Viaggio nel mondo delle onde elettromagnetiche: come si propagano le onde radio?

Rappresentazione dello spettro elettromagnetico

di Saverio Spinelli – Continua il nostro Viaggio nel mondo delle onde elettromagnetiche: oggi scopriamo come si propagano le onde radio.

Come tutte le radiazioni elettromagnetiche, le onde radio si propagano il linea retta e possono interagire o essere influenzate da elementi diversi: la diversità di comportamento dipendono essenzialmente dalla loro frequenza/lunghezza d’onda, che  conferisce loro una precisa connotazione.

In mancanza di ostacoli od altri fenomeni dissipativi, il campo elettromagnetico si propaga all’infinito riducendo la sua energia in ragione del quadrato della distanza.

E’ noto che un raggio luminoso non riesce a propagarsi oltre un oggetto posto nel suo percorso, a meno di fenomeni di riflessione,  rifrazione o diffrazione.

Le onde radio, tanto più alta è la loro frequenza (e quindi tanto di più si avvicinano alla frequenza della radiazione luminosa), tanto più le loro caratteristiche di propagazione si avvicinano a quella della luce.

Già a frequenza non elevatissime, come quelle utilizzate per la telefonia cellulare, il segnale si propaga quasi esclusivamente a portata ottica. E’ infatti noto a tutti come a meno di un metro da una posizione idonea, un telefonino possa smettere di funzionare, o meglio, di non ricevere un segnale sufficiente per potere operare.

Nel caso del telefonino (che opera su lunghezze d’onda delle decine di cm), corpi anche di qualche metro possono influire sul segnale.

In ogni caso,  la materia presenta nel mezzo in cui il segnale si propaga può assorbire parte dell’energia dell’onda luminosa o del segnale radio.

La capacità di interferenza tra radiazione elettromagnetica e materia dipende dal rapporto tra lunghezza d’onda e la dimensione dei corpi che l’onda incontra nel suo percorso: se la dimensione del corpo è paragonabile alla lunghezza dell’onda, si può avere un’interazione tra questa e quello.

In termini pratici, un’automobile posta nel percorso di onde aventi una lunghezza di decine di metri, non influirebbe minimamente su di esse, mentre bloccherebbe un segnale radio nella banda dei GHz.

Parimenti una pioggia intensa è ininfluente sui segnali in banda TV, per non parlare di quelli a frequenza più bassa,  mentre peggiora decisamente le prestazioni di un collegamento tra stazioni operanti nella parte più alta delle microonde, essendo le gocce d’acqua paragonabili alla lunghezza d’onda di lavoro (dell’ordine dei millimetri), con conseguente assorbimento energetico da parte dell’acqua.

Le radiazioni x e Gamma interagiscono infine con la materia a livello atomico e sub atomico.

In figura 28 ritroviamo lo schema già visto in figura 4,  corredato anche di ulteriori elementi grafici che ci danno un’idea della tipologia di materia in grado di interagire con le radiazioni elettromagnetiche, al variare delle frequenza di queste.

La propagazione delle onde corte (dell’ordine delle decine di metri) e delle onde medie (centinaia di metri di lunghezza d’onda) non è minimamente influenzata  dalle condizioni atmosferiche,  contrariamente a quanto qualcuno posa credere: i disturbi che è possibile ascoltare in radio caso di temporali infatti sono dovuti esclusivamente alle scariche elettriche atmosferiche rilevate dall’antenna.

Fig.29 esempi di influenza di ostacoli alla propagazione radio

Più basse sono le frequenze d’esercizio, meno influenti sono gli ostacoli naturali,  come le montagne; infatti, sulle onde medie e lunghe  il segnale  si propaga essenzialmente per onda di terra e riesce a conformarsi alla morfologia del terreno; il segnale può comunque essere influenzato da riflessioni e fenomeni di diffrazione, come semplicisticamente raffigurato in figura 29. La contropartita è rappresentata dal fatto che aumenta l’assorbimento causato dal terreno.

Di fatto,  le trasmissioni in queste bande (durante il giorno, perché di notte, come vedremo, subentrano altri fattori)  sono state utilizzate fino a  pochi anni fa essenzialmente per il servizio broadcasting  locale (essendo poi state completamente soppiantate dalle trasmissione in FM nella banda dei 100 MHz (3 metri di lunghezza d’onda).

Man mano che la frequenza aumenta, il segnale tende a propagarsi sempre più prevalentemente a portata ottica. Ma, contemporaneamente,  subentra un altro fattore;  un fattore che ha consentito, in via esclusiva fino a qualche decennio fa, le comunicazioni a lunga distanza: la riflessione ionosferica.

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