Significato dell'impedenza dell'antenna
Per comodità nelle applicazioni ingegneristiche, le parti reale e immaginaria dell'impedenza dell'antenna sono spesso osservate e regolate utilizzando il diagramma di Smith (Smith Chart). Inoltre, il rapporto d'onda stazionaria (VSWR) e la perdita di ritorno sono parametri importanti comunemente utilizzati per osservare l'impedenza. Questi indicatori saranno descritti in dettaglio in seguito, non verranno approfonditi oggi.
Tornando all'impedenza, è noto che per un sistema RF, la trasmissione del segnale RF tra i vari moduli richiede un adattamento di impedenza. Uno squilibrio causerebbe una notevole riflessione del segnale RF trasmesso. Da un lato, questo spreca molta energia; dall'altro, l'energia riflessa potrebbe interferire con il normale funzionamento del sistema RF.
Per un sistema RF, l'antenna può essere considerata un carico. Pertanto, l'impedenza di ingresso dell'antenna è cruciale. Se l'impedenza dell'antenna non corrisponde all'impedenza caratteristica della linea di alimentazione RF, l'energia trasmessa sulla linea verrà riflessa, impedendo la trasmissione della massima energia possibile attraverso il sistema RF e causando gli sprechi energetici menzionati. Più grave è il disadattamento d'impedenza dell'antenna, maggiore è l'energia riflessa. Ecco perché è necessario adattare l'impedenza dell'antenna.
La situazione ideale è che l'impedenza di ingresso dell'antenna sia puramente resistiva e uguale all'impedenza caratteristica della linea di alimentazione. In questo caso, non ci sarebbe riflessione di potenza tra antenna e linea di alimentazione, e la trasmissione tra di esse non avrebbe perdite energetiche. Tuttavia, questa condizione ideale non esiste nella pratica ingegneristica, poiché sia l'impedenza dell'antenna che quella della linea di alimentazione possono solo approssimare l'impedenza caratteristica desiderata, con inevitabili differenze rispetto all'impedenza ideale. Per garantire compatibilità e funzionamento efficiente tra diversi sistemi RF e antenne, i prodotti elettronici per le telecomunicazioni mobili definiscono solitamente l'impedenza caratteristica dei moduli RF e delle antenne a 50Ω. Questo è il motivo per cui le antenne sono generalmente progettate per un'impedenza di 50Ω.
Se l'impedenza intrinseca dell'antenna non è ottimale, è impossibile ottenere l'adattamento d'impedenza? La risposta è no. Quando l'impedenza intrinseca dell'antenna è insoddisfacente, possiamo utilizzare condensatori e induttori in serie o in parallelo per regolare e migliorare l'impedenza dell'antenna. In questo caso, consideriamo l'antenna stessa e i componenti di matching (condensatori e induttori) come un unico sistema. Se l'impedenza di questo sistema complessivo è appropriata (vicina a 50Ω), si considera adattata.
Fattori che influenzano l'impedenza dell'antenna
Da cosa è determinata l'impedenza di ingresso di un'antenna? Generalmente, i fattori determinanti sono 3:
1. La forma strutturale e le dimensioni fisiche dell'antenna stessa;
2. La frequenza di lavoro dell'antenna;
3. L'ambiente circostante l'antenna.
Qualsiasi cambiamento in uno di questi 3 fattori comporta una variazione dell'impedenza di ingresso dell'antenna, cioè una variazione delle sue prestazioni. Il fattore 1 indica che la forma dell'antenna può alterarne l'impedenza. Il fattore 2 si riferisce alla frequenza operativa, poiché la stessa antenna presenta impedenze diverse a frequenze di lavoro diverse.
I primi due fattori sono generalmente conosciuti, ma è importante prestare attenzione al fattore 3: l'ambiente circostante l'antenna. Ciò significa che la stessa antenna, alla stessa frequenza di lavoro, avrà un'impedenza completamente diversa se l'ambiente circostante cambia. Questo spiega perché molte antenne integrate, autodefinite ad alte prestazioni, quando montate nei nostri effettivi prodotti elettronici, spesso mostrano prestazioni scadenti o addirittura inutilizzabili. La causa è la discrepanza tra l'ambiente circostante effettivo durante l'uso e l'ambiente in cui l'antenna è stata sviluppata. Pertanto, quando l'ambiente circostante l'antenna è complesso, è essenziale progettare l'antenna su misura, in particolare per le antenne integrate.
Tornando all'impedenza, è noto che per un sistema RF, la trasmissione del segnale RF tra i vari moduli richiede un adattamento di impedenza. Uno squilibrio causerebbe una notevole riflessione del segnale RF trasmesso. Da un lato, questo spreca molta energia; dall'altro, l'energia riflessa potrebbe interferire con il normale funzionamento del sistema RF.
Per un sistema RF, l'antenna può essere considerata un carico. Pertanto, l'impedenza di ingresso dell'antenna è cruciale. Se l'impedenza dell'antenna non corrisponde all'impedenza caratteristica della linea di alimentazione RF, l'energia trasmessa sulla linea verrà riflessa, impedendo la trasmissione della massima energia possibile attraverso il sistema RF e causando gli sprechi energetici menzionati. Più grave è il disadattamento d'impedenza dell'antenna, maggiore è l'energia riflessa. Ecco perché è necessario adattare l'impedenza dell'antenna.
La situazione ideale è che l'impedenza di ingresso dell'antenna sia puramente resistiva e uguale all'impedenza caratteristica della linea di alimentazione. In questo caso, non ci sarebbe riflessione di potenza tra antenna e linea di alimentazione, e la trasmissione tra di esse non avrebbe perdite energetiche. Tuttavia, questa condizione ideale non esiste nella pratica ingegneristica, poiché sia l'impedenza dell'antenna che quella della linea di alimentazione possono solo approssimare l'impedenza caratteristica desiderata, con inevitabili differenze rispetto all'impedenza ideale. Per garantire compatibilità e funzionamento efficiente tra diversi sistemi RF e antenne, i prodotti elettronici per le telecomunicazioni mobili definiscono solitamente l'impedenza caratteristica dei moduli RF e delle antenne a 50Ω. Questo è il motivo per cui le antenne sono generalmente progettate per un'impedenza di 50Ω.
Se l'impedenza intrinseca dell'antenna non è ottimale, è impossibile ottenere l'adattamento d'impedenza? La risposta è no. Quando l'impedenza intrinseca dell'antenna è insoddisfacente, possiamo utilizzare condensatori e induttori in serie o in parallelo per regolare e migliorare l'impedenza dell'antenna. In questo caso, consideriamo l'antenna stessa e i componenti di matching (condensatori e induttori) come un unico sistema. Se l'impedenza di questo sistema complessivo è appropriata (vicina a 50Ω), si considera adattata.
Fattori che influenzano l'impedenza dell'antenna
Da cosa è determinata l'impedenza di ingresso di un'antenna? Generalmente, i fattori determinanti sono 3:
1. La forma strutturale e le dimensioni fisiche dell'antenna stessa;
2. La frequenza di lavoro dell'antenna;
3. L'ambiente circostante l'antenna.
Qualsiasi cambiamento in uno di questi 3 fattori comporta una variazione dell'impedenza di ingresso dell'antenna, cioè una variazione delle sue prestazioni. Il fattore 1 indica che la forma dell'antenna può alterarne l'impedenza. Il fattore 2 si riferisce alla frequenza operativa, poiché la stessa antenna presenta impedenze diverse a frequenze di lavoro diverse.
I primi due fattori sono generalmente conosciuti, ma è importante prestare attenzione al fattore 3: l'ambiente circostante l'antenna. Ciò significa che la stessa antenna, alla stessa frequenza di lavoro, avrà un'impedenza completamente diversa se l'ambiente circostante cambia. Questo spiega perché molte antenne integrate, autodefinite ad alte prestazioni, quando montate nei nostri effettivi prodotti elettronici, spesso mostrano prestazioni scadenti o addirittura inutilizzabili. La causa è la discrepanza tra l'ambiente circostante effettivo durante l'uso e l'ambiente in cui l'antenna è stata sviluppata. Pertanto, quando l'ambiente circostante l'antenna è complesso, è essenziale progettare l'antenna su misura, in particolare per le antenne integrate.