Le antenna per drone sono antenne radio progettate specificamente per la comunicazione e il controllo dei veicoli aerei senza pilota. Queste antenne ricevono e trasmettono segnali wireless, garantendo una comunicazione stabile tra il drone e le stazioni di terra o altri dispositivi.
Tipi e funzioni delle antenna per drone
- Classificazione di base
Le antenna per drone sono principalmente classificate in antenne omnidirezionali, antenne direzionali e antenne intelligenti in base ai requisiti dell’applicazione. Le antenne omnidirezionali sono adatte a scenari di comunicazione che richiedono una copertura a 360 gradi, come la comunicazione con il controllo a terra durante il decollo e l’atterraggio dei droni. Le antenne direzionali concentrano l’energia in direzioni specifiche, migliorando l’efficienza e la stabilità delle comunicazioni a lunga distanza, e sono comunemente utilizzate per attività di ispezione, rilevamento e mappatura con droni. Le antenne intelligenti regolano dinamicamente la direzione del fascio per sopprimere gli effetti multipath ed evitare interferenze, migliorando la qualità della comunicazione in ambienti complessi. - Funzioni principali
Le funzioni principali delle antenna per drone comprendono la trasmissione e la ricezione del segnale, la copertura della banda di frequenza, l’adattamento della polarizzazione e il controllo del guadagno. La trasmissione e la ricezione del segnale costituiscono la capacità fondamentale dell’antenna, responsabile della trasmissione dei dati dall’UAV alla stazione di terra e della ricezione dei comandi da essa. La copertura della banda di frequenza determina la gamma di frequenze operative dell’antenna, con la selezione della banda appropriata che è fondamentale per diversi scenari applicativi. L’adattamento della polarizzazione garantisce un’efficienza ottimale nella trasmissione del segnale e riduce al minimo la perdita di segnale. Il controllo del guadagno ottimizza la portata di comunicazione e la resistenza alle interferenze regolando l’intensità di radiazione dell’antenna.
Le antenne per droni sono generalmente costituite da diversi componenti chiave: il radiatore, la linea di trasmissione e l’alloggiamento protettivo.
- Radiatore: il radiatore è il componente più critico dell’antenna, che converte l’energia elettromagnetica in onde radio nello spazio o viceversa. Questo processo è alla base della capacità di comunicazione a lungo raggio del drone.
- Linea di trasmissione: collegando il radiatore al sistema di comunicazione dell’UAV, la linea di trasmissione convoglia i segnali tra questi componenti. La sua qualità e le sue prestazioni influiscono direttamente sull’efficienza e sulla stabilità della trasmissione del segnale.
- Alloggiamento protettivo: avvolgendo il radiatore e la linea di trasmissione, l’alloggiamento protettivo protegge principalmente l’antenna da eventuali danni durante il volo.
Materiali e processi comuni antenna per drone
Materiali comuni:
FR4 (polimero rinforzato con fibre):
Caratteristiche: l’FR4 è un materiale ampiamente utilizzato per i circuiti stampati (PCB) che offre eccellenti proprietà di isolamento elettrico, resistenza meccanica e lavorabilità. Adatto per comunicazioni a media e bassa frequenza.
Applicazioni: comunemente impiegato nelle antenne microstrip standard e in alcune antenna per drone di piccole dimensioni a basso costo.
PTFE (politetrafluoroetilene):
Caratteristiche: il PTFE presenta un’eccezionale resistenza alle alte temperature, alla corrosione e alle perdite, che lo rende adatto alla trasmissione di segnali ad alta frequenza. Rispetto all’FR4, il PTFE possiede una costante dielettrica inferiore, offrendo prestazioni di trasmissione del segnale superiori.
Applicazioni: Utilizzato frequentemente nelle antenne microstrip ad alte prestazioni o nelle applicazioni per droni che richiedono una perdita di segnale minima, in particolare nei domini ad alta frequenza come il 5G e le comunicazioni satellitari.
Piastra di alluminio:
Caratteristiche: L’alluminio è leggero e ha un’eccellente conduttività elettrica, comunemente utilizzato come backplane dell’antenna per antenne di grandi dimensioni o direzionali per favorire la riflessione e il miglioramento del guadagno.
Applicazioni: tipicamente impiegato nei componenti strutturali di antenne direzionali a lungo raggio, come i sistemi di comunicazione satellitare.
Materiali a base di rame:
Caratteristiche: il rame presenta una bassa resistenza elettrica e un’eccellente conduttività, che lo rendono ideale per la progettazione di antenne ad alta e altissima frequenza per ridurre al minimo la perdita di segnale.
Applicazioni: comunemente utilizzato nelle antenne ad alta frequenza, come i sistemi phased array, dove è fondamentale una prestazione di trasmissione del segnale superiore.
Materiali compositi:
Caratteristiche: i materiali compositi (ad esempio, plastica rinforzata con fibra di carbonio o fibra di vetro) offrono un rapporto resistenza/peso favorevole e resistenza alla corrosione, che li rende adatti per gli alloggiamenti delle antenne dei droni o le strutture di supporto.
Applicazioni: impiegati nella fabbricazione di componenti esterni leggeri ma strutturalmente robusti per le antenne dei droni.
Processi di produzione comuni:
Processo microstrip:
Principio: le antenne microstrip trasmettono i segnali collegando il conduttore dell’antenna allo strato metallico del substrato tramite linee microstrip. Le antenne a microstriscia offrono i vantaggi di una struttura semplice, facilità di integrazione e produzione immediata.
Applicazioni: Ampiamente utilizzate nei sistemi di comunicazione per piccoli e micro-UAV, particolarmente adatte per applicazioni con rigorosi vincoli di peso e volume.
Processo di produzione di circuiti stampati (PCB):
Principio: Utilizza tecniche di produzione di PCB per stampare modelli di antenne su substrati, comunemente utilizzati per la produzione di antenne a microstriscia. Questo processo consente la produzione di massa tramite linee automatizzate a costi relativamente bassi.
Applicazioni: Adatto per antenne che operano in bande di frequenza più basse o per applicazioni con droni che richiedono dimensioni e forme specifiche dell’antenna.
Tecnologia a montaggio superficiale (SMT):
Principio: Utilizza la tecnologia a montaggio superficiale per montare i componenti dell’antenna (come i componenti a radiofrequenza) su un PCB, assemblati con precisione da macchine di posizionamento automatizzate.
Applicazioni: questo processo è adatto agli UAV compatti, in particolare quelli che richiedono sistemi di antenna con capacità multifunzionali integrate.
Processi di formatura e fresatura dei metalli:
Principio: fabbricazione precisa di componenti metallici per antenne tramite tecniche di fresatura o taglio laser, particolarmente adatte per antenne direzionali e produzione di antenne su larga scala.
Applicazioni: tipicamente impiegate per antenne più grandi che richiedono un guadagno elevato, come le antenne satellitari per comunicazioni a lungo raggio o le antenne ad alto guadagno.
Tecnologia phased array:
Principio: le antenna per drone phased array regolano rapidamente la direzione del fascio modulando la fase di più elementi dell’antenna. La produzione richiede tecniche di progettazione e integrazione dell’array ad alta precisione.
Applicazioni: ampiamente impiegate nei sistemi UAV avanzati, in particolare per comunicazioni ad alta frequenza o applicazioni radar che richiedono una direzione dinamica del fascio.
Tecnologia di stampa 3D:
Principio: fabbrica direttamente le geometrie delle antenne utilizzando la stampa 3D, adatta per strutture complesse o requisiti personalizzati. I materiali utilizzati possono includere plastica, metalli o compositi.
Applicazioni: Adatta per la prototipazione rapida e la produzione personalizzata di piccoli lotti, in particolare nella progettazione di antenne per UAV per usi speciali.
Le antenna per drone svolgono un ruolo fondamentale nel garantire comunicazioni stabili e l’esecuzione delle missioni. Con i continui progressi tecnologici, la progettazione e i processi di produzione delle antenne continuano ad essere ottimizzati per soddisfare le esigenze di applicazioni sempre più efficienti e complesse. In futuro, le antenne UAV assumeranno un ruolo ancora più significativo in diversi settori.
