Curiosità "ingegneresca": Perché le antenne possono essere di dimensioni diverse?

Il 3 aprile 1973 l’ingegnere che lavorava per Motorola Martin Cooper chiamò un potenziale concorrente nel mercato della telefonia mobile con il primo cellulare, e questa fu la prima chiamata da un telefono mobile mai fatta. 

Da quel momento ne è passata tanta di acqua sotto i ponti, e gli smartphone si sono evoluti in modo eccezionale, diventando sempre più integrati e potenti, grazie allo sviluppo dell'Elettronica e Microelettronica con la miniaturizzazione dei dispositivi, sempre più piccoli e sempre più potenti, rispettando la legge di Moore sull'integrazione dei dispositivi.

Anche le antenne sono diventate sempre di dimensioni minori. Dai primi che ce l'avevano di diversi centimetri, a per chi se li ricorda gli starTAC con l'antenna allungabile, fino a quelle più piccole dei primi Nokia degli anni 2000 e man mano sono "sparite" entrando nelle scocche del dispositivo. Qualcuno magari si ricorderà il mitico Nokia 3310. 

Non è che le antenne sono sparite dai dispositivi ovviamente, anzi, ce ne sono sempre di più: antenna per il GPS, per il bluetooth, per la connessione internet, per gli infrarossi.. ah anche quella per ricevere e fare le chiamate! :D

Oltre che dall'uso di antenne cosiddette "integrate", cioè che sono ricavate nei circuiti integrati, questa diminuzione delle dimensioni dell'antenna è dovuta al fatto che la circuiteria all'interno riesce a lavorare a frequenze sempre più alte. 

Le antenne nelle comunicazioni wireless sono sensibili, cioè sono in grado di captare, certe determinate lunghezze d'onda. E queste devono essere più o meno delle stesse dimensioni fisiche dell'antenna. 

Un'antenna avente dimensione fisiche d può captare lunghezze d'onda dell'ordine di λ/4, se abbiamo ad esempio un'antenna a λ/4, oppure λ/2. Dipende dal tipo di antenna. Però insomma l'ordine di grandezza è questo. 

Questo ci dice subito che se vogliamo avere antenne di certe dimensioni le lunghezze d'onda con cui dobbiamo avere a che fare devono essere simili. Quindi se vogliamo che il nostro cellulare abbia un'antenna di dimensione dell'ordine dei 10 cm,  ad esempio, le lunghezze d'onda devono essere di quest'ordine. 

Ciò deriva da una relazione che bisogna sempre ben tenere a mente, e cioè che il prodotto tra la frequenza a cui oscilla un'onda e la sua lunghezza d'onda è pari alla velocità di propagazione nel mezzo. In etere si può approssimare questa velocità a quella nel vuoto, cioè la velocità della luce, cioè circa 30000 Km/s (3x10^8 m/s). 

                                                            λ . f = c

Per cui λ è pari a c/f. Più la frequenza è piccola più la lunghezza d'onda è grande. Poiché il prodotto deve dare la costante c. Quindi se prendiamo una dimensione fisica dell'antenna d pari a 8 cm avremo a che fare con lunghezze d'onda dell'ordine dei 32 cm. Quindi le frequenze devono essere dell'ordine del GHz (banda UHF ad esempio, o SHF). Dunque dovremo traslare i segnali informativi che vogliamo trasmettere alle frequenze dei GHz per poterli ricevere con antenne di quelle dimensioni. O se vogliamo le antenne di dimensioni ancora minori dobbiamo salire ancora in frequenza. La banda del segnale sarà sempre la stessa, ma con questa operazione, detta "modulazione", la andiamo a centrare intorno alla frequenza che desideriamo.

Questa traslazione in frequenza è fatta appunto dai "modulatori" nei trasmettitori, che portano i segnali alle frequenze per cui la forma d'onda che trasmettiamo è in grado di essere captata dalle antenne delle dimensioni desiderate. Se così non fosse, e dovessimo mantenere le frequenze più basse, e avessimo a che fare ad esempio con segnali dell'ordine del MHz anziché del GHz, le antenne dovrebbero essere 1000 volte più grandi. Direi che non sarebbe molto pratico andare in giro con cellulari con antenne di 100m ehehhe Menomale che c'è la modulazione. 

(Chi ha letto fino a qui metta un "Meow" nei commenti.. per vedere se fregano a qualcuno post di questo tipo LoL)