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Come trasmettere un segnale radio

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Come si trasmette un segnale radio? Come arrivare ad una distanza più grande possibile, utilizzando mezzi di emergenza? Tutte le risposte in questo semplice ed interessante articolo che spiega facilmente come inviare un segnale radio nell'etere.

Trasmettere un segnale nell'etere è una operazione molto semplice. Molto più semplice di quella per ricevere un segnale con un radio ricevitore. Sembra strano ma è così. Naturalmente, per ottenere delle ottime trasmissioni, con una forma d'onda perfetta, esenti da armoniche e senza distorsioni, occorre adottare tecniche molto complesse, ma a noi interessa, per ora, acquisire la tecnica della semplice trasmissione di un segnale. Più precisamente si scopriranno le tecniche di base per irradiare una portante, in modo che essa possa essere captata in un luogo il più distante possibile dal trasmettitore.

Un segnale radio lascia il circuito che l'ha generata e si diffonde nello spazio circostante, quando la sua frequenza è abbastanza elevata. Da ciò si deduce che la tensione generante deve essere alternata o pulsante. Una tensione continua dunque non può essere diffusa nello spazio. Quanto alla sua frequenza, immaginiamo una scodella piena d'acqua: la scodella è il circuito e l'acqua è il segnale. Se facciamo ruotare la scodella a bassa velocità, l'acqua ruota all'interno della scodella ma non riesce ad uscire fuori. Al contrario, se aumentiamo la velocità di rotazione, l'acqua lascia la scodella e cade a terra, per via della forza cenfrifuga. Le onde radio si comportano proprio in questo modo: una elevata frequenza permette loro di abbandonare il circuito che le ha generate. Una volta che esse si propagano nello spazio è impossibile fermarle. La loro generazione è estremamente semplice: basta generare una corrente alternata o pulsante di sufficiente frequenza. Se noi riuscissimo ad azionare un interruttore migliaia di volte al secondo, produrremmo un segnale radio.

Approntiamo adesso un semplicissimo circuito per produrre una portante radio. Essendo un segnale non modulato, esso causerà solamente un fruscio nel ricevitore, alla frequenza sintonizzata, ovvero genererà una nota acustica in un ricevitore in modalità CW o USB. Lo schema elettrico genera una portante radio, producendo un segnale pulsante ON/OFF con una porta logica e un quarzo. La stabilità in frequenza caratterizza questo progetto. L'unico neo è rappresentato dalle numerose armoniche che esso produce, in quanto, come si sa, l'onda quadra è data dalla somma di infinite onde sinusoidali. Basta comunque aggiungere un filtro passa basso per far passare solo la frequenza desiderata ed attenuare tutte le altre. La frequenza di trasmissione del circuito è impostata a 6 Mhz, per opera del quarzo, ma può essere variata cambiando solamente il cristallo e mantenendo ovviamente i limiti della velocità massima di commutazione dell'integrato.

Lo schema elettrico è di una semplicità disarmante. E' suddiviso in tre blocchi principali: l'alimentazione (a sinistra), l'oscillatore (al centro) ed il buffer amplificatore (a destra). L'alimentazione assicura un potenziale di 8V esatti. Il secondo blocco genera un treno di impulsi alla frequenza di 6 Mhz. Il quarzo assicura un'ottima stabilità in frequenza. Il blocco di destra serve per separare l'oscillatore dall'antenna e per irrobustire leggermente il segnale, in corrente. E' costituito infatti da 5 porte logiche NOT, collegate in parallelo. In teoria si potrebbe fare a meno di esso.

Per il collaudo è sufficiente collegare un oscilloscopio all'uscita del circuito. Se il prototipo è stato montato correttamente, si vedrà sul display dello strumento un'onda quadra periodica alla frequenza del quarzo. Già con questo test è possibile riscontrare l'emissione di un'onda portante nelle immediate vicinanze. E' sufficiente infatti procurare un piccolo ricevitore funzionante in onde corte e sintonizzarlo alla frequenza di 6 Mhz in banda laterale. Si sentirà certamente un fischio continuo, in altoparlante. Verificate la massima portata del segnale, semplicemente allontanandovi dal esso. Con la configurazione adottata, l'alimentazione dell'integrato 74HC04 è spinta ai limiti teorici. Essa è infatti fissata a ben 8 Volt, grazie ad un regolatore 7808. I datasheet consigliano una tensione massima di 6.5 Volt, ma le prove effettuate in laboratorio hanno dimostrato che l'oscillatore funziona perfettamente a questa tensione, anche per periodi di tempo estremamente lunghi (>24h). La tensione di alimentazione di 8V assicura un treno di impulsi anch'esso di 8V, aumentando a dismisura il raggio d'azione del TX. Non superate assolutamente tale soglia, pena la distruzione del circuito integrato. Collegando uno spezzone di filo all'uscita del circuito è già possibile coprire alcuni metri.

Ma se si vuol usare il circuito per trasmettere a distanze notevoli è necessario approntare una adeguata antenna a dipolo. E' infatti essa a far da padrona nelle trasmissioni via radio ed il più delle volte la distanza coperta è determinata dall'uso di un'ottima antenna e un discreto ricevitore, piuttosto che non il contrario. Vediamo dunque come dimensionare esattamente un dipolo per irradiare l segnale a diversi chilometri di distanza, sempre con lo stesso circuito. Alla frequenza di utilizzo, ovviamente, abbiamo bisogno di parecchio spazio, per cui si deve allestire in aperta campagna. Il dipolo, di tipo a mezza onda, deve possedere due bracci: il primo, collegato all'uscita del trasmettitore, il secondo collegato direttamente a massa.

Si può utilizzare tranquillamente il cavo schermato RG-58. Date le frequenze in gioco, occorre dimensionare il dipolo come segue: ogni braccio deve avere una lunghezza di 12 metri, per una lunghezza totale di 24 metri. L'antenna, a polarizzazione orizzontale, deve essere installata ad un'altezza di almeno 10 metri dal suolo. Con queste caratteristiche il dipolo risuona esattamente a 6 Mhz ed è caratterizzata da un'impedenza di circa 80 ohm. Il livello di onde stazionarie è molto basso, purché essa sia collocata a distanza da eventuali ostacoli. Se non si utilizzano filtri passivi passa basso, il trasmettitore emette anche armoniche alle frequenze superiori (12 Mhz, 18 Mhz, 24 Mhz, ecc) che, seppur di minore potenza, potrebbero arrecare fastidio ad altre trasmissioni.

Le prove effettuate con l'antenna a dipolo hanno portato a risultati lusinghieri e la portante è stata captata ad una distanza di circa 15 Km, in assenza di ostacoli. Il segnale ricevuto è di tipo "via terra" poiché il trasmettitore irradia anche "onde di cielo", che con una buona propagazione potrebbe essere ricevute anche a migliaia di chilometri. 

 

Giovanni Di Maria

 

 

 

 

 

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ritratto di Fraz24

Concetti semplici, anche basilari direi, niente di esaltante ma

Concetti semplici, anche basilari direi, niente di esaltante ma comunque interessante.

ritratto di Piero Boccadoro

Chiaro e preciso. Complimenti :) Solo una domanda: il grafico

Chiaro e preciso. Complimenti :)
Solo una domanda: il grafico polare come lo hai ricavato?

ritratto di Giovanni Di Maria

Il grafico lo ho ottenuto con il programma MMana-Gal. Ottimo

Il grafico lo ho ottenuto con il programma MMana-Gal.
Ottimo per il dimensionamento e calcolo di antenne.
Giovanni

ritratto di Filippo

E' possibile, invece di utilizzare un quarzo, utilizzare indutto

E' possibile, invece di utilizzare un quarzo, utilizzare induttori e condensatori per generare un'onda oscillante di cui sia possibile regolare la frequenza senza quindi attenersi agli standard delle frequenze dei quarzi?

ritratto di Giovanni Di Maria

Certamente Filippo. Ma la precisione di frequenza che danno i

Certamente Filippo.
Ma la precisione di frequenza che danno i quarzi non ha paragoni.
Se poi usi i risuonatori ceramici, la precisione è 1000 volte maggiore.

ritratto di Giovanni Di Maria

Si, è possibile. Ma la precisione che danno i quarzi è insost

Si, è possibile.
Ma la precisione che danno i quarzi è insostituibile.
Se poi usi il risuonatore ceramico, la precisione è 1000 volte maggiore.

ritratto di Filippo

Grazie per la risposta :) Mi viene spontaneo chiederti se esisto

Grazie per la risposta :) Mi viene spontaneo chiederti se esistono quindi quarzi la cui frequenza possa essere regolata!

ritratto di Emanuele

Credo di non aver capito bene, la precisione in frequenza di un

Credo di non aver capito bene, la precisione in frequenza di un risonatore ceramico è 1000 volte maggiore rispetto ad un quarzo? Stai dicendo che per questa applicazione è più stabile un quarzo che un risonatore ceramico?

ritratto di Giovanni

No, anche in questo caso, se usi un risuonatore, è meglio. Io ho

No, anche in questo caso, se usi un risuonatore, è meglio. Io ho inserito il quarzo per una generalità.

ritratto di Giovanni Di Maria

No, non esistono quarzi regolabili. Guardando lo schema, se a

No, non esistono quarzi regolabili.
Guardando lo schema, se al posto di C1 e C2 metti dei compensatori da 33pF, puoi regolare finemente la frequenza di pochi Hertz.
Tuttavia so che un quarzo lo si può smontare, modificare e rimontare, con frequenza modificata. Mi pare che il metodo consista nel rendere più sottile la lamella vibrante.

ritratto di Uninstall

Con un simile trasmettitore come modulereste la portante per un

Con un simile trasmettitore come modulereste la portante per un segnale digitale a bassa frequenza?

ritratto di Giovanni Di Maria

Mah, io interverrei modificando la capacità C1 con la modulazion

Mah, io interverrei modificando la capacità C1 con la modulazione, quindi modulando in frequenza FM.
Oppure Interverrei sull'ampiezza dell'onda quadra, in modo da modularla in ampiezza (AM). Ovviamente il circuito divento molto più complicato.

ritratto di Uninstall

Che ne dite della possibilità di mettere una AND tra la portante

Che ne dite della possibilità di mettere una AND tra la portante e la modulante prima dei buffer? Dovrebbe funzionare come modulazione OOK :) Nel lato ricevitore dovrebbe bastare rilevare se è presente una portante o meno su quella frequenza :) L'unica cosa che non mi piace molto è che l'onda uscente sarebbe una quadra e spettralmente le onde quadre sono bruttine ;)

ritratto di Emanuele

Da Facebook mi chiedono il relativo ricevitore, che dici Giovann

Da Facebook mi chiedono il relativo ricevitore, che dici Giovanni, in un prossimo articolo?

ritratto di Giovanni Di Maria

ok. Dal momento che il TX trasmette solo una portante, penserò a

ok. Dal momento che il TX trasmette solo una portante, penserò all'RX come detector di segnale, non modulato.

ritratto di Piero Boccadoro

Immagino questa fosse la risposta a me :p Grazie :)

Immagino questa fosse la risposta a me :p
Grazie :)

ritratto di darkstar55

Scusa: confermi che un risuonatore ceramico rende PIU' stabile l

Scusa: confermi che un risuonatore ceramico rende PIU' stabile l'oscillat rispetto a un X-TAL?? Io avevo sempre letto del contrario. E' importante x me saperlo....

ritratto di Giovanni

A parità di prezzo sono superiori i quarzi. Se però vuoi precisi

A parità di prezzo sono superiori i quarzi. Se però vuoi precisione elevata devi acquistare risuonatori ceramici costosi.
Cmq. esistono anche quarzi ibridi che contengono all'interno cristalli abbinati a risuonatori ceramici. Hanno una precisione straordinaria, anche fino a 50 Mhz. SOno utilizzati per la USB 2.0

ritratto di Emanuele

Si, sarebbe comunque interessante. Poi semmai continuiamo il fil

Si, sarebbe comunque interessante. Poi semmai continuiamo il filone RF con dei prossimi articoli che includono la modulazione (digitale e/o audio)

ritratto di Vincenzo Lombardo

se ben ricordo la lunghezza d'onda è data da c/f ( c = velocità

se ben ricordo la lunghezza d'onda è data da c/f ( c = velocità della luce ) pertanto avendo il quarzo una f=6MHz il dipolo dovrebbe avere una lunghezza totale di 25mt

ritratto di sonogialoggato

Per approfondire il discorso anche con qualche esperimento prati

Per approfondire il discorso anche con qualche esperimento pratico di trasmissione dati vi consiglio:

hxxp://cappels.org/dproj/minma...

ritratto di Giovanni

Certo, ma la precisione è bassissima e basta un niente per far s

Certo, ma la precisione è bassissima e basta un niente per far slittare di frequenza.

 

 

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