Teoria: Accoppiamento Antenne

[Hosso]

Parlando di accoppiamento di antenne, ho trovato non pochi articoli, ma spesso contraddittori, incompleti e ancor più spesso basati su "impressioni" più che su basi scientifiche.

Con la radiofrequenza, si sa, spesso i risultati sono molto diversi da quello che uno si aspetterebbe, cerco quindi di riassumere le informazioni che ho trovato, sfatando alcuni luoghi comuni sull'argomento.

Premetto che non sono ingegnere in telecomunicazioni, anzi, il mio scopo è quello di condividere ciò che ne ho concluso ed essere corretto qualora mi stia sbagliando.

La lettura non è semplicissima, ma spero aiuti i più curiosi.

1) Accoppiando due antenne identiche, con due spezzoni di cavo di uguale lunghezza, si guadagnano 3dB dato che i due segnali si sommano.

Questa affermazione non tiene conto della fase con cui i segnali si sommano e del lobo di radiazione delle antenne. Per meglio chiarire quest'aspetto si veda questo DOCUMENTO che ho creato utilizzando il programma MMANA (disponibile QUA).

Come modello ho utilizzato due yagi classiche, ottimizzate sui 618 MHz (frequenza non casuale che i lettori a nord di Milano conoscono bene... ), polarizzate verticalmente ed affiancate orizzontalmente.

Ovviamente non tutte le antenne hanno lo stesso diagramma della yagi ideale che ho modellizzato (Modello Yagi), questo però da un'idea generale di come vanno le cose quando si accoppiano due antenne.

Come si vede nel documento, il guadagno sull'asse principale dell'antenna parte da circa 0,75dB quando sono tenute a mezz'onda di distanza, e cresce man mano, fino ad assestarsi attorno ai 3dB sull'onda e mezzo di distanza. Questo non dice che accoppiando qualsiasi tipo di antenna le cose vadano sempre così, ma l'andamento è simile, in particolare il valore degli angoli in cui l'interferente si annulla vengono mantenuti.

2) l'accoppiamento riduce l'angolo del lobo di radiazione, quindi ne aumenta il guadagno e la direttività.

Dal documento vediamo vediamo un restringimento del lobo nel piano azimutale e pressoché nullo sul piano verticale (dato che le antenne sono accoppiate orizzontalmente). Dualmente otterremmo un restringimento sul piano verticale qualora accoppiassimo le antenne verticalmente.

Nascono però altri lobi secondari man mano che aumentiamo la distanza di accoppiamento e questo può creare più fastidi che beneficio qualora uno di questi lobi cada su una fonte di disturbo. Quindi occhio a quello che è il nostro obiettivo finale.

3) L'accoppianento serve per annullare un segnale intereferente posto ad un angolo α rispetto al segnale desiderato. la distanza di accoppiamento si ricava dalla formula d=λ/(2 x Sen (α))

Se la nostra interferente è posta a 90° rispetto al segnale desiderato, dalla formula otteniamo che le antenne andrebbero poste ad una distanza di λ/2.

Infatti il segnale arriva sulla prima antenna e dopo mezz'onda (quindi in controfase) sulla seconda. Sommando i due segnali, l'interferente si annulla.

Ok.. ma a λ/2 abbiamo anche visto che il guadagno di accoppiamento è un misero 0,75dB.

Se accoppiamo le antenne a 3/2 λ, sulla seconda antenna il segnale arriva comunque in controfase dato che è sfasato di un'onda e mezzo. Infatti dal diagramma vediamo che a 90° l'interferente si annulla. Però otteniamo 3dB di guadagno!

QUINDI, LA FORMULA FUNZIONA.. ma non dice tutto...

Man mano che allontaniamo le antenne creiamo dei lobi secondari (partendo da mezz'onda, per ogni onda in più otteniamo un lobo in più).. diciamo che più le allontaniamo e più ottienamo un lobo "A FIORE", in cui ogni "petalo" può nuocere allo scopo più che aiutare..

Questo spiega anche perché per piccoli angoli (α<10°) diventa difficile annullare l'intereferente: occorrerebbe porre le due antenne a distanze piuttosto elevate ed oltre a rendere difficile l'operazione, comporta la comparsa di numerosi lobi secondari.

4) Se l'accoppiamento viene fatto con un partitore induttivo, si perdono 3,5dB, quindi l'accoppiamento non conviene a priori, dato che se ne guadagnano al massimo 3.

FALSO.

I partitori induttivi perdono 3dB sulle uscite perché il segnale in ingresso viene dimezzato sulle due uscite. I rimanenti 0,5dB sono le perdite dovute all'accoppiamento induttivo.

Ma noi il partitore lo usiamo per sommare i due segnali, non per dividerlo!

Quindi la perdita è solo di 0,5dB.

Buon lavoro...

[wall-e2]

Interessante questo intervento.

Però non ho capito cosa intendi in questa parte finale:

Cioè tu dici che sommando due segnali identici in frequenza, ampiezza e fase ottieni -0.5dB in uscita dal partitore?

[Hosso]

wall-e2+1/10/2009, 19:22--> (wall-e2 @ 1/10/2009, 19:22)

No, intendo che ottieni +3dB dalla somma dei due segnali in ingresso e -0.5dB per perdite del partitore (in questo caso "accoppiatore"). In totale +2.5dB

Mentre quando lo usi come partitore, su ogni uscita hai -3dB per dimezzamento del segnale e -0.5dB per perdite del partitore. In totale -3.5dB

Se mastichi un minimo di inglese ti consiglio di leggere per intero questo articolo dove viene fatta un po' di chiarezza sulla cosa.

[wall-e2]

Lo mastico bene l'inglese e lo parlo pure quando sono in vena

Mi interessava solo che la aggiustassi tu quella frase un po' equivoca e vedo che l'hai fatto egregiamente. Se vuoi una chiacchierata in MP, ben volentieri. Ciao

Modificato: 2 ottobre 2009 da wall-e2