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.)
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).
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. 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.
schema elementare di ricevitore radio
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.
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.
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.
da 3 a 30 KHz | VLF (Very Low Frequencies) | da 100 Km a 10 Km | miriametriche |
da 30 a 300 KHz | LF (Low Frequencies) | da 10 Km a 1 Km | chilometriche |
da 300 a 3000 KHz | MF (Medium Frequencies) | da 1 Km a 0,1 Km | ettometriche |
da 3 a 30 MHz | HF (High Frequencies) | da 100 m a 10 m | decametriche |
da 30 a 300 MHz | VHF (Very High Frequencies) | da 10 m a 1 m | metriche |
da 300 a 3000 MHz | UHF (Ultra High Frequencies) | da 100 cm a 10 cm | decimetriche |
da 3 a 30 GHz | SHF (Super High Frequencies) | da 10 cm a 1 cm | centimetriche |
da 30 a 300 GHz | EHF (Extra High Frequencies) | da 10 mm a 1 mm | millimetriche |
da 300 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.
da 153 a 279 KHz | Onde Lunghe | trasmissioni per navigazione maritma |
da 531 a 1602 KHz | Onde Medie | Trasmissioni radiofoniche in AM |
da 3 a 26,100 MHz | Onde Corte | Trasmissioni radiofoniche a lunga distanza (*) |
da 26,865 a 27,275 MHz | Citizen Band (CB) | Radioamatori (molto utilizzata dai camionisti) |
da 87,500 a 108 MHz | Radio in FM | Radio diffusione in modulazione di frequenza (molte in stereofonia) |
da 47 a 300 MHz | VHF (Very High Freq.) | Trasmissioni televisive del 1° canale RAI |
da 300 a 870 MHz | UHF (Ultra High Freq.) | Trasmissioni televisive RAI (2°-3° canale) e Private |
da 10,700 a 12,750 GHz | microonde | Trasmissioni televisive e dati da satellite, analogiche e digitali |
(*) = per fenomeno di rifrazione negli strati della ionosfera
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.
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.
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.
portante (segnale RF) |
informazione (segnale di BF) |
segnale modulato in ampiezza |
segnale modulato in frequenza |
Autore: LEO Alberto Ugo
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