ANS-TRAINING SETTEMBRE 2011 EQUIPAGGIAMENTI E SISTEMI

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1 ANS-TRAINING SETTEMBRE 2011 EQUIPAGGIAMENTI E SISTEMI

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3 EQUIPAGGIAMENTI E SISTEMI SETTEMBRE 2011

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5 INDICE CAPITOLO 1 INTRODUZIONE 1.1 Cenni storici 1.2 Finalità delle Telecomunicazioni Aeronautiche CAPITOLO 2 TEORIA DELL INFORMAZIONE 2.1 Trasmissione dei messaggi 2.2 Mezzi di trasmissione CAPITOLO 3 LE COMUNICAZIONI VERBALI 3.1 Trasduzione dei messaggi 3.2 Onde acustiche 3.3 Periodo e frequenza 3.4 Banda di frequenze CAPITOLO 4 LE COMUNICAZIONI ELETTRICHE 4.1 Generalità 4.2 Segnali 4.3 Periodo e frequenza 4.4 Banda di frequenze CAPITOLO 5 LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E LE COMUNICAZIONI RADIOELETTRICHE 5.1 Generalità 5.2 Cariche elettriche 5.3 Onde elettromagnetiche 5.4 Produzione 5.5 Parametri delle Onde 5.6 Modulazione 5.7 Irradiazione 5.8 Ricezione 5.9 Classificazione 5.10 Propagazione elettromagnetica 5.11 Propagazione PAG. 9 PAG. 9 PAG.13 PAG.15 PAG.15 PAG.17 PAG.19 PAG.19 PAG.19 PAG.21 PAG.22 PAG.23 PAG.23 PAG.23 PAG.25 PAG.28 PAG.29 PAG.29 PAG.29 PAG.30 PAG.30 PAG.31 PAG.32 PAG.38 PAG.40 PAG.42 PAG.42 PAG.44

6 INDICE 5.12 Vantaggi e svantaggi delle bande di frequenze CAPITOLO 6 SISTEMI PER TELECOMUNICAZIONI 6.1 Generalità 6.2 Ponti radio 6.3 Satelliti per telecomunicazioni CAPITOLO 7 SERVIZIO DI TELECOMUNICAZIONI AERONAUTICHE 7.1 Generalità 7.2 Suddivisioni CAPITOLO 8 SERVIZIO FISSO AERONAUTICO 8.1 Generalità 8.2 Articolazione sistemi standard ICAO 8.3 Sistemi non standard ICAO. L OLDI e l AOIS 8.4 L ATN Aeronautical Telecommunication Network. 8.5 Indicatori di località 8.6 Ordine di Priorità 8.7 Categorie dei messaggi ammessi sulla AFTN e CIDIN CAPITOLO 9 SERVIZIO MOBILE AERONAUTICO 9.1 Definizione 9.2 Generalità 9.3 Frequenze 9.4 CPDLC 9.5 Copertura operativa VHF/UHF in Italia 9.6 Frequenze di emergenza 9.7 Messaggi ammessi CAPITOLO 10 SERVIZIO DI RADIONAVIGAZIONE AERONAUTICO 10.1 Generalità 10.2 Sistemi per l avvicinamento finale e l atterraggio: ILS PAG.47 PAG.49 PAG.49 PAG.49 PAG.52 PAG.57 PAG.57 PAG.57 PAG.59 PAG.59 PAG.59 PAG.62 PAG.67 PAG.68 PAG.71 PAG.71 PAG.73 PAG.73 PAG.73 PAG.73 PAG.74 PAG.74 PAG.75 PAG.76 PAG.79 PAG.79 PAG.80

7 INDICE 10.3 Sistemi per l avvicinamento finale e l atterraggio: MLS 10.4 Aiuti per la navigazione a breve distanza: VOR 10.5 Aiuti per la navigazione a breve distanza: DME 10.6 Radiofari: NDB 10.7 Sistema di navigazione militare-tacan 10.8 VORTAC 10.9 VDF ed UDF NAVIGAZIONE SATELLITARE GNSS Sistemi per la sicurezza CAPITOLO 11 SERVIZIO DI RADIODIFFUSIONE AERONAUTICO 11.1 Generalità CAPITOLO 12 SEPARAZIONE CANALI DI COMUNICAZIONE 12.1 Generalità 12.2 Fattori 12.3 Caratteristiche trasmettitori e ricevitori 12.4 Spaziatura 12.5 Spaziatura Servizio Mobile 12.6 Modulazione con spaziatura a 8.33 KHz 12.7 Procedure operative CAPITOLO 13 SEPARAZIONI GEOGRAFICHE DELLE FREQUENZE 13.1 Generalità 13.2 Frequenze inferiori a 30 MHZ 13.3 Frequenze superiori a 30 MHZ CAPITOLO 14 INTERFERENZE E DISTURBI NOCIVI 14.1 Generalità 14.2 Sorgenti 14.3 Cause 14.4 Effetti 14.5 Provvedimenti 14.6 Interferenze da altre stazioni aeronautiche PAG.89 PAG.93 PAG.95 PAG.96 PAG.98 PAG.99 PAG.100 PAG.102 PAG.107 PAG.113 PAG.113 PAG.115 PAG.115 PAG.117 PAG.117 PAG.118 PAG.118 PAG.119 PAG.119 PAG.121 PAG.121 PAG.121 PAG.122 PAG.123 PAG.123 PAG.123 PAG.124 PAG.124 PAG.124 PAG.125

8 INDICE CAPITOLO 15 CONTROLLI IN VOLO 15.1 Generalità 15.2 Il Servizio Radiomisure in Italia 15.3 Scelta del sito 15.4 Controllo per omologazione 15.5 Controllo periodico 15.6 Controllo straordinario 15.7 Controllo post incidente 15.8 Coordinamenti CAPITOLO 16 IL RADAR 16.1 Generalità 16.2 Radar Primario 16.3 Clutter e disturbi sul radar 16.4 Caratteristiche del radar primario 16.5 Limitazioni radar primario 16.6 Radar Secondario 16.7 Mappe Video 16.8 ADS-B 16.9 Sommario PSR/SSR Tipi di Sorveglianza CAPITOLO 17 INFORMATICA PAG.127 PAG.127 PAG.127 PAG.128 PAG.128 PAG.128 PAG.129 PAG.129 PAG.129 PAG.131 PAG.131 PAG.134 PAG.138 PAG.141 PAG.142 PAG.143 PAG.147 PAG.147 PAG.149 PAG.149 PAG.151

9 1 INTRODUZIONE 1.1 CENNI STORICI Nell antichità la parola ed il gesto costituirono gli unici mezzi per comunicare. Infatti per l uomo non vi fu alcuna pratica possibilità di comunicare a distanza, fuori della portata della vista e dell udito, fino a quando si è incominciato ad utilizzare la scrittura, periodo che segna il passaggio dalla preistoria alla storia. Un insieme di simboli, detto codice, adatto a supporti fisici come l argilla, il papiro o la cera, costituì il primo mezzo non solo per tramandare l informazione nel tempo, ma anche per trasportarla nello spazio, cioè per comunicare a distanza. Dal punto di vista delle comunicazioni, il principale vantaggio dell uso della scrittura risulta quindi la possibilità di trasmettere informazioni nel tempo e nello spazio. Lo svantaggio è che il trasporto fisico della parola scritta a distanza introduce immancabilmente dei ritardi nell interscambio di informazioni costituiti dai tempi necessari per il trasporto delle informazioni stesse. Quali esempi di sistemi escogitati nel passato per superare la lentezza di propagazione dell informazione insita nel suo trasporto fisico, è classico citare diversi tipi di comunicazione ottica per mezzo di fuochi e fumate aventi significati simbolici. Già nel 459 a.c. Eschilo nel primo atto dell Agamennone, per annunciare la vittoria dei Greci contro i Troiani dopo l assedio della città che si era concluso intorno al 1150 a.c. fa recitare a Clitennestra: Efesto, inviando dall Ida bagliori di fiamma e roghi fin qui succedendosi a roghi. Il fuoco è il corriere... (Figura 1). Figura 1 Annuncio di Clitennestra 9

10 1.1.2 Un sistema di dimensioni imponenti fu quello della rete imperiale romana, con torri di segnalazione disposte ad intervalli regolari in un unica linea lunga migliaia di chilometri, disposta tutt intorno al bacino del Mediterraneo. Queste torri sono rappresentate in un bassorilievo della colonna Traiana edificata a Roma nel 112 d.c. Figura 2 Torre di Segnalazione Romana Con tali sistemi, che possono essere considerati dei telegrafi ottici, il tempo di trasporto dell informazione viene ridotto alla somma dei tempi di ripetizione dei segnali nelle stazioni intermedie. La velocità di trasmissione tra trasmettitore e ricevitore intermedi, cioè il tempo impiegato per trasmettere un informazione da una torre alla successiva, era pari alla velocità della luce, visto che la comunicazione era visiva (Figura 2). 10

11 Si evidenzia, a fronte della aumentata velocità rispetto al trasporto fisico, sia la laboriosità della trasmissione delle informazioni, sia la scarsa capacità del mezzo trasmissivo. Il sistema era infatti in grado di trasportare con una certa velocità i segnali elementari, ma non poteva trasmettere più di un segnale elementare per volta. Nonostante tali limitazioni oltre al fatto che il funzionamento era garantito soltanto con il bel tempo, il telegrafo ottico costituì fino al secolo corso il mezzo di telecomunicazione più efficiente. Via via infatti furono utilizzati fari, lanterne, bandiere e si attribuì ai singoli segnali elementari il significato di frasi prestabilite, scelte fra le più comuni, operando così una considerevole classificazione di messaggi prestabiliti Il telegrafo ottico fu sostituito non appena divenne disponibile quello elettrico (Figura 3), le cui prime linee comparvero sia in Europa che in America intorno al La telegrafia elettrica si sviluppò inizialmente in prossimità delle strade ferrate, da cui le analogie: stazione ferroviaria e stazione telegrafica / linea ferroviaria e linea telegrafica. Figura 3 - Telegrafo Questo nuovo mezzo di comunicazione, oltre alla trasmissione dei dispacci di servizio, consentì anche la possibilità di inviare messaggi privati e resoconti di avvenimenti importanti a quotidiani ed agenzie giornalistiche. Alcuni giornali gli dedicarono anche la loro testata: The Daily Telegraph di Londra (1855), Il Telegrafo di Livorno, De Telegraf di Amsterdam, ecc. Molti cronisti divennero anche ottimi telegrafisti e la parola telegrafo fu sinonimo di rapidità nella diffusione delle informazioni che giungevano alle redazioni più importanti in tempo reale. Fra i vari telegrafi, quello che si diffuse maggiormente fu l apparato di Samuel Morse sia per la semplicità di funzionamento, sia per il suo codice fatto di punti e linee, tanto che venne utilizzato anche con vari sistemi di trasmissione acustici ed ottici. La prima linea telegrafica Washington-Baltimora fu inaugurata il 1 Gennaio L anno successivo fu prolungata fino a Philadelphia e New York. 11

12 1.1.4 Nella seconda metà dell 800 si ebbe, oltre ad un consistente sviluppo delle reti telegrafiche, anche la nascita del telefono. La caratteristica fondamentale che distingue il telefono dal telegrafo è quella di consentire una diretta ed immediata comunicazione fra due persone, senza codifica e decodifica dell informazione vocale in linee e punti effettuata dagli operatori telegrafici. La prima metà del XX secolo è segnata dallo sviluppo della radio quale mezzo di comunicazione a grande distanza ed in tempo reale. A differenza però del telegrafo e del telefono, attraverso la radio era (ed è) possibile comunicare o meglio ancora diffondere le informazioni contemporaneamente ad una moltitudine di destinatari in località anche molto distanti fra loro. Un ulteriore evoluzione è costituita dalla realizzazione dei circuiti integrati che, con l aumento delle velocità di commutazione e la riduzione delle dimensioni e delle potenze in gioco, ha permesso da un lato lo sviluppo delle trasmissioni satellitari, dall altro l enorme diffusione dei moderni elaboratori. Figura 4 - Computer È con l avvento dei moderni computers, (Figura 4) la cui capacità si evolve in modo inversamente proporzionale agli ingombri, che il concetto di telecomunicazione subisce una ulteriore estensione Raggiunto ormai l obiettivo della diffusione di ogni tipo di informazione in tempi reali, l attenzione è ora rivolta all integrazione dei vari sistemi di telecomunicazione. 12

13 L avvento dei computer rende infatti possibile l immagazzinamento e l elaborazione di un enorme quantità di informazioni complesse; la futura generazione di terminali di telecomunicazione, avvalendosi di un unica estesa rete integrata, renderà possibile la trasmissione e la ricezione di ogni tipo di informazione, sia essa visiva che auditiva. 1.2 FINALITÀ DELLE TELECOMUNICAZIONI AERONAUTICHE Agli albori del volo, quando il traffico aereo era limitato sia per lo scarso numero di macchine sia per la tipologia dei voli, l interdipendenza operativa era così ridotta da far ritenere il volo quasi un fenomeno di natura individuale: i rari problemi che potevano insorgere, quali ad esempio l arrivo simultaneo di più aeromobili su un medesimo aerodromo, venivano risolti con il concorso e la responsabilità dei piloti. Con l intensificarsi della frequenza dei voli e con la sviluppata tecnologia, che portava a macchine sempre più veloci e con maggior autonomia, l interdipendenza operativa andò via via aumentando: da singoli voli si era passati ad un vero e proprio Traffico Aereo In conseguenza di ciò, la sicurezza e la regolarità dei voli non poteva più essere demandata soltanto ai piloti ed al criterio di vedere ed esser visti, ma richiedeva un organizzazione a terra per l assistenza al volo. Inizialmente si utilizzarono segnali luminosi e razzi per regolare l atterraggio ed il decollo sugli aerodromi. Con il miglioramento dei sistemi di comunicazione e di navigazione divenne presto possibile un vero e proprio controllo del traffico aereo Le telecomunicazioni aeronautiche, nelle componenti relative alle reti fisse ed ai sistemi di comunicazione e navigazione, costituiscono il supporto fondamentale per garantire sicurezza, regolarità ed economicità di ogni operazione di volo e del traffico aereo in generale. Requisiti fondamentali di ogni sistema di telecomunicazione nel campo aeronautico sono l estremo grado di affidabilità richiesto (disponibilità e continuità dei collegamenti) e la velocità di propagazione delle informazioni adeguata all impiego del vettore aereo. 13

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15 CAPITOLO 2 TEORIA DELL INFORMAZIONE 2.1 TRASMISSIONE DEI MESSAGGI Con il termine generico di comunicazione possiamo intendere l insieme dei fenomeni che, interessando i nostri sensi, ci permettono di interagire con il mondo esterno inviando o ricevendo informazioni, cioè concetti rappresentati mediante simboli. Due persone che parlano fra loro realizzano la più elementare forma di collegamento: ciò permette alternativamente ai due interlocutori, sorgente (persona che sta parlando) e destinatario (persona che sta ascoltando), lo scambio delle rispettive informazioni attraverso un mezzo trasmissivo (per es. l aria) che consente il trasporto delle informazioni tra i due. Esaminiamo ora in modo più preciso la successione delle fasi attraverso le quali l informazione originata dalla sorgente perviene al destinatario. Si ha in questo caso lo schema o l architettura funzionale a blocchi di un sistema di comunicazione (Figura 5). Figura 5 Architettura Sistema di Telecomunicazioni 15

16 I concetti, trasformati in una successione di SIMBOLI (es. lettere dell alfabeto), opportunamente ordinati secondo un codice noto anche al destinatario (CODIFICA), costituiscono il MESSAGGIO contenente l INFORMAZIONE da trasmettere. L informazione si può definire come il contenuto concettuale del messaggio. Gli stessi concetti possono essere codificati in modi diversi, secondo i linguaggi noti ai due interlocutori (sorgente e destinatario). Il MESSAGGIO può essere di diversa natura: un testo scritto, una conversazione, una fotografia, una scena in movimento, musica, ecc. Per rendere possibile la trasmissione, occorre sottoporlo ad una operazione detta di TRASDUZIONE. Tale operazione differisce secondo la natura del messaggio e del mezzo trasmissivo usato e consiste nel trasformare il messaggio stesso in una grandezza fisica (SEGNALE), variabile secondo la stessa legge di variazione del mezzo trasmissivo (variazione della pressione dell aria, variazione della corrente elettrica lungo la linea, variazione del campo elettromagnetico lungo una guida d onda). Ad ogni messaggio corrisponderà quindi un particolare segnale. Nel caso di una conversazione orale si parlerà di SEGNALE ACUSTICO. Il segnale ottenuto dalla trasduzione si propagherà lungo il mezzo trasmissivo (spazio libero, cavo elettrico, guida d onda). Per poter essere ricevuto dal destinatario il segnale trasmesso dovrà necessariamente essere sottoposto ad una ulteriore operazione di trasduzione, inversa alla stessa effettuata in trasmissione, e ad una successiva DECODIFICAZIONE (interpretazione del codice usato in trasmissione) al fine di ottenere in ricezione la stessa informazione presente alla sorgente In ogni sistema di comunicazioni vi sono fattori che influenzano la trasmissione in maniera tale che il messaggio ricevuto non sarà mai perfettamente fedele a quello trasmesso; tra questi il rumore, l attenuazione e la distorsione. Il rumore è rappresentato da un qualunque segnale prodotto da una fonte esterna al sistema che, sovrapponendosi al segnale utile che contiene l informazione, lo disturba. L attenuazione riduce l ampiezza del segnale utile ed è strettamente legata alle caratteristiche del mezzo trasmissivo ed alla sua lunghezza (la distanza che separa sorgente e destinatario). La distorsione, introdotta dai sistemi di trasmissione e ricezione in relazione alle loro caratteristiche di linearità, influenza il segnale utile trasformandone la forma, e quindi il contenuto dell informazione. 16

17 2.2 MEZZI DI TRASMISSIONE Si intende per mezzo trasmissivo l insieme degli elementi che, interposti tra la sorgente (trasmettitore) ed il destinatario (ricevitore), consentono il transito dei flussi di informazione; ad esempio, l aria che si frappone tra due interlocutori, che permette la propagazione (sonora) delle vibrazioni emesse dalle corde vocali. I mezzi, o supporti di trasmissione utilizzati oggi nelle telecomunicazioni possono convenzionalmente essere suddivisi in due categorie: 1. supporti fisici: sistemi che congiungono fisicamente il trasmettitore al ricevitore; es.: cavi coassiali, fibre ottiche ecc. 2. supporti radioelettrici: onde radio. Ogni mezzo trasmissivo possiede specifiche caratteristiche intrinseche che ne determinano il campo di applicazione; è intuitivo, ad esempio, che sia impossibile utilizzare supporti fisici (cavi) per i collegamenti con i mezzi mobili. Altre caratteristiche salienti per l applicazione dei supporti trasmissivi sono la capacità (numero dei collegamenti possibili), la velocità di propagazione e la sensibilità ai disturbi (rumore, distorsione, attenuazione). Nel configurare una rete di telecomunicazione occorre porre particolare attenzione nella scelta dei mezzi di trasmissione, analizzando una molteplicità di fattori, alcuni di natura fisica (distanze, orografia) altri di carattere operativo (affidabilità, capacità trasmissiva) e, non ultimi, i costi di realizzazione ed esercizio. 17

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19 CAPITOLO 3 LE COMUNICAZIONI VERBALI 3.1 TRASDUZIONE DEI MESSAGGI La comunicazione verbale o fonica è il primo e più importante sistema per lo scambio di messaggi tra esseri viventi. Come abbiamo visto prima, il messaggio, cioè il concetto codificato, per poter giungere al destinatario deve essere sottoposto ad una trasduzione e cioè alla operazione di trasformazione del messaggio stesso in una grandezza fisica, ovvero in un segnale che dovrà essere variabile con la stessa legge del mezzo trasmissivo. Nel caso del messaggio verbale, l operazione di trasduzione viene effettuata dalle corde vocali che, vibrando, provocano sull aria una serie di pressioni e decompressioni che si propagano intorno alla persona. 3.2 ONDE ACUSTICHE Le corde vocali in pratica non sono altro che generatori di onde acustiche, che hanno caratteristiche variabili come lo sono i messaggi da trasmettere. Per meglio comprendere il concetto generale di onda o oscillazione, si pensi di essere in prossimità di uno stagno in assenza di vento. La superficie dello stagno sarà perfettamente liscia. Se però si lancia un sasso al centro dello specchio d acqua, si producono una serie di ondulazioni che, a partire dal punto dov è caduto il sasso, si allontanano concentricamente. Si sono cioè generate delle onde (nel nostro caso si tratta di onde d acqua) (Figura 6). Figura 6 Onde sull acqua 19

20 Se si ripetesse l operazione con un sasso più piccolo, si noterebbero delle ondulazioni più vicine tra loro. (Figura 7) Figura 7 Onde sull acqua (sasso piccolo) Prendiamo ora una limetta per unghie o una qualsiasi asta rigida e fissiamola su una superficie anch essa rigida: non si noterà alcun fenomeno finché l asta sarà in posizione di quiete. Se la forzassimo sull estremità libera rilasciandola repentinamente, udiremmo un suono tendente ad affievolirsi gradualmente: l asta ha cioè generato delle onde acustiche che non vediamo, ma che vengono percepite dal nostro orecchio. Possiamo inoltre sperimentare che, analogamente ai sassi di diverse dimensioni lanciati nello stagno, variando il punto di fissaggio dell asta sulla superficie rigida e cioè, variando la lunghezza della parte libera di oscillare, varierà anche la qualità del suono percepito. Sia nel primo che nel secondo caso, abbiamo fatto in modo che l asta, per ritornare nella sua posizione di quiete, comprimesse l aria circostante in un senso e la decomprimesse nell altro. L elasticità del materiale di cui è costituita l asta ha fatto sì che, prima di fermarsi definitivamente, la stessa oscillasse per un certo numero di volte (Figura 8). Figura 8 Asticella che oscilla 20

21 La variazione della lunghezza dell asta ha prodotto oscillazioni od onde più o meno ravvicinate tra loro a seconda che la lunghezza sia stata diminuita o aumentata È da evidenziare come nei due tipi di oscillazioni prese in esame (quella visiva e quella acustica), riscontriamo la caratteristica di potersi sviluppare e propagare attraverso mezzi diversi tra loro. Nel primo caso l oscillazione è capace di propagarsi facilmente in un liquido, nel secondo caso attraverso l aria. Nel vuoto infatti non è possibile la propagazione dei suoni. 3.3 PERIODO E FREQUENZA Sia il tempo impiegato per il completamento dell onda sull acqua dello stagno sia il tempo impiegato dall asta per produrre un oscillazione completa, si chiama periodo o ciclo che si indica con T e si misura in secondi (sec) o sottomultipli. Il numero di onde o oscillazioni prodotte nell unità di tempo (1 secondo) si chiama frequenza, che si indica con f e si misura in Hertz (Hz) o multipli. Da quanto detto scaturisce che: f = T 1 21

22 3.4 BANDA DI FREQUENZE Per quanto riguarda le onde acustiche c è da notare che esse si possono sommare o combinare, dando origine a suoni percepiti dal nostro orecchio con caratteristiche diverse. Le nostre corde vocali ad esempio generano onde acustiche complesse aventi diverse frequenze, come peraltro sono complesse le informazioni che noi vogliamo far arrivare a destinazione. La differenza tra la frequenza massima e la frequenza minima delle onde prodotte viene definita AMPIEZZA di BANDA e si misura in Hertz. L intervallo di frequenze compreso tra una frequenza più bassa a una frequenza più alta è detto BANDA di frequenze. Nel caso della voce umana, la variazione di pressione esercitata dalle corde vocali sull atmosfera produce onde acustiche che vanno da un minimo di 100 Hz ad un massimo di Hz, distribuite in maniera diversa a seconda dell individuo. In questo caso la banda di frequenze è l intervallo 100 Hz : Hz, l ampiezza di banda è = 9900 Hz. Le corde vocali di una donna, ad esempio, in genere producono una prevalenza di onde acustiche a frequenza più elevata rispetto all uomo e vengono percepite dall orecchio umano come un suono più acuto, squillante. Invece, la banda di frequenze del timpano umano occupa l intervallo da 16 Hz a Hz. Ovviamente, come per il caso della voce, può esserci una variazione da persona a persona, ma in questo caso non c è variazione tra uomo e donna. 22

23 CAPITOLO 4 LE COMUNICAZIONI ELETTRICHE 4.1 GENERALITÀ Le comunicazioni elettriche permettono di realizzare sistemi di comunicazione affidando il messaggio (con l informazione da trasmettere), di qualunque natura originaria esso sia (testo scritto, musica, ecc.), ad un segnale di natura elettrica che ha la proprietà di trasferirsi da un punto ad un altro su un supporto fisico (cavo). 4.2 SEGNALI I segnali elettrici (correnti o tensioni) che interessano i circuiti di un sistema di comunicazioni elettriche possono assumere forme e caratteristiche diverse. In generale possono essere: 1. segnali costanti: segnali che rimangono costanti nel tempo (esempio: una corrente ad intensità costante, una tensione continua); 2. segnali variabili: segnali i cui valori variano nel tempo (esempio: corrente ad intensità variabile; tensione variabile). I due segnali si possono rappresentare su un piano cartesiano riportando sulle ascisse il tempo t e sulle ordinate i valori dell ampiezza I. Le rappresentazioni grafiche di una corrente continua (cioè costante) e di una corrente variabile sono, per esempio, quelle riportate in Figura 9 e Figura 10. Figura 9 Segnale costante Figura 10 Segnale variabile 23

24 4.2.2 SEGNALI PERIODICI Nelle comunicazioni elettriche notevole importanza rivestono i segnali elettrici variabili e tra questi, un particolare tipo di segnale chiamato periodico. Sono periodici i segnali che si ripetono uguali a sé stessi dopo un intervallo di tempo T detto periodo per un numero infinito di volte (Figura 11). Figura 11 Segnali periodici 24

25 4.3 PERIODO E FREQUENZA Come si può vedere i segnali assumono gli stessi valori ad intervalli regolari di tempo. Anche per i segnali di natura elettrica l intervallo di tempo T si chiama periodo e si misura in secondi o sottomultipli, mentre il numero di periodi compresi nell unità di tempo (1 secondo) prende il nome di frequenza f e si misura in Hertz. Vale anche qui la relazione tra T ed f. Posto infatti T la durata di un ciclo, sarà: f = 1 T Poiché le grandezze elettriche che interessano le comunicazioni hanno un T molto basso, per la misura delle frequenze si usano i multipli: KiloHertz (KHz) = Hz = 103 Hz MegaHertz (MHz) = Hz = 106 Hz GigaHertz (GHz) = Hz = 109 Hz TeraHertz (GHz) = Hz = 1012 Hz 25

26 4.3.3 Un particolare tipo di grandezza periodica è la grandezza sinusoidale. Essa si può ottenere dalla rotazione a velocità angolare costante del raggio di una circonferenza, riportando su un sistema cartesiano in ascissa i tempi e sull asse verticale la proiezione del raggio in ogni istante. In Figura 12 sono rappresentati i valori di una grandezza sinusoidale in tre istanti successivi (t1, t2, t3 ): Figura 12 Generazione di una sinusoide In Figura 13 è invece la rappresentazione di tre periodi di una forma d onda sinusoidale: Figura 13 Onda sinusoidale 26

27 4.3.4 I parametri di una grandezza sinusoidale oltre al periodo T e frequenza f sono: 1. Ampiezza massima (A max ) e cioè il valore massimo della sinusoide 2. Fase e cioè il valore dell argomento di una qualsiasi grandezza periodica in un certo istante. Il concetto di fase si comprende più facilmente paragonando due grandezze sinusoidali aventi la stessa frequenza e la stessa A max (Figura 14). Figura 14 Sfasamento tra due sinusoidi La differenza tra le due sinusoidi nella figura precedente consiste nel fatto che all istante di partenza (t = 0), i due raggi risultano sfasati di un angolo di 90 per cui mentre la proiezione del raggio è nulla nella prima sinusoide, nella seconda assume già il valore massimo. La differenza di ampiezza all istante di partenza è quindi dovuta alla diversa fase delle due sinusoidi per cui si può affermare che le due sinusoidi hanno una differenza di fase di

28 4.4 BANDA DI FREQUENZE Analogamente alle comunicazioni verbali anche nel campo delle comunicazioni elettriche le frequenze utilizzate per trasmettere un dato segnale talvolta assumono diversi valori. In tal caso di dice che un dato segnale occupa una determinata Banda di frequenze. Ad esempio nelle ordinarie comunicazioni tra telefoni fissi le variazioni di pressione esercitate sul microfono dalla voce umana hanno componenti armoniche (cioè frequenze) da circa 100 Hz ad un massimo di 10 Khz. Le frequenze delle onde acustiche vengono trasformate (operazione di trasduzione) dal microfono (Figura 15) in corrispondenti variazioni/oscillazioni di correnti contenenti lo stesso valore di frequenze delle onde acustiche. Figura 15 Microfono e Altoparlante Sarà l auricolare della persona che riceve a trasformare tali oscillazioni di natura elettrica in oscillazioni acustiche (operazione di traduzione). Pertanto si può affermare che la banda di frequenze utilizzata in una comunicazione telefonica va da 100 Hz a 10 Khz. In realtà per riprodurre con buona fedeltà la voce umana è sufficiente la traduzione delle armoniche da 300 a 3400 Hz. 28

29 CAPITOLO 5 LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E LE COMUNICAZIONI RADIOELETTRICHE 5.1 GENERALITÀ Fin qui abbiamo visto diverse specie di onde od oscillazioni le quali, a seconda delle loro peculiari caratteristiche, hanno la capacità di diffondersi attraverso diversi mezzi trasmissivi. È stato evidenziato come le onde nello stagno si diffondevano attraverso un mezzo liquido come l acqua, le onde acustiche attraverso l atmosfera, i segnali od oscillazioni elettriche attraverso un conduttore di energia elettrica (cavo). Esiste un altro tipo di oscillazione che ha la capacità di propagarsi nello spazio anche in assenza di atmosfera. Parliamo delle oscillazioni od onde elettromagnetiche. 5.2 CARICHE ELETTRICHE Per avere un idea circa la loro generazione ci si può rifare all esperienza quotidiana che ci porta spesso ad imbatterci in fenomeni che comunemente classifichiamo come elettrici (corrente nei fili conduttori, fulmini atmosferici, accensione degli autoveicoli) e magnetici (attrazione di pezzi di ferro tramite calamite, orientamento dell ago di una bussola). Supponiamo di avere una carica elettrica positiva (o negativa) posta in un punto P dello spazio. Essa crea intorno a sé una forza elettrica che diminuisce all aumentare della distanza e viceversa ed ha la caratteristica di attrarre cariche elettriche di segno opposto mentre respinge quelle di segno uguale. Se spostiamo la carica in un altro punto P 1, si crea un nuovo campo elettrico che risulta più forte vicino a tale punto. In altre parole il campo di forze elettriche varia nello spazio per la nuova situazione creatasi. Lo spostamento della carica elettrica ha creato una perturbazione elettrica che si è propagata nello spazio. Analogamente si può dire che un magnete spostato da un punto ad un altro crea una perturbazione magnetica che si propaga nello spazio. 29

30 Un importante proprietà dei campi elettrici e magnetici variabili è quella per cui ogni campo elettrico variabile genera un campo magnetico variabile ed ogni campo magnetico variabile genera un campo elettrico variabile. Vi è cioè un continuo processo di trasformazione di energia elettrica in magnetica e viceversa. Si parlerà allora di perturbazioni elettromagnetiche che viaggiano nello spazio, intendendo con questo variazioni dello stato elettrico e magnetico di ogni punto interessato dalla perturbazione. 5.3 ONDE ELETTROMAGNETICHE Si definisce Onda Elettromagnetica una perturbazione elettrica e magnetica che si propaga nello spazio alla velocità della luce pari a Km./sec. (valore che viene comunemente arrotondato a Km./sec.) 5.4 PRODUZIONE In natura una fonte di produzione di onde elettromagnetiche è rappresentata dalle scariche atmosferiche. Queste infatti non sono altro che delle variazioni dello stato di equilibrio elettrico tra le cariche presenti alla base delle nubi e sulla superficie della Terra. Tale variazione, come abbiamo visto, provoca un campo magnetico anch esso variabile il quale, a sua volta, provoca un campo elettrico variabile e così via fino a quando non viene raggiunto uno stato di quiete A prescindere dalla produzione naturale, le onde elettromagnetiche, dette anche onde radio, possono essere generate per mezzo di appositi circuiti elettronici che prendono il nome di oscillatori RF (Radio Frequenza). In un classico oscillatore RF, oltre al sistema di alimentazione ed a vari circuiti elettronici, troviamo due importanti componenti: una bobina (L), ovvero un conduttore avvolto in spire (capace di generare un campo magnetico quando viene attraversato da una corrente elettrica) ed un condensatore costituito da due piastre metalliche (Figura 16). 30

31 Figura 16 Generatore onde elettromagnetiche Il valore della frequenza delle oscillazioni prodotte è determinato dai valori di L e C. Più basso è il valore dei due componenti più alto sarà il valore della frequenza generata. Le oscillazioni RF prodotte sono onde di tipo sinusoidale come quelle già viste nelle comunicazioni elettriche, essendo tuttavia presenti in questo caso due onde sinusoidali concatenate tra loro che rappresentano una le variazioni del campo elettrico e l altra le variazioni del campo magnetico (Figura 17). Figura 17 Onda elettromagnetica 5.5 PARAMETRI DELLE ONDE I parametri relativi alle onde elettromagnetiche sono uguali a quelli elettrici e quindi dato T (Periodo) sarà f = 1 / T. Un altro parametro da tenere in considerazione è la lunghezza d onda indicata con λ (lambda) e che viene definita come la distanza percorsa dall onda nell intervallo di tempo T di un periodo o ciclo. Poiché la velocità di propagazione dell onda elettromagnetica è di metri al secondo, si avrà: 31

32 λ = T = [metri] f A titolo esemplificativo un onda elettromagnetica di 100 KHz ( Hz) avrà una lunghezza d onda pari a: 1 λ = = [metri] MODULAZIONE Una caratteristica delle onde elettromagnetiche prodotte da un oscillatore RF su una prefissata frequenza, è quella di non contenere di per sé un informazione compiuta. Essa si può assimilare cioè ad un circuito elettrico nel quale viene fatta passare una corrente ad intensità costante. In altri termini le onde elettromagnetiche costituiscono il supporto radioelettrico su cui fare viaggiare le informazioni analogamente al cavo che costituisce il supporto per le comunicazioni elettriche. Per utilizzare le onde elettromagnetiche con lo scopo di trasmettere a distanza informazioni di natura diversa, è quindi necessario caricare le onde stesse con segnali intelligenti che apportino modificazioni conformi alle informazioni da trasmettere A ciò provvede un apparato o circuito detto MODULATORE che ha il compito di modificare uno o più parametri dell oscillazione RF in modo che l onda elettromagnetica, a questo punto detta portante, faccia pervenire l informazione desiderata a destinazione. L operazione di modifica o di modulazione dell onda portante può consistere nella: variazione dei suoi valori di ampiezza (modulazione di ampiezza) variazione dei suoi valori di frequenza (modulazione di frequenza) variazione della fase (modulazione di fase) variazione della continuità della portante (modulazione ad impulsi) La modulazione di ampiezza (A.M. Amplitude Modulation) viene ottenuta facendo variare l ampiezza dell onda elettromagnetica portante 32

33 In altri termini il segnale da trasmettere, proveniente da un apparato generatore di segnali elettrici periodici (oscillatore di bassafrequenza BF) o un segnale ottenuto per mezzo di un microfono dalla trasformazione delle onde acustiche in segnale elettrico, fa variare l ampiezza dell onda elettromagnetica Se si fa variare l ampiezza della portante interrompendola per tempi più o meno brevi come nella Figura 18 avremo un particolare tipo di modulazione di ampiezza detta ad interruzione di portante che chiameremo A1A, e corrispondente in sostanza al sistema telegrafico di una comunicazione elettrica. Tale sistema infatti viene comunemente indicato con radiotelegrafia. La variazione dell ampiezza può essere anche ottenuta miscelando un segnale elettrico detto BF (Bassa Frequenza) con l onda elettromagnetica portante. Figura 18 Modulazione A1A Se si fa infatti variare l ampiezza della portante per mezzo di un segnale elettrico BF sinusoidale, l onda elettromagnetica modulata risulterà come in Figura

34 Figura 19 Modulazione A2A Tale modulazione verrà indicata come A2A, ed impiegata anch essa in radiotelegrafia modulando la portante per tempi più o meno lunghi (linee e punti). Variando infine l ampiezza della portante per mezzo di un segnale modulante elettrico proveniente da un microfono, a seguito della trasformazione delle onde acustiche e che ha una rappresentazione grafica come in Figura

35 Figura 20 Segnale da microfono l onda elettromagnetica modulata risulterà così come nella Figura 21. Figura 21 Modulazione A3E La modulazione risultante verrà indicata come A3E, corrispondente in sostanza al sistema telefonico di una comunicazione elettrica. Tale sistema, infatti, viene comunemente detto radiotelefonia La modulazione di frequenza (F.M. Frequency Modulation) viene invece ottenuta variando la frequenza dell onda portante in accordo al segnale modulante. In Figura 22 viene evidenziata la portante, la modulante e la modulata. Questo tipo di modulazione offre il vantaggio di ridurre al minimo i disturbi dovuti alle scariche atmosferiche (che influiscono principalmente sull ampiezza dell onda, più che sulla frequenza) e di una migliore fedeltà nella riproduzione a destinazione delle informazioni originarie. 35

36 Figura 22 Modulazione di frequenza La modulazione di fase: In questo caso la modulante va a modificare la fase della portante lasciandone invariata l ampiezza. È molto simile alla modulazione di frequenza tant è che ambedue vengono chiamate modulazioni angolari La modulazione ad impulsi. ( P Ø N ): Modulazione in cui la portante non è continua ma costituita da una serie di impulsi (Figura 23). Figura 23 Portante impulsiva 36

37 L informazione relativa al messaggio può essere associata all ampiezza, alla durata o all istante di partenza degli impulsi (Figura 24, Figura 25, Figura 26). Figura 24 - Modulazione di AMPIEZZA degli impulsi (PAM-Pulse Amplitude Modulation) Figura 25 - Modulazione di DURATA degli impulsi 37

38 Figura 26 Modulazione di POSIZIONE di partenza degli impulsi (PPM-Pulse Position Modulation) 5.7 IRRADIAZIONE Per far si che le onde elettromagnetiche prodotte da un oscillatore e modulate da un modulatore si propaghino nello spazio occorre inviarle, tramite un conduttore, ad un dispositivo idoneo allo scopo e cioè ad un sistema irradiante o antenna. Costruttivamente, le antenne hanno diverse forme e dimensioni a seconda dei parametri dell onda elettromagnetica nonché delle esigenze da soddisfare. L antenna più semplice è la cosiddetta antenna marconiana costituita da un asta metallica verticale. Con questo tipo di antenna la propagazione avviene a 360 gradi sul piano orizzontale, ma con un cono d ombra, ovvero una zona con minor irradiazione sul piano verticale, lungo l asse maggiore dello stilo. 38

39 Figura 27 Antenna direttiva Quando è necessaria o desiderabile una diffusione più uniforme possibile in tutto lo spazio circostante vengono impiegate particolari antenne marconiane con due tratti verticali ad angolo. Altri tipi di antenne, dette direttive vengono impiegate quando è desiderabile convogliare verso una particolare direzione la maggior parte dell energia RF disponibile. È questo per esempio il caso che ricorre nell impiego dei ponti radio. (Figura 27) Un importante caratteristica delle antenne è la dimensione fisica del sistema irradiante e cioè dell elemento al quale perviene il segnale RF per essere irradiato nello spazio. La lunghezza di tale elemento infatti dovrebbe essere uguale a quella della lunghezza dell onda del segnale RF in uso. È possibile, per ovvi motivi d ingombro, utilizzare antenne le cui dimensioni siano dei sottomultipli pari della lunghezza d onda λ/2 o λ/4 ma occorre tenere presente che più ci si allontana dalla lunghezza d onda intera, maggiore è la quantità di energia che va perduta nell irradiazione. Lo stesso discorso si applica alla ricezione, in quanto ogni antenna riceve su una determinata frequenza (e quindi determinata lunghezza d onda) con la stessa efficienza con la quale irradia nello spazio l energia RF. Talora la lunghezza di una antenna calcolata secondo λ/2 o λ/4 risulta eccessiva in quanto scomoda da montare ad esempio su di un autoveicolo. In tal caso è possibile accorciarla ulteriormente ma bisogna adattarla mediante l inserimento di una induttanza (quelle specie di molle che si vedono alla base delle antenne sulle auto). Tuttavia con tale procedimento l antenna non viene utilizzata con il massimo delle prestazioni né in trasmissione né in ricezione perciò questa modifica va effettuata solo in caso di effettiva necessità 39

40 Ne consegue che per la maggior efficienza possibile le antenne trasmittenti e quelle riceventi dovrebbero avere una dimensione corrispondente esattamente alla lunghezza d onda. 5.8 RICEZIONE Il segnale RF generato dall oscillatore, modulato dal modulatore ed irradiato dall antenna viaggia così nello spazio. Per poter far pervenire l informazione desiderata al destinatario, serve solo un apposito ed idoneo sistema di ricezione. Il sistema è costituito da un antenna ricevente che ha la capacità di captare tutti i segnali RF, aventi diverse frequenze, che la investono. Tali segnali vengono quindi inviati ad un apparato ricevitore il quale, attraverso un apposito circuito, seleziona il segnale RF desiderato. In altri termini, questo circuito del ricevitore chiamato sintonizzatore lascia passare solo i segnali RF che hanno la frequenza che si desidera ricevere. La selezione della frequenza da ricevere viene effettuata, come per l oscillatore RF, da una bobina ed un condensatore i quali hanno, entro certi limiti, gli stessi valori di quelli presenti nell oscillatore RF. È possibile variare la frequenza di ricezione infatti, variando il valore di uno o di entrambi i componenti (di L e C). In genere viene variato il valore di C Effettuata questa selezione, il ricevitore amplifica il segnale RF e lo invia al demodulatore che svolge una funzione inversa rispetto a quella del modulatore. L informazione originaria così riottenuta viene inviata all utilizzatore che può essere un altoparlante, uno strumento di bordo etc. In Figura 28 viene evidenziata la costituzione schematica di un ricetrasmettitore radio. Figura 28 Trasmettitore e Ricevitore Nelle Figura 29 e Figura 30 sono indicati gli schemi dettagliati del lato Trasmettitore e di quello Ricevitore, rispettivamente. 40

41 Microfono + Trasmettitore + Antenna Figura 29 Sezione del Trasmettitore Antenna + Ricevitore + Altoparlante Figura 30 Sezione del Ricevitore 41

42 5.9 CLASSIFICAZIONE Le onde elettromagnetiche vengono classificate in base alla loro frequenza secondo lo schema seguente: Tabella 1 Bande di Frequenze Spettro/banda Sigla Gamma di frequenza Gamma di lunghezza d 0nda RADIO Very Low Frequency (Frequenze bassissime) VLF meno di 30 KHz Lunghissime più di 10 Km Low Frequency (Frequenze basse) LF da 30 a 300 KHz Lunghe da 10 a 1 Km Medium Frequency (Frequenze medie) MF da 300 a KHz Medie da 1 Km a 100 m High Frequency (Frequenze alte) HF da 3 a 30 MHz Corte da 100 a 10 m Very High Frequency (Frequenze altissime) VHF da 30 a 300 MHz Cortissime da 10 a 1 m Ultra High Frequency (Frequenze ultra alte) UHF da 300 a 3000 MHz Ultra corte da 1 m a 10 cm Super High Frequency (Frequenze super alte) SHF da 3 a 30 GHz Super corte da 10 a 1 cm Extra High Frequency (Frequenze extra alte) EHF da 30 a 300 GHz Extra corte da 1 cm a 1 mm 5.10 PROPAGAZIONE ELETTROMAGNETICA Quando viaggiano nel vuoto, le onde elettromagnetiche si propagano in linea retta alla velocità della luce e cioè circa Km/s. Quando, invece, viaggiano nell interno di un mezzo, quale ad esempio l atmosfera terrestre o in prossimità di corpi solidi, esse, a seconda della loro frequenza, possono essere soggette ad alcuni fenomeni: 42

43 DIFFRAZIONE: è un fenomeno fisico in base al quale l onda può propagarsi al di là di un ostacolo delle dimensioni della propria lunghezza d onda. In altri termini un onda ignora un ostacolo molto più piccolo della propria lunghezza d onda, scavalca un ostacolo della stessa dimensione dell onda mentre viene bloccata da un ostacolo molto più grande. È forse uno dei fenomeni più misteriosi della propagazione elettromagnetica, ma certamente molto importante. È caratteristico di tutti i movimenti ondulatori (anche delle onde che si creano nell acqua) Su un isola, ad esempio, le onde del mare si infrangono su un solo lato dell isola stessa a meno che non si sia in presenza di onde lunghe (la cosiddetta risacca ) nel qual caso le stesse si presentano anche sul lato opposto, anche se con minore intensità, perché hanno avuto la capacità di aggirare entro certi limiti l isola. Questo fenomeno, quindi, diviene sempre più significativo, all aumentare della lunghezza d onda. RIFRAZIONE: Variazione della direzione di propagazione quando un onda elettromagnetica attraversa la superficie di separazione fra due mezzi di densità diversa. L onda elettromagnetica, di qualunque frequenza essa sia, viaggia più velocemente nel vuoto dello spazio che nell aria. Si parla quindi di indice di rifrazione del mezzo, in genere direttamente proporzionale alla sua densità. Il vuoto ad esempio ha un indice di rifrazione di 1.0, mentre l aria presenta circa L effetto sulle onde elettromagnetiche che si trovino ad attraversare il piano di separazione tra i mezzi di diversa densità è dato da una leggera deviazione di direzione. RIFLESSIONE: Variazione della direzione di propagazione di un onda elettromagnetica che incontra un corpo non trasparente o uno strato ionizzato. ATTENUAZIONE: Perdita di energia cui va soggetta un onda elettromagnetica e dipende sia dalla distanza che l onda deve percorrere (l attenuazione è inversamente proporzionale al quadrato della distanza) sia quando viene a contatto con corpi o particelle che trattengono l energia stessa trasformandola in calore. Quest ultimo fenomeno è dovuto infatti all assorbimento di una parte dell energia dell onda elettromagnetica da parte del mezzo in cui essa transita, cioè l aria che contiene sempre polvere, molecole d acqua in sospensione nelle nuvole, atomi ionizzati, ozono. Gli stessi atomi dell aria in taluni casi determinano di per sé un attenuazione, basti pensare all effetto schermante, a tutti noto oggi, dell ozono nell alta atmosfera, che ci protegge dai raggi ultravioletti del sole. 43

44 Questi raggi, che sono onde elettromagnetiche come tutte le altre, entrando nell atmosfera urtano contro le molecole dell ozono presenti nell aria e si attenuano fortemente cedendo loro quell energia che per noi potrebbe essere dannosa. Questo fenomeno varia molto con la lunghezza d onda. Possiamo, a tal proposito, notare che quando il cielo è coperto, la radio e la televisione si ricevono lo stesso in quanto le lunghezze d onda usate per la radio e per la TV sono indifferenti alquanto all umidità dell aria mentre non lo è per niente la luce visibile composta da onde elettromagnetiche avente lunghezza d onda molto più piccola PROPAGAZIONE A seconda della loro frequenza e conseguentemente della loro lunghezza le onde elettromagnetiche sono quindi soggette ai diversi fenomeni in maniera variabile. Ed è quindi in relazione a tali fenomeni che esse seguono traiettorie diverse per viaggiare dal punto di emissione al punto di ricezione. Si possono quindi avere per grandi linee i seguenti tre tipi di propagazione o tipi di onde Le onde terrestri seguono l andamento della superficie del suolo per il fenomeno della diffrazione. Il loro passaggio induce nella superficie terrestre correnti elettriche generate dal campo magnetico delle onde stesse provocando una attenuazione nonché una curvatura della loro traiettoria. Poiché tale attenuazione aumenta in modo proporzionale alla frequenza le trasmissioni via onda terrestre sono possibili solo in VLF, LF e nel segmento basso delle MF. La propagazione delle onde terrestri viene influenzata dalla natura e conducibilità del terreno. L onda terrestre segue quindi la superficie terrestre, scavalcando le colline, superando laghi e fiumi ed anche mari. Poiché la superficie del mare le attenua poco, vengono usate di preferenza per le comunicazioni nautiche ed anche con sommergibili Le onde celesti o ionosferiche sono onde che ritornano sulla superficie terrestre dopo essere state rifratte e successivamente riflesse dagli strati ionizzati che si trovano nella parte superiore dell atmosfera ad altezze variabili fra i 50 e 500 Km. (Fig. 5.15). Poiché il numero degli strati ionizzati e la loro altezza varia in funzione della radiazione solare, la propagazione delle onde celesti varia dal giorno alla notte e al variare delle stagioni, ed è inoltre influenzata dall attività delle macchie solari. 44

45 I collegamenti radio via onda celeste sono possibili a distanze variabili a seconda della frequenza e delle condizioni di ionizzazione dell atmosfera e possono essere effettuate solo su frequenze HF e, in genere solo durante le ore notturne, anche nel segmento alto delle MF. Le onde elettromagnetiche di frequenza superiore a 30 MHz non vengono riflesse dagli strati ionizzati (Figura 31). Figura 31 Onde celesti Questo concetto va inteso elasticamente, nel senso che se, in linea di massima, si dice ad esempio che la propagazione per onde celesti è applicabile solo alle frequenza sopra elencate, vi possono essere rari casi di tale propagazione anche in VHF. Il comportamento delle onde elettromagnetiche non è infatti rigidamente legato all appartenenza ad una banda di frequenza, ma si può dire che il comportamento varia sempre più all avvicinarsi ad una nuova banda, cosicché alla frequenza di 25 MHz l onda avrà un mix di comportamenti tra l HF e la VHF, con tutto ciò che ne consegue Le onde dirette sono quelle che giungono a destinazione seguendo una traiettoria diretta. La propagazione per onda diretta, detta anche propagazione in linea ottica, è l unica teoricamente possibile quando si impiegano le frequenze VHF, UHF, SHF ed EHF. Impiegando apparati che funzionano su queste frequenze va perciò sempre ricordato che la ricezione è possibile solo se nessun ostacolo si trova sulla linea retta congiungente la stazione trasmittente e la stazione ricevente. La curvatura terrestre di per sé non è un ostacolo alla propagazione poiché tali onde non si propagano per via terrestre sfuggono per la tangente e vanno ad irradiarsi nello spazio, lasciando in ombra la zona sotto all orizzonte ottico della stazione trasmittente. 45

46 Più ampio (e distante) sarà il nostro orizzonte ottico, maggiore sarà la distanza raggiungibile con la nostra trasmissione. L unico modo per ampliare il nostro orizzonte è aumentare la nostra altezza dal suolo, lo si faccia con un palo per l antenna, arrampicandoci su un monte, o trasmettendo da un aereo. A questo punto la quota alla quale si trovano le stazioni riceventi e trasmittenti ha un ruolo fondamentale per la determinazione della distanza di ricezione. Tale distanza, che possiamo chiamare portata ottica, si può ricavare dalla formula: D = K ( h T + h R ) dove D è la portata espressa in miglia nautiche (NM), ht è l altezza dell antenna trasmittente, hr è l altezza dell antenna ricevente, K un coefficiente uguale a 1,23 se ht e hr sono espresse in piedi. Ad esempio nel caso volessimo conoscere fino a che distanza una stazione posta a terra (ht = 0 piedi) ha la possibilità di mantenere il contatto radio con un a/m su una frequenza VHF sapendo che l a/m vola a piedi, applicando la formula si avrà: D = K ( h T + h R ) = 1,23 ( ) = 1,23 (100) = 123 NM. In Figura 32 vengono evidenziati i vari tipi di propagazione. Figura 32 Tipi di Propagazione 46