componente principale per la copertura del segnale in una rete wireless. L'area di copertura dipende dal tipo di antenna utilizzata e dai parametri di prestazione dell'antenna, come la frequenza, il guadagno, la polarizzazione ecc. Per ottenere un'area di copertura ottimizzata di un'antenna della stazione base, questa deve essere posizionata in modo attento e strategico, in modo da ridurre al minimo le interferenze da parte di altri dispositivi circostanti e delle condizioni ambientali. Per garantire una connettività continua agli utenti quando si spostano, in genere le antenne della stazione base sono posizionate in modo che le aree di copertura delle due antenne vicine si sovrappongano leggermente. L'area di copertura del segnale di un'antenna della stazione base può variare da un sobborgo a una grande città o a una vasta area rurale. Sia le antenne omnidirezionali che quelle direzionali possono essere utilizzate come antenne per stazioni base e la copertura del segnale da parte di un'antenna omnidirezionale sarà in tutte le direzioni allo stesso modo, mentre se si utilizza un'antenna direzionale come un'antenna a parabola o un'antenna a settore, la copertura del segnale sarà focalizzata verso una direzione specifica. Se si utilizzano antenne direzionali, queste possono essere impiegate in una rete rivolta a diversi settori o direzioni, in modo da ottenere una maggiore copertura del segnale.

Connessioni backhaul

La connessione tra una stazione di base e la rete centrale che collega tra loro più stazioni di base è nota come connessione di backhaul. Le connessioni di backhaul possono essere cablate o wireless. Le antenne delle stazioni base svolgono un ruolo fondamentale nelle connessioni di backhaul, stabilendo le connessioni punto-punto tra le stazioni base o tra le stazioni base e la rete centrale. Ciò è estremamente utile soprattutto in luoghi in cui non è possibile installare un'infrastruttura cablata. Le antenne altamente direzionali sono adatte per le connessioni di backhaul, in quanto possono garantire che le connessioni siano stabilite in modo sicuro anche su lunghe distanze e attraverso eventuali interferenze.

Trasmissione (segnali radiofonici e televisivi FM)

Un altro importante caso di utilizzo delle antenne per stazioni base è la trasmissione di segnali radiofonici e televisivi FM. Nella trasmissione radiofonica FM, in genere l'antenna della stazione base trasmette i segnali radio in tutte le direzioni come un'antenna omnidirezionale, in modo che tutti i dispositivi da tutte le direzioni, all'interno di una regione specifica, siano in grado di connettersi e ricevere i segnali delle onde radio. Nella trasmissione televisiva, allo stesso modo i canali o i contenuti televisivi vengono trasmessi agli utenti attraverso l'antenna della stazione base. Oltre alle frequenze operative comunemente utilizzate per le antenne delle stazioni base, la trasmissione di segnali televisivi potrebbe richiedere antenne per stazioni base di gamma VHF e UHF. Le antenne delle stazioni base per le trasmissioni radiofoniche e televisive in FM dovrebbero essere ottimizzate per trasmettere i segnali in tutte le direzioni senza sacrificare la portata/distanza della trasmissione.

Comunicazioni di emergenza e di pubblica sicurezza

Le antenne per stazioni base possono essere utilizzate anche nei sistemi di comunicazione di emergenza e di pubblica sicurezza, come i sistemi di risposta a disastri naturali, incidenti, basi militari, ecc. Le antenne per stazioni base sono utilizzate in questi sistemi di risposta alle emergenze perché sono in grado di fornire una connettività stabile e affidabile con un'elevata potenza e qualità del segnale. Queste antenne sono ampiamente utilizzate dai primi soccorritori, dalle squadre mediche, dalle squadre militari, ecc. Una comunicazione affidabile e stabile permette di coordinare correttamente gli utenti per garantire che un'emergenza o una minaccia siano gestite in modo sicuro e intelligente. Le antenne per stazioni base sono utilizzate anche nei sistemi di allerta e di allarme per notificare efficacemente gli utenti all'interno di un'area di copertura specifica e garantire la sicurezza pubblica.  

Ruolo nelle reti cellulari

Le antenne delle stazioni base sono gli elementi più importanti delle reti cellulari. Vengono utilizzate per la trasmissione e la ricezione dei segnali in tutte le generazioni di reti cellulari, dal 2G al 5G e oltre. Ogni generazione di rete cellulare utilizza una tecnologia diversa, come il GSM con il 2G, il WCDMA con il 3G, il WiMax e l'LTE con il 4G e il MIMO e la tecnologia a onde millimetriche con il 5G. Ognuna di queste tecnologie può essere stabilita utilizzando antenne per stazioni base con frequenze operative diverse.

Con l'evoluzione delle generazioni di reti cellulari, migliorano anche le tecnologie e gli standard utilizzati. Con il rapido sviluppo delle tecnologie, dalle reti cellulari ci si aspettano velocità, velocità di trasmissione dati, qualità del segnale e prestazioni complessive migliori. Le antenne della stazione base svolgono quindi un ruolo fondamentale nel garantire una comunicazione stabile e affidabile nelle reti cellulari e nell'offrire agli utenti un'esperienza senza interruzioni durante le chiamate vocali, gli SMS, lo streaming ecc.

Oltre alle caratteristiche di prestazione, l'area di copertura di una rete cellulare sarà determinata anche dal tipo di antenna della stazione base utilizzata. La radiazione del segnale in tutte le direzioni, come nel caso delle antenne omnidirezionali, o il fascio focalizzato, come nel caso delle antenne direzionali, e la portata della trasmissione dipendono dall'antenna della stazione base scelta per stabilire la rete cellulare. Pertanto, è importante prestare molta attenzione quando si sceglie un'antenna della stazione base per una rete cellulare di qualsiasi generazione.

Cosa sono le antenne per stazioni base a doppia banda VHF/UHF?

Le antenne per stazioni base dual band sono in grado di operare su due bande o frequenze separate. Possono operare su una sola banda di frequenza o su entrambe le bande di frequenza contemporaneamente, in base ai requisiti dei dispositivi utente della rete. La gamma VHF è generalmente considerata tra 30 e 300 MHz, mentre la gamma UHF è considerata tra 300 MHz e 3 GHz. Le antenne per stazioni base dual band sono in grado di utilizzare entrambe le bande di frequenza, rendendole così molto più versatili per un'ampia gamma di applicazioni.

Cosa sono le antenne per stazioni base CB?

Le antenne per stazioni base Citizen's Band sono tipicamente utilizzate per comunicazioni a breve e media distanza e operano generalmente nella gamma di frequenze da 26.965 MHz a 27.405 MHz. Queste antenne possono essere omnidirezionali o direzionali e sono disponibili in varie forme e dimensioni. Le antenne per stazioni base CB sono progettate specificamente per garantire una trasmissione e una ricezione efficaci dei segnali radio CB, in modo da fornire una comunicazione coerente, affidabile e di alta qualità tra i dispositivi radio CB.

Impatto sulle prestazioni della rete

L'antenna è probabilmente il fattore che contribuisce maggiormente a determinare le prestazioni di una rete. Anche le antenne delle stazioni base hanno un enorme impatto sulle prestazioni complessive della rete, in quanto hanno generalmente un guadagno maggiore rispetto ad altri tipi di antenne e quindi possono trasmettere su distanze più lunghe, a velocità migliori e con una maggiore velocità di trasmissione dei dati. Le antenne per stazioni base sono in genere progettate per fornire segnali di alta qualità con interferenze e disturbi minimi. Queste antenne possono contribuire a garantire una connessione stabile e affidabile.

Poiché le antenne per stazioni base sono disponibili in tutti i tipi, offrono la flessibilità di utilizzare un'antenna in base alle esigenze di una rete specifica e di ottimizzare la copertura e la potenza del segnale in ogni rete. Inoltre, le antenne per stazioni base sono progettate per consentire la connessione simultanea di un numero massiccio di utenti, il che le rende ideali in situazioni di alta densità di popolazione o di forte utilizzo della rete. Le antenne per stazioni base sono durevoli e in grado di resistere anche alle condizioni atmosferiche più avverse, per cui è possibile garantire una connettività e prestazioni di rete affidabili e stabili indipendentemente dalle condizioni atmosferiche estreme.

In generale, le antenne delle stazioni base svolgono un ruolo fondamentale nel fornire connettività wireless di alta qualità e prestazioni di rete.

Posizionamento dell'antenna della stazione base

Il posizionamento dell'antenna di una stazione base è estremamente importante per ottenere prestazioni ottimali. La posizione dell'antenna deve essere scelta in modo da ridurre al minimo le interferenze da parte di altre antenne o dispositivi circostanti e da eventuali ostacoli fisici significativi.

È inoltre importante prestare attenzione alle condizioni meteorologiche dell'ambiente operativo. Nelle aree urbane, con un'alta densità di popolazione, sono generalmente ideali le antenne direzionali con un guadagno relativamente basso e un'ampiezza di fascio orizzontale ridotta, per ridurre al minimo le interferenze. Nelle aree rurali, con volumi di traffico più bassi, si utilizzano antenne direzionali o omnidirezionali ad alto guadagno, poiché la copertura è una preoccupazione importante.

Manutenzione dell'antenna

La manutenzione delle antenne delle stazioni base è fondamentale per garantire un funzionamento ottimale delle antenne. Questo è importante per fornire agli utenti finali un sistema di comunicazione affidabile e stabile. Le antenne delle stazioni base richiedono controlli regolari per garantire il mantenimento dei parametri di prestazione. La manutenzione di routine deve comprendere ispezioni visive, pulizia e test del sistema di antenna.

Considerazioni sui costi

Nella scelta di un'antenna per stazione base, il costo è una considerazione fondamentale. È importante considerare i costi complessivi che potrebbero essere coinvolti durante l'installazione iniziale e la manutenzione a lungo termine. Il costo effettivo dipenderà dal tipo di antenna scelta e dalle sue caratteristiche di prestazione. Tuttavia, è importante trovare un equilibrio tra l'importo speso e il livello di prestazioni ottenuto dall'antenna della stazione base nella rete.

Conclusione

Questo articolo ha fornito una panoramica completa sulle antenne per stazioni base, evidenziando il loro funzionamento, i diversi tipi e modelli disponibili, le tecnologie più recenti e alcuni dei casi d'uso più comuni. Le antenne per stazioni base sono fondamentali per la creazione di reti cellulari e questo articolo illustra le diverse generazioni di reti cellulari, le principali tecnologie di ciascuna generazione e il modo in cui diverse antenne per stazioni base con frequenze diverse possono essere utilizzate per soddisfare i requisiti di una rete.

L'articolo ha anche toccato alcuni dei fattori da considerare quando si sceglie un'antenna, come il posizionamento, la manutenzione e il costo. In generale, una conoscenza approfondita delle antenne per stazioni base, del loro funzionamento e dell'ampia gamma di opzioni disponibili ci permetterà di ottenere le prestazioni ottimali dell'antenna per una rete.