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SAPERE >> Sistemi di propagazione

Le onde elettromagnetiche, una volta irradiate dall'antenna trasmittente, possono raggiungere l'antenna ricevente in quattro modi, come:

 

 

  • onda terrestre o onda di superfice
  • onda spaziale diretta
  • onda spaziale riflessa dalla ionosfera
  • onda spaziale riflessa dai satelliti

 

Onda terrestre o onda di superfice

L'onda terrestre si ha quando le antenne Tx e Rx si trovano vicino al suolo, ad altezza relativamente piccola nei confronti della lunghezza d'onda della frequenza emittente ed entrambe le antenne sono polarizzate verticalmente.
Questo tipo di onde si propaga rasente al suolo, seguendo la curvatura della superfice terrestre.
Il percorso che esse possono compiere è essenzialmente limitato dall'assorbimento di energia esercitato dal suolo. 
Il suolo in parte assorbe ed in parte riflette le onde che si propagano lungo di esso.
L'attenuazione subita da queste onde è tanto maggiore quanto più è elevata la frequenza del segnale e pertanto l'onda terrestre viene impiegata per la radiodiffusione ad onde lunghe e medie. 
Le onde lunghe (a bassa frequenza) possono compiere percorsi anche di 1500 Km.


Onda spaziale diretta

L'onda spaziale diretta si ha quando le antenne Tx e Rx si trovano ad una altezza superiore rispetto alla lunghezza d'onda del segnale trasmesso. L'altezza sarà tale che le antenne si potranno considerare a "distanza ottica" (nel senso che quella tx "vede" quella rx ). Le onde dirette vengono di solito impiegate per frequenze superiori ai 30 MHz (detta frequenza critica ), cioè con lunghezza d'onda inferiore a 10 metri e quindi nelle trasmissioni TV e radio FM.


Onda spaziale riflessa dalla ionosfera

Le onde ionosferiche non raggiungono direttamente l'antenna Rx, ma provengono dall'alto dopo essere state riflesse dalla ionosfera. La riflessione avviene perchè queste onde hanno frequenza inferiore alla frequenza critica di 30 MHz.
La terra non è circondata completamente dal vuoto, ma da un grande involucro d'aria detto atmosfera, che a sua volta si distingue in:
troposfera (dalla crosta terrestre fino a circa 16 Km di altezza con temperature da + 15°C fino a - 55°C );
stratosfera (da 16 Km a 60 Km, con temperature da - 55°C a 0°C , poi a + 50°C ed infine di nuovo a -75°C );
ionosfera (oltre i 60 Km con temperature da - 75°C a + 1000°C ); 
esosfera (oltre i 480 Km ).
Nella ionosfera si individuano poi gli strati: 
D ( da 60 a 80 Km ), presente solo di giorno, E ( da 90 a 130 Km), F1 (da 180 a 220 Km ), F2 (da 220 a 500 Km ). 
Durante la notte gli strati F
ed Fsi uniscono in un unico strato F localizzato tra 250 e 350 Km.
La ionosfera viene così chiamata perchè quando quella zona di atmosfera viene ad essere colpita dalle radiazioni ultraviolette emesse dal sole diviene ionizzata. La ionizzazione varia nell'arco della giornata (è massima a mezzogiorno) e nell'arco delle stagioni (è massima d'inverno).
Gli strati prima citati sono caratterizzati da un diverso grado di ionizzazione e tra quelli più bassi vi sono fasce di separazione a bassa ionizzazione che modificano l'angolo di rifrazione dell'onda. 
Quando l'onda elettromagnetica emessa dal Tx penetra in zone successivamente più ionizzate, subisce spostamenti rispetto alla sua traiettoria normale tanto più rilevanti quanto più intensa è la ionizzazione.
Quando la deviazione subita dall'onda incidente raggiunge e supera i 90° , essa non può più penetrare nello strato ionizzato e viene da questo totalmente riflessa.
L'onda riflessa, attraversando, nel suo ritorno alla terra, strati successivamente meno ionizzati, modifica la direzione, rendendola piano piano rettilinea, in modo da uscire dallo strato riflettente con un angolo pari a quello incidente.


 

La riflessione totale di un'onda a radiofrequenza, da parte dello strato ionizzato, dipende oltre che dalla frequenza del segnale, dalla densità di ionizzazione degli strati atmosferici e dall'angolo di incidenza nella ionosfera.
La figura sopra mostra vari casi, per angoli di incidenza diversi.
La curva 1 si riferisce ad un'onda con angolo molto grande, per cui essa subisce la riflessione già dal primo strato ionizzato.
Le curve 2 e 3 con angolo di incidenza più piccolo, debbono penetrare di più lo strato ionizzato per essere riflesse.
La curva 4 ci mostra il caso in cui l'onda attraversa il primo strato per essere riflesso dal secondo che si ipotizza più ionizzato del primo. Si nota che man mano che l'angolo di incidenza diminuisce, diminuisce anche la distanza dell'onda riflessa dal trasmettitore, fino a raggiungere una distanza minima per un certo angolo di incidenza. Questa distanza minima viene chiamata "
zona di silenzio".
La curva 5 rappresenta un'onda che incide lo strato ionizzato con un angolo molto piccolo. Essa non subisce la giusta rifrazione dagli strati ionizzati e prosegue il cammino senza ritornare sulla terra

 

Onda spaziale riflessa dai satelliti

L'onda spaziale riflessa dai satelliti si ha quando (come nel caso della curva 5 ma, questa volta, volutamente) un segnale viene inviato nello spazio con un angolo incidente molto piccolo ed indirizzato in punto preciso dello spazio in cui è allocato un "satellite geostazionario" . 
Il satellite, mantenendo rigorosamente costante la posizione nei confronti della terra, si comporta come se fosse un'antenna di enorme altezza (circa 36.000 Km ) capace di "riflettere" il segnale verso la terra. 
Il satellite si comporta in effetti come antenna ricevente RX per i segnali che giungono da Terra e da antenna trasmittente Tx per i segnali che da essa vengono poi irradiati verso Terra.
La ricezione a terra dei segnali radiotelevisi irradiati da satelliti da parte di impianti fissi è possibile solo se i satelliti appaiono immobili nello spazio. Ciò accade quando essi descrivono orbite di rivoluzione circolari e caratterizzate da una velocità angolare corrispondente a quella terrestre.
Una tale orbita, detta geostazionaria (vedere figura sotto), è caratterizzata da un raggio di circa 42.106 Km dal centro della terra, vale a dire circa 
35.800 Km dalla superficie terrestre. Su quest'orbita, la forza di attrazione esercitata dalla terra sul satellite è perfettamente bilanciata dalla forza centrifuga conseguente alla velocità angolare di 1 giro/giorno; la velocità di spostamento del satellite sull'orbita geostazionaria è pari a circa 11.000 Km/h
La posizione del satellite sull'orbita geostazionaria, detta "
fascia di Clark" (dal nome dello scienziato che per primo, nel 1945, ipotizzò la possibilità di un servizio radiotelevisivo "mondiale" tramite tre satelliti distanti 120°), è misurata in gradi rispetto al meridiano di Greenwich, con segno negativo a Ovest e positivo a Est di questo.

 

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