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Attivo il ripetitore VHF "IR9AR" R5 alfa 145.7375 shift -600  tono 77,0 Hz - Conferenza  *ITARADIO*  A.I.R.C.I.N.  Sistema Echolink   (M.Aquilone)

Attivo il ripetitore UHF  "IR9UBI"  RU5 430.125 schift +1.600 tono 77.0 hz -Sistema Echolink  (Avola città)

Attivo Trasponder VHF 144,6625 Mhz -UHF 430.125 Mhz  (M. Aquilone)

Attivo Hot Spot  rete digitale D-STAR VHF 144.700 Mhz  IT9UQI  (M.Aquilone)

 

Ripetitore - Ponti Radio

I Ponti Radio sono dei collegamenti radio bidirezionali fra due stazioni fisse, effettuati a mezzo di microonde, utilizzando antenne paraboliche.

Possono avvenire direttamente fra due punti della terra ed allora si chiamano Ponti Radio terrestri.

Possono invece collegare due punti lontani sulla terra per mezzo di un satellite artificiale per Telecomunicazioni ed allora si chiamano ponti radio satellitari.

I ponti radio si classificano, in base al tipo di modulazione, in analogici e numerici.

I ponti radio utilizzano, per le trasmissioni, frequenze nel campo dei Gigahertz e quindi lunghezze d'onda dell'ordine del centimetro, per cui le antenne impiegate sono necessariamente del tipo parabolico, fortemente direttive, ad altissimo guadagno, tipicamente dell'ordine di 40 - 50 dB.

A seguito dell’uso delle antenne paraboliche, vengono pertanto a formarsi dei fasci di onde elettromagnetiche ad alta frequenza, strettissimi e concentrati, che consentono la  trasmissione di una grande quantità di informazioni che, nel caso di distanze di qualche decina di chilometri vengono trasmesse con pochi Watt di potenza.

Poiché la propagazione delle onde elettromagnetiche a queste frequenze avviene in modo analogo a quella della luce, la trasmissione avviene in modo rettilineo, perciò le antenne devono essere a visibilità diretta, cioè l’una deve vedere l’altra, senza ostacoli in mezzo, che intercetterebbero il fascio di onde interrompendo la trasmissione.

 

I Ponti Radio vengono usati per usi telefonici, televisivi, radiofonici, musicali e per trasmissione dati.

La capacità trasmissiva di un ponte radio indica la quantità di informazioni che è in grado di trasmettere e si misura in numero di canali telefonici ognuno dei quali è largo 4 KHz, così ad esempio, un ponte radio con larghezza di banda di 96 KHz ha capacità trasmissiva di:

In ogni stazione sono sempre presenti un trasmettitore (T) e un ricevitore (R) funzionanti a frequenze diverse per non entrare in autooscillazione.

Quando la distanza da coprire è troppo grande, si posizionano dei ripetitori in posizioni intermedie secondo lo schema seguente nel quale si evidenzia come sia possibile sia l’uso di una sola, sia di due antenne separate per la trasmissione e la ricezione, e come sia costituita la stazione ripetitrice intermedia.

 

Lo studio dei ponti radio può essere suddiviso in vari argomenti che si possono approfondire separatamente:

PONTI RADIO ANALOGICI

I ponti radio analogici trasmettono fasci di onde elettromagnetiche con frequenze tipicamente di 2 – 4 – 6 – 7 – 8 – 11 – 13 GHz.

Le potenze in gioco vanno da 1 W a qualche decina di Watt con distanze che vanno da qualche chilometro a qualche decina di chilometri e le antenne usate sono di solito le paraboliche, le horn reflector, le cassegrain le cui forme sono schematizzate alla pagina precedente.

La modulazione più usata è quella di frequenz(FM), che consente una considerevole insensibilità ai disturbi di origine elettromagnetica, e la multiplazione è la FDM

Le capacità tipica è di 960 – 1800 – 2700 canali telefonici.

Nei ponti radio, si usano due frequenze diverse, una per la trasmissione, e una per la ricezione, sempre per evitare il fenomeno dell’autooscillazione, oppure, in alternativa, si usa talora la stessa frequenza e due direzioni ortogonali di polarizzazione.

In questo modo è possibile separare il segnale in trasmissione da quello in ricezione, senza permettere che interferiscano tra loro nonostante si trovino contemporaneamente sulla stessa antenna. 

Un ponte radio di tipo analogico, modulato in F.M. può essere di due tipi: a modulazione diretta, o a modulazione indiretta.

Il primo, a modulazione diretta, è più semplice come schema, ma è di fatto meno usato.

Il più diffuso è invece quello a modulazione indiretta, più complesso come struttura, ma tecnicamente migliore.

Lo schema a blocchi del trasmettitore di un ponte radio telefonico modulato in FM del tipo a modulazione indiretta è il seguente:

In questo caso, il più frequente in pratica, si utilizza una doppia conversione in frequenza, di cui la prima alla frequenza intermedia, standard, di 70 MHz, la seconda, invece, alla frequenza della portante a radiofrequenza, che, come detto prima, è dell’ordine dei Gigahertz.

I segnali di ingresso sono costituiti dai numerosi canali telefonici che devono essere trasmessi tutti dallo stesso ponte radio.

La prima operazione è quindi quella della multiplazione secondo la tecnica FDM, che comporta una traslazione in frequenza dei vari canali a mezzo di modulatori bilanciati, per ottenere la cosiddetta banda base, che può contenere fino a 2.700 canali telefonici.

La banda base così ottenuta viene poi sottoposta alla operazione di preenfasi che ha lo scopo, esaltando le alte frequenze nella fase di trasmissione, di mantenere costante il rapporto segnale/disturbo.

Segue una doppia operazione di conversione in frequenza, spesso necessaria quando la frequenza della portante a radiofrequenza è troppo alta, per ottenere buoni risultati nella modulazione in frequenza ed infine segue un amplificatore a radiofrequenza che immette il segnale così ottenuto nell’antenna parabolica trasmittente.

Lo schema a blocchi di un ponte radio ricevente modulato in frequenza è invece il seguente:

 

In esso si evidenziano l’antenna parabolica ricevente, il filtro di banda, in grado di selezionare esclusivamente la portante a radiofrequenza con la sua banda laterale destra e sinistra all’interno del canale su cui il ponte radio è sintonizzato.

Selezionato il canale radio opportuno, si procede all’operazione di abbassamento di frequenza con il metodo supereterodina alla frequenza intermedia standard di 70 MHz e alla demodulazione F.M. preceduta dall’operazione di deenfasi che consente di restituire le debite proporzioni a tutte le righe spettrali corrispondenti alla parte alta dello spettro della banda base, che in fase di trasmissione, erano state amplificate.

Completano questo schema a blocchi i controlli automatici di ampiezza e di frequenza che conferiscono stabilità a tutto il sistema ricevente.

PONTI RADIO NUMERICI

I ponti radio numerici sono quelli in cui la banda base è costituita da segnali digitali organizzati in una trama del tipo PCM.

Oggi si tende sempre più a preferire la trasmissione di dati sotto forma numerica per i numerosi vantaggi che questo tipo di modulazione ha rispetto a quella analogica e che si schematizzano di seguito:

  • possibilità di rigenerazione dei segnali a distanza

  • possibilità di individuare e correggere gli errori in ricezione

  • segretezza della trasmissione a seguito delle codifiche usate

  • capacità di utilizzare le stesse strutture per trasmettere dati di tipo  diverso tra loro, cioè televisivi, telefonici, telegrafici, trasmissione dati, fax, ecc.

Manutenzione semplificata per la limitatezza delle operazioni di controllo da effettuare.

Esistono naturalmente degli svantaggi nelle trasmissioni di tipo numerico e riguardano la maggiore larghezza di banda necessaria per trasmettere uno stesso numero di canali telefonici o televisivi ed anche nella maggiore complicazione circuitale richiesta dal più vasto numero di operazioni da effettuare.

Nel complesso comunque, i sistemi numerici, considerando cioè sia i vantaggi che gli svantaggi, risultano molto più convenienti di quelli analogici, per questo motivo quasi tutti i nuovi ponti radio sono di tipo numerico.

La modulazione A.S.K. è usata solo nei ponti di piccola capacità, mentre la P.S.K. ed ancor più la Q.A.M.  è usata in tutti gli altri casi.

Supponiamo che i dati da trasmettere via ponte radio siano di tipo telefonico, allora la centrale telefonica invia i suoi dati, ad esempio via cavo coassiale o via fibra ottica, già organizzati in tecnica P.C.M., cioè già multiplati.

Ogni canale del P.C.M. di solito è modulato in  codice A.M.I. oppure l’H.D.B.3.

Questo tipo di modulazione è adatto per superare i problemi dei traslatori differenziali delle centrali telefoniche e della telealimentazione dei rigeneratori, ma non è il più adatto per la trasmissione via etere, per cui viene convertito, di norma, in codice  N.R.Z. , lo stesso che viene usato all’interno delle apparecchiature di centrale.

Segue la modulazione numerica che può essere di tipo diretto o di tipo indiretto, ed anche A.S.K. , P.S.K. oppure Q.A.M.

Dopo aver chiarito quanto detto sopra, risultano chiari gli schemi a blocchi di un trasmettitore e di un ricevitore numerico

SCHEMA A BLOCCHI DI UN TRASMETTITORE NUMERICO A MODULAZIONE DIRETTA DI TIPO ASK:

SCHEMA A BLOCCHI DI UN RICEVITORE NUMERICO DI TIPO ASK

SCHEMA A BLOCCHI SEMPLIFICATO DI RIPETITORE PER PONTE RADIO

Come si può osservare, la parte ricevente è del tutto analoga alla prima sezione del ponte radio ricevente, mentre la seconda parte è analoga alla parte finale del ponte radio trasmittente.

È da osservare però che la frequenza intermedia è sempre quella standard, cioè 70 MHZ, e che la portante in trasmissione è sempre diversa da quella in ricezione per il solito motivo di evitare l’autooscillazione.

Esistono poi nel campo dei ponti radio anche i ripetitori passivi o specchi che hanno la funzione di riflettere il fascio verso il ricevitore quando deve superare un ostacolo.

Questi sono costituiti da superfici metalliche realizzate in alluminio delle dimensioni che si aggirano intorno a 100 m2.

EQUAZIONE DI TRATTA

Supponiamo di chiamare:

  •   PTR la potenza in Watt  emessa dall’antenna trasmittente

  •   PRIC la potenza in Watt captata dall’antenna ricevente

  • il vettore di Poynting in Watt/m2 in ricezione

  •  l’area equivalente dell’antenna ricevente

La potenza ricevuta, in base alla formula generale della Trasmissione risulta:

 

Volendo anche tenere conto delle perdite per attenuazione ATR nella guide d’onda che porta all’antenna trasmittente, e ARIC nella guida d’onda dell’antenna ricevente, la formula diventa:

 

Questa espressione, misurata, come di solito si fa, in dB, diventa l’equazione di tratta:

( dB)

Questo in quanto, passando dai numeri ai logaritmi, i prodotti si trasformano in somme.

Si osservi che si è definita con:

 

L’attenuazione dello spazio, cioè il fatto che man mano che ci si allontana dal trasmettitore, il segnale si va attenuando in modo inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

Si osservi inoltre che gli ultimi tre termini risultano negativi perché sono dati dal logaritmo di un numero minore di uno.

SATELLITI PER TELECOMUNICAZIONI

Sono stati mandati in orbita attorno alla terra, dall’inizio degli anni 60  fino ad oggi, qualche migliaio di satelliti artificiali.

Di questi, la maggior parte sono di tipo militare ed hanno lo scopo di rilevare la presenza di missili strategici avversari e di altre strutture militari disseminate sul globo.

Altri sono di tipo scientifico e servono per il rilievo delle caratteristiche dell’atmosfera, del suolo, del mare, dell’ozono, o di tipo astronomico, come il telescopio orbitante Hubble o la stazione orbitante MIR poi precipitata.

Esistono inoltre oggi anche diverse centinaia di satelliti per telecomunicazioni in orbita geostazionaria equatoriale che hanno lo scopo di fare da ripetitore fra due stazioni in ponte radio terrestri.

Secondo le leggi di Keplero, l’orbita di un satellite attorno ad un corpo celeste, applicata al caso della terra, può essere o una circonferenza con la terra al centro, oppure una ellissi con la terra in uno dei due fuochi.

I satelliti per telecomunicazioni si muovono in orbite circolari equatoriali, e compiendo un giro esattamente ogni 24 ore, ci appaiono come se fossero immobili nel cielo, come indicato schematicamente nell'animazione seguente:

In questo caso assumono il nome di geostazionari.

Questa loro caratteristica, volutamente studiata, ci consente di puntare su di loro le nostre antenne paraboliche fisse dei ponti radio satellitari.

Un satellite che gira attorno alla terra è soggetto alla forza di attrazione di gravità che cerca di farlo precipitare sulla terra, e alla forza  centrifuga che cerca di farlo allontanare indefinitamente.

Per rimanere a girare sempre nella stessa orbita le due forze devono essere esattamente eguali.

 

Poiché le espressioni matematiche di queste due forze sono:

                                       

Deve risultare:

Da cui, semplificando m tra il primo e il secondo membro, e risolvendo per r si ha:

Poiché risulta:

                 

E poiché inoltre la velocità angolare deve risultare di un giro, cioè 2p radianti, ogni 24 ore, e quindi ogni 24 · 3600 sec, allora si ha:

e quindi, sostituendo questi valori:

Questa deve essere la distanza tra il satellite ed il centro della terra, ma poiché la terra ha un raggio di 6.370 Km, allora il satellite deve distare dalla superficie terrestre:

  D = 35.830 Km

Se viene posto a questa distanza e su un’orbita equatoriale, noi da terra lo vedremo fermo in cielo, mentre in realtà compie un giro ogni 24 ore insieme alla terra.

A bordo del satellite GEOSTAZIONARIO per telecomunicazioni sono presenti apparecchiature di tipo diverso che svolgono varie funzioni.

Una parte di queste è costituita dai propulsori  che servono a rimettere in orbita, sia pure di poco, o anche di pochissimo, il satellite quando si spostasse, per motivi accidentali, come il vento solare, o prevedibili, come l’attrazione gravitazionale della luna, dall’orbita calcolata.

Esistono poi i pannelli solari che devono essere sempre rivolti verso il sole e che consentono l’alimentazione delle batterie di bordo.

Vi sono poi le antenne trasmittenti e riceventi che devono essere sempre puntate verso la terra per consentire la trasmissione e la ricezione dei segnali informativi.

Tutte le apparecchiature interne che svolgono la funzione specifica di ripetitore in ponte radio assumono poi il nome di trasponder.

Assume il nome di UP – LINK la tratta di salita da terra verso il satellite, e DOWN – LINK la tratta in discesa.

Come per i ponti radio terrestri, anche per quelli satellitari le  frequenze in arrivo ed in partenza sono diverse e si è convenzionalmente stabilito di assumere quella maggiore in salita (UP LINK) e quella minore in discesa (DOWN LINK).

Per quanto detto finora, lo SCHEMA A BLOCCHI molto semplificato delle apparecchiature di bordo di un satellite per telecomunicazioni è il seguente:

I programmi televisivi via satellite vengono trasmessi da una stazione terrestre con grande antenna parabolica che trasmette al satellite geostazionario.

Il satellite poi li irradia su una grandissima superficie terrestre, su intere nazioni che li ricevono con una semplice e piccola antenna montata sul tetto o in un balcone e puntata in un punto fisso del cielo nella fascia equatoriale e verso sud nell'emisfero boreale, verso nord in quello australe.

Oggi i satelliti per telecomunicazioni portano a bordo numerosi trasponder che consentono la gestione di parecchie migliaia di canali telefonici e di qualche decina di canali televisivi.

Le frequenze impegnate sono comprese nella gamma dei gigahertz ed i valori standard sono:

2,  4-6;  7-8;  12-14;  20-30;  40-50.

Per consentire l’utilizzo ottimale dei trasponder dei satelliti vengono usate delle tecniche di multiplexaggio analoghe a quelle FDM e TDM impiegate a terra.

Queste tecniche di accesso al trasponder ed al suo utilizzo sono essenzialmente di quattro tipi:

FDMA  frequency division multiple access

TDMA  time division multiple access

SDMA  space division multiple access

CDMA  code division multiple access

Nella FDMA la banda di frequenza del trasponder viene suddivisa in varie sottobande ed ognuna di questa è assegnata ad una specifica stazione a terra che la gestisce indipendentemente da tutte le altre.

Nella TDMA, analogamente a quanto avviene a terra per il PCM, viene prodotta una trama costituita da una sequenza di burst ognuno dei quali è indirizzato ad una precisa stazione a terra indipendentemente da tutte le altre.

Nella SDMA il multiplexaggio avviene per aree geografiche diverse che vengono identificate da antenne paraboliche molto direttive che identificano precise zone della terra escludendo le altre.

La CDMA è la tecnica più moderna e più complessa perché, essendo in linea di principio la fusione della divisione di tempo e della divisione di frequenza, assegna a ogni singola stazione terrestre una frequenza precisa ed un preciso intervallo di tempo.

Per poter accedere a questa frequenza e a questo intervallo di tempo bisogna utilizzare un particolare codice, donde il nome del tipo di accesso.