Antenna

L’a. è l’elemento essenziale per qualunque sistema che – allo scopo di trasmettere energia tra luoghi diversi – utilizzi come mezzo le onde elettromagnetiche irradiate. La trasmissione avviene per propagazione nello spazio, senza utilizzare alcun supporto fisico, come conduttori elettrici o fibre ottiche. Attualmente sono assai numerosi i sistemi che utilizzano l’a.: limitando l’attenzione al mondo delle telecomunicazioni, la radio e la televisione sono probabilmente tra quelli più conosciuti; però il campo è molto più ampio: ci sono i telefoni (cellulari e non), i ponti radio, i radar (civili e militari), i radiometri, gli strumenti di radioassistenza e altro ancora.

1. Com’è fatta e come funziona

L’a. è in sostanza un conduttore di forma e lunghezza appropriata, con un preciso valore di resistenza, di capacità e di induttanza, dipendenti dalla forma e disposizione degli elementi che la compongono, oltre che dalla loro natura. Un particolare discriminante è la sua lunghezza in rapporto al tipo di onde inviate/captate; perché abbia un funzionamento ottimale l’a. dovrebbe essere la metà o un quarto della lunghezza dell’onda utilizzata.
Il dispositivo è impiegato per irradiare (a. trasmittente) e per captare (a. ricevente) l’energia associata a onde elettromagnetiche. Anche se in linea di principio la stessa a. può funzionare sia per trasmettere che per ricevere, le due funzioni sono diverse ed esigono accorgimenti appropriati per essere assolte in modo efficiente. L’a. che trasmette normalmente deve trattare una quantità d’energia più elevata, dovendo interessare diverse aree e molti utilizzatori situati in luoghi diversi, mentre in quella che riceve l’energia in gioco è molto minore, interessando solo un luogo ben definito e normalmente pochi utilizzatori.
Il funzionamento di una a. è legato alle caratteristiche dei fenomeni di tipo ondulatorio. Può essere utile ricorrere a un esempio ricavato da un ambito molto diverso, ma forse più familiare al lettore. Come sa bene chi suona la chitarra, uno dei metodi per verificare l’accordatura dello strumento consiste nell’osservare se una corda vibri quando si produce su un’altra corda il suono corrispondente; infatti, se la chitarra è accordata, ciascuna corda, senza essere toccata, vibra (entra in risonanza) quando su un’altra corda viene generato il suo suono. In pratica la corda che suona funziona da trasmittente, la corda che entra in vibrazione – pur non essendo stata toccata – funziona da ricevente. Le a. radio trasmittenti e riceventi funzionano in modo analogo, ma a partire da un fenomeno ondulatorio diverso, quello elettromagnetico.

2. A. e caratteristiche delle onde elettromagnetiche

Nella propagazione delle radiazioni possono nascere diversi problemi, in particolare legati al variare della frequenza. Se un’onda ha un valore elevato di frequenza tenderà a propagarsi in modo rettilineo, rendendo così più difficoltosa la diffusione che sarà condizionata dagli ostacoli presenti lungo la sua traiettoria. È il caso delle microonde o comunque di radiazioni con frequenze maggiori di 1000 MHz (al problema si rimedia moltiplicando a tappeto i ripetitori – vere e proprie a. che ricevono il segnale e, amplificato, lo ritrasmettono – sul territorio da ‘illuminare’). Se invece un’onda si propaga con una frequenza più bassa (lunghezza d’onda maggiore), essa riesce a superare più facilmente i diversi ostacoli, perché minore è la sua direzionalità: in generale, più bassa sarà la frequenza, più facile risulta irradiare un segnale. Sorgono però altri problemi. Uno di questi riguarda le dimensioni dell’a. da utilizzare, che variano – come si è detto – con la lunghezza dell’onda che si vuole diffondere. A una frequenza di 30 kHz le onde elettromagnetiche sono lunghe 10 km (venivano usate un tempo a servizio della navigazione) e quindi la lunghezza dell’a. dovrebbe essere di 5 km (oppure 2,5 km), misura certamente poco favorevole per la realizzazione di un impianto (le onde magnetiche usate dalle trasmissioni televisive sono dell’ordine del metro, per questo le a. montate sulle case sono di dimensione contenuta).

3. Tipologia

Molto vari sono i tipi di a.; semplificando e raggruppando quelle che utilizzano forme similari si ottengono tre grosse categorie:
1) A. filiforme. Si rifà al tipo di a. più semplice: un singolo conduttore elettrico monopolo o dipolo, formato da due piastre collegate allo strumento attraverso due conduttori (è considerato l’elemento base dei sistemi radianti in risonanza).
In particolare si possono ricordare l’a. a dipolo a semionda, costituita da due spezzoni di conduttore lineare, ciascuno lungo 1/4 della lunghezza d’onda trattata, posizionati sullo stesso asse e alimentati al centro; l’a. a dipolo ripiegato, simile alla precedente, ma con una maggiore larghezza di banda; l’a. Yagi, dal nome del suo inventore, un’a. direttiva a più elementi, usata soprattutto per la Tv (con numerose varianti ed evoluzioni); l’a. monopolo a quarto d’onda (detta tipo Marconi), ecc.
2) A. ad apertura o a superficie radiante. Di questo tipo di a. quella parabolica è la più conosciuta e la più importante. Il suo ingombro ne limita l’uso a frequenze superiori al GHz (lunghezza d’onda dell’ordine di centimetri). Essa è costituita da un paraboloide nel cui fuoco è posto un illuminatore che, nel caso di a. ricevente, convoglia la potenza al ricevitore. La stessa a., se usata per trasmettere un segnale, permette l’emissione di un fascio molto direttivo, la cui apertura è dell’ordine del grado. Ha un guadagno elevato. Ovviamente anche in questo caso molte sono le varianti messe a punto dalla tecnologia attuale. 3) A. di sintesi. Sono costituite da schiere di a. di diversa tipologia (utilizzate contemporaneamente per ottenere effetti particolari) o da un insieme di a. tutte uguali poste a schiera. Un esempio è l’a. planare, costituita da una disposizione ordinata di dipoli (array); essa emette un fascio che è orientabile elettronicamente secondo la fase con la quale il segnale viene inviato ai singoli dipoli. L’a. planare trova applicazione nei radar di scoperta e inseguimento potendo tenere sotto controllo nello stesso tempo più bersagli.
Commercialmente esse assumono nomi diversi, legati alla funzione o al costruttore. Attualmente particolare attenzione viene data alla forma, al ‘design’; si cerca inoltre di inglobare sempre più l’a. nell’apparecchio.
La rivoluzione digitale sta imponendo una doppia rivoluzione: si intensificano le possibilità di comunicazione (Internet è l’esempio più eclatante) e – con un effetto a valanga – si moltiplica in modo esponenziale la domanda di nuovi canali di comunicazione, più validi, con una larghezza di banda superiore. L’industria e la tecnologia percorrono varie strade per dare una risposta a queste esigenze: una strada è il miglioramento dei collegamenti via cavo, utilizzando fibre ottiche e – aspetto assai interessante – nuovi software in grado di utilizzare in forme ottimali anche le reti già esistenti; l’altra strada – sempre meglio integrata alla prima – è quella della telecomunicazione via onde elettromagnetiche ad altissima frequenza, con l’impiego sempre più massiccio dei satelliti. In tutta questa rivoluzione l’a. ha e avrà un ruolo insostituibile.