APPUNTI DI
ELETTROMAGNETISMO E RADIOTECNICA
Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente
Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace
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Si richiamano le definizioni delle leggi fondamentali, invitando l’allievo ad approfondire in
maniera autonoma sui testi in uso nel suo corso di studi. Tali nozioni saranno successivamente
richiamate in argomenti di telecomunicazioni e sistemi di alimentazione primaria e secondaria dei
satelliti.
Conduttività:
I materiali conduttori consentono il passaggio della corrente elettrica.
I materiali isolanti non consentono il passaggio della corrente elettrica.
I materiali semiconduttori posseggono proprietà conduttive intermedie fra i conduttori e gli isolanti.
Corrente I = quantità di carica elettrica ( Q ) che transita in un conduttore nell'intervallo di tempo,
cioè movimento di elettroni all'interno di un conduttore; l'unità di misura è l'Ampere ( A)
I = Q ( I in A; Q = coulomb; t = secondo)
t
Formula I = V ( V = volt; R = resistenza)
R
Tensione elettrica V = differenza di potenziale ( positivo, negativo) esistente fra due punti; l'unità
di misura è il Volt ( V)
Formula V = R x I ( LEGGE DI OHM)
Resistenza R = caratteristica di un materiale con la quale si indica la proprietà fisica di opporsi al
passaggio della corrente; l'unità di misura è l'Ohm ( Ω ).
Formula R = V ; simbolo elettrico
I
Potenza elettrica: rapporto tra il lavoro che il generatore deve compiere nell'unità di tempo per
sostenere, entro il circuito, il flusso degli elettroni; l'unità di misura è il Watt ( W ).
P = V x I cioè V2
R
Fattore di potenza: rapporto fra la potenza attiva P (quella effettivamente consumata) e la potenza
apparente Pa (quella totale assorbita dal circuito)
Cos(φ) = P
Pa
Campo elettrico: un campo di forze generato nello spazio dalla presenza di carica elettrica;
l'intensità del campo elettrico si misura volt/metro ( V/m).
Campo magnetico: quando un conduttore viene percorso da una corrente, intorno ad esso si genera
un campo magnetico; l'unità di misura è l' ampere/metro (A/m).
Campo elettromagnetico:
Tra il campo elettrico e quello magnetico esiste una relazione strettissima: ogni variazione di uno di
essi provoca la variazione dell'altro. In questo modo un campo elettrico oscillante genera un campo
magnetico variabile in direzione ad esso perpendicolare e viceversa. I due campi strettamente legati
prendono il nome di campo elettromagnetico.
Le onde radio sono una delle applicazioni delle onde elettromagnetiche.
La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nello spazio libero è di 300.000
km/sec.(velocità della luce).
La relazione che lega la lunghezza d’onda ( λ ), cioè la lunghezza vera e propria ( fisica) del
conduttore con la frequenza ( f ) è:
λ = 3 * 108
cioè
300
( λ in metri )
f(inHz)
f(in Mhz)
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Segnali sinusoidali: un segnale sinusoidale è un segnale che varia nel tempo regolarmente e
simmetricamente per le due semionde, che hanno quindi lunghezza e valore massimo identici e
sono perfettamente sovrapponibili.
Valori principali:
Valore efficace Veff = 0,707 Vmax oppure Veff = 1,11 Vm
Valore medio Vm = 0,636 Vmax
Valore massimo ( o valore di picco ) Vmax = 1,41 Veff oppure Vmax = 1,57 Vm
1) Tensione di picco;
2) Tensione picco-picco;
3) Valore efficace;
4) Periodo.
I parametri di un segnale sinusoidale sono: periodo, frequenza e fase
Periodo: il periodo T di un’onda sinusoidale è dato dall’intervallo di tempo intercorrente tra due
punti consecutivi che manifestano la stessa fase elettrica; cioè è il tempo impiegato dal segnale per
completare un ciclo.
T = 1 (T si misura in secondi)
f
Frequenza: la frequenza di un segnale ( cioè il numero di periodi, o di cicli completi, in un
secondo) è data dal reciproco del suo periodo,cioè la frequenza non è altro che l'inverso del
periodo: f = 1 / T
L’unità di misura della frequenza ( f) è l’Hertz (abbreviato Hz)
Fase: la differenza di fase indica il ritardo (o anticipo) esistente tra due punti di uguale fase di
segnali elettrici di uguale frequenza.
Per le forme d'onda sinusoidali si introduce come grandezza anche la pulsazione che è espressa in
radianti al secondo (rad/s) ed è indicata dalla lettera omega ω.
Pulsazione: formula ω = 2 * π * f
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Modulazione di ampiezza
Il segnale contenente l’informazione, segnale modulante, produce una variazione dell’ampiezza di
un secondo segnale, detto segnale portante, proporzionale all’ampiezza del segnale contenente
l’informazione (segnale audio).
Nella modulazione di ampiezza si vengono a creare, rispetto alla frequenza del segnale portante,
due bande laterali, simmetriche, contenenti lo spettro del segnale modulante, cioè il segnale AM è
composto da due bande laterali ed una portante.
Modulazione di ampiezza a banda laterale unica (SSB: single-sideband )
Nella modulazione di ampiezza si vengono a creare, rispetto alla frequenza del segnale portante,
due bande laterali, simmetriche, contenenti lo spettro del segnale modulante.
E' possibile sopprimere una delle due bande laterali ed il segnale della portante, pur senza perdere il
contenuto dell’informazione, ottenendo la modulazione di ampiezza a banda laterale unica
denominata SSB, ovvero un segnale composto da una sola banda laterale.
Il segnale DSB (doube-sideband) è composto da due bande laterali.
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Modulazione di frequenza
Nella modulazione di frequenza il segnale contenente l’informazione (segnale modulante, segnale
audio) produce una variazione della frequenza del segnale portante (segnale modulato).
Tale variazione è proporzionale all'ampiezza del segnale modulante. In pratica l'ampiezza del
segnale modulante (segnale audio) è costante.
Indice di modulazione (indica il livello di modulazione del segnale portante ad opera del segnale
modulante).
Nella modulazione di ampiezza rappresenta la massima variazione del segnale portante rispetto al
suo valore in assenza di modulazione, cioè quando la percentuale di modulazione è del 100% circa.
Comunque,al fine di evitare il fenomeno della sovramodulazione, l'indice di modulazione non deve
superare l'unità, cioè 1.
Esempio:
Visto all’Oscilloscopio apparirà l’immagine dell’inviluppo di modulazione di ampiezza come in
figura:
Se ad esempio si rilevano dallo schermo i valori A = 7,3 div e B = 3,2 div , si calcola il valore
dell’indice di modulazione:
E quindi in percentuale:
m % = 39 %
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NOTE FINALI sulla modulazione: Confronto tra AM e FM
Per concludere lo studio sulla modulazione analogica possiamo fare alcune considerazioni sulle
caratteristiche della AM e della FM.
In AM l’ampiezza del segnale modulato varia in funzione dell’indice di modulazione adottato,
mentre in FM è costante e indipendente dall’indice di modulazione. Pertanto in FM si possono
utilizzare amplificatori di potenza più efficienti.
La FM è meno sensibile ai rumori, infatti opera nelle bande VHF (300MHz) e UHF (3GHz), e usa
la propagazione per onda diretta. Ne consegue che il raggio di azione di un trasmettitore FM è più
limitato, quindi la stessa frequenza può essere adoperata in aree geografiche differenti.
L’AM lavora invece nelle bande MF (3MHz) e HF (30MHz) e sfrutta la propagazione per onda di
superficie o spaziale.
L’occupazione di banda della FM è più elevata dell’AM e aumenta all’aumentare della deviazione
di frequenza.
I mezzi utilizzati per la trasmissione e la ricezione in FM sono più complessi e costosi rispetto a
quelli dell’AM.
Infine il raggio di azione più limitato dei trasmettitori FM può rappresentare una limitazione
dovendo trasmettere a lunga distanza.
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