antenna

Tecnica

Nelle costruzioni edilizie, elemento verticale portante dei ponteggi provvisori (per es., ponti da muratori), o d’incastellature per sollevamento di pesi. Le a. di legname sono formate da sostacchine appaiate o riunite, quando il carico lo richiede, in numero di quattro o più, con ganasce chiodate o con fasciature di moietta, spesso con l’uno e l’altro mezzo insieme. Gli elementi sono disposti in modo che le giustapposizioni risultino sfalsate. A distanze opportune, per evitare l’inflessione laterale, si dispongono collegamenti orizzontali delle a. tra loro o con le altre strutture.

Telecomunicazioni

fig. 1

Si dà la denominazione di a. al dispositivo atto a irradiare (a. trasmittente) o a captare (a. ricevente) onde elettromagnetiche a radiofrequenza, vale a dire capace di trasformare l’energia di una corrente elettrica alternata, generata da un radiotrasmettitore, in energia di radioonde nello spazio circostante o, viceversa, di trasformare energia di radioonde in energia di una corrente elettrica alternata, poi inviata in un radioricevitore (fig. 1). Nella maggior parte dei casi, concettualmente non esistono differenze sostanziali fra i due tipi di a. in quanto, essendo la trasmissione e la ricezione di radioonde due processi uno l’inverso dell’altro, per il teorema di reciprocità le caratteristiche e le proprietà di un’a. usata in ricezione sono le stesse che avrebbe la medesima a. in trasmissione; tuttavia, le a. impiegate come trasmittenti differiscono, e talora anche in modo notevole, da quelle riceventi corrispondenti. Nel seguito verrà fatto specifico riferimento alle a. utilizzate per le radiocomunicazioni.

A. trasmittenti

A seconda del regime della corrente ad alta frequenza che si instaura nei conduttori dell’a., si può distinguere tra a. a onde progressive e a. a onde stazionarie.

A. a onde progressive

fig. 2A

Sono sostanzialmente delle linee, bifilari (fig. 2A) o monofilari (fig. 2B, a. Beverage), alimentate a un estremo dal radiotrasmettitore; se la linea è sufficientemente lunga (in teoria, infinitamente) in modo tale che l’intensità della corrente si annulli prima di giungere all’altro estremo, ovvero se la linea è chiusa sulla propria impedenza caratteristica Z0 (fig. 2C), nell’a. si crea un regime di onde progressive unidirezionali di corrente, a partire dall’estremo alimentato. La corrente oscillante che percorre l’a. dà luogo a un campo elettromagnetico che si irradia tutt’intorno, nello spazio circostante.

fig. 3

 A. a onde stazionarie

Queste a. sono invece costituite schematicamente da una linea, in genere monofilare, aperta alle estremità e alimentata in un punto opportuno, di lunghezza tale che in essa il regime di corrente sia a onde stazionarie; a tale scopo è necessario che la lunghezza della linea sia in relazione ben definita con la lunghezza d’onda corrispondente alla frequenza della corrente: di conseguenza, a differenza delle altre, queste a. sono atte a irradiare soltanto onde di una determinata frequenza. Di qui l’uso di chiamare a. accordate o sintonizzate quelle a onde stazionarie e a. aperiodiche quelle a onde progressive. In fig. 3 sono riportati gli schemi e le relative distribuzioni longitudinali di intensità di corrente e di tensione in due tipiche a. accordate, dette a. a dipolo (o a. Hertz o a. in mezz’onda) e a. a semidipolo (o a. Marconi o a. in quarto d’onda); tenendo conto della distribuzione delle correnti indotte nel suolo, per il principio delle immagini l’a. Marconi è equivalente all’a. Hertz (come anche l’a. Beverage all’a. aperiodica bifilare): ciò significa che, per effetto dell’a. immagine (a in fig. 3B), le due a. generano identici campi elettromagnetici nei rispettivi spazi di propagazione. In ogni caso, perché un’a. sia sede di onde di corrente stazionarie, è necessario che si abbiano nodi di intensità di corrente e ventri di tensione alle estremità, ventre di intensità e nodo di tensione nel punto di alimentazione; ciò si verifica solo se la lunghezza l dell’a. è un multiplo intero della semilunghezza d’onda λ/2 (fig. 3A) ovvero se l’altezza h è un multiplo intero di λ/4 (fig. 3B), per a. verticali. In effetti, nelle relazioni precedenti bisogna introdurre un coefficiente moltiplicativo, detto coefficiente di accorciamento (o fattore di forma), dipendente dalle caratteristiche elettriche dell’a., che tiene conto della minore velocità di propagazione della corrente nei conduttori rispetto alla velocità delle onde nello spazio libero. È detta lunghezza elettrica dell’a. il prodotto della lunghezza geometrica per il coefficiente di accorciamento, e a questa si fa normalmente riferimento parlando di lunghezza dell’a., senza altre specificazioni.

Caratteristiche di radiazione

fig. 4

fig. 5A

fig. 6A

fig. 7A

Per rappresentare l’entità del campo elettromagnetico irradiato nelle varie direzioni si fa uso di una particolare rappresentazione tridimensionale in coordinate cartesiane o polari, detta solido di irraggiamento, che riporta l’ampiezza del campo elettrico (o magnetico, a esso proporzionale) misurata nella direzione corrispondente a una distanza fissa dall’a. oppure, più frequentemente, il rapporto tra l’ampiezza del campo e quella corrispondente alla direzione di massimo irraggiamento. Di uso molto più pratico sono i diagrammi di radiazione, bidimensionali, che rappresentano le intersezioni del solido di irraggiamento con particolari piani. È detta isotropa l’a. che irradia con la stessa intensità in tutte le direzioni, avente quindi per solido di radiazione una sfera nel cui centro è l’a.; vengono invece dette a. direttive o direzionali quelle atte a concentrare entro fasci relativamente ristretti l’energia elettromagnetica irradiata. In fig. 4 sono riportati i diagrammi di radiazione di un dipolo in mezz’onda e di un’a. direzionale: a è il lobo principale, utile per i radiocollegamenti, b e c i lobi secondari, sorgenti di un’inutile, anche se spesso inevitabile, dissipazione di energia. È detto guadagno di un’a. in una determinata direzione il rapporto, solitamente espresso in decibel, tra le potenze da applicare a un’a. isotropa e all’a. in esame, rispettivamente, per ottenere la stessa intensità di campo alla stessa distanza, nella direzione considerata. Per guadagno, senza ulteriori specificazioni, si intende tale rapporto calcolato nella direzione di massima irradiazione, vale a dire il valore massimo del guadagno. L’angolo di apertura ϕ del fascio irradiato o del lobo, o semplicemente apertura, in un determinato piano è l’angolo compreso fra le due direzioni per le quali il guadagno si riduce alla metà del guadagno massimo. Nei riguardi della direttività, le a. possono essere divise nelle seguenti categorie: a) a. unidirezionali, il cui diagramma di radiazione spaziale presenta un solo lobo principale (fig. 5A); b) a. bidirezionali, a due lobi principali (fig. 5B), uguali e simmetrici rispetto all’a., atte a irradiare ugualmente bene nei due versi opposti della comune direzione dei due lobi; c) a. omnidirezionali in un certo piano, il cui lobo principale di radiazione è una superficie di rotazione intorno a un asse perpendicolare al piano in questione (generalmente, al piano orizzontale per l’a.: fig. 5C). L’ottenimento di un certo diagramma di radiazione può esser conseguito in vari modi. Per realizzare, per es., a. direttive a onde stazionarie si usa una combinazione opportuna di varie a. identiche, opportunamente alimentate. I sistemi seguiti nella pratica sono i seguenti: a) allineamento in fila, nel quale un certo numero di a. a dipolo, a (fig. 6A), alimentate in fase, sono disposte, parallelamente una all’altra, con i centri allineati su una stessa retta, b, che è poi l’asse del diagramma di radiazione, bidirezionale; b) allineamento in fase progressiva, analogo al precedente, salvo che i vari dipoli sono alimentati con correnti la cui fase varia regolarmente dall’uno all’altro e la direttività è unidirezionale; c) allineamento in linea (a. collineare), nel quale vari dipoli identici, a (fig. 6B), alimentati in fase, sono allineati lungo una stessa retta, b, asse del diagramma di radiazione, bidirezionale. Un tipo particolare di allineamento in fase progressiva è quello che dà luogo alla cosiddetta a. a elementi parassiti, o a. Yagi (fig. 6C). In quest’a. un solo dipolo, detto radiatore, b, è direttamente alimentato, mentre gli altri (a, c, d) agiscono soltanto come risuonatori; scegliendo opportunamente la lunghezza e la distanza reciproca dei vari elementi, si ottiene che gli elementi non alimentati (elementi parassiti) reirradino con fase tale da dar luogo a un diagramma complessivo di radiazione unidirezionale. Nel campo delle microonde, risultati ancora migliori sono ottenibili disponendo in posizione opportuna, rispetto al dipolo radiante, un riflettore metallico a diedro (a. a riflettore angolato; fig. 7A), cilindrico a sezione in genere parabolica (a. a riflettore cilindrico; fig. 7B) o, per guadagni più elevati e aperture minori, paraboloidico intero o a settore (a. a paraboloide; fig. 7C e 7D); è possibile realizzare il riflettore, che deve essere di dimensioni opportune rispetto alla lunghezza d’onda irradiata, mediante fili o lamiere forate per alleggerirne la struttura purché le discontinuità della superficie riflettente siano trascurabili rispetto alla lunghezza d’onda.

Caratteristiche elettriche

Dal punto di vista elettrico, un’a. a onde progressive può essere considerata una linea elettrica a costanti distribuite e per essa può essere definita un’impedenza caratteristica,

fig. 8

essendo ω la pulsazione della corrente e R, L, G e C rispettivamente la resistenza, l’induttanza, la conduttanza e la capacità per unità di lunghezza. Un’a. a onde stazionarie va considerata piuttosto come un circuito oscillante aperto a costanti distribuite che quindi presenta, in particolare, un’impedenza puramente resistiva se alimentato alla pulsazione di risonanza. In ogni caso, l’a. presenta un’impedenza di ingresso la cui parte reale R, detta resistenza efficace, può essere definita energeticamente come il rapporto tra la potenza Pt fornita dal trasmettitore, tramite la linea di alimentazione, e il quadrato del valore efficace della corrente di alimentazione, calcolato per convenzione in un punto di massimo, vale a dire in un ventre di corrente. In modo analogo, la potenza irradiata Pi, intesa come flusso energetico nell’unità di tempo attraverso una superficie chiusa contenente l’a., e la potenza dissipata Pp, che tiene conto delle varie cause di perdita di energia, permettono di definire la resistenza di radiazione Ri e la resistenza di perdita o ohmica Rp dell’antenna. Analogamente agli altri sistemi di trasformazione di energia, è detto rendimento o efficienza dell’a. il rapporto η=Pi/Pt=Pi/(Pi+Pp)=Ri/(Ri+Rp); da ciò deriva che un’a. è tanto più efficace quanto maggiore è la resistenza di radiazione nei confronti della resistenza ohmica, generalmente dell’ordine della frazione di Ω. La resistenza di radiazione è esprimibile come rapporto tra la lunghezza dell’a. e la lunghezza d’onda irradiata. Oltre che per le a. aperiodiche, anche per le a. accordate si può parlare di una larghezza di banda, intesa come intervallo di frequenze nell’intorno della frequenza di risonanza dell’a. per il quale l’irradiazione è sufficientemente elevata; poiché, come è ovvio, tale intervallo dipende dai valori delle costanti distribuite è possibile modificarlo cambiando le caratteristiche geometriche dell’antenna. Il valore della resistenza efficace gioca un ruolo fondamentale nei riguardi della connessione tra a. e linea di alimentazione: l’ottenimento della voluta condizione è conseguito connettendo la linea dell’a. mediante un adatto circuito, detto adattatore o accoppiatore d’a., a costanti concentrate o distribuite. In fig. 8 sono indicati gli schemi dei sistemi di accoppiamento detti rispettivamente con attacco a delta e a dipolo ripiegato: nel primo caso la resistenza efficace dipende dalla lunghezza dei tratti a e b, nel secondo dal rapporto tra i diametri dei due conduttori c e c′, per cui variando opportunamente tali grandezze si altera il valore di R, rendendola uguale all’impedenza caratteristica della linea di alimentazione.

Classificazione delle a. trasmittenti

fig. 9A

fig. 10A

fig. 11

fig. 12

Questa suddivisione è fatta in base alla lunghezza d’onda, quindi alla frequenza, della radiazione che l’a. è in grado di trasmettere. A. per onde lunghe e medie In queste gamme (lunghezza d’onda maggiore di 200 m), impiegate prevalentemente per radiodiffusione a modulazione di ampiezza, l’a. tipica è l’a. Marconi (fig. 9A) alimentata o all’estremo inferiore isolato dal suolo o a una certa altezza, con l’estremo inferiore non isolato. In fig. 9 sono illustrati gli schemi dell’a. Marconi e di alcune a. accorciate di uso comune derivate da questa, realizzate disponendo opportuni conduttori variamente disposti all’estremo superiore. A. per onde corte In questa gamma (lunghezza d’onda da 200 a 10 m) predomina l’a. a dipolo, orizzontale o verticale, sola o accoppiata con altre in modo da ottenere un’alta direttività. A. per onde ultracorte e per microonde Anche nella gamma delle onde ultracorte (lunghezza d’onda da 10 a 1 m) domina l’a. in mezz’onda; le modeste dimensioni geometriche (lunghezza di dipolo tra 5 m e 50 cm) rendono possibile la realizzazione di allineamenti direttivi anche molto complessi e l’uso di riflettori. Nel campo delle microonde (lunghezza d’onda minore di 1 m) vi è una grande varietà di a., quasi sempre a riflettore paraboloidico o a lente: da radiatori che, almeno schematicamente, sono ancora delle a. in mezz’onda, si passa gradatamente a radiatori a tromba, che vanno piuttosto ricondotti alle guide d’onda. Poiché i sistemi a onde ultracorte e a microonde sono in genere a banda larga (radiodiffusione televisiva, ponti radiotelefonici multicanale), si adottano particolari forme costruttive per realizzare a. con una larghezza di banda sufficiente. Così, i dipoli non sono quasi mai costituiti da fili, ma, per es., da tubi (a. tubolare: fig. 10A) o da un cilindro tagliato secondo una generatrice (a. cilindrica: fig. 10B) o da lamiere foggiate a cono (a. conica, o biconica: fig. 10C) o, all’incirca, a settore circolare (a. a farfalla: fig. 10D). A. a banda eccezionalmente larga è l’a. logaritmica, costituita (fig. 11) da un allineamento in fila di dipoli in mezz’onda le cui lunghezze l e le cui distanze d costituiscono progressioni geometriche con la stessa ragione; la denominazione deriva dal fatto che le caratteristiche elettriche (impedenza, guadagno ecc.) si ripetono periodicamente con il logaritmo della frequenza. I perfezionamenti raggiunti nel campo delle microonde hanno contribuito allo sviluppo dell’a. a variazione di fase, che ha la caratteristica di variare la direzione di massimo irraggiamento o ricezione in modo puramente elettronico, cioè senza ricorrere a modificazioni meccaniche della sua struttura. Il principio di funzionamento si basa sul fatto che se una a. ha n radiatori allineati posti ad uguale distanza e se la differenza di fase fra le correnti di due elementi contigui è costante e uguale a ϕ, l’angolo ϑ rispetto alla normale all’allineamento dei radiatori, per il quale il campo risulta massimo, è una funzione di ϕ. L’importanza che le a. a variazione di fase hanno nelle applicazioni radar e in altri campi, come quello delle comunicazioni a mezzo di satelliti, dipende dalla loro caratteristica fondamentale, e cioè che il fascio può essere puntato in direzioni diverse in tempi dell’ordine dei microsecondi e può anche essere allargato o ristretto in tempi dello stesso ordine. In tal modo, con una sola apparecchiatura, si possono ricercare e seguire diversi bersagli contemporaneamente. Nel campo delle microonde, per radiocollegamenti mediante satelliti geostazionari, assumono particolare importanza a. di grosse dimensioni, del tipo Cassegrain o Gregory, a riflettore paraboloidico (fig. 12) con radiatore primario a tromba, situato dietro il paraboloide in corrispondenza di un’apposita apertura. Un paraboloide (o iperboloide) secondario, situato in posizione opportuna, riflette sul paraboloide principale l’onda elettromagnetica incidente: per evitare che l’onda riflessa interferisca con l’illuminatore, causando disadattamento nel sistema radiante, si usa spostare lievemente il riflettore secondario, in modo che il suo asse di simmetria non coincida con quello del paraboloide principale.

A. riceventi

Come già detto, per il principio di reciprocità delle a., le caratteristiche elettriche e di radiazione delle a. riceventi sono le medesime di quelle delle a. trasmittenti; è da tenere presente che, poiché le a. riceventi reirradiano onde elettromagnetiche per effetto della corrente in esse indotta dalle radioonde in arrivo, il loro rendimento può essere al massimo uguale al 50%. Per le a. riceventi, oltre al guadagno G, definito come se l’a. fosse trasmittente, si considera poi un’altra grandezza caratteristica, l’area efficace (o equivalente) A, pari al rapporto tra la potenza ricevuta e la potenza convogliata per unità di superficie di fronte d’onda dalle radioonde in arrivo secondo la direzione del lobo principale di radiazione (cioè la direzione di massima captazione); tra G e A passa la relazione: A = Gλ²/(4π), dove λ è, al solito, la lunghezza d’onda. Se, come spesso accade, l’a. deve alimentare un radioricevitore operante entro un vasto campo di frequenze, si usano a. aperiodiche. Se, invece, si opera su un ristretto campo di frequenze, vengono usate, com’è naturale, a. accordate: è il caso, per es., della ricezione radiotelevisiva, in cui tipica è l’a. Yagi. Tra le a. riceventi vanno ricordate le cosiddette a. chiuse, costituite da un conduttore avvolto a bobina il quale forma la parte induttiva di un circuito oscillante. Prende il nome di a. collettiva un’a. ricevente utilizzata per parecchi radioricevitori contemporaneamente; particolari accorgimenti occorrono per adattare l’impedenza dell’a. all’impedenza complessiva delle varie linee che vanno ai ricevitori. A. collettive (dette anche centralizzate) sono usate, per es., per alimentare più televisori installati nei vari locali di un edificio. Notevoli sviluppi nel campo delle a. sono stati ottenuti nella banda delle microonde, sia nel caso di applicazioni radar sia per collegamenti via satellite. In questo ambito sono importanti le a. a schiera di fase (phased array) mediante le quali è possibile sagomare in modo opportuno l’apertura e la forma del diagramma di radiazione, tecnica di grande utilità, per es., nei radar ad agilità di fascio. Nel campo del telerilevamento da aeromobili sono di grande interesse le a. ad apertura sintetica, nelle quali le informazioni ottenute dall’a. propriamente detta sono integrate con opportune tecniche di elaborazione elettronica. Tali a. trovano applicazione negli apparati SAR (Synthetic Aperture Radar) in cui l’acquisizione dei dati procede in concomitanza con il movimento dell’aeromobile.

Zoologia

Appendice articolata

Appendice articolata e mobile inserita nella parte anteriore della testa di alcuni Artropodi (Crostacei, Miriapodi, Insetti). Le a. possono presentarsi a guisa di arti bifidi come nel primo paio (antennule) di alcuni Crostacei, in alcuni Miriapodi (Pauropus) e in alcune larve di Insetti, ma di regola risultano di una serie unica di articoli. Sono importanti organi di senso, specialmente sede del tatto e dell’olfatto; in alcuni Crostacei funzionano anche come organi di locomozione acquatica. Sono in numero di due paia nei Crostacei, di un solo paio nei Miriapodi e negli Insetti.