Intensità del campo, area equivalente e potenza ricevuta

Conversione tra il campo elettrico (E), il campo magnetico (H) e la densità di potenza (S).

E = Z_0 H                 S = E^2 / Z_0 = Z_0 H^2                 Z_0 = 120 pi = 377 Ohm
Campo elettrico:E = V/m
Campo magnetico:H = A/m
Densità di potenza:S = W/m2

Immettere un valore a scelta (E, H o S) e clickkare il bottone "Converti" corrispondente per calcolare gli altri due valori.

Nella regione del campo lontano, il campo elettrico è normale al campo magnetico, entrambi sono normali alla direzione di propagazione e in fase tra loro. Con queste condizioni la densità di potenza, il campo elettrico e quello magnetico sono correlati da semplici relazioni che contengono l'impedenza caratteristica del vuoto Z0.

Conversione tra la frequenza (f), la lunghezza d'onda (lambda) e l'area equivalente dell'antenna (Ae).

f = c_0 / lambda                 A_e = g * lambda^2 / (4 pi)                 c_0 = 3 * 10^8 m/s
Frequenza:f = Hz
Lunghezza d'onda:lambda = m
Guadagno dell'antenna:G = dBi
Area equivalente:Ae = m2

Immettere il guadagno dell'antenna G e un valore a scelta (f, lambda o Ae) e clickkare il bottone "Converti" corrispondente per calcolare gli altri valori.

L'area equivalente dell'antenna è usata per descrivere la sua capacità di catturare la potenza di un'onda incidente. Non è un'area "fisica" di qualche parte dell'antenna, è solo un numero che ha la dimensione di un'area [m2].

Conversione tra potenza ricevuta (Pr), area equivalente dell'antenna (Ae) e densità di potenza (S).

P_r = A_e S
Densità di potenza:S = W/m2
Area equivalente:Ae = m2
Potenza ricevuta:Pr = W

Immettere due valori (tra S, Ae e Pr) e clickkare sul bottone "Calcola" corrispondente al valore mancante per calcolarlo.

Se si conosce l'area equivalente e la densità di potenza di un campo elettromagnetico incidente sull'antenna si può calcolare la potenza disponibile ai terminali dell'antenna se l'impedenza è adattata.

Nota: l'area equivalente dipende dalla direzione dell'onda incidente rispetto all'antenna.

Bibliografia:

C.-A. Balanis, Antenna theory, analysis and design Wiley, 1997, Capitolo 2.

Conversioe tra intensità del campo e potenza ricevuta

Conversione tra il campo elettrico (E), il campo magnetico (H) e la densità di potenza (S).

Disegno di un'onda EM (di densità di potenza S) che viene ricevuta da un'antenna (di guadagno G) con una potenza P_r

P_r = A_e S                 A_e = g * lambda^2 / (4 pi)                 f = c_0 / lambda                 c_0 = 3 * 10^8 m/s
E = Z_0 H                 S = E^2 / Z_0 = Z_0 H^2                 Z_0 = 120 pi = 377 Ohm
Frequenza:f = Hz
Guadagno dell'antenna:G = dBi
Potenza ricevuta:Pr = dBm
pr = W
Campo elettrico:E = V/m
Campo magnetico:H = A/m
Densità di potenza:S = W/m2

Immettere la frequenza f, il guadagno dell'antenna G e un valore (sia pr, Pr, E, H o S) e clickkare il bottone "Converti" corrispondente per calcolare gli altri quattro valori.

Un campo elettromagnetico di densità di potenza S [W/m2] nella zona del campo lontano è ricevuto da un'antenna di guadagno G [dB] e una certa potenza Pr [W] viene misurata ai terminali dell'antenna.

Le perdite dell'antenna e del cavo possono venir prese in considerazione scegliendo un guadagno G appropriato. L'impedenza dell'antenna deve però essere adattata a quella del cavo e del ricevitore.

Bibliografia:

C.-A. Balanis, Antenna theory, analysis and design Wiley, 1997, capitolo 2.

Regioni del campo

Regioni del campo.

Disegno che mostra le tre regioni di un'antenna

r_1 = 0.62 (d^2 / lambda)^(1/2)                 r_2 = (2 d^2) / lambda                 lambda = c_0 / f
Frequenza:f = Hz
Dimensione massima dell'antenna: d = m
Raggio della regione reattiva:r1 = m
Raggio della regione radiante:r2 = m

Immettere la frequenza f, la dimensione d, e clickkare il bottone "Calcola" per calcolare i due raggi r1 e r2.

Lo spazio circostante un'antenna è solitamente suddiviso in tre regioni: il campo prossimo reattivo [reactive near-field], il campo prossimo radiante [radiating near-field] (o zona di Fresnell), e il campo lontano [far-field] (o zona di Fraunhofer). Queste regioni sono specifiche alla struttura del campo elettromagnetico, ma non ci sono cambiamenti bruschi tra l'una e l'altra.

Campo prossimo reattivo: Parte del campo in prossimità dell'antenna dove la componente reattiva del campo predomina.
Campo prossimo radiante (Fresnel): Parte del campo dell'antenna tra il campo prossimo reattivo e il campo lontano dove la componente radiante del campo predomina. In questa regione la distribuzione angolare del campo dipende dalla distanza dell'antenna.
Campo lontano (Fraunhofer): Parte del campo dell'antenna dove la distribuzione angolare del campo è indipendente dalla distanza dell'antenna.

Bibliografia:

C.-A. Balanis, Antenna theory, analysis and design Wiley, 1997, Capitolo 2.

Attenuazione isotropica della propagazione nello spazio libero

Attenuazione isotropica della propagazione nello spazio libero.

Disegno di un'antenna trasmittente e di una ricevente

a_iso = ((4 pi d) / lambda)^2
Frequenza:f = Hz
Distanza:d = m
Attenuazione di tratta:Aiso = dB

Immettere la frequenza f e un valore (sia d sia Aiso) e clickkare sul bottone "Calcola" corrispondente per calcolare il valore mancante.

Questa conversione è valida unicamente nel campo lontano e le antenne devono essere perfettamente allineate e con la stessa polarizzazione. Lo spazio tra le due antenne deve essere libero.
Solo l'attenuazione geometrica viene presa in considerazione; l'assorbimento dell'aria oo di altri materiali non viene considerato.

Bibliografia:

P.-G. Fontolliet, Traité d'Électricité, Vol. XVIII: Systèmes de télécommunications Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 1996, p. 416.

Guadagno massimo e minima banda passante teorici di un'antenna

Guadagno massimo e minima banda passante teorici di un'antenna.

Disegno di un'antenna inscritta in una sfera di raggio a

g_max = (k a)^2 + 2 k a
Q = (1 / (k a)) + (1 / ((k a)^3))                 BW_max = f / Q <==> Q >> 1
k = 2 pi / lambda                 lambda = c_0 / f
Frequenza:f = Hz
Raggio minimo di una sfera contenente l'antenna: a = m
Guadagno massimo dell'antenna:G < dBi
Fattore di qualità massimo:Q < 1/1
Banda passante minima:BW > Hz

Immettere la frequenza f e un valore (a, G, Q o BW) e clickkare il bottone "Calcola" corrispondente per calcolare gli altri tre valori.

Queste formule sono valide solamente per antenne perfette (senza perdite). Per le antenne reali (con perdite) il guadagno sarà minore e la banda passante sarà più larga.
La banda passante è calcolata solamente quando la condizione Q>>1 è rispettata, ed è valida solamente per antenne a polarizzazione lineare.

Bibliografia:

Guadagno:   L. J. Chu, Phisical limitations of omnidirectional antennas, Journal of Applied Physics, vol. 19, pp. 1163-1175, december 1948.
Banda passante:   R. F. Harrington, Time-Harmonic Electromagnetic Fields, Electrical and Electronical Engineering, McGrow-Hill, New York, 1961.
Metodo di Newton:   J. Rappaz, Analyse numérique, Notes de cours: Lecons 1 à 10, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, 1994, pp. 64-66.

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