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Radioricevitore
La radio da molti decenni è diventata di uso comune, ma non tutti ne conoscono i principi di
funzionamento. Per definizione un radioricevitore è quell'apparecchiatura che permette di
ricevere un segnale elettromagnetico (onde radio) emesso da una trasmittente. Oltre alla
trasmissione destinata alla generalità delle persone (radiodiffusione), esistono particolari
trasmissioni di servizio specializzate per settori o aree di interesse (navigazione marittima,
aerea, ponti radio, radar, radioamatori, etc.)
Un pò di storia
Come succede per ogni invenzione, i padri a cui ascrivere i meriti per la realizzazione della
radio sono molti. Infatti, senza le scoperte di Faraday, Maxwell, Hertz e Branly sarebbe stato
difficile per l'italiano Marconi e il russo Popov effettuare le prime trasmissioni a distanza.
Storica quella di Marconi che nel 1901 effettuò la prima trasmissione transoceanica, da Poldhu,
all’estremità occidentale della penisola di Cornovaglia (Inghilterra), all'isola Terranova,
Nuova Scozia, Canada. Si trattava di segnali telegrafici in codice Morse, e precisamente una
successione ritmata di tre punti, individuanti la lettera "S". Erano circa le 12:30 locali del
12 dicembre 1901 quando si ricevette il segnale di lunghezza d'onda di approssimativamente 1800 m,
trasmesso da una distanza di circa 3.000 chilometri.
La prima trasmissione radiofonica viene datata 24 Dicembre 1906 per opera di Reginal Fessenden,
ma la nascita della prima stazione radio con trasmissioni dedicate al "pubblico" si colloca
nel 1919, per opera di un ingegnere della Westinghouse, Frank Conrad, che iniziò una serie di
trasmissioni dal suo garage di Pittsburg. Nel 1929, in un emporio della città, vendeva alcuni
rudimentali ricevitori, in poco tempo vendette tutte le apparecchiature che aveva a disposizione.
Come accade in questi casi, il fenomeno interessò l'industria, tanto che il vicepresidente della
Westinghouse pensò di costruire radio ricevitori per l'uso casalingo in una parte della propria
catena di montaggio, che durante la guerra serviva a fabbricare apparati per le forze militari.
Contemporaneamente affidò a Conrad e al suo assistente Donald Little la conduzione tecnica di
una stazione radio realizzata all'interno degli stabilimenti della Westinghouse, in modo da
poter iniziare regolari trasmissioni: era nata la prima emittente radiofonica (KDKA).
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Principio di funzionamento
Una radio elementare è composta da un circuito sintonizzatore, un rilevatore e un trasduttore
acustico. Il circuito sintonizzatore è costituito da un solenoide e da un condensatore
(tralasciando la resistenza elettrica insita nel conduttore con cui è formato il solenoide e
nei conduttori di collegamento delle parti), questi componenti in base alle grandezze di
induttanza, resistenza e capacità, entrano in risonanza ad una determinata frequenza. Questa
frequenza è la frequenza del segnale che si vuol ricevere, proveniente dalla trasmittente. |
schema elementare di ricevitore radio
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Per poter ricevere una banda di frequenze, oltre che per ovviare alla criticità della sintonizzazione,
si usa un condensatore variabile, il quale variando il valore della sua capacità, varia
conseguentemente la frequenza di risonanza. Avrete intutito che quando agiamo sulla manopola
di sintonia della nostra radio, in effetti variamo la capacità del condensatore del circuito di
sintonia. Il circuito rilevatore, composto in pratica da un diodo con a valle un condensatore
per filtrare la parte RF, discrimina la componente del segnale che effettivamente vogliamo ascoltare,
mentre il trasduttore acustico (auricolare, cuffia, altoparlante) converte il segnale elettrico
in onda sonora.
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Periodo, Frequenza, Lunghezza d'Onda
Il segnale emesso dalla trasmittente radiofonica è un segnale ad alta frequenza, ma cosa
intendiamo per frequenza? La frequenza di un segnale è il numero di oscillazioni che questo
compie in un secondo. Una oscillazione completa o Periodo, rappresentato graficamente, ha la
forma visibile in figura. Come si può osservare, partendo dal tempo zero di un sistema di assi
cartesiani esso raggiunge un massimo positivo per poi ripassare per lo zero per raggiungere un
massimo negativo per ritornare a zero. Questa è una oscillazione completa che può definirsi
anche ciclo o periodo. La frequenza, espressa in Hertz (Hz) o cicli al secondo (c/s), è il
numero di oscillazioni che il segnale compie in ogni secondo.
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Volendo mettere i concetti espressi in formule matematiche abbiamo che:
conoscendo la frequenza possiamo calcolare la durata del Periodo
P = 1 / ƒ espresso in secondi
dove
- P = Periodo
- ƒ = Frequenza
conoscendo il Periodo possiamo calcolare la Frequenza
ƒ = 1 / P espresso in Hz (cicli al secondo)
dove
- ƒ = Frequenza
- 1 = Unità di tempo (minuto secondo)
- P = Periodo
La lunghezza d'onda si può definire come lo spazio percorso da un ciclo completo. Sapendo che le onde
elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce, in termini matematici avremo:
λ = c / F espressa in metri
dove
- λ = Lunghezza d'onda
- c = velocità della luce (300.000 Km/s)
- F = Frequenza (in KHz)
Qualcuno di voi si starà chiedendo, se non conosciamo alcuno dei parametri, come facciamo a
risalire alla durata del periodo piuttosto che alla frequenza di un segnale?
La risposta è: dotandoci di strumenti di misura adeguati. Gli strumenti adatti allo scopo sono
o il frequenzimetro o meglio l'oscilloscopio. Quest'ultimo, oltre a consentire misurazioni, ci
permette di "vedere" il segnale sullo schermo
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periodo o ciclo
frequenza
lunghezza d'onda
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Classificazione delle Onde Radio
Ora che abbiamo preso conoscenza con alcune delle grandezze fisiche in gioco e delle loro
relazioni, passiamo a come sono state classificate le onde radio. Premesso che Radio deriva da
radiazione, e che le onde radio fanno parte della più ampia categoria delle onde elettromagnetiche,
tutte le varie frequenze interessanti le trasmissioni radio-televisive sono state classificate
in un'assemblea internazionale delle Radio e Telecomunicazioni tenutasi ad Atlantic City (USA)
nel 1947.
Nella tabella che segue è riportata la suddivisione delle onde radio nelle varie bande di
frequenza, con le relative denominazioni secondo lo standard IEEE (Institute of Electrical and
Electronic Engineers - Organizzazione USA), adottato dall'ITU (International Telecommunication
Union - Agenzia delle Nazioni Unite) - nello stesso anno.
| Gamma di Frequenza | Sigla | Gamma di Lunghezza d'Onda | Definizione Onda |
|---|
| da 3 KHz a 30 KHz | VLF (Very Low Frequencies) | da 100 Km a 10 Km | miriametriche |
| da 30 KHz a 300 KHz | LF (Low Frequencies) | da 10 Km a 1 Km | chilometriche |
| da 300 KHz a 3000 KHz | MF (Medium Frequencies) | da 1 Km a 0,1 Km | ettometriche |
| da 3 MHz a 30 MHz | HF (High Frequencies) | da 100 m a 10 m | decametriche |
| da 30 MHz a 300 MHz | VHF (Very High Frequencies) | da 10 m a 1 m | metriche |
| da 300 MHz a 3000 MHz | UHF (Ultra High Frequencies) | da 100 cm a 10 cm | decimetriche |
| da 3 GHz a 30 GHz | SHF (Super High Frequencies) | da 10 cm a 1 cm | centimetriche |
| da 30 GHz a 300 GHz | EHF (Extra High Frequencies) | da 10 mm a 1 mm | millimetriche |
| da 300 GHz a 3000 GHz | microonde | da 1 mm a 0,1 mm | decimillimetriche |
All'interno della classificazione sopra riportata, in Europa e quindi in Italia, alle trasmissioni
radio-televisive sono state risevate delle bande di frequenza di cui si riporta le più utilizzate
nella tabella che segue.
| Gamma di Frequenza | Sigla | Utilizzo |
|---|
| da 153 KHz a 279 KHz | Onde Lunghe | trasmissioni per navigazione maritma |
| da 531 KHz a 1602 KHz | Onde Medie | Trasmissioni radiofoniche in AM |
| da 3 MHz a 26,100 MHz | Onde Corte | Trasmissioni radiofoniche a lunga distanza (*) |
| da 26,865 MHz a 27,275 MHz | Citizen Band (baracchini CB) | Radioamatori (molto utilizzata dai camionisti) |
| da 87,500 MHz a 108 MHz | Radio in FM | Radio diffusione in modulazione di frequenza (quasi tutte in stereofonia) |
| da 47 MHz a 300 MHz | VHF (Very High Frequencies) | Trasmissioni televisive del 1° canale RAI |
| da 300 MHz a 870 MHz | UHF (Ultra High Frequencies) | Trasmissioni televisive RAI (2°-3° canale) e Private |
| da 10,700 GHz a 12,750 GHz | microonde | Trasmissioni televisive e dati da satellite, analogiche e digitali |
(*) = per fenomeno di rifrazione negli strati della ionosfera
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Portante, Informazione, Modulazione
A questo punto per proseguire nella conoscenza della tecnica trasmissiva è necessario introdurre il concetto di modulazione e di come è formato il segnale radio. Partiamo col dire che il segnale irradiato dall'antenna trasmittente è un segnale composito, formato dalla miscelazione di due segnali: portante; informazione.
L'informazione che vogliamo diffondere, che sia musica o voce, è un segnale di bassa frequenza. L'orecchio umano, nella migliore delle ipotesi, è in grado di percepire le frequenze comprese nel range 20 - 20.000 Hz. L'informazione è quindi un insieme di tali frequenze che con dispositivi diversi convertiamo in segnale elettrici. Questo segnale in bassa frequenza è usato per modulare il segnale in alta frequenza che prende il nome di portante in quanto viene usato come un mezzo di trasporto.
Premesso che esistono più tipi di modulazione, quelli che interessano la radio, intesa come fenomeno di massa, sono due: la modulazione di ampiezza o AM (Amplitude Modulation); la modulazione di frequenza o FM (Frequency Modulation).
Modulazione di Ampiezza
Nella modulazione di ampiezza (AM) abbiamo un segnale irradiato di frequenza fissa che varia in ampiezza in base al segnale di bassa frequenza che così lo modula.
Modulazione di Frequenza
Nella modulazione di frequenza invece trasmettiamo un segnale di ampiezza fissa ma una frequenza variabile, intorno alla frequenza centrale della portante, relativamente al segnale modulante di bassa frequenza.
Rilevazione o Demodulazione
Nel ricevitore non si fa altro che adottare il procedimento inverso rivelando, con il modulo rivelatore, una sola semionda del segnale e quindi lo si filtra eliminando la componente in alta frequenza.
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portante (segnale RF)
informazione (segnale di BF)
segnale modulato in ampiezza
segnale modulato in frequenza
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Perchè le radio private hanno scelto la banda FM
I principali vantaggi della trasmissione in FM, senza troppo approfondire per non rendere pesante la lettura, si possono riassumere in:
- Migliore qualità del suono trasmesso
- Minore potenza necessaria per trasmettere il segnale entro una data distanza
- Il segnale è meno soggetto ai disturbi atmosferici
Con la modulazione in FM riusciamo a trasmette musica in Hi-Fi (20 - 15.000 Hz), mentre in AM
ci dobbiamo accontentare di una larghezza di banda in BF molto minore. Inoltre, con il sistema
multiplexer, abbiamo anche la possibilità di trasmettere il suono in modalità stereofonica.
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