Onde Elettromagnetiche

ONDE ELETTROMAGNETICHE IN ATMOSFERA

PROPAGAZIONE ONDE ELETTROMAGNETICHE

Propagazione nel vuoto.

Propagazione all’interno dell’atmosfera terrestre.

PROPAGAZIONE DELLE ONDE NEL VUOTO Nel vuoto, il mezzo è isotropo e omogeneo, quindi il comportamento delle onde elettromagnetiche è indipendente dalla frequenza e quindi dalla lunghezza d’onda. Le onde elettromagnetiche si muovono tutte e sempre in linea retta e si propagano tutte alla stessa velocità: c = 3 · 108 m/s

PROPAGAZIONE DELLE ONDE IN ATMOSFERA

RIFLESSIONE RIFRAZIONE

ATTENUAZIONE

DIFFRAZIONE

DIFFUSIONE

FADING

RIFLESSIONE E RIFRAZIONE α =γ

per la riflessione

n1 · sin α= n2· sin β

per la rifrazione

La riflessione è dovuta alla presenza del suolo che si comporta nei confronti dell’onda elettromagnetica come uno specchio per i raggi luminosi. La rifrazione è dovuta alla non omogeneità della troposfera e della ionosfera. In particolare la ionosfera, ricca di ioni ed elettroni liberi, influenza fortemente la direzione di propagazione delle onde. Gli strati più bassi della ionosfera si comportano nei confronti delle onde elettromagnetiche come un mezzo con indice di rifrazione minore e decrescente con l’altitudine.

DIFFUSIONE E DIFFRAZIONE La diffrazione è un fenomeno fisico che spiega com’è possibile che un’onda possa propagarsi al di là di un ostacolo . Tale fenomeno si giustifica utilizzando il principio di Huygens che stabilisce che ciascun punto di un fronte d’onda si può considerare come una sorgente puntiforme che irradia in tutte le direzioni.

La diffusione è un fenomeno fisico, in base al quale il pulviscolo, le disomogeneità dell’aria dovute a diversità di pressione, di temperatura e di umidità e le turbolenze metereologiche determinano variazioni dell’indice di rifrazione provocando deviazioni casuali nella direzione di propagazione delle onde elettromagnetiche.

ATTENUAZIONE E FADING L’attenuazione del suolo è dovuta al fatto che la terra si può assimilare ad un conduttore non ideale dotato di una certa conducibilità. Se essa fosse un conduttore ideale, il vettore campo elettrico sarebbe perpendicolare al suolo stesso (polarizzazione verticale). In realtà le onde superficiali penetrano nel suolo generando una componente di campo elettrico parallela al suolo che produce un movimento di cariche elettriche con conseguente dissipazione di energia. L’attenuazione del suolo dipende dalla frequenza delle onde e dalla distanza percorsa. Un altro tipo di attenuazione è dovuto all'assorbimento di una parte dell'energia dell'onda da parte del mezzo in cui essa transita. Il fading è un fenomeno in base al quale un segnale elettromagnetico giunge al ricevitore con intensità e fase discontinua. Tale fenomeno è dovuto all’interferenza tra i diversi segnali che partendo dall’antenna trasmittente seguono molteplici percorsi prima di giungere al ricevitore.

A seguito di tutti questi fenomeni le onde elettromagnetiche, nei confronti della direzione di propagazione, si classificano in onde spaziali e onde terrestri.

ONDE SPAZIALI Le onde spaziali sono dovute al fenomeno della riflessione d’onda da parte della ionosfera. Le molecole presenti nella ionosfera vengono ionizzate: le radiazioni solari spezzano i legami presenti nelle varie molecole generando elettroni, ioni positivi e negativi. Ciò provoca la variazione dell’indice di rifrazione alle varie quote della ionosfera: esso infatti si riduce andando verso l'alto, in modo che, per le frequenze al di sotto di una particolare frequenza critica che è di circa 30 MHz, la ionosfera si comporta come uno specchio che, per successive rifrazioni, devia i raggi fino a quando, superato l'angolo critico, dà luogo alla riflessione totale.

ONDE TERRESTRI: ONDE DIRETTE, RIFLESSE E DI SUPERFICIE L'onda diretta è quella che viaggia direttamente dal trasmettitore al ricevitore, per cui questi devono essere visibili l'un l'altro. In realtà la traiettoria dell'onda non è esattamente una retta, ma segue la curvatura terrestre determinando degli ampi archi di cerchio a seguito della rifrazione determinata dalla diversa densità degli strati dell'atmosfera al crescere della quota. Per calcolare la distanza massima alla quale possono essere poste due antenne che vogliono sfruttare questo tipo di propagazione:

D = 4 √hTR + 4 √hRIC D è la distanza in km tra le due antenne hTR è l’altezza in metri dell’antenna trasmittente hRIC è l’altezza in metri dell’antenna ricevente

Le onde riflesse sono strettamente collegate alle onde dirette. Infatti due antenne sono collegate, di fatto, oltre che dall'onda diretta, anche da quella che viene riflessa dal suolo, che, di norma intensifica l'onda diretta, talora, invece può creare problemi in quanto, nel riflettersi alla superficie, il campo elettrico si ribalta, ed inoltre, facendo più strada di quella diretta, ed arrivando in ritardo, può determinare interferenza o fading.

Le onde di superficie sono dovute a fenomeni di diffrazione sulla superficie del suolo, per cui quando l’onda incontra un oggetto di dimensioni dell’ordine della sua lunghezza d’onda, essa tende a seguire il contorno dell’oggetto. La propagazione per le onde di superficie è limitata alle basse ed alle bassissime frequenze in quanto l'attenuazione del suolo cresce con la frequenza.

Un altro tipo d’onda è l’onda spaziale riflessa dai satelliti: essa si ha quando un segnale viene volutamente inviato nello spazio con un angolo incidente molto piccolo ed indirizzato in un punto preciso dello spazio in cui è allocato un satellite geostazionario. Quest’ultimo, mantenendo rigorosamente costante la posizione nei confronti della Terra (orbita geostazionaria), si comporta come se fosse un’antenna di enorme altezza capace di "riflettere" il segnale verso la Terra.

BIBLIOGRAFIA Onde elettromagnetiche, Carlo G.Someda, UTET Torino, 1986 Enciclopedia della Scienza e Tecnologia, Oxford University Press, 1978 www.ilmondodellecomunicazioni.it www.wikipedia.org