Radiopropagazione.

Complesso dei fenomeni riguardanti la propagazione delle onde radio, generate artificialmente o emesse da sorgenti naturali. • Radiotecn. - Complesso dei fenomeni per i quali le onde elettromagnetiche emesse da una stazione radiotrasmittente si propagano a distanza sino a una stazione radioricevente, creando così un collegamento. I principali problemi riguardanti la r. possono essere schematizzati nei seguenti termini: data la posizione della sorgente e del ricevente, verificare se le radioonde che si intende utilizzare possono effettivamente propagarsi tra i due; data una potenza per l'antenna trasmittente, verificare se l'intensità del segnale al ricevitore è sufficiente ad assicurare il collegamento. Occorre innanzitutto ricordare che una perturbazione elettromagnetica, provocata da una sorgente puntiforme o estesa, genera onde che si propagano in un mezzo con velocità di fase, di gruppo e con un coefficiente di assorbimento che dipendono strettamente dal mezzo stesso tramite i valori della costante dielettrica assoluta, della permeabilità magnetica assoluta e della conduttività elettrica: infatti, l'intensità del campo elettromagnetico nei punti dello spazio può essere calcolata inserendo tali coefficienti nelle equazioni di Maxwell e aggiungendo appropriate condizioni al contorno. La r. nell'ambiente terrestre, quindi, è profondamente influenzata dalla presenza del suolo e dell'atmosfera, che causano effetti di attenuazione, depolarizzazione, diffusione, generazione di onde secondarie, rifrazione, diffrazione ed effetti d'ombra; ad essi si aggiungono le radiazioni termiche prodotte dal terreno e dall'atmosfera, che provocano rumore nello spettro del segnale ricevuto. Nel complesso, le onde dimostrano un diverso comportamento in base alla loro frequenza: per frequenze basse (onde lunghe o medie), le onde mostrano una certa tendenza a rimanere ancorate al terreno o agli ostacoli, e a venirne in parte guidate; per frequenze intermedie (onde corte), hanno grande importanza gli effetti della ionosfera; infine, per frequenze più alte (oltre le onde corte), la propagazione è analoga a quella dei raggi luminosi. ║ R. libera: r. di onde sinusoidali piane in assenza di ostacoli. Tali onde sono caratterizzate da vettori di intensità elettrica e magnetica ortogonali tra loro e alla direzione di propagazione; le componenti sono in fase, sinusoidali, e le superfici equifase sono piani perpendicolari alla direzione di propagazione. Il rapporto tra i valori efficaci E e H è pari all'impedenza intrinseca del vuoto, mentre la velocità di fase è prossima a quella della luce nel vuoto. In presenza della superficie terrestre, a tale onda, detta anche onda diretta, si aggiungono l'onda riflessa, superficiale e diffratta; nel loro insieme, esse costituiscono la cosiddetta onda di terra. L'onda riflessa emerge dal terreno, per effetto della stimolazione da parte dell'onda incidente, e può essere determinata a partire da questa mediante moltiplicazione per un opportuno coefficiente complesso, detto coefficiente di riflessione; il suo contributo è notevole nel caso di terreno liscio, ovvero con rugosità molto minori della lunghezza d'onda λ, oppure per piccoli angoli di elevazione (dati dal complemento degli angoli di incidenza). In questo caso la combinazione di onda diretta e riflessa nell'antenna ricevente può creare notevoli effetti interferenziali; tali effetti sono particolarmente riscontrabili nel caso di ricezione con onde LF o MF ad alti angoli di elevazione da trasmittenti poste in prossimità del suolo, oppure nel caso di ricezione con bande HF, VHF da antenne poste a diverse lunghezze d'onda dal suolo, in quanto in entrambi i casi non è presente l'onda superficiale. Al contrario, i fenomeni di interferenza distruttiva diventano abbastanza rari nel caso di postazioni terrestri ad alta frequenza, oppure nel caso di antenne direttive puntate verso l'alto, come per i collegamenti via satellite. L'onda superficiale è associata a correnti elettriche di conduzione circolanti nel terreno che, assorbendone l'energia, l'attenuano con rapidità crescente al crescere della frequenza; a differenza di quella riflessa, l'onda superficiale è più intensa in prossimità del suolo, e ad esso rimane ancorata, seguendone la curvatura. Nelle regioni in cui l'antenna trasmittente non è direttamente visibile, a causa della curvatura del terreno, essa prende il nome di onda diffratta. La rapida attenuazione di tali onde le rende inutilizzabili al di sopra dei 10 Mhz: per frequenze superiori è necessario porre antenne trasmittenti e riceventi in visibilità almeno parziale. ║ R. nella ionosfera: l'interazione tra onde radio e atmosfera riguarda quasi esclusivamente gli elettroni atmosferici eccitati dal campo elettromagnetico; gli effetti conseguenti vengono studiati attribuendo al mezzo un indice di rifrazione e una costante dielettrica che, oltre ad essere complessi, sono di natura tensoriale, per tenere conto dell'anisotropia delle oscillazioni elettroniche dovuta al campo magnetico terrestre. A causa di ciò, la ionosfera ha un comportamento analogo a quello di un mezzo birifrangente: essa dà luogo a due onde rifratte, una delle quali, detta onda ordinaria, si propaga come se non fosse presente il campo geomagnetico, attraversando la ionosfera o venendone riflessa in base al valore della frequenza. Il raggio di propagazione, sempre perpendicolare alla superficie equifase, viene riflesso o rifratto in base al valore dell'indice di rifrazione; nel primo caso si rende possibile un collegamento tra terra e terra per onda ionosferica, mentre nel secondo caso si rende possibile un collegamento che attraversa l'atmosfera, ad esempio terra-satellite. Complessivamente, le proprietà trasmissive della ionosfera sono molto mutevoli, variando sia regolarmente, secondo cicli diurni, stagionali e undecennali, sia irregolarmente; il caso più evidente è quello della variazione tra giorno e notte, dovuta soprattutto alla fortissima diminuzione dell'assorbimento nel periodo notturno. Oltre all'attenuazione, un problema notevole per la r. è costituito dai cammini multipli ionosferici, che sono sorgente di distorsioni nel caso di interferenze generiche, oppure di un'ulteriore attenuazione nel caso di interferenze distruttive; tali cammini sono causati sia dalla diversità di indici di rifrazione tra onda ordinaria e straordinaria, e quindi diversità di traiettorie, sia dalla nascita di percorsi alternativi per la presenza di irregolarità di ionizzazione, di ionizzazioni localizzate e di numerosi altri fattori. ║ R. nell'atmosfera non ionizzata: le onde radio che si propagano nella troposfera subiscono deflessioni a causa delle variazioni spaziali dell'indice di rifrazione troposferico connesse alla temperatura, alla pressione e all'umidità; tali deflessioni assumono particolare importanza nei collegamenti in visibilità, poiché questi dipendono drasticamente dall'incurvamento dei raggi. Sono possibili, inoltre, cammini multipli legati a disomogeneità dell'indice di rifrazione, che possono causare affievolimenti del segnale dipendenti dalla lunghezza del collegamento radio, e divengono, pertanto, elementi fondamentali nella progettazione di ponti radio terrestri a più tratte; ricordiamo inoltre le scintillazioni, ovvero rapide fluttuazioni di livello legate a disomogeneità dell'indice di rifrazione su piccola scala, che generano un disturbo meno rilevante rispetto ai precedenti, solitamente ben contrastato dalla scelta di antenne ad alto guadagno. La trasmissione di onde radio, infine, è influenzata da fattori atmosferici quali i gas presenti nell'atmosfera e le precipitazioni costituite da nebbia, pioggia, grandine e neve: tuttavia, essi provocano effetti di attenuazione sensibili solo quando il diametro delle particelle diviene comparabile con la lunghezza d'onda nell'acqua, ovvero oltre i 10 GHz.