Le microonde sono onde elettromagnetiche in un intervallo di frequenze; un’antenna è il dispositivo che le irradia o riceve. Una guida d’onda è invece un percorso di trasmissione che può collegare la radio e l’antenna. Non sono tre tecnologie alternative per svolgere la stessa funzione.
Microonde, antenna e guida: ruoli diversi
| Termine | Significato | Esempio |
|---|---|---|
| Microonde | Regione dello spettro elettromagnetico | Onde utilizzate in radar, comunicazioni e riscaldamento |
| Antenna | Collegamento tra campo guidato e spazio libero | Horn, parabola, patch, array |
| Guida d’onda | Struttura che guida un campo elettromagnetico | Tubo metallico rettangolare o circolare |
Un’antenna può lavorare a microonde senza essere alimentata da un tubo metallico: esistono anche alimentazioni coassiali e stampate. La scelta dipende dalla struttura e dal sistema.
Frequenza e lunghezza d’onda delle microonde
Il limite inferiore del termine varia tra discipline: una definizione ampia usa circa 300 MHz–300 GHz, altre trattazioni partono da 1 GHz. Le microonde fanno parte delle onde radio, non costituiscono un fenomeno separato.
La lunghezza d’onda libera è λ = c/f. Con c ≈ 299.792.458 m/s, a 2,45 GHz si ottengono circa 122 mm; a 10 GHz circa 30,0 mm. La lunghezza d’onda in guida o su una struttura stampata può essere diversa.
Una lunghezza d’onda più corta consente, a parità di apertura fisica, una maggiore direttività in condizioni comparabili. Non determina però da sola velocità, distanza o capacità del collegamento.
Cosa fa l’antenna
In trasmissione forma la radiazione a partire dall’energia RF ricevuta dall’alimentazione. In ricezione raccoglie energia dal campo incidente e la trasferisce al circuito. Un’antenna passiva non decodifica i dati e non aggiunge amplificazione elettronica.
Horn e parabole sono frequenti nelle applicazioni a microonde, ma patch, slot e array rispondono ad altre esigenze di ingombro, fascio o integrazione. Banda, polarizzazione e diagramma devono corrispondere al collegamento.
Perché usare una guida d’onda
Una guida metallica dimensionata correttamente può offrire vantaggi di perdita e potenza. Il riempimento d’aria evita parte delle perdite associate a un dielettrico solido, ma restano perdite nelle pareti e discontinuità. Il risultato va valutato per frequenza, lunghezza e componenti reali.
Per una guida rettangolare in aria, il taglio TE10 è fc = c/(2a). Il WR-90 misura internamente 22,86 × 10,16 mm, ha taglio circa 6,56 GHz e banda pratica usuale 8,2–12,4 GHz. Non è quindi adatto alla normale propagazione TE10 a 2,45 GHz.
Il confronto con il coassiale
Non esiste un limite universale di 2 GHz oltre il quale il coassiale diventi sempre peggiore. Sono disponibili cavi e connettori per frequenze elevate; una catena coassiale può essere vantaggiosa per ampiezza di banda e flessibilità.
Confronta perdita totale, curve e transizioni alla medesima frequenza. La guida ha una banda legata ai modi; il coassiale ha limiti reali di dimensioni, dielettrico e connettore. Nessuno dei due si seleziona con un solo numero generico in dB/m.
Perdita nello spazio e perdita nella linea
La perdita di un cavo o di una guida può essere specificata in dB/m in condizioni definite. Quella di spazio libero varia in modo logaritmico con distanza e frequenza: non è una costante di 0,1 dB/km. Pioggia e assorbimento atmosferico sono contributi aggiuntivi.
Per progettare il sistema, definisci frequenza, banda, potenza, perdite ammesse, antenna, polarizzazione e percorso. Le equazioni della guida sono in Microwaves101; le interfacce disponibili si possono confrontare nel catalogo Dolph Microwave.
