Le antenne sono al centro di qualsiasi sistema di comunicazione. Svolgono il ruolo chiave di trasmissione e ricezione dei segnali tra la sorgente e le destinazioni. Esistono molti tipi di antenne di dimensioni diverse e con caratteristiche prestazionali uniche. Questo articolo si propone di fornire una comprensione approfondita delle antenne omnidirezionali e delle antenne yagi e del loro confronto.
Panoramica delle antenne
L'antenna è un dispositivo utilizzato per convertire l'energia elettrica in onde elettromagnetiche e viceversa. Trasmette e riceve segnali e funge da dispositivo di collegamento nei sistemi di comunicazione. L'antenna svolge un ruolo fondamentale nel determinare le prestazioni di un sistema di comunicazione. Le antenne hanno diverse strutture fisiche, gamme di frequenza di lavoro, guadagno, direttività, polarità, ecc. e sono classificate in diversi tipi in base a queste caratteristiche. Di seguito vengono descritti brevemente alcuni dei tipi più comuni di antenne.
Antenna periodica logica: Questo tipo di antenna è costituito da una serie di dipoli posizionati lungo l'asse dell'antenna a diversi intervalli di tempo seguiti da una funzione logaritmica della frequenza. Sono direzionali e hanno un'ampiezza di fascio ridotta. Queste antenne sono tipicamente utilizzate per applicazioni in cui è richiesta una larghezza di banda variabile insieme al guadagno e alla direttività dell'antenna.
Antenne a filo: Uno dei tipi più semplici e comuni di antenne, utilizzato in diversi contesti. Utilizzano fili conduttori per trasmettere e ricevere segnali radio. Possono essere antenne a dipolo o a monopolo. Sono in genere antenne omnidirezionali e vengono utilizzate in 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 presenta una o più aperture su una superficie conduttrice per ammettere i segnali. Può trattarsi di antenne a fessura o a cono. Sono tipicamente utilizzate nelle frequenze a microonde e possono essere impiegate in applicazioni come satelliti, radar, aerei e veicoli spaziali.
Antenne a riflettore: Questo tipo di antenna è altamente direzionale e utilizza una superficie riflettente curva per concentrare le onde radio o altre onde elettromagnetiche in una direzione. Possono essere antenne paraboliche o antenne angolari. 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. In genere sono piccole e compatte, leggere e facili da integrare nei dispositivi elettronici. Sono utilizzate nei dispositivi mobili, nei router, ecc.
Antenne a schiera: Questo tipo di antenna presenta più antenne di piccole dimensioni disposte in modo specifico, in modo che ogni antenna lavori per rafforzare e migliorare la qualità del segnale. L'antenna Yagi è uno dei tipi di antenne array più richiesti. Sono facilmente personalizzabili e quindi utilizzate per applicazioni ad alto guadagno che richiedono il controllo del diagramma di radiazione. Sono utilizzate nelle trasmissioni radio, nelle reti wireless, ecc.
Che cos'è un'antenna omnidirezionale?
Le antenne omnidirezionali sono antenne in grado di trasmettere e ricevere segnali in tutte le direzioni. Questo le rende ideali per le applicazioni in cui l'antenna deve comunicare con più dispositivi in direzioni diverse o la direzione del segnale del dispositivo di destinazione varia o è imprevedibile. Le antenne omnidirezionali sono utilizzate sia per applicazioni portatili che fisse. Vengono utilizzate in veicoli in movimento come navi e camper e anche per reti WiFi in luoghi come ristoranti, sale conferenze, campeggi, resort, ecc. Nelle aree urbane, dove lo spazio tra due torri di segnale è limitato, si utilizzano antenne omnidirezionali.
Che cos'è un'antenna Yagi?
Un'antenna yagi è una potente antenna direzionale. È composta da elementi parassiti paralleli che corrono su una struttura a braccio singolo. Un dipolo funge da elemento conduttore, mentre gli elementi parassiti ridiffondono i segnali in una fase leggermente diversa da quella dell'elemento conduttore. In questo modo si ottiene un'elevata potenza direzionale, rafforzando il segnale in alcune direzioni e annullandolo in altre. Sono tipicamente utilizzati per le comunicazioni punto-punto e per le applicazioni a lungo raggio.
Principali differenze tra le antenne omnidirezionali e le antenne Yagi
Design e struttura: Le antenne omnidirezionali sono progettate in modo da avere un diagramma di radiazione a forma di ciambella con un'antenna al centro. Sono disponibili in diversi modelli come antenne a monopolo, a dipolo, a piano terra e coassiali. Le antenne Yagi hanno più elementi direttori disposti in parallelo su entrambi i lati di una struttura a fascio in un array lineare, insieme a un elemento di guida e a un riflettore.
Principio di funzionamento: In un'antenna omnidirezionale, quando le onde radio passano attraverso l'antenna, gli elementi radianti le raccolgono e le dirigono in un cerchio completo, consentendo così all'antenna di trasmettere e ricevere segnali da tutte le direzioni simultaneamente perpendicolari all'asse, con una potenza che varia con l'angolo dell'asse e che si riduce a zero sull'asse. In un'antenna Yagi, l'elemento di guida genera onde elettromagnetiche e l'elemento riflettore posto dietro l'elemento di guida riflette tali onde in avanti, in modo che i direttori posti nella parte anteriore dirigano e focalizzino le onde riflesse in avanti.
Gamma di frequenza e larghezza di banda: Le antenne omnidirezionali e direzionali sono disponibili in un'ampia gamma di frequenze. Le antenne omnidirezionali sono generalmente disponibili in una gamma di frequenze compresa tra 100 MHZ e 6 GHz, mentre le antenne Yagi sono comprese tra 30 e 3000 MHz. Le antenne omnidirezionali hanno un ampio diagramma di radiazione e un'ampia larghezza di fascio, mentre le antenne yagi hanno un diagramma di radiazione stretto e un'ampiezza di fascio focalizzata.
Guadagno e direttività: Le antenne omnidirezionali producono un guadagno inferiore rispetto alle antenne Yagi, che sono direzionali. Le antenne omnidirezionali, come suggerisce il nome, dirigono i segnali in tutte le direzioni in un campo di 360 gradi, mentre le antenne Yagi sono direzionali e quindi concentrano i segnali su un angolo di circa 45 gradi a 90 gradi.
Installazione e portabilità: Le antenne omnidirezionali sono semplici da installare grazie al loro schema a 360 gradi. Vengono utilizzate su stazioni base, siti cellulari e punti di accesso wireless. Sono utilizzate sia per applicazioni portatili che fisse. Anche le antenne Yagi sono facili da installare, ma richiedono un'attenta considerazione della posizione e dell'orientamento. Le antenne Yagi sono tipicamente utilizzate come antenne fisse, ma possono essere personalizzate.
Dimensioni e spedizione: Sia le antenne omnidirezionali che quelle Yagi sono disponibili in diverse dimensioni. Le antenne omnidirezionali sono solitamente composte da una struttura a stilo o da una struttura semplicistica e quindi sono facili da imballare e spedire. Le antenne Yagi sono più ingombranti rispetto alle antenne omnidirezionali e possono essere piuttosto lunghe se è richiesto un guadagno elevato. Tuttavia, la maggior parte delle moderne antenne yagi può essere decostruita nei suoi elementi e imballata, quindi può essere spedita comodamente.
Vantaggi e svantaggi delle antenne Yagi
Vantaggi:
- Alto guadagno e altamente direzionale
- Campo di copertura più elevato rispetto alle antenne omnidirezionali
- Più potenti delle antenne Omni
- Più tollerante alle interferenze
Svantaggi:
- L'antenna è piuttosto lunga per ottenere guadagni più elevati.
- Mobilità limitata
- L'installazione è più complessa rispetto alle antenne omnidirezionali
Vantaggi e svantaggi delle antenne omnidirezionali
Vantaggi:
- Versatile per applicazioni fisse e mobili
- Installazione semplice
- Può essere utilizzato con più operatori da diverse torri cellulari
- Ottimo per potenziare i segnali 4G/5G
Svantaggi:
- Campo di copertura inferiore
- Guadagno inferiore
- Suscettibile di interferenze da diverse direzioni
Come scegliere l'antenna giusta
Requisiti di prestazione: Le frequenze operative, l'ampiezza di banda, il guadagno dell'antenna, la polarizzazione, l'area di copertura, ecc. sono alcuni dei parametri di prestazione chiave da considerare. Per le applicazioni che richiedono un campo di ricezione più ampio ma una distanza relativamente ridotta e la necessità di lavorare con più fornitori di rete, le antenne omnidirezionali sono più adatte. Tuttavia, se la copertura è richiesta per un campo o una direzione più concentrati, è più adatta un'antenna yagi. Le antenne yagi sono più potenti e quindi adatte a trasmissioni a lungo raggio rispetto alle antenne omnidirezionali.
Vincoli fisici: È importante considerare lo spazio disponibile e le opzioni di montaggio. Le antenne omnidirezionali sono compatte e quindi occupano uno spazio limitato. Poiché hanno un diagramma di radiazione a 360 gradi, sono facili da posizionare e non necessitano di regolazioni anche se i fornitori di segnale o le torri cellulari cambiano posizione. Le antenne Yagi occupano relativamente più spazio e possono essere piuttosto lunghe se è richiesto un guadagno maggiore. L'installazione delle antenne yagi è relativamente più complessa, in quanto richiede un posizionamento e un orientamento precisi per ottenere prestazioni ottimali.
Fattori ambientali: In base al posizionamento dell'antenna, le condizioni ambientali come il vento, la temperatura, l'umidità, ecc. possono influenzare le prestazioni dell'antenna. Le antenne Yagi, di forma triangolare e con elementi estesi su ciascun lato, possono essere maggiormente influenzate da condizioni come il vento forte. Le antenne omnidirezionali, con la loro struttura più semplice, sono più resistenti alle condizioni ambientali difficili.
Analisi dei costi: Il costo è un fattore importante da considerare nella scelta delle antenne. Il costo iniziale di acquisto e di installazione, il costo di funzionamento e il ritorno sull'investimento sono i fattori principali da considerare. Sia le antenne yagi che le antenne omnidirezionali sono facilmente reperibili sul mercato e quindi possono essere acquistate a prezzi accessibili.
Conclusione
Le antenne svolgono un ruolo fondamentale nei sistemi di comunicazione e le loro prestazioni hanno un effetto importante sulle prestazioni complessive del sistema di comunicazione. Le antenne omnidirezionali e yagi sono comunemente utilizzate sia per applicazioni interne che esterne. La scelta tra questi due tipi di antenne dipende dall'applicazione specifica e da fattori quali i parametri di prestazione, le condizioni ambientali, la facilità di installazione e manutenzione, ecc. La scelta dell'antenna corretta consente di ottimizzare il sistema di comunicazione.
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