Tecniche radio Edoardo Milotti Corso di Fondamenti Fisici di - - PowerPoint PPT Presentation
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Tecniche radio Edoardo Milotti Corso di Fondamenti Fisici di Tecnologia Moderna A.A. 2019-20 Trasduttore capacitivo (capacitive microphone, electret microphone) Q V cc = C ( t ) + IR V cc C ( t ) = Q + IRC ( t ) dC dt = I + IRdC dt + RC ( t )
Trasduttore capacitivo (capacitive microphone, electret microphone)
Vcc = Q C(t) + IR VccC(t) = Q + IRC(t) Vcc dC dt = I + IRdC dt + RC(t)dI dt
Vcc dC dt = I + IRdC dt + RC(t)dI dt
C(t) = C0 + C1(t); (C1(t) ⌧ C0) Vcc dC1 dt ≈ I + RC0 dI dt
Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.
Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.
Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.
1901: prima trasmissione telegrafica transatlantica
Fleming's transmitter design for Marconi's transatlantic transmission
In Fleming's transmitter an alternator charges the capacitor C1 through a circuit that is resonant at the alternator frequency. Spark-gap S1 discharges to create a higher frequency signal and the step up transformer then steps up the voltage to charge C2 to a much higher voltage. Spark gap C2 which is wider then discharges C2 through a circuit that is resonant at the radiated frequency to which the aerial is also tuned. (da https://www.electronics-notes.com/articles/history/pioneers/marconi- transatlantic-transmission.php)
Marconi watching associates raising the kite used to lift the antenna at St. John's, Newfoundland, December 1901 (from https://en.wikipedia.org/wiki/Guglielmo_Marconi)
Come avviene la propagazione oltre la curvatura terrestre?
All'inizio del '900 c'erano diverse ipotesi, in particolare:
- già nel 1902 Kennely e Heaviside avevano proposto l'esistenza di uno strato
conduttivo nell'alta atmosfera, ma all'epoca non sembrava esserci modo di dimostrarne l'esistenza
- una proposta alternativa era stata avanzata nello stesso anno da H. M.
MacDonald a Cambridge (UK), secondo cui le onde radio avrebbero potuto superare la curvatura terrestre grazie ad un effetto diffrattivo MacDonald aveva fatto calcoli che confermavano la sua ipotesi. Sfortunatamente, la radiazione diffratta era troppa, e fu il grande matematico francese Henri Poincaré che trovò l'errore nei calcoli e fornì la prima dimostrazione che la diffrazione non poteva essere responsabile della propagazione a lunga distanza delle onde radio. Poincaré stesso ebbe dei problemi a dare la dimostrazione completa, che fu trovata alla fine da G. N. Watson
Nella soluzione di Poincaré, l'intensità dell'onda diffratta decade esponenzialmente con la distanza, ed è facile capire perché.
Se prendiamo la distanza angolare tra trasmettitore e ricevitore e la dividiamo in n parti, a causa della simmetria sferica la decrescita deve essere la stessa tra ogni parte e quella successiva, vale a dire e inoltre, per distanze angolari piccole, dovrebbe dipendere linearmente dalla distanza, quindi e infine
- n Ik+1/Ik ≈ β∆θ
Ik+1 Ik = 1 − ∆Ik Ik = 1 − β∆θ = 1 − βθ n ,
In I0 = In In−1 × In−1 In−2 × · · · × I2 I1 × I1 I0 = ✓ 1 − βθ n ◆n − − − →
n→∞ exp(−βθ),
Fu Appleton, negli anni '20, a trovare la soluzione del problema.
Appleton considerò l'ipotesi degli strati conduttivi ad alta atmosfera e riuscì a dimostrare la loro esistenza. Facendo una scansione in lunghezza d'onda con un trasmettitore ed un ricevitore, egli contò il numero di massimi di interferenza (L: distanza orizzontale, D: distanza in aria)
n = D λ1 − D λ2
D i r e c t w a v e
h = 1 2 p (L + D)2 − L2
h
banda frequenza lunghezza d'onda propagazione VLF Very Low Frequency 3–30 kHz 100–10 km
- nde guidate tra terra e ionosfera;
LF Low Frequency 30–300 kHz 10–1 km
- nde guidate tra terra e strato D
della ionosfera; onde di superficie; MF Medium Frequency 300–3000 kHz 1000–100 m
- nde di superficie; rifrazione
ionosferica negli strati E ed F di notte, quando l'assorbimento dello strato D si attenua; HF High Frequency (Short Wave) 3–30 MHz 100–10 m rifrazione ionosferica nello strato E e negli strati F1, F2; VHF Very High Frequency 30–300 MHz 10–1 m raramente rifrazione ionosferica nello strato E, estremamente rara negli strati F1, F2 durante attività solare, fino a 80 MHz; generalmente onda diretta; UHF Ultra High Frequency 300–3000 MHz 1–0.1 m
- nda diretta;
SHF Super High Frequency 3–30 GHz 100-10 mm
- nda diretta;
EHF Extremely High Frequency 30–300 GHz 10–1 mm
- nda diretta limitata da
assorbimento atmosferico.
UNITED STATES
THE RADIO SPECTRUM
NON-GOVERNMENT EXCLUSIVE GOVERNMENT/NON-GOVERNMENT SHARED GOVERNMENT EXCLUSIVE RADIO SERVICES COLOR LEGEND ACTIVITY CODE NOT ALLOCATED RADIONAVIGATION FIXED MARITIME MOBILE FIXED MARITIME MOBILE FIXED MARITIME MOBILE Radiolocation RADIONAVIGATION FIXED MARITIME MOBILE Radiolocation FIXED MARITIME MOBILE FIXED MARITIME MOBILE AERONAUTICAL RADIONAVIGATION AERONAUTICAL RADIONAVIGATION Aeronautical Mobile Maritime Radionavigation (Radio Beacons) MARITIME RADIONAVIGATION (RADIO BEACONS) Aeronautical Radionavigation (Radio Beacons) 3 9 14 19.95 20.05 30 30 59 61 70 90 110 130 160 190 200 275 285 3003 kHz 300 kHz 300 kHz 3 MHz 3 MHz 30 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 300 GHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz
Aeronautical Radionavigation (Radio Beacons) MARITIME RADIONAVIGATION (RADIO BEACONS) Aeronautical Mobile Maritime Radionavigation (Radio Beacons) AERONAUTICAL RADIONAVIGATION (RADIO BEACONS) AERONAUTICAL RADIONAVIGATION (RADIO BEACONS) Aeronautical Mobile Aeronautical Mobile RADIONAVIGATION AERONAUTICAL RADIONAVIGATION MARITIME MOBILE Aeronautical Radionavigation MOBILE (DISTRESS AND CALLING) MARITIME MOBILE MARITIME MOBILE (SHIPS ONLY) MOBILE AERONAUTICAL RADIONAVIGATION (RADIO BEACONS) AERONAUTICAL RADIONAVIGATION (RADIO BEACONS) BROADCASTING (AM RADIO) MARITIME MOBILE (TELEPHONY) MARITIME MOBILE (TELEPHONY) MOBILE (DISTRESS AND CALLING) MARITIME MOBILE LAND MOBILE MOBILE FIXED STANDARD FREQ. AND TIME SIGNAL (2500kHz) STANDARD FREQ. AND TIME SIGNAL Space Research MARITIME MOBILE LAND MOBILE MOBILE FIXED AERONAUTICAL MOBILE (R) STANDARD FREQ. AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE (OR) AERONAUTICAL MOBILE (R) FIXED MOBILE** Radio- location FIXED MOBILE* AMATEUR FIXED FIXED FIXED FIXED FIXED MARITIME MOBILE MOBILE* MOBILE* MOBILE STANDARD FREQ. AND TIME SIGNAL (5000 KHZ) AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE (OR) STANDARD FREQ. Space Research MOBILE** AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE (OR) FIXED MOBILE* BROADCASTING MARITIME MOBILE AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE (OR) FIXED Mobile AMATEUR SATELLITE AMATEUR AMATEUR FIXED Mobile MARITIME MOBILE MARITIME MOBILE AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE (OR) FIXED BROADCASTING FIXED STANDARD FREQ. AND TIME SIGNAL (10,000 kHz) STANDARD FREQ. Space Research AERONAUTICAL MOBILE (R) AMATEUR FIXED Mobile* AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE (OR) FIXED FIXED BROADCASTING MARITIME MOBILE AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE (OR) RADIO ASTRONOMY Mobile* AMATEUR BROADCASTING AMATEUR AMATEUR SATELLITE Mobile* FIXED BROADCASTING STANDARD FREQ. AND TIME SIGNAL (15,000 kHz) STANDARD FREQ. Space Research FIXED AERONAUTICAL MOBILE (OR) MARITIME MOBILE AERONAUTICAL MOBILE (OR) AERONAUTICAL MOBILE (R) FIXED FIXED BROADCASTING STANDARD FREQ. Space Research FIXED MARITIME MOBILE Mobile FIXED AMATEUR AMATEUR SATELLITE BROADCASTING FIXED AERONAUTICAL MOBILE (R) MARITIME MOBILE FIXED FIXED FIXED Mobile* MOBILE** FIXED STANDARD FREQ. AND TIME SIGNAL (25,000 kHz) STANDARD FREQ. Space Research LAND MOBILE MARITIME MOBILE LAND MOBILE MOBILE** RADIO ASTRONOMY BROADCASTING MARITIME MOBILE LAND MOBILE FIXED MOBILE** FIXED MOBILE** MOBILE FIXED FIXED FIXED FIXED FIXED LAND MOBILE MOBILE** AMATEUR AMATEUR SATELLITE MOBILE LAND MOBILE MOBILE MOBILE FIXED FIXED MOBILE MOBILE FIXED FIXED LAND MOBILE LAND MOBILE LAND MOBILE LAND MOBILE Radio Astronomy RADIO ASTRONOMY LAND MOBILE FIXED FIXED MOBILE MOBILE MOBILE LAND MOBILE FIXED LAND MOBILE FIXED FIXED MOBILE MOBILE LAND MOBILE AMATEUR BROADCASTING (TV CHANNELS 2-4) FIXED MOBILE FIXED MOBILE FIXED MOBILE FIXED MOBILE AERONAUTICAL RADIONAVIGATION BROADCASTING (TV CHANNELS 5-6) BROADCASTING (FM RADIO) AERONAUTICAL RADIONAVIGATION AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE AERONAUTICAL MOBILE AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE (R) AERONAUTICAL MOBILE (R) MOBILE FIXED AMATEUR BROADCASTING (TV CHANNELS 7-13) MOBILE FIXED MOBILE FIXED MOBILE SATELLITE FIXED MOBILE SATELLITE MOBILE FIXED MOBILE SATELLITE MOBILE FIXED MOBILE AERONAUTICAL RADIONAVIGATION- STD. FREQ. & TIME SIGNAL SAT. (400.1 MHz)
- MET. SAT.
- AERO. RADIO-
- SAT. (S-E)
- SAT. (Passive)
- SAT. (E-S)
- SAT. (Passive)
- Stand. Frequency
- SAT. (Passive)
- SAT. (Passive)
- SAT. (Passive)
- SAT. (Passive)
- SAT. (Passive)
- MET. SAT. (S-E)
- MOB. SAT. (S-E)
- MET. SAT. (S-E)
- Mob. Sat. (S-E)
- MET. SAT. (S-E)
- MOB. SAT. (S-E)
- MET. SAT. (S-E)
- Mob. Sat. (S-E)
- MET. AIDS
- MET. SAT.
- RADIONAV. SATELLITE (Space to Earth)
- AERO. RADIONAVIGATION
- AERO. RADIONAV.
- AERO. RADIONAV.
- SAT. (s-E)(s-s)
- EXPL. SAT.
30 GHz
ISM – 245.0 ± 1GHz ISM – 122.5 ± .500 GHz ISM – 61.25 ± .250 GHz 300.0 322.0 328.6 335.4 399.9 400.05 400.15 401.0 402.0 403.0 406.0 406.1 410.0 420.0 450.0 454.0 455.0 456.0 460.0 462.5375 462.7375 467.5375 467.7375 470.0 512.0 608.0 614.0 698 746 764 776 794 806 821 824 849 851 866 869 894 896 901901 902 928 929 930 931 932 935 940 941 944 960 1215 1240 1300 1350 1390 1392 1395 2000 2020 2025 2110 2155 2160 2180 2200 2290 2300 2305 2310 2320 2345 2360 2385 2390 2400 2417 2450 2483.5 2500 2655 2690 2700 2900 3000 1400 1427 1429.5 1430 1432 1435 1525 1530 1535 1544 1545 1549.5 1558.5 1559 1610 1610.6 1613.8 1626.5 1660 1660.5 1668.4 1670 1675 1700 1710 1755 1850 MARITIME MOBILE SATELLITE (space to Earth) MOBILE SATELLITE (S-E) RADIOLOCATION RADIONAVIGATION SATELLITE (S-E) RADIOLOCATION Amateur Radiolocation AERONAUTICAL RADIONAVIGATION SPA CE RESEARCH ( Passive) EARTH EXPL SAT (Passive) RADIO ASTRONOMY MOBILE MOBILE ** FIXED-SAT (E-S) FIXED FIXED FIXED** LAND MOBILE (TLM) MOBILE SAT. (Space to Earth) MARITIME MOBILE SAT. (Space to Earth) Mobile (Aero. TLM) MOBILE SATELLITE (S-E) MOBILE SATELLITE (Space to Earth) AERONAUTICAL MOBILE SATELLITE (R) (space to Earth) 3.0 3.1 3.3 3.5 3.6 3.65 3.7 4.2 4.4 4.5 4.8 4.94 4.99 5.0 5.15 5.25 5.35 5.46 5.47 5.6 5.65 5.83 5.85 5.925 6.425 6.525 6.70 6.875 7.025 7.075 7.125 7.19 7.235 7.25 7.30 7.45 7.55 7.75 7.90 8.025 8.175 8.215 8.4 8.45 8.5 9.0 9.2 9.3 9.5 10.0 10.45 10.5 10.55 10.6 10.68 10.7 11.7 12.2 12.7 12.75 13.25 13.4 13.75 14.0 14.2 14.4 14.47 14.5 14.7145 15.1365 15.35 15.4 15.43 15.63 15.7 16.6 17.1 17.2 17.3 17.7 17.8 18.3 18.6 18.8 19.3 19.7 20.1 20.2 21.2 21.4 22.0 22.21 22.5 22.55 23.55 23.6 24.0 24.05 24.25 24.45 24.65 24.75 25.05 25.25 25.5 27.0 27.5 29.5 29.9 30.0 ISM – 2450.0 ± 50 MHz 30.0 31.0 31.3 31.8 32.0 32.3 33.0 33.4 36.0 37.0 37.6 38.0 38.6 39.5 40.0 40.5 41.0 42.5 43.5 45.5 46.9 47.0 47.2 48.2 50.2 50.4 51.4 52.6 54.25 55.78 56.9 57.0 58.2 59.0 59.3 64.0 65.0 66.0 71.0 74.0 75.5 76.0 77.0 77.5 78.0 81.0 84.0 86.0 92.0 95.0 100.0 102.0 105.0 116.0 119.98 120.02 126.0 134.0 142.0 144.0 149.0 150.0 151.0 164.0 168.0 170.0 174.5 176.5 182.0 185.0 190.0 200.0 202.0 217.0 231.0 235.0 238.0 241.0 248.0 250.0 252.0 265.0 275.0 300.0 ISM – 5.8 ± .075 GHz ISM – 915.0 ± 13 MHz INTER-SATELLITE RADIOLOCATION SATELLITE (E-S) AERONAUTICAL RADIONAV. PLEASE NOTE: THE SPACING ALLOTTED THE SERVICES IN THE SPEC- TRUM SEGMENTS SHOWN IS NOT PROPORTIONAL TO THE ACTUAL AMOUNT OF SPECTRUM OCCUPIED. AERONAUTICAL MOBILE AERONAUTICAL MOBILE SATELLITE AERONAUTICAL RADIONAVIGATION AMATEUR AMATEUR SATELLITE BROADCASTING BROADCASTING SATELLITE EARTH EXPLORATION SATELLITE FIXED FIXED SATELLITE INTER-SATELLITE LAND MOBILE LAND MOBILE SATELLITE MARITIME MOBILE MARITIME MOBILE SATELLITE MARITIME RADIONAVIGATION METEOROLOGICAL AIDS METEOROLOGICAL SATELLITE MOBILE MOBILE SATELLITE RADIO ASTRONOMY RADIODETERMINATION SATELLITE RADIOLOCATION RADIOLOCATION SATELLITE RADIONAVIGATION RADIONAVIGATION SATELLITE SPACE OPERATION SPACE RESEARCH STANDARD FREQUENCY AND TIME SIGNAL STANDARD FREQUENCY AND TIME SIGNAL SATELLITE RADIO ASTRONOMY FIXED MARITIME MOBILE FIXED MARITIME MOBILE Aeronautical Mobile STANDARD FREQ. AND TIME SIGNAL (60 kHz) FIXED Mobile*- STAND. FREQ. & TIME SIG.
- MET. AIDS
- SAT. (S-E)
- Freq. and
- SAT. (E-S)
ALLOCATIONS FREQUENCY
BROADCASTING FIXED MOBILE* BROADCASTING FIXED BROADCASTING FIXED Mobile FIXED BROADCASTING BROADCASTING FIXED FIXED BROADCASTING FIXED BROADCASTING FIXED BROADCASTING FIXED BROADCASTING FIXED BROADCASTING FIXED BROADCASTING FIXED FIXED FIXED FIXED FIXED FIXED LAND MOBILE FIXED AERONAUTICAL MOBILE (R) AMATEUR SATELLITE AMATEUR MOBILE SATELLITE (E-S) F I X E D F i x e d M o b i l e R a d i o - l o c a t i o n F I X E D M O B I L E LAND MOBILE MARITIME MOBILE FIXED LAND MOBILE FIXED LAND MOBILE RADIONAV-SATELLITE FIXED MOBILE FIXED LAND MOBILE- MET. AIDS
- SAT. (E-S)
- SAT. (E-S)
- SAT. (E-S)(s-s)
- AERO. RADIONAV.
- SAT. (S-E)
- RES. (E-S)
- MOB. SAT(E-S)
- SAT. (Passive)
- SAT
- SAT. (Passive)
https://www.fmlist.org/ul_login.php?sprache=it&email=
... esempio, mappe della densità elettronica nella ionosfera ...
2 4 6 8 10
- 1.0
- 0.5
0.0 0.5 1.0
2 4 6 8 10
- 1.0
- 0.5
0.0 0.5 1.0
2 4 6 8 10
- 1.0
- 0.5
0.0 0.5 1.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Spettro di una trasmissione FM
Modulazione FSK (Frequency Shift Keying)
BPSK = Binary Phase Shift Keying sfasamenti di 180 viene codificato un bit alla volta QPSK = Quadrature Phase Shift Keying sfasamenti di 90 vengono codificati gruppi di 2 bit
Δt
segnale diretto riflessione
Radio digitale (DRM)
Trasmissione
- Codifica della sorgente: digitalizzazione PCM e compressione del segnale
(MP3 o AAC)
- Multiplexing del segnale digitale con altre informazioni utili al funzionamento
del sistema
- Codifica del canale per la correzione degli errori
- Modulazione RF per la trasmissione
Ricezione
- Demodulazione
- Decodifica e correzione degli errori di trasmissione
- Demultiplexing
- Decodifica del sistema di compressione e ricostituzione di un segnale
analogico
Codifica della sorgente (MP3 o AAC)
DRM OFDM usage
MIM diode
ν0
Possibili argomenti per progetti per lesame nellambito degli schemi di modulazione/demodulazione di segnali radio
- studio dettagliato di uno degli schemi di modulazione (esempio
caratteristiche spettrali dei segnali FSK)
- studio dettagliato dello spettro delle trasmissioni FM
- analisi dettagliata del funzionamento dei demodulatori FM
- slope detector
- quadrature detector
- PLL
- analisi dettagliata delle tecniche FDM
- funzionamento di sistemi spread spectrum