Come funziona un’antenna

di Salvatore Aranzulla

Nel mono d'oggi, ovunque andiamo, finiamo volenti o nolenti nell'imbatterci in qualche traliccio con sopra una impalcatura di antenne. Vuoi perché il mondo è sempre avido di connessione, vuoi perché proprio non possiamo stare senza televisore o anche per il semplice piacere di ascoltare la radio in macchia.

Sono così tante che spesso finiamo col darle per scontate, quasi fossero parte “dell'arredamento” di questo mondo che ci circonda, ma la verità è che sono qualcosa di estremamente affascinante e che, sostanzialmente, muove il mondo che ci circonda. Quindi ha perfettamente senso chiedersi, almeno una volta nella vita, come funziona un'antenna.

Ebbene, mio caro lettore, ho messo insieme una spiegazione più digeribile possibile per permetterti di comprendere le basi di questo strumento. Niente formule complicate o teorie complesse salvo indispensabili, solo una forma pratica per comprendere ciò che, come vedrai, è più semplice di quanto appare.

Come funziona un'antenna ricevente

antenna tv

Iniziamo a vedere come funziona un'antenna ricevente, che è la parte più sostanziale di questo concetto ma che, in fin dei conti, spiega anche come funziona l'antenna che emette il segnale. Dunque, come probabilmente saprai, ci sono vari tipi di antenne a questo mondo, ma sono in realtà tutte simili nel concetto.

La grande proprietà fisica attorno alla quale funzionano è una sola, ovvero quella dell'elettricità e del magnetismo. Devi sapere infatti che, ogni qualvolta una corrente elettrica passa all'interno di un circuito elettrico, essa produce un magnetismo. Ora, è bene comprendere che questo fenomeno è generalmente trascurabile, poiché molto debole.

Se una corrente passa in un cavo semplice ha un effetto quasi nullo, ma ci sono dei modi per aumentare questo effetto. Tramite particolari materiali con una differente resistività, modificando la disposizione dei cavi (facendone delle spire per esempio) o variando i parametri di tensione e corrente, questo campo magnetico può aumentare e diventare non solo rilevante, ma anche molto forte. Se a questo sistema ci colleghiamo un'antenna, essa può sprigionare questo magnetismo sotto forma di onde elettromagnetiche nell'ambiente circostante.

Ora, questa è solo metà della spiegazione, perché questo è un po' il concetto di come funziona un'antenna emittente, ovvero emettendo un campo magnetico intorno a sé. Ma, per il principio di reciprocità, questo effetto funziona anche al contrario. Ovvero, una determinata conformazione di cavi (o altro equipaggiamento volto ad aumentare la portata e il grado di ricezione dell'apparecchio) immerso in questo campo magnetico lo “cattura” e genera una corrente alternata.

Per cattura non intendo che se lo prende tutto, semplicemente se attraversata da questo campo magnetico, genera una corrente. Ecco spiegato il funzionamento di qualsiasi antenna, fine. Ok, forse serve un po' più di contesto e approfondimento, ma qui c'è già praticamente tutto quello che serve.

Immagina di voler inviare un segnale radio, TV, di rete Internet o qualunque altra cosa. Non devi far altro che trasformare questo “qualcosa” da trasmettere, in un segnale elettrico, mandarlo “dentro l'antenna” in modo che diventi un campo magnetico, predisporre il ricevitore in modo che “senta” questo campo magnetico e lasciare che, questo magnetismo, venga ritrasformato in corrente elettrica.

In pratica è un passaggio di informazioni elettrico > magnetico > elettrico, con delle chiare criticità al suo interno. Il magnetismo non è qualcosa di infinito, ma facilmente ostacolabile da vari materiali, superfici e anche da vento o cattive condizioni climatiche. Inoltre è direzionale, seguendo più o meno la stessa dinamica delle increspature nell'acqua quando ci lanci dentro un sasso e diminuisce con l'aumentare della distanza dall'emettitore. Se fossimo nel vuoto, allora questo segnale non si attenuerebbe, ma dal momento che l'atmosfera è densa di elementi, il segnale si indebolisce.

Devono esserci quindi ripetitori messi in posti “strategici” in modo che possano coprire ampie zone, evitando di farsi bloccare da una collinetta, qualche casa o chissà che altro. Per questo le antenne che vedi in giro sono sempre disposte in alto, perché più si scende più è probabile incontrare ostacoli. Inoltre, dall'alto il segnale potrà coprire una distanza maggiore.

In tutto questo non abbiamo ancora fatto entrare in scena la frequenza, un elemento assolutamente imprescindibile del discorso. Tutte le antenne emettono lo stesso segnale elettromagnetico? Ovviamente no, altrimenti sarebbe un gran casino, con musica, TV e Internet che si andrebbero a sovrapporre e generando solo disturbi.

Per questo i segnali vengono inviati su frequenze differenti, che possono andare dai 300 ai 3.000 KHz per la classica radio AM fino ai 5 GHz di quelle della telefonia mobile di ultima generazione. Ecco dunque cos'è il famigerato 5G, niente di più che una semplice sigla della frequenza usata per la trasmissione dei dati.

La frequenza però non è tutta uguale, infatti le frequenze più alte (come il 5G appunto) trasportano molti più dati, ma sono anche estremamente suscettibili. Basta qualche muro spesso e il segnale cade drasticamente, perché queste onde elettromagnetiche non sono in grado di penetrare materiali spessi. Le frequenze più basse invece, sono in gradi di arrivare praticamente ovunque, oltrepassando anche solide pareti di roccia (infatti nei sottomarini si usano onde che possono arrivare a 30 Hz). Ovviamente, maggiore frequenza, maggiore capacità di trasportare informazioni, altrimenti andrebbero tutti su 30 Hz e similari.

In tutto questo dunque, per rispondere alle esigenze delle onde elettromagnetiche, sono stati creati vari tipi di antenna che, evolvendosi negli anni, hanno dato origine a quelle che vediamo in giro oggi.

Antenne lineari — sono le classiche antenne a singola… Antenna. Quelle semplici aste di metallo che possiamo vedere, per esempio, sulle vecchie automobili. Per funzionare necessitano di una piastra alla base che rifletta le onde che, nel caso dell'auto appunto, diventa la carrozzeria. Maggiori info qui.
Antenne a dipolo — sono antenne formate da due braccia disposte in contrapposizione o a formare una V. Queste permettono una maggiore direzionalità rispetto a quella singola, ma comunque non particolarmente elevata. Le antenne TV classiche (non le parabile) sono sostanzialmente costituite da molteplici dipoli, disposti in svariate direzioni.
Antenne a spirale — la conformazione delle antenne a spirale è sostanzialmente identica a quelle a dipolo, solo che qui il dipolo è disposto a spirale, cosa che conferisce all'antenna una migliore direzionalità.
Antenne ad apertura — sono antenne che emettono o ricevono un segnale da dentro una struttura chiusa con un foro direzionale. Possono assomigliare a dei megafoni e hanno la peculiarità di poter lavorare con onde polarizzate circolarmente.
Antenne a elica — sono antenne che sono richiuse a spirale su una struttura centrale e hanno il vantaggio di funzionare molto meglio ma su uno spettro di frequenze limitato ma, come per quelle a spirale, anche queste possono lavorare con onde polarizzate circolarmente. Maggiori info qui.

Come funziona un'antenna TV

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Siccome immagino che la lista appena vista non abbia fugato i tuoi dubbi, andiamo a vedere qualche caso specifico in dettaglio iniziando a vedere come funziona un'antenna TV. In questo caso intendo ovviamente le antenne classiche, non quelle a parabola che vedremo in seguito.

Ebbene questa è una delle casistiche più facili da spiegare, dato che è tra le più semplici. Dato che la lunghezza di un'antenna, per captarla, deve essere lunga la metà dell'onda della frequenza stessa (questo in linea generale), l'antenna televisiva tiene conto delle lunghezze d'onda tramite tecniche come l'utilizzo di dipoli multipli o elementi riflettenti.

Sostanzialmente è un'antenna a dipolo o, per meglio dire, un mucchio di dipoli che sono di varie lunghezze per captare le frequenze dei vari canali. Alcune sono disposte in opposizione, altre a forma di V, ma sono tutte piccole o grandi antenne che lavorano insieme. Semplice, vero?

Come funziona un'antenna radio

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Se parliamo invece di come funziona un'antenna radio, allora la cosa si fa ancora più semplice. Si tratta di un'antenna lineare che capta le varie frequenze d'onda che vengono trasmessi da tutte le direzioni. Essendo montata su uno strumento più rudimentale, è chiaro come il suo funzionamento sia molto più approssimativo.

Non ci sono particolari cose da aggiungere, le varie stazioni radio emetteranno le loro onde e, tramite il sintonizzatore, si regola la medesima per captare e filtrare quella frequenza, la quale sarà poi convertita in suono e pulita (più o meno) dai disturbi.

Come funziona un'antenna parabolica

parabola

Il funzionamento dell'antenna parabolica è sicuramente tra i più affascinanti per via dell'ingegnosità. La parabola in realtà non è l'antenna, ma solo una sorta di “rete” per catturare le onde elettromagnetiche e concentrarle laddove c'è la vera antenna, ovvero quell'asta che sorge dal centro o dal basso della parabola.

Questo permette di avere un'altissima precisione rispetto alla direzionalità delle onde e di renderle più potenti ed efficaci andando a catturarne molte per poi puntarle tutte sull'antenna, che riceverà quindi un segnale decisamente amplificato rispetto a quello che avrebbe potuto fare senza disco.

Ci sono poi parabole con molteplici riflessioni per migliorare il segnale ma, in sostanza, il concetto non cambia. Inoltre ci sono poi modelli motorizzati, che quindi si possono orientare in base alla provenienza del segnale, permettendo quindi una ricezione sempre perfetta rispetto all'emittente.

Come funziona un'antenna 5G

Se vuoi sapere come funziona un'antenna 5G o come funziona un'antenna Wi-Fi, allora sappi che non c'è davvero nulla di diverso rispetto a quanto abbiamo detto nelle righe precedenti. Tutto il concentrato della sostanza sta nell'ampiezza delle onde da captare che, nel caso del 5G, sono più piccole.

Per questo le antenne 5G sono molto meno invasive di quelle del 4G e, come ulteriore vantaggio, possono essere direzionali. Infatti, le antenne 5G, utilizzano il beamforming, ovvero sono in grado di dirigere fasci di segnali verso gruppi di dispositivi o aree specifiche, migliorando l'efficienza e riducendo le interferenze.

Attenzione, la rete rimane la stessa, quindi non pensare che si tratti di una rete privata personale, ma fornisce una connessione molto più mirata e pulita delle antenne di tecnologia precedente. A parte questo, non ci sono altre sostanziali differenze, sta tutto nel segnale in sé. Per maggiori dettagli, ti lascio la mia guida su come funziona il 5G.

Salvatore Aranzulla è il blogger e divulgatore informatico più letto in Italia. Noto per aver scoperto delle vulnerabilità nei siti di Google e Microsoft. Collabora con riviste di informatica e cura la rubrica tecnologica del quotidiano Il Messaggero. È il fondatore di Aranzulla.it, uno dei trenta siti più visitati d'Italia, nel quale risponde con semplicità a migliaia di dubbi di tipo informatico. Ha pubblicato per Mondadori e Mondadori Informatica.