La tecnologia delle Microonde nell’Ingegneria Aerospaziale

Nel settore dell’ingegneria aerospaziale, la comunicazione gioca un ruolo fondamentale. Il controllo della componentistica e dei sistemi aeronautici viene garantito attraverso il continuo monitoraggio di migliaia di dati ad altissima frequenza, ciò comporta la necessità di adottare tecnologie di comunicazione all’avanguardia. Questo spiega il motivo per cui le tecnologie delle radiofrequenze, in particolare delle microonde, occupano il primo posto nel settore delle tecnologie delle comunicazioni nell’ingegneria aerospaziale. Attualmente la componentistica basata sull’impiego delle microonde, sia nel settore militare che civile commerciale, viene realizzata con ottima qualità ed è largamente impiegata. Occorre però fare delle importanti precisazioni a proposito del settore di utilizzazione; infatti in aviazione il ruolo della componentistica a microonde è molto delicato in quanto le variabili ambientali in gioco sono molteplici e di conseguenza sono richieste tecnologie molto avanzate nel settore delle microonde nel range di frequenze dai gigahertz ai terahertz.

Introduzione

Prima di andare a trattare l’argomento sulla componentistica a microonde occorre fare una premessa sui principi di base delle tecnologie delle radiofrequenze impiegate nel settore aerospaziale. In marina e aeronautica i sistemi di comunicazione wireless largamente diffusi impiegano le ormai consolidate dal punto di vista tecnologico-realizzativo, le alte frequenze MF, HF, VHF e UHF (per i corrispondenti campi di frequenza vedi le tabelle 1, 2 e 3). La tecnologia delle altissime frequenze EHF e dello spettro della luce, dai 30 gigahertz fino ai 300 gigahertz, nonché la trasmissione dati ad altissima velocità fino a 3 terabytes, sono attualmente allo stato dell’arte e fanno parte del settore delle nuove tecnologie. Nell’impiego delle tecnologie delle microonde ad altissima frequenza nel settore dell’ingegneria aerospaziale vi sono aspetti molto importanti da tenere in considerazione: ha un ruolo fondamentale la tecnologia dei materiali impiegati, dai ceramici ai superconduttori, nonché la considerazione da parte degli ingegneri progettisti delle larghezze di banda nel progetto dei dispositivi elettronici ad alta frequenza.

La classificazione delle frequenze radio

Considerando che lungo tutto l’articolo saranno trattati argomenti inerenti componenti funzionanti nel campo delle radio frequenze, in particolar modo delle microonde, per una maggiore comprensione della rilevanza tecnologica costruttiva dei materiali con cui sono realizzati i dispositivi elettronici a radiofrequenza, è opportuno descrivere e classificare le bande di frequenza dello spettro elettromagnetico. Prima di procedere alla classificazione delle frequenze bisogna dire che vi sono tre tipologie di classificazione ufficiali di frequenze radio che in alcuni casi si sovrappongono nella definizione terminologica degli intervalli o bande di frequenza: lo standard IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engineers), l’ EU-NATO-US (European Union, NATO, United States) e lo standard ITU (International Telecommunications Union). L’istituto di ingegneria elettrica ed elettronica ha definito uno standard di bande di frequenza che vengono utilizzate nei settori radio e radar. La classificazione IEEE trova fondamentalmente utilizzo nella definizione delle bande di frequenza di funzionamento di sistemi radar in campo civile. Nel campo della guerra elettronica, ossia nel settore militare (EW), trova maggiormente impiego la classificazione definita dall’ EU-NATO-US la quale ben si presta nella variegata tipologia di bande di frequenza operative dei sistemi radar militari. La classificazione ITU viene riconosciuta come una più comune nei sistemi di comunicazioni e quindi più facilmente utilizzabile nel settore delle basse frequenze, delle radio comunicazioni e nei sistemi radar civili, ma relativamente alle bassissime frequenze il sistema di classificazione ITU viene utilizzato anche nel settore militare nei sistemi di comunicazione a bassa velocità di trasmissione dati impiegati nei sottomarini. Dunque l’interrogativo è: quale classificazione di bande di frequenza dobbiamo considerare come riferimento quando incontriamo un dispositivo la cui frequenza di funzionamento deve essere identificata all’interno di una certa banda di frequenze ? Per evitare confusione ne possiamo uscire utilizzando le varie classificazioni in base alla tipologia e al campo di impiego dei sistemi e componenti. Di seguito nelle tabelle 1,2 e 3 rilevate dai rispettivi istituti di classificazione, vengono riportate le terminologie riferite alle bande di frequenza per ognuno dei tre standard succitati.

Range di frequenza Lunghezza d'onda
IEEE band
30-300 MHz da 10 meters a 1 meter VHF
300 MHz -3 GHz* da 1 meter a 10 cm UHF
1-2 GHz da 30 cm a 15 cm L band
2-4 GHz da 15 cm a 5 cm S band
4-8 GHz da 5 cm a 3.75 cm C band
8-12 GHz da 3.75 cm a 2.5 cm X band
12-18 GHz da 2.5 cm a 1.6 cm Ku band
18-26 GHz da 1.6 cm a 1.2 cm K band
26-40 GHz da 1.2 cm a 7.50 mm Ka band
40-75 GHz da 7.50 mm a 4.0 mm V band
75 to 111 GHz da 4.0 mm a 2.8mm W band
Superiore a 111 GHz "millimeter wave"

Tabella 1: Bande di frequenza IEEE

 

Range di frequenza
Lunghezza d'onda
EU/NATO/US ECM band
fino a 250 MHz fino a 1.2 m A band
250-500 MHz da 1.2 m a 60 cm B band
500 MHz-1 GHz da 60 cm a 30 cm C band
1-2 GHz da 30 cm a 15 cm D band
2-3 GHz da 15 cm a 10 cm E band
3-4 GHz da 10 cm a 7.5 cm F band
4-6 GHz da 7.5 cm a 5 cm G band
6-8 GHz da 5 cm a 3.75 cm H band
8-10 GHz da 3.75 cm a 3 cm I band
10-20 GHz da 3 cm a 1.5 cm J band
20-40 GHz da 1.5 cm a 7.50 mm K band
40-60 GHz da 7.50 mm a 5.00mm L band
60-100 GHz da 5.00 mm a 3.00mm M band

Tabella 2: Bande di frequenza EU-NATO-US

 

Range di frequenza
ITU band
3-30 Hz ELF (Extremely Low Frequency)
30Hz to 300Hz SLF (Super Low Frequency)
300Hz to 3000Hz ULF (Ultra Low Frequency)
3kHz to 30kHz VLF (Very Low Frequency)
30-300 KHz LF (Low Frequency; "longwave")
300KHz-3 MHz MF (Medium Frequency; "medium wave")
3-30 MHz HF (High Frequency; "shortwave")
30-300 MHz VHF (Very High Frequency)
300 MHz -3 GHz UHF (Ultra High Frequency)
3-30 GHz SHF (Super High Frequency)
30-300 GHz EHF (Extremely High Frequency)

Tabella 3: Bande di frequenza ITU

 

Lo stato dell’arte delle comunicazioni nell’ingegneria aerospaziale

La tecnologia delle comunicazioni radio basate sulle microonde presenta delle limitazioni dovute alla bassa frequenza di trasferimento dati. Le comunicazioni fra ricevitore e trasmettitore in [...]

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6 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 27 ottobre 2016
  2. Congiunta Dapimede 27 ottobre 2016
    • Congiunta Dapimede 27 ottobre 2016
  3. Qgianni 16 dicembre 2016
    • Fulvio De Santis Fulvio De Santis 17 dicembre 2016
    • Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 19 dicembre 2016

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