La comunicazione

Istituto Tecnico Industriale

Basilio Focaccia

Salerno

“La comunicazione”

Tesina

Di

Palmieri Michele

Anno scolastico 2007/2008

Classe V sez. C indirizzo Informatica

Introduzione

La parola comunicazione viene frequentemente utilizzata e non è facile darle un unico significato perché rientra in tanti contesti differenti tra loro, come la filosofia, sociologia, psicologia, la biologia, la teoria dell’informazione ed altri.

Comunicare potrebbe significare trasmettere un’informazione a qualcuno tramite un mezzo dove gli agenti della comunicazione possono essere persone, esseri viventi o macchine. Un modello riassuntivo e schematico di come avviene la comunicazione è sicuramente quello di Shannon-Weaver che prevede:

Messaggio segnale segnale messaggio ricevuto

Sorgente trasmettitore canale ricevitore destinatario

→ → → →

Rumore

In particolare la sorgente formula il messaggio che viene inviato da un trasmettitore, attraverso un canale, sotto forma di segnale che può essere influenzato da rumori, poi il segnale arriva ad un ricevitore che fornisce al destinatario il messaggio iniziale.

La necessità di comunicare a grandi distanze ed in modo sempre più semplice e veloce, ha rappresentato per l’uomo, fin dai tempi più remoti, uno dei principali obbiettivi da raggiungere. Per questo motivo nel corso degli anni grazie alla genialità delle mente umana e alle numerose scoperte scientifiche, le tecniche di comunicazione sono state perfezionate sempre più fino ad arrivare ad oggi in cui comunicare tra due punti distinti della terra, con i giusti strumenti, risulta estremamente facile.

In particolare fino al diciottesimo secolo, la comunicazione è avvenuta prevalentemente tramite la lettura, le immagini e il comune parlare, dove riscontravano un grande importanza le opere dei numerosi e famosi scrittori che si sono susseguiti lungo questo periodo.

A partire dal diciannovesimo secolo, l’uomo sempre più avido di nuove conoscenze e scoperte, incominciò a gettare le basi per quello che poi sarà, nel secolo successivo, il boom tecnologico. Basti pensare come durante l’ottocento con l’invenzione della pila di Volta, della dinamo e dei principi di Faraday si incominciò a comprendere come l’elettricità poteva essere indotta e trasportata su grandi distanze attraverso dei fili.

Successivamente ci fu l’invenzione del telegrafo elettrico di Morse per poi arrivare all’invenzione del telefono di Meucci in cui il segnale vocale veniva trasformato in segnale elettrico, importanti furono le invenzione di Hertz per quanto riguarda la scoperta delle onde elettromagnetiche e la propagazione nell’etere di segnali elettrici che portarono all’invenzione della radio da parte di Marconi che diminuì le distanze oceaniche tra America ed Europa.

Notevoli ed importanti furono anche le scoperte nel campo della cinematografia che portarono ad un nuovo modo di comunicare.

Infine un notevole contributo nel ventesimo secolo fu dato dalle due grandi guerre che alimentarono e sovvenzionarono le nuove scoperte, fino ad arrivare attorno agli anni ‘60, in piena guerra fredda, all’invenzione del computer e successivamente allo sviluppo del più grande strumento di comunicazione e cioè Internet.

Elettronica

A partire dai primi anni del novecento si cercò di comunicare non più utilizzando dei fili ma sfruttando la propagazione delle onde elettromagnetiche via etere. In quegli anni infatti Guglielmo Marconi sulla base degli esperimenti condotti da Maxwell e da Hertz riuscì a creare un dispositivo, che prese il nome di radio, capace di trasmettere onde elettromagnetiche attraverso un’antenna, e di riceverle in un altro punto.

Evento che rivoluzionò in quel periodo il modo di comunicare giocando anche un ruolo fondamentale durante le grandi guerre. Essendo quindi l’antenna l’elemento fondamentale della trasmissione via etere risulta importante capire il suo funzionamento.

L’antenna

L’antenna è un dispositivo capace di irradiare e captare onde elettromagnetiche di conseguenza si può comportare sia da trasmettitore che da ricevitore.

In particolare l’antenna prende anche il nome di trasduttore perché dato il segnale elettrico, che riceve dall’alimentatore, lo converte in onde elettromagnetiche, poi queste onde vengono captate da antenne riceventi che ritrasformano le onde in segnale elettrico.

Inoltre grazie al principio di reciprocità, principio fondamentale dell’elettromagnetismo, un’antenna si può comportare sia da trasmittente che da ricevente.

Di fondamentale importanza per lo studio delle antenne reali è il radiatore isotropo, cioè un’antenna ideale puntiforme che irradia energia con uguale intensità in tutte le direzioni.

Inoltre per lo studio delle antenne vengono utilizzati anche dei grafici tridimensionali che prendono il nome di solidi di radiazione che illustrano i punti di irradiazione dell’antenna, anche se poi per semplicità questi grafici vengono sostituiti da diagrammi di radiazione ottenuti sezionando il solido con due piani ortogonali.

Parametri dell’antenna

• La direttività D di un’antenna è il rapporto tra la densità di potenza Smax prodotta nella direzione di massima irradiazione e la densità di potenza Sr prodotta a distanza r nella stessa direzione: D=Smax/Sr.
• Il guadagno G di un’antenna è legato alla direttività perché anche questo parametro si considera nel punto di massima irradiazione quindi risulta ad un punto t: G=smax/St.
• L’efficienza di un’antenna viene considerata perché come in tutti i dispositivi anche nelle antenne si hanno delle perdite. Infatti considerando la potenza di trasmissione Pt si può notare come sia diversa dalla potenza di alimentazione Pa perché c’è stata una perdita Pp di potenza, quindi risulta Pa=Pt+Pp, di qui dividendo tutto per Pa si ottiene il rapporto Pt/Pa che si indica con ‘e’ e prende il nome di efficienza o rendimento.
• La resistenza di irradiazione di un’antenna dissipa parte della potenza irradiata e viene indicata con Rr=Pt/I².

Inoltre lungo una generica direzione di propagazione r i campi elettrico e magnetico che compongono il campo di radiazione risultano normali sia tra loro sia alla direzione r e sono legati dalla relazione → E/H=η=√μ/ε.

In cui η risulta essere l’impedenza caratteristica dello spazio che coincide con quella del vuoto e vale 377 Ω.

Antenna posta sul suolo

Un campo elettromagnetico irradiato da un’antenna posta sul suolo subisce notevoli modifiche a causa della forma della terra, infatti l’onda irradiata si divide in onda diretta e in un’onda che incide il suolo e viene riflessa.

Analizzando questa riflessione si può ipotizzare, facendo riferimento anche ai principi di ottica, che l’onda riflessa non è altro che l’onda diretta di un’antenna virtuale posta nel suolo al di sotto di quella reale, che prende il nome di antenna immagine.

Di qui risulta che se l’antenna reale è disposta verticalmente al suolo allora la corrente è in fase con quella dell’antenna immagine, viceversa se l’antenna è posta orizzontalmente allora le due correnti sono fuori fase.

Tutto ciò dà origine al principio dell’immagine grazie al quale l’antenna riesce a trasmettere onde elettromagnetiche utilizzando la terra come filo di ritorno con il quale si possono risolvere notevoli problemi riguardanti l’istallazione di antenne sul suolo.

Altezza di un’antenna

Per calcolare l’altezza di un’antenna o almeno farci un’idea di quando dovrebbe essere grande, la paragoniamo ad una linea aperta cioè una linea che non è chiusa su nessun carico o che è chiusa su un carico avente impedenza infinita per cui valgono gli stessi principi:

Z(d)=-jZ_ocotg(βd)

Dove la distanza d in questo caso risulta essere proprio la distanza tra carico e generatore quindi uguale all’altezza dell’antenna:

Z(d)=-jZ_ocotg(βh)

In cui Z_o si annulla per h=λ/4 n (con n dispari).

Imponiamo quindi h=λ/4 in cui λ (lunghezza d’onda) è uguale al rapporto tra c (velocità della luce) ed f (frequenza). λ=c/f

→

Quindi l’altezza dipende da λ che tanto è più piccola quando è più è grande la frequenza, per avere un’antenna piccola bisogna trasmettere ad alte frequenze e non a caso le antenne trasmettono con frequenze nell’ordine dei Mhz e Ghz.

Tipi di antenne

La prima antenna fu inventata da Hertz seguito da Marconi ed oggi tra le più importanti troviamo quella a cortina di dipoli che è una tipologia di quella hertziana e l’antenna Yagi:

Il dipolo hertziano è costituito da un conduttore rettilineo di lunghezza l con gli estremi aperti ed è alimentato al centro da un generatore di tensione, il quale genera una corrente che si propaga con velocità u lungo il dipolo.

Questo dipolo paragonato ad una linea aperta presenta in corrispondenza degli estremi, essendo la corrente nulla, dei nodi di corrente e dei ventri di tensione per cui si ha una riflessione totale che dà origine ad un regime stazionario.

Inoltre il dipolo hertziano si comporta in modo tale da avere un’impedenza che dipende dalla frequenza, di qui risulta che se la frequenza è tale che in corrispondenza del generatore l’impedenza si annulla, la corrente è massima (condizione di risonanza serie) e il dipolo irradia il massimo campo elettromagnetico.

Il dipolo marconiano detto anche dipolo in quarto d’onda deriva da quello hertziano e presenta un solo conduttore verticale con l’estremo superiore aperto ed alimentato tra l’estremo inferiore e il suolo, proprio per questo sfrutta il principio dell’immagine.

Assimilando anche questo dipolo ad una linea aperta anch’essa presenta in un generico punto a distanza d dall’estremo superiore un’impedenza d’ingresso puramente reattiva mentre affinché nell’antenna si possa stabilire un regime stazionario di risonanza serie, cioè punto in cui viene irradiato il massimo campo magnetico, l’impedenza dell’estremo inferiore cioè del generatore deve essere nulla (nodo di corrente ventre di tensione).

La cortina di dipoli è un’antenna direttiva costituita da un allineamento parallelo di dipoli in cui ciascuno di essi è sostituito da un allineamento collineare di dipoli.

In particolare i dipoli vengono alimentati in modo che le correnti che li percorrono siano tra loro in fase e della stessa ampiezza, però visto che la fase della tensione lungo una linea aperta si inverte ogni λ/2, per alimentare i dipoli con la stessa intensità e con la stessa fase gli attacchi tra i dipoli e la linea sono invertiti ogni λ/2:

La linea è alimentata al centro per ridurre al minimo la distanza tra il punto di alimentazione e l’ultimo dipolo.

Inoltre dato n il numero di dipoli complessivi che compone la cortina, si può dimostrare che il guadagno G di questo tipo di antenna è circa 2n volte quello di un dipolo hertziano.

L’antenna Yagi-uda: quando si vuole puntare l’antenna direttamente verso il trasmettitore conviene utilizzare antenne direttive sia sul piano orizzontale che sul piano verticale, un dispositivo con queste caratteristiche è proprio l’antenna Yagi.

Queste antenne sono le più diffuse in tutto il mondo e sono utilizzate maggiormente per la ricezione dei segnali televisivi.

Gli elementi essenziali sono: il dipolo che può essere sia λ/2 che ripiegato, il riflettore che si trova dietro al dipolo e poi vi sono i direttori davanti al dipolo.

Il dipolo viene dimensionato affinché lavori su una certa frequenza e la resistenza di irradiazione può dipendere sia dalla distanza degli elementi associati, sia dal rapporto tra lunghezza e diametro del materiale usato.

Il riflettore è l’elemento parassita (non viene eccitato direttamente) più lungo è posto parallelo al radiatore ed ha il compito di riflettere il segnale a radiofrequenza emesso dal dipolo nella direzione dello stesso al fine di convogliare in avanti la massima intensità del segnale.

Il direttore invece è l’elemento parassita più corto ed è posizionato parallelamente al dipolo e provoca una reazione tale da dirigere il segnale a radiofrequenza nella direzione del dipolo, in questo modo il lobo isotropico del dipolo si sposta in avanti in modo tale che l’angolo d’irradiazione sia di circa 180°.

Sistemi

Dopo l’avvento dei primi calcolatori e in particolare con la nascita negli anni settanta del personal computer nacque anche l’esigenza di collegare queste macchine e di metterle in comunicazione.

L’iniziativa fu presa dal dipartimento di difesa statunitense (in piena guerra fredda) per scopi militari nacque così la prima rete l’Arpanet che dopo fu utilizzata dall’università per i suoi studi, quindi a livello civile, mentre ne fu costruita una nuova (Milnet) per la difesa.

Insieme alla nascita delle prime reti nacque anche la prima raccolta di protocolli per regolare il trasferimento dei pacchetti, Internet Protocol Suite, che verte a sua volta su altri due protocolli primari, il Transmission Control Protocol (TCP) e l’Internet Protocol (IP).

Tutti i protocolli che nacquero successivamente furono riuniti tutti sotto un unico documento o standard chiamato IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Tipologie di rete

Oggi esistono una grande varietà di tipi di rete anche se le più importanti e quelle più utilizzate sono:

• LAN (Local Area Network) è una rete locale in cui sono collegati tra di loro in modo cablato: computer, periferiche come le stampanti e vari dispositivi di interconnessione. La grandezza di questa rete non raggiunge quasi mai il raggio di un chilometro e proprio per le sue dimensioni contenute favorisce la trasmissione dei dati in tempi molto rapidi infatti si può raggiungere la velocità di 100 Mbps e in alcuni casi particolari anche 1 Gbps. Una condizione importante di questa rete è che non attraversi il suolo pubblico. Per quanto riguarda i tipi di cavi utilizzati per realizzare la rete la scelta cade quasi sempre sui cavi Ethernet che sono cavi UTP di categoria 5.
• WAN (Wide Area Network) è classificata come una rete geografica che viene generalmente utilizzata per connettere più reti locali dando origine ad una rete di vastissime dimensioni infatti un esempio di questo tipo di rete è dato da Internet che riunisce in sé reti private, reti pubbliche e aziendali. Inizialmente questo tipo di rete era formata in modo cablato però con la diffusione dei satelliti il collegamento tra reti è stato fatto anche via etere. La WAN viene generalmente usata per la connessione degli host, che formano una communication subnet, o più semplicemente subnet, in genere di proprietà delle compagnie telefoniche o ISP.