CENNI SULLA PROPAGAZIONE

Subito dopo i primi esperimenti di Marconi non si sapeva che la propagazione delle onde radio fosse condizionata dall'atmosfera; furono proprio i primi radioamatori, allora confinati su frequenze erroneamente ritenute inutilizzabili per un servizio affidabile, a scoprire le leggi che regolano questa materia.Le onde elettromagnetiche trasportano l'informazione che noi affidiamo loro (voce, codice morse o segnali digitali) da una antenna all'altra: se però queste onde procedessero esclusivamente in linea retta non sarebbe possibile stabilire contatti altre ad una certa distanza essendo la terra rotonda.
C'è quindi un "qualcosa" che riflette le onde elettromagnetiche di nuovo verso la terra, impedendo che queste si disperdano nell'universo. Questo "qualcosa" è costituito da strati ionizzati posti a diverse altezze nella ionosfera, tutto intorno alla terra. Non tutte le frequenze vengono però riflesse in modo uguale: una volta lasciata l'antenna trasmittente e raggiunto la ionosfera l'onda viene riflessa verso il basso più o meno a secondo della sua frequenza e dall'angolo con cui incide sullo strato riflettente; inoltre per ogni frequenza esiste una "angolo critico" oltre il quale non viene più riflessa, e si disperde nello spazio. Da ciò l'utilità di impiegare, sulle lunghe distanze, antenne con un basso angolo di irradiazione, destinando quelle che irradiano maggiormente verso l'alto alle comunicazioni a breve raggio. Parimenti importante è lo scegliere la frequenza adatta al tipo di contatto ricercato: basse frequenze per contatti a minor distanza e alte frequenze per i DX (collegamenti distanti).Da ciò si capisce che solo fino ad una determinata frequenza è possibile avere queste riflessioni: salendo di frequenza sino ad oltre ai 30 MHz (10 metri) per le onde, più corte (=freq. maggiore), gli strati riflettenti risultano sostanzialmente «trasparenti» ed è per questo che i satelliti possono trasmettere da e per la terra!Inoltre attraversando questi strati la nostra onda radio, rimbalzando tra le particelle dello strato ionizzato, perde energia e quindi subisce una attenuazione tanto minore quanto più alta è la frequenza; da ciò la necessità di ben calibrare riflessione utile ed attenuazione dannosa scegliendo la frequenza migliore per effettuare il QSO.È così evidente la convenienza di operare sulle bande a frequenza più alta possibile, il cui valore è però determinato dal tipo e dall'altezza dello strato riflettente interessato; tale frequenza infatti (nota come MUF, massima frequenza usabile) è soggetta a variazioni sia giornaliere sia stagionali, determinando così in modo notevole la lunghezza di percorso di un'onda, e quindi la distanza fra due punti da collegare, con la minima attenuazione possibile.

Influenza della ionosferaCome sono disposti, nella ionosfera, queste fasce ionizzate chiamate strati?
Lo strato D (50 / 90km di altezza) è il più basso, poco determinante per la deviazione verso terra delle onde ad alta frequenza; assorbe le Onde Medie.
Lo strato E (100 / 150 km) è quello che influisce nettamente sui collegamenti a lunga distanza.
Lo strato F (200 / 400 km), che di giorno è scisso negli strati F1 e F2, è determinante per le radiocomunicazioni a lunga distanza nelle ore notturne.
Ma questi strati sono eterni ed immobili, galleggianti sopra le nostre teste? No, non è così facile; a determinare le modalità di propagazione delle onde elettromagnetiche attraverso il controllo sulla formazione degli strati ci pensa direttamente o indirettamente il sole. Sapendo che gli strati vengono formati grazie al vento solare ecco che si capisce come possa la durata del giorno, la sua inclinazione rispetto all'asse terrestre e quindi la stagione e, importantissima, l'attività solare rilevabile contando il numero di macchie solari possa incidere fortemente sulla qualità delle nostre trasmissioni, che si viene a trovare al suo culmine in corrispondenza del culmine del ciclo undecennale del sole.

Come viaggiano le onde?

Se, a grandi distanze, queste procedono rimbalzando fra cielo e terra è evidente che ci saranno punti in cui la stessa onda arriverà proveniente da due o più diverse riflessioni e quindi dopo aver percorso distanze diverse: qui si sommeranno e poiché più o meno in ritardo tra di loro si sommeranno con i loro sfasamenti nel ricevitore causando affievolimenti ed addirittura cancellazioni del segnale (fading) in uscita dall'altoparlante. Per ovviare a ciò si utilizza il controlla automatico di guadagno che si incarica di mantenere, nei limiti del possibile, un livello audio invariato.Avremo pure un punto nel quale non arriverà più l'onda proveniente in via diretta dal trasmettitore e neppure l'onda riflessa sarà ricevibile perché nel suo rimbalzare tra terra e cielo avrà fatto un salto... troppo lungo! il punto si troverà quindi in una «zona d'ombra» la cui posizione ed estensione è ancora funzione della ionizzazione degli strati e quindi, in ultima analisi, dal sole.Il segnale trasmesso non sarà ricevibile neppure se il nostro ricevitore sarà troppo distante per la potenza del trasmettitore, in quanto, come per il fascio di luce emesso da una torcia elettrica, aumentando la distanza il segnale si affievolisce perché si disperde su una superficie sempre più ampia e noi sentiremo il segnale sempre più debole cosi come si vedrebbe la luce della torcia sempre meno forte; non è però neppure vero che sia sufficiente aumentare la potenza per aumentare la distanza del collegamento: se non c'è propagazione si scaldano solo le nuvole, mentre con le condizioni ottimali e la frequenza adatta bastano pochi watt per collegare gli antipodi!Comportamento con la frequenzaVediamo ora, in breve panoramica, qual'è il comportamento propagativo delle onde radio, in funzione appunto delle variazioni più o meno regolari e cicliche nella ionizzazione degli strati interessati.Le onde corte si propagano quasi esclusivamente per onda di spazio riflessa e per quanto visto risentono fondamentalmente dell'attività solare e quindi dipendono da ciclo solare, dalla stagione, dalla luce del giorno, fattori questi che influiscono sulla formazione degli strati ionizzati riflettenti.In linea di massima, sotto i 10 MHz si possono effettuare collegamenti fino a poche migliaia di km a tutte le ore del giorno; attorno ai 15 MHz si possono collegare stazioni fino agli antipodi specie nei periodi estivi e nelle ore serali. Oltre i 20MHz, ed in particolare verso i 30, la propagazione a lunga distanza avviene prevalentemente in coincidenza con i periodi di massima attività solare ed in genere durante la giornata.Onde ultracorte Le alte frequenze, a partire dai 30 MHz, non vengono più normalmente riflesse dagli strati ionizzati e tendono a "bucarli" disperdendosi nell'universo. per questo motivo sono queste le frequenze che vengono utilizzate nelle attività via satellite, che altrimenti non sarebbe possibile comunicare con loro od ascoltarli se gli strati continuassero a riflettere le onde su loro incidenti!Convenzionalmente viene considerata utilizzabile a queste frequenze solo l'onda diretta, quella che si propaga in via retta tra due punti ed è questa la ragione per cui si vedono le creste di colline e montagne costellate di ripetitori dei segnali televisivi e della radio FM che appunto utilizzano queste frequenze! Anche aumentando la potenza dei trasmettitori non si aumenta la distanza massima di un collegamento affidabile, ma solo la intensità del segnale ricevuto che in TV comporta un segnale pulito, senza puntini (effetto neve) ed in radio comporta meno rumore.Succede però che la natura è varia, e specie nelle giornate terse e calde sia possibile stabilire, sino a frequenza di 500 MHz circa, collegamenti non causa della riflessione ionosferica ma per la rifrazione che subisce il segnale attraversando strati di aria a diversa densità e/o umidità. Come la parte di cannuccia immersa in un bicchiere d'acqua appare piegata ad angolo così le nostre onde radio vengono deviate dal loro percorso rettilineo e, opportunamente deviate verso la terra, permettono collegamenti abbastanza agevoli di centinaia di Km, con casi eclatanti di QSO di migliaia di Km.Sempre in estate è pure possibile la formazione di uno strato detto "E sporadico" una specie di nuvoletta riflettente che, spostandosi in alto nei cieli, permette sulla gamma VHF eccitanti collegamenti di migliaia di Km, con segnali fortissimi ed in rapido spostamento sul territorio.Oltre questi modi è pure possibile effettuare collegamenti via Aurora polare, oppure sfruttando la riflessione sulle scie ionizzate delle stelle cadenti o facendo rimbalzare le onde radio sulla superficie della Luna!Esaminiamo infine, in modo sintetico ma specifico, le modalità della radiopropagazione riferite alle singole bande concesse in uso ai radioamatori nel settore MF/HF (onde corte).- 1,8 MHz (160 m). Risente fortemente dell'assorbimento diurno dello strato D, talché l'uso primario di tale banda è notturno, quando lo strato D è sostanzialmente dissolto, e sono possibili collegamenti su diverse migliaia di chilometri. Durante il giorno invece le possibilità sono limitate a pochissime centinaia di km.
Un altro fattore di cui tener conto per questa banda è il forte rumore atmosferico, specie in estate (temporali).
- 3,5 MHz (80 m). La situazione assomiglia a quella precedente, però in meglio, nel senso che i collegamenti diurni possono effettuarsi a più lunga distanza, ed il disturbo atmosferico è più ridotto.- 7 MHz (40 m). È la banda più bassa a sfruttare la propagazione per riflessione ionosferica, talché di giorno si possono raggiungere collegamenti verso i 1000km, mentre di notte vi si può collegare praticamente tutto il mondo. Il rumore atmosferico è di una qualche entità solo nei mesi estivi.- 12 MHz (25 m) WARC. Caratteristiche intermedie.- 14 MHz (20 m). È la banda principale per i collegamenti a lunga distanza sia di giorno che di notte, specie durante i periodi di buona attività solare. Il rumore atmosferico è di scarso rilievo e risente solo in parte del ciclo solare undecennale.- 18 MHz (17 m) WARC. Caratteristiche intermedie.- 21 MHz (15 m). Questa banda ha un comportamento abbastanza somigliante a quello dei 20 m, presentando però fluttuazioni molto più nette al cambiare dell'attività solare. Infatti solo nei periodi di massima del ciclo l'apertura può esistere per buona parte delle 24 ore, mentre mediamente prevale l'attività diurna, che risulta molto ridotta nei minimi del ciclo.- 24 MHz (12 m) WARC. Caratteristiche intermedie.- 28 MHz (10 m). È la banda che soffre maggiormente della scarsa attività solare, risultando quindi sfruttabile solo nei periodi di alto numero di macchie e prevalentemente nelle ore diurne, mentre per periodi di minimo appare pressoché completamente chiusa, Consente tuttavia collegamenti molto facili anche con modeste potenze, sia per le tipiche modalità di propagazione sia per l'ormai inesistente rumore atmosferico.- Bande intermedie. Per quanto concerne le bande concesse ai radioamatori in occasione dell'ultima Conferenza Mondiale Amministrativa, e cioè 12, 18 e 24 MHz, si può molto semplicemente affermare che le modalità di propagazione sono una via di mezzo fra le bande più classiche ora elencate, risentendo contemporaneamente e parzialmente delle caratteristiche di quella immediatamente inferiore e superiore.- oltre 25 MHz. È questo il campo delle VHF, UHF e poi su nel campo tutto da esplorare delle microonde. Principalmente la trasmissione avviene per via ottica, cioè occorre essere in linea retta col corrispondente, però anche qui la natura ci mette lo zampino e ci sono piacevoli sorprese!