2.5 Propagazione delle onde elettromagnetiche

Al di fuori dell’atmosfera terrestre le onde elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce lungo una linea retta, indipendentemente dalla loro frequenza.
Invece nell’atmosfera terrestre, a causa dell’aria, le onde viaggiano ad una velocità di poco minore e sono soggette a [BUFa]:

  • Attenuazione: è l’assorbimento di una parte dell’energia causata dall’aria che contiene sempre polvere, molecole d’acqua in sospensione (nelle nuvole), atomi ionizzati, ozono. L’attenuazione varia molto a seconda della frequenza delle onde. Infatti, per esempio, in caso di tempo nuvoloso, le trasmissioni televisive sono comunque visibili, mentre la luce solare (che ha frequenza diversa) viene attenuata.
  • Riflessione: è il fenomeno che si ha quando un’onda incontra un ostacolo e viene specchiata come si può vedere nella figura 2.5.


Fig. 2.5  Riflessione

  • Rifrazione: quando si ha una riflessione si può avere anche una rifrazione, cioè parte dell’energia riesce a trapassare l’ostacolo. Questo accade se le onde impattano sull’ostacolo con un angolo maggiore di un determinato angolo limite come si può vedere nella figura 2.6. L’angolo limite è diverso di caso in caso poiché è calcolato sulla base delle proprietà del mezzo nel quale si propagano le onde. Quando un’onda elettromagnetica colpisce un ostacolo con un angolo minore dell’angolo limite si ha quindi solo una riflessione e nessuna rifrazione.


Fig. 2.6  Rifrazione

  • Diffrazione: è il fenomeno fisico che permette ad un’onda di propagarsi oltre ad un ostacolo di dimensioni uguali alla propria lunghezza d’onda. Grazie alla diffrazione un’onda elettromagnetica quindi ignora  un ostacolo molto più piccolo della propria lunghezza d’onda, scavalca un ostacolo della stessa dimensione dell’onda e  viene bloccata da un ostacolo molto più grande.
  • Diffusione (scattering): è il fenomeno fisico per cui un onda elettromagnetica viene diffusa nelle varie direzioni a causa della disomogeneità dell’aria. Grazie allo scattering, l’orizzonte diviene sorgente di onde che possono quindi raggiungere un ricevitore che si trova oltre l’angolo visivo del trasmettitore, come illustrato nella figura 2.7.


Fig. 2.7  Scattering

  • Fading: è il fenomeno per cui le onde elettromagnetiche arrivano al ricevitore con fase e intensità discontinua a causa di rifrazioni, riflessioni e diffusioni che si possono essere verificate lungo il percorso oppure a causa del continuo spostamento del trasmettitore o del ricevitore.

Sfruttando questi fenomeni fisici, si possono avere diversi modi con cui l’onda generata dal trasmettitore  può giungere al  ricevitore. I principali sono [BUFa]:

  • Per onda superficiale: si verifica quando le onde seguono la superficie terrestre, scavalcando colline e superando mari, laghi e fiumi. Siccome l’attenuazione del terreno cresce con la frequenza delle onde, queste trasmissioni vengono utilizzate con le bande VLF e LF. Poichè la superficie del mare genera una minore attenuazione rispetto al terreno, le onde superficiali sono utilizzate soprattutto per comunicazioni nautiche e con sommergibili.
  • Per onda diretta: si verifica quando il ricevitore è nella visuale del trasmettitore (fig. 2.8). Questo tipo di propagazione viene utilizzato per le onde di banda VHF, UHF, SHF, o EHF.
  • Per onda riflessa: si verifica quando il terreno o altri ostacoli riflettono l’onda verso il ricevitore (fig. 2.8). Questa propagazione è utilizzata anche per gli altimetri radaristici:  l’aereo genera un’onda che colpisce il terreno e ritorna all’apparecchio; dal tempo impiegato viene calcolata la quota.


Fig. 2.8  Onda diretta e onda riflessa

  • Per onda ionosferica: è detta anche per onda spaziale, poiché consente il collegamento a grandissime distanze. Si verifica grazie alla ionosfera (la parte dell’atmosfera a un centinaio di chilometri da terra) che dopo diverse rifrazioni si comporta come uno specchio e riflette l’onda verso il ricevitore. Solitamente per queste trasmissioni è utilizzata la banda HF.
  • Per scattering troposferico: si verifica quando la troposfera (la parte di atmosfera a una decina di chilometri da terra) grazie al fenomeno della diffusione reindirizza le onde verso il trasmettitore. La banda più utilizzata per questo tipo di trasmissione è la HF.

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