Teoria Comunicazioni elettroniche

BREVE RIPETIZIONE SUL CANALE TRASMISSIVO

Il mezzo trasmissivo indica nelle telecomunicazioni il canale a livello fisico entro il quale viaggiano i segnali rappresentativi dell'informazione; ne consegue quindi anche la sostanziale equivalenza tra i termini "mezzo trasmissivo" e canale trasmissivo.

Affinché l'informazione viaggi a distanza necessita di un'elaborazione che la trasformi in segnali elettrici e/o elettromagnetici i quali, a loro volta, devono essere adattati ai canali utilizzati per il trasporto. Un canale di trasmissione ideale dovrebbe possedere una banda sufficientemente larga ed uniforme per contenere lo spettro del segnale di informazione senza distorcerlo e dovrebbe poterlo trasferire a qualsivoglia distanza senza introdurre degradamenti. Nella realtà esistono fattori di degradazione quali:

• Attenuazione
• Rumore o Interferenza
• Distorsione

TIPOLOGIE DI MEZZI TRASMISSIVI

Mezzi trasmissivi ad onde guidate: Linee metalliche

doppino – cavo coassiale Linee non metalliche fibra ottica Mezzi trasmissivi ad onde irradiate: Ponte radio terrestre – Ponte radio satellitare Cavo coassiale: Pro: - buona protezione da diafonia e interferenza - Minore attenuazione - Grande versatilità - Usato per trasmissioni analogiche e digitali Contro: - Difficile installazione - Soggetto a rumore termico Doppino: Pro: - Economico e semplice sia da installare che utilizzare - Nessuna spesa di cablaggio (in alcune situazioni) Contro: - Copre brevi distanze - Larghezza di banda limitata - Soggetto a interferenza e rumore Fibra ottica: Ogni singola fibra ottica è composta da due strati concentrici di materiale trasparente estremamente puro: un nucleo cilindrico centrale (o core) e un mantello (o cladding) attorno a esso. I due strati sono realizzati con materiali con indice di rifrazione leggermente diverso, il mantello deve avere un indice di rifrazione minore rispetto al nucleo. La fibra ottica funziona come una specie di specchio tubolare.

luce che entra nel nucleo a un certo angolo (angolo limite) si propaga mediante una serie di riflessioni alla superficie di separazione fra i due materiali del nucleo e del mantello. Il buffer ha una funzione protettiva così come il jacket che è una guaina polimerica che serve a dare resistenza agli stress fisici e alla corrosione ed evitare il contatto fra la fibra e l'ambiente esterno. Il nucleo e il mantello della fibra ottica possono essere realizzati in silice oppure in polimeri plastici. Le fibre ottiche si differenziano fra loro per diametro del nucleo, indice di rifrazione, caratteristiche del materiale e drogaggio. Quando viene trasmessa l'onda in una fibra ottica, il raggio può curvare (Graded index fiber). Questo perché l'indice di rifrazione è variabile.

Pro:

Contro:

LEGGI DELL'OTTICA GEOMETRICA

Quando la lunghezza d'onda delle radiazioni elettromagnetiche che costituiscono la luce è trascurabile allora si può considerare,

Snell): il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie di contatto si trovano tutti sullo stesso piano. L'angolo di incidenza (θi) è uguale all'angolo di riflessione (θr). Legge della rifrazione (seconda legge di Snell): il rapporto tra il seno dell'angolo di incidenza (θi) e il seno dell'angolo di rifrazione (θr) è costante e uguale all'indice di rifrazione del primo mezzo (n1) diviso l'indice di rifrazione del secondo mezzo (n2). Questa legge è espressa dalla formula: n1 * sin(θi) = n2 * sin(θr) La luce può anche subire fenomeni di diffrazione, interferenza e polarizzazione, che sono studiati nell'ambito dell'ottica ondulatoria.

Legge di Snell: L'angolo di riflessione è uguale all'angolo di incidenza, cioè θ1 = θ2 (dove θ1 è l'angolo di riflessione e θ2 è l'angolo di incidenza).

Seconda legge di Snell: sen(θ1) * n1 = sen(θ2) * n2 (dove θ1 è l'angolo di incidenza, θ2 è l'angolo di trasmissione, n1 è l'indice di rifrazione del primo mezzo e n2 è l'indice di rifrazione del secondo mezzo).

Quindi avremo: sen(θ1) / sen(θ2) = n2 / n1. Se θ2 = π/2, allora θ1 = arcsen(n2/n1), che è l'angolo critico (per questo angolo, l'onda incidente è totalmente riflessa).

Radiopropagazione: In telecomunicazioni, la radiopropagazione è lo studio della propagazione del segnale elettromagnetico attraverso il mezzo o canale radio o etere nelle radiocomunicazioni.

Perché si parla di etere: Le onde acustiche vennero scoperte prima delle onde elettromagnetiche. Le onde acustiche per propagarsi hanno bisogno di un mezzo. Nel vuoto non c'è propagazione del suono. Scoprirono che quanto

più il corpo è rigido, tanto più la velocità dell'onda è elevata. Quando hanno scoperto le onde elettromagnetiche pensavano che, essendo onde, avessero bisogno di un mezzo. Il mezzo doveva essere estremamente rigido essendo onde molto veloci. Dunque, si pensò all'etere come mezzo trasmissivo il quale doveva essere estremamente rigido. Esperimenti successivi dimostrarono la non esistenza dell'etere. Diversamente dalla propagazione guidata che studia la propagazione in portanti fisici come linee di trasmissione, guide d'onda e fibre ottiche, la radiopropagazione studia dunque la propagazione libera di segnali elettromagnetici nello spazio libero o in mezzi tenui come l'atmosfera o nello spazio vuoto come lo spazio cosmico. In generale essa può suddividersi in radiopropagazione in un canale radio tra punti fissi (es. ponte radiotelediffusione e radiodiffusione), radiopropagazione in un canale radiomobile tra terminali mobili e

le stazioni radiobase. Il contributo principale di una comunicazione è dovuto alle onde dirette. L'onda di superficie è un'onda che correlunga il suolo. L'onda ionosferica è un'onda che può essere riflessa dalla ionosfera. Tre sono i meccanismi di propagazione (il messaggio da Tx giunge a Rx):

1. Riflessione: si ha quando la dimensione degli ostacoli su cui incide l'onda elettromagnetica sono molto maggiori della lunghezza d'onda.
2. Diffrazione: si ha quando l'onda incide su un bordo di un ostacolo; in questo caso l'onda raggiunge punti nascosti dall'ostacolo grazie alla deviazione.
3. Scattering (diffusione): si ha quando l'onda incide su superfici irregolari di dimensioni minori o uguali della lunghezza d'onda; in questo caso l'onda si diffonde in tutte le direzioni.

Il fading (attenuazione del segnale) è dovuto a questi fenomeni. Tali fenomeni fanno sì che le componenti del segnale abbiano

fatto percorsi diversi per arrivare al ricevitore Rx. In questo caso si parla di multipath fading. Quando poniamo le antenne Tx ed Rx a grandi distanze, bisogna tenere conto della curvatura terrestre. Per via della curvatura terrestre, le due antenne non sono in vista. Si potrebbero dunque utilizzare le onde riflesse dalla ionosfera. Un'alternativa è utilizzare un satellite. STRATI DELL'ATMOSFERA L'atmosfera terrestre è l'involucro di gas che riveste il pianeta Terra. È composta per il 78% da azoto, per il 21% da ossigeno e per la restante parte da argon, anidride carbonica e tracce di altri elementi. Viene suddivisa in più strati di diverso spessore, in base all'andamento della temperatura. Troposfera: è lo strato più basso dell'atmosfera terrestre, quello in cui siamo immersi, dove i vari gas hanno la più alta concentrazione. La sua temperatura diminuisce salendo. Stratosfera: la temperatura aumenta al cresceredell'altezza. Mesosfera: la temperatura ritorna a decrescere all'aumentare dell'altezza. Termosfera: La temperatura in questo strato cresce con l'aumentare dell'altezza. Nella termosfera è presente una zona, detta ionosfera, caratterizzata dalla presenza di particelle cariche. Esosfera: è lo stato più esterno dell'atmosfera e non presenta un vero limite superiore. L'atmosfera non è un mezzo facile da modellare. È un mezzo eterogeneo e tempo variante (ci sono differenze tra giorno e notte). Così come le fibre ottiche, anche con l'atmosfera si può utilizzare il concetto di indice di rifrazione variabile per avere un raggio trasmesso curvato. Nell'ultimo strato avremo la riflessione totale. PLASMA Il plasma è un tipo di mezzo con ioni positivi ed elettroni liberi di muoversi. La ionosfera è un mezzo come il plasma. Si parla di plasma "freddo" quando gli effetti dovuti allavelocità dell'agitazione termica sono trascurabili rispetto agli effetti delle forze elettromagnetiche. Essendo il plasma immerso nel campo magnetico terrestre, si parla di magnetoplasma.

PART 1(c) TIPI DI RADIOPROPAGAZIONE

Propagazione per linea diretta: È il tipo di radiopropagazione più diffuso e ideale in una radiocomunicazione, specie in collegamenti di ponti radio terrestri e satellitari. Caratteristica delle onde elettromagnetiche con lunghezza d'onda minore delle dimensioni degli oggetti irradiati è però anche il superamento dell'ostacolo e la ricezione da parte del ricevitore anche se posto non in linea di vista.

Propagazione per onda di terra: Altro caso di radiopropagazione è la propagazione che sfrutta l'effetto guidante della superficie terrestre all'interfaccia con lo strato atmosferico e che può consentire anche lunghi percorsi dell'onda elettromagnetica grazie alla conducibilità offerta dal

suoloterrestre.Propagazione ionosferica:Un caso particolare di radiopropagazione è la propagazione ionosferica ovvero la propagazione delle onde radio che sfrutta la riflessione elettromagnetica da parte dello strato atmosferico ionizzato conduttore qual è la ionosfera permettendone la propagazione oltre i limiti imposti dalla curvatura terrestre.

Troposcatter:È una tecnica che permette di utilizzare la troposfera (parte più bassa dell'atmosfera) per diffondere l'onda elettromagnetica. Anche se l'onda viene diffusa in parti diverse rispetto a dove è posizionato il ricevitore, parte dell'energia dell'onda viene catturata.

Propagazione satellitare:Permette di utilizzare satelliti per la propagazione dell'informazione. Ciò risulta utile soprattutto quando le antenne Tx e Rx non sono in