ASSOCIAZIONE
RADIOAMATORI
ITALIANI
NOZIONI DI
RADIOCOMUNICAZIONI
Le onde ELETTROMAGNETICHE
e la loro propagazione
PREMESSA
Per Telecomunicazione si intende la trasmissione a
distanza (anche considerevole) di “informazioni” o
“messaggi”. E’ solo con l’avvento del TELEGRAFO
prima e della RADIO più tardi che si può parlare di
telecomunicazioni a livello globale. Le
“informazioni” o i “messaggi” possono
comprendere le più diverse tipologie : testi, dati,
suoni, immagini, etc.
In questa trattazione, per semplicità, ci riferiremo
alla trasmissione via radio dei suoni e della voce
che è il modo più naturale con cui gli uomini
comunicano tra loro.
Schema di un generico
sistema di trasmissione
Sorgente
Informaz.
Trasmettitore
Messaggio
Segnale
Canale
Ricevitore
Segnale
Destinatario
Informaz.
Messaggio
Il suono
E’ generato da una sorgente che emette onde acustiche che si
propagano in un mezzo fisico (nell’aria la velocità di propagazione
è di circa 340 m/s).
è caratterizzato da:
- altezza, acutezza o tono (dipende dalla frequenza dell’onda
sonora)
- intensità, ampiezza o
volume
(dipende dall’ ampiezza
delle oscillazioni e si
misura in dB);
- timbro o forma
(dipende dal contenuto
armonico).
(Ciascuno strumento
musicale ha un timbro
diverso.)
Le frequenze percepite dal nostro orecchio sono comprese tra 16
Hz e 16 KHz e sono denominate frequenze acustiche o sonore.
Le frequenze inferiori a 16 Hz sono denominate infrasuoni.
Le frequenze superiori a 16 KHz sono dette ultrasuoni.
Le comunicazioni telefoniche (e radiotelefoniche) avvengono
comunemente nella banda audio compresa tra 300 Hz e 3,4 KHz
Trasduttori in una linea di comunicazione
Microfono
Altoparlante
Principio di trasmissione a distanza dei segnali
acustici (suoni)
Consiste nella trasformazione dei suoni in segnali
elettrici, per mezzo del microfono. Quindi si sfrutta la
propagazione dell’energia elettrica su filo o altri mezzi
ed infine si ricava di nuovo l’informazione acustica per
mezzo del ricevitore (altoparlante).
COMPOSIZIONE DI UN GENERICO SISTEMA
DI RADIOCOMUNICAZIONE
Componenti di un sistema di radiocomunicazione :
1) IL TRASMETTITORE : genera l’energia a radiofrequenza necessaria
alla comunicazione codificata dal contenuto dell’informazione
2) L’ ANTENNA TRASMITTENTE : trasforma l’energia del trasmettitore
in ONDE ELETTROMAGNETICHE
3) L’ANTENNA RICEVENTE : trasforma le ONDE ELETTROMAGNETICHE
in energia a radiofrequenza
4) IL RICEVITORE : amplifica l’energia a radiofrequenza ricevuta dalla
antenna e decodifica il contenuto dell’informazione.
Le
onde elettromagnetiche
Una informazione , di qualsiasi genere, può essere
trasmessa a grande distanza per mezzo delle onde
elettromagnetiche, che si propagano alla velocità di circa
300.000 km/s, sia nell’aria che nel vuoto.
Onde elettromagnetiche (E.M.)
Accoppiamento “indissolubile”
di campi elettrici e magnetici
rapidamente variabili, che si
propagano in un dielettrico o
nel vuoto.
Le onde elettromagnetiche sono delle oscillazioni di elevata
frequenza.
- la frequenza di un’onda elettromagnetica (F): è il numero
di oscillazioni compiute in 1 secondo.
Si misura in Hertz (Hz).
- La lunghezza d’onda (): è lo spazio percorso dall’onda
elettromagnetica durante un ciclo. Si misura in metri (m).
Lunghezza d’onda  (m) = velocità propagazione (m/s) / frequenza
(Hz)
CLASSIFICAZIONE DELLE FREQUENZE
ELETTROMAGNETICHE (o radiofrequenze)
VLF
Very Low Frequencies
da 3 a 30 KHz
LF
Low Frequencies
da 30 a 300 KHz
MF
Medium Frequencies
da 300 a 3.000 KHz
HF
High Frequencies
da 3 a 30 MHz
VHF
Very High Frequencies
da 30 a 300 MHz
UHF
Ultra High Frequencies
da 300 a 3.000 MHz
SHF
Super High Frequencies
da 3 a 30 GHz
EHF
Extra High Frequencies
oltre 30 GHz
Caratteristiche fondamentali della
propagazione per onde radio
La propagazione per onde è caratterizzata da tre parametri:
v : velocità di propagazione dell’onda (m/s)
(dipende dal mezzo in cui avviene la propagazione).
f : frequenza di oscillazione (Hz).
 : lunghezza d’onda (m).
I tre parametri sono legati dalla seguente relazione:
v=
x
f
Propagazione in aria o vuoto v = 300.000 Km/sec
quindi: [m] = 300.000.000 [m/sec] / f [Hz]
Propagazione
Tutte le onde elettromagnetiche, e quindi anche quelle radio, si
propagano in linea retta. Similmente alla luce.
Basandosi su questa considerazione, gli scienziati della fine del
XIX secolo erano molto scettici sull'utilità degli esperimenti con
onde radio di Guglielmo Marconi, in quanto la curvatura della
Terra pone un limite alla distanza che può essere percorsa in linea
retta (cioè fino al limite dell’orizzonte). Ad esempio, dalla
sommità di una torre alta 100 m. la visuale arriva a circa 30 km.
ATMOSFERA
Il pianeta Terra è però circondato da una
“atmosfera” che è molto più di un semplice
involucro di gas ( ossigeno e azoto).
Nell’ atmosfera avvengono fenomeni molto
complessi a causa delle radiazioni solari e
cosmiche.
Questi fenomeni, tra le tante conseguenze,
condizionano la propagazione delle onde
elettromagnetiche.
ATMOSFERA
Strati dell'atmosfera terrestre
L'atmosfera è una miscela di gas, soprattutto azoto e ossigeno, che circonda la Terra. È
divisa in diversi strati. La troposfera è lo strato più basso; in questa fascia si formano le
nubi. Sopra la troposfera c'è la stratosfera; qui si trova lo strato di ozono, che ci protegge
dalle radiazioni pericolose del Sole. La mesosfera è la fascia dove bruciano le meteore
quando cadono attraverso l'atmosfera; salendo nella mesosfera la temperatura
diminuisce. Nella ionosfera (che si chiama anche termosfera) le temperature aumentano
di colpo e l'aria si fa più rarefatta. L‘ esosfera è lo strato più esterno dell'atmosfera; qui
l'aria si fa sempre più rarefatta e comincia lo spazio.
La ionosfera
È quella parte dell ‘ atmosfera che presiede alla
propagazione delle cosiddette “onde di cielo”.
Grazie alle proprietà della ionosfera è possibile,
mediante l’uso di determinate bande di frequenza,
comunicare a qualunque distanza sulla superficie
terrestre.
Ciò ha consentito le comunicazioni intercontinentali
per quasi un secolo, fino all’avvento dei satelliti per
telecomunicazioni.
Stratificazione della Ionosfera
Variazioni regolari della ionosfera
Il comportamento della ionosfera dipende
dalla radiazione solare, quindi dalla
posizione reciproca che assumono Terra e
Sole.
Tale posizione varia in maniera regolare, in
funzione di:
- giorno e notte;
- stagione;
- posizione geografica;
- variazioni cicliche; (macchie solari)
La trasmissione di segnali radio attraverso l'Atlantico, da parte di
Marconi del 1901, obbligò gli scienziati a rivedere le teorie circa
la propagazione delle onde radio nell'atmosfera terrestre.
Le esperienze dei Radioamatori sulle onde corte portarono alla
scoperta della ionosfera e delle proprietà riflettenti dei suoi strati.
Grazie a tali riflessioni è possibile,usando le onde corte,
comunicare con ogni parte del globo.
Le onde corte sono definite come “HF” e sono comprese fra 3 e
30 MHz.
Fenomeni legati alla propagazione delle onde E.M.
La propagazione delle onde E.M. é soggetta a tre fenomeni che
modificano il loro percorso:
•
riflessione,
•
rifrazione,
•
diffrazione.
Questi fenomeni sono concettualmente gli stessi che si presentano per le
onde luminose (che sono infatti anch'esse onde E.M.).
Tuttavia, le modalità con le quali questi fenomeni si evidenziano per i due
tipi di onde E.M. (luce e onde radio) sono spesso differenti, a causa di un
parametro fondamentale: la frequenza.
Riflessione e rifrazione
Quando un raggio di luce incide sulla superficie di separazione fra
due materiali differenti (ad esempio aria-acqua, oppure aria-vetro),
si generano un raggio riflesso e un raggio rifratto o trasmesso che si
propaga nel secondo mezzo.
Propagazione delle onde radio nell'atmosfera
Si possono avere tre percorsi con cui l'energia delle onde
elettromagnetiche si propaga dall'antenna trasmittente a quella
ricevente.
In base al percorso si hanno:
1) Onda diretta: Nello spazio libero da ostacoli le radioonde si
propagano in linea retta lungo la visuale, cioè secondo la
congiungente delle due antenne.
2) Onda riflessa:
a) Terrestre : è l'onda che si riflette sulla superficie del suolo
b) Spaziale : è l'onda che viene riflessa dallo spazio.
3) Onda superficiale: si propaga lungo la superficie del suolo .
L’attenuazione dipende dal tipo di superficie : sul mare
l'attenuazione è molto bassa, mentre su terreno roccioso
l'attenuazione è molto forte.
LA RIFRAZIONE
OTTICA
Onde di cielo
Distanza di propagazione o “portata”
Dipende, per una data frequenza, dall'angolo d’irradiazione
e dall'altezza dello strato nel quale avviene la riflessione.
All’aumentare della frequenza la rifrazione prevale sulla
riflessione e l’onda “perfora” lo strato ionizzato
(Onde di cielo) Propagazione multibalzo
Dopo la riflessione l’onda radio ritorna sulla superficie
terrestre ad una distanza, anche considerevole, dal punto
di partenza.
 Per superare distanze maggiori un solo balzo non è
sufficiente. Si sfrutta allora la propagazione multibalzo
(generalmente per distanze superiori ai 4.000 Km).

Essa sfrutta le riflessioni successive tra ionosfera e
crosta terrestre.

La propagazione multibalzo può anche avvenire, più
raramente, tramite riflessioni successive tra due strati
della ionosfera. Si viene quindi a creare una specie di
guida d'onda nella quale l'onda si propaga.

(Onde di cielo)
Zona di silenzio
Ogni frequenza radio ha un angolo critico, oltre
il quale la riflessione non avviene più.
 Se un'onda spaziale viene emessa con un
angolo uguale o minore dell'angolo critico,
raggiungerà, dopo la riflessione nella ionosfera,
la superficie terrestre in un certo punto.
 I punti più vicini, non verranno raggiunti.
 la zona di silenzio: è quella che si estende dal
limite massimo raggiunto dall'onda di terra, alla
distanza minima che può essere raggiunta
dall'onda di cielo.

Onde di cielo - Zona di silenzio
I percorsi di una onda HF emessa da un trasmettitore
Si
noti
che
minori
per
distanze
di
quelle
corrispondenti al percoroso 3
non viene ricevuto nessun
segnale, si ha dunque una
zona di silenzio; la distanza
al di sotto della quale il
radiocollegamento
non
è
possibile è detta distanza di
skip -
L'onda
comunque
di
terra
rilevabile
è
nelle
vicinanze del trasmettitore;
la
distanza
dall'onda
di
percorsa
terra
non
dipende dalle condizioni della
ionosfera
ma
solo
dalle
caratteristiche conduttive del
terreno e dalla potenza del
trasmettitore.
ASSOCIAZIONE
RADIOAMATORI
ITALIANI
NOZIONI DI
RADIOCOMUNICAZIONI
GRAZIE PER L’ATTENZIONE !