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Le onde elettromagnetiche

25/04/2022 06:39

Antonio Costantini

Scienza, telecomunicazioni, elettromagnetismo, focus,

Le onde elettromagnetiche

Un’onda elettromagnetica è una combinazione di campo elettrico e campo magnetico, variabili nel tempo, che si sostengono a vicenda.

(la videolezione) Un’onda elettromagnetica può essere considerata un radiazione elettromagnetica prodotta da oscillazioni di cariche elettriche. E' costituita da due campi, uno elettrico e uno magnetico, che viaggiano contemporaneamente e si generano a vicenda nel tempo. Queste onde sono in grado di spostarsi nel vuoto e nei mezzi trasmissivi guidati (cavo coassiale, doppino telefonico) e di trasmettere al contempo segnali elettrici (informazioni) grazie alle loro proprietà (propagazione) e caratteristiche fisiche. Se prendiamo in considerazione la propagazione di un’onda elettromagnetica in un cavo coassiale (mezzo trasmissivo guidato), notiamo la presenza di un campo elettrico (in V/m), generato dalla differenza di potenziale tra i due conduttori, e di un campo magnetico (in A/m) generato dalla corrente che scorre nel conduttore. Naturalmente, come accennato in precedenza il campo elettrico e quello magnetico sono in grado di propagarsi anche nel vuoto (o etere) oscillando perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda stessa. Alcuni parametri fondamentali di un’onda elettromagnetica, piana e monocromatica, sono il periodo (T), la frequenza (1/T) cioè il numero di oscillazioni di campo elettrico e di campo magnetico in un secondo; la lunghezza d’onda (λ= v * T) cioè lo spazio percorso dall’onda in un periodo; bisogna precisare che si può avere la stessa frequenza ma lunghezza d’onda differente. 

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Un’onda elettromagnetica trasporta una determinata potenza (p = e*h W/mq) data dal prodotto del campo magnetico ed elettrico dell’onda, ciò va ad influire su vari fattori come la qualità del segnale in ricezione; sicuramente la potenza in trasmissione sarà maggiore di quella in ricezione e ciò è dovuto ad una serie di motivi, come la distanza e la qualità del canale di trasmissione. I fenomeni come la riflessione, la rifrazione, la diffrazione, l’attenuazione, che si verificano durante la propagazione di una onda elettromagnetica possono creare problemi nella trasmissione di segnali. Sono fenomeni particolarmente accentuati nelle trasmissioni in alta frequenza, infatti per realizzare un buon canale trasmissivo con un cavo coassiale bisogna anche tener conto dell’impedenza in ricezione che deve essere la stessa del mezzo trasmissivo (adattamento di impedenza) per evitare o cercare in qualche modo di mitigare il problema della riflessione (parte della potenza trasmessa torna indietro verso il trasmettitore). Le onde radio sono cosiddette sferiche perché una volta generate in un punto sono in grado di diffondersi in tutte le direzioni circostanti salvo in caso si fa riferimento ad antenne direttive che concentrano o rilevano il segnale solo in una specifica direzione.  In generale, quando si trasmettono onde elettromagnetiche al di sotto dei 2MHz avviene la cosiddetta propagazione terrestre, cioè è il caso in cui il profilo della terra fa da “guida” al segnale; quando si trasmettono segnali tra i 2MHz e i 30MHz si parla di una propagazione ionosferica ed in questo caso l’onda rimbalza ripetutamente tra la ionosfera e la crosta terrestre raggiungendo distanze di migliaia di chilometri senza avere enormi perdite; infine troviamo la propagazione in linea di visione diretta utilizzata nella trasmissione di segnali con frequenze superiori ai 30MHz ed a queste frequenze i fenomeni descritti in precedenza non si verificano più quindi è necessario che l’antenna trasmettente e quella ricevente si vedano tra di loro. Le onde elettromagnetiche possono essere suddivise in varie categorie: 

le onde radio che hanno un range di frequenze dai 3KHz a 1 GHz, la trasmissione avviene attraverso la propagazione terrestre o ionosferica e può coprire ampie distanze come nell’esempio della radio FM, AM, ecc.; 

le microonde con un range da 1GHz a 300GHz possono presentarsi solo nel caso di visibilità diretta come avviene nel caso dei telefoni cellulari; 

gli infrarossi che comprendono le frequenze dai 300GHz ai 400THz, esse sono principalmente utilizzate per brevi distanze e non possono essere impiegate all’esterno visto che queste elevate frequenze possono facilmente essere disturbate dalle onde elettromagnetiche solari.