Modificato
19/02/2012
Radio a 2.4 GHz e le
differenze
Introduzione
Non voglio dire una parola definitiva, non mi spetta, ma qualche
cosa di più sulle frequenze delle radio amatoriali per i modelli sì.
Scrissi questo articolo per un forum ma non fu molto letto, forse
anche per i lettori non proprio preparati su certe cose.
Lo ripropongo quindi qui in “casa mia”.
Veniamo alla propagazione e alle differenze, prese ad esempio, tra i 27-29 MHz,
la banda mitica degli anni ’80, e gli attuali e sempre più usati 2.4 GHz.
Il fatto
Il fisico direbbe che l’attenuazione di un segnale radio (che poi sono fotoni)
per un’antenna ideale isotropa e puntiforme con efficienza 1 è pari al quadrato
della distanza tra sorgente Pt e ricevente Pr.
Lui parla di sole energie, per le quali ci sarebbe il cubo nella densità di
segnale, e nulla lascia al problema del rapporto segnale rumore (SNR) e ad
altri particolari non teorici.
Il rapporto SNR (detto anche S/N) è il rapporto tra il segnale utile e quello
indesiderato.
Belle parole che non convincono però l’ingegnere.
Intanto occorre dire che l’efficienza di trasmissione dipende dall’antenna che
ideale non lo è mai.
A 27-29 MHz per avvicinarsi alla perfezione occorrerebbe un dipolo verticale a ʎ
= 1, ovvero 10-11 metri.
Impossibile specie per il modello che vola.
Le migliori trasmittenti usano un circuito accordato (caricato in gergo) a ʎ/8;
una bella perdita.
Si consideri anche che un semi dipolo (Marconiano) richiede una terra perfetta
alla sua estremità, cosa che è più facile a 2.4 GHz e assai più dura a 27 MHz.
Peggio che mai il ricevitore che vola ovviamente.
Nel caso della banda 2.4 GHz bastano 6-7 centimetri per ottenere un semi dipolo
perfetto.
Si consideri che le perdite si misurano in scala logaritmica (dB)
e quindi fattori di centinaia o migliaia di volte sono normali.
Attenuazioni
Qui la cosa si complica, l’attenuazione di un segnale dipende dal
rapporto ostacolo / ʎ.
Un segnale con ʎ di 11 metri (27 MHz) è attenuato centinaia di volte meno
di uno con ʎ di 12 centimetri (2.4 GHz) ad esempio da un muro.
Ne sa qualcosa chi ha un modem router WiFi (banda
2.4) che passa i muri (male) ma non i solai in CA.
E’ lo stesso problema dei satelliti che si “perdono” , intendo come segnale,
alla prima pioggia.
Qui oltre al problema della trasparenza del mezzo subentra il coefficiente di
assorbimento del mezzo stesso ma non andiamo troppo lontano, non serve a nulla
in questa sede.
Diciamo che più si sale in frequenza e più grandi sono le rogne in caso di
ostacolo.
L’altra faccia della medaglia sono le riflessioni per cui è normale che, in un
sistema naturale, le altissime frequenze trovino una via a furia di rimbalzi
(riflessioni), verso il ricevitore.
Questo è impossibile alle basse frequenze e questo è il motivo per cui
funzionano i cellulari.
Non scordiamoci che la polarizzazione (piano di oscillazione del campo EB )
degli elementi rtx è fondamentale.
Mentre alle alte frequenze le riflessioni annullano il problema alle basse la
rotazione reciproca degli elementi radianti/ riceventi genera una ulteriore
perdita non secondaria.
Rumore
Sia per inquinamento umano che per questioni fisiche il rumore di banda è molto
più alto alle basse frequenze che non alle alte. Prova ne sia che si è
abbandonato la banda bassa per andare verso quella alta e non solo per
ampiezza.
Senza entrare nel merito dell’SNR di certo un sistema RTX a 2.4 GHz permette
diverse decine di dB in più in questo “triste” settore.
L’uso poi del frequency hopping,
impossibile alle basse frequenze per via della banda limitata, cancella del
tutto il problema.
I telefoni mobili erano partiti dalla banda 416 MHz (Motorola telefoni per
auto) per raggiungere 1.6 GHz dopo essere passati per i 900 MHz.
Conclusione
In pratica un segnale di Pe (RMS) = 1W a 27 MHz equivale ad uno di 10
mW (millesimi di watt) nel campo pratico a 2.4 GHz: non legga un
fisico è roba per “tecnicacci”...
La portata, lungi da essere proporzionale alla frequenza, è legata a problemi
tecnico-pratici: più si sale e meglio è.
Occorre non esagerare ovviamente: già la banda 4-5 GHz allo studio per i nuovi
sistemi WiFi sta dando rogne.
E’ un problema di assorbimento dei materiali ma non ne voglio parlare come già
detto.
Credo che il range 1.5-3 GHz sia l’optimum per “noi”.
