PUBBLICAZIONI
DELL'ISTITUTO
NAZIONALE
DI
GEOFÍSICA
N. 271
STELIO
SILLENI
Un registratore di intellegibilità dei segnali
radiotelegrafici
ROMA
Estratto da Annali
di
Geofisica
Voi. VI, n. 1, 1953
STAMPATO DALL'ISTITUTO GRAFICO TIBERINO
(ROMA, VIA GAETA
14)
UN
REGISTRATORE
DEI
SEGNALI
DI
INTELLIGIBILITÀ
RADIOTELEGRAFICI
STELIO SILLENI
1. Introduzione.
collegamenti
— Fra gli elementi di base per il progetto dei
radio, sono
particolarmente
a) le caratteristiche
della
importanti
e significativi :
propagazione;
b) l'intensità di c a m p o m i n i m a occorrente all'antenna ricevente, in presenza dei disturbi.
Presso l'Istituto Nazionale di Geofisica vengono effettuate correntemente registrazioni di alcune caratteristiche della ionosfera ( ) utili
5
per gli elementi in a). Si è ora studiata la misura dell'intensità
di
c a m p o m i n i m a occorrente all'antenna ricevente, i n presenza dei disturb i , e per data intelligibilità.
Numerosi m e t o d i sono stati studiati per questa misura (su cui in
alcuni casi si riferisce c o n i concetti di « intensità
« rapporto
riferito
segnale/disturbo
altrove ( ) . T r a
7
»).
questi
Su
alcuni
metodi
di
viene
dei
questi
disturbi
studi
impiegato,
per
»
e
abbiamo
misure
sistematiche effettuate in diverse parti del m o n d o , u n m e t o d o di m i sura sintetica p e r c o n f r o n t o
c o n un segnale, detto m e t o d o
Thomas.
S e c o n d o il m e t o d o T h o m a s (- ) (fig. 1) si r i c e v o n o i disturbi c o n una
1
antenna seguita da un preamplificatore a larga banda. Nel preamplificatore
viene introdotto u n segnale (Morse) a radiofrequenza, di in-
tensità regolabile. A l preamplificatore segue u n ricevitore. Un marconista
riceve
i segnali in cuffia, e regola l'intensità dell'oscillatore a
radiofrequenza finché ottiene una intelligibilità del 95%
dei caratteri.
L'intensità del segnale impiegato viene allora registrata.
L'antenna, il preamplificatore, il ricevitore, la velocità di trasmissione sono uguali per tutti i posti, allo scopo di ottenere risultati c o m parabili. L'inconveniente principale del m e t o d o è costituito dalla dipendenza
da u n
elemento
soggettivo
(marconista), e
scarto nelle indicazioni c h e si ottiene con
purtroppo
diversi marconisti è
lo
no-
tevole (}).
Un m e t o d o analogo è stato proposto ( ) e usato (°) anche utiliz7
zando mezzi automatici
di ricezione
(telescriventi). La
applicazione
138
STELIO
SILLENI
dei risultati ad altri tipi di trasmissione crea però
difficoltà
anche
concettuali; anche in questo caso nella misura interviene un elemento
arbitrario — la telescrivente — ed una velocità di trasmissione o b bligata.
Si è perciò studiata la possibilità di costruire un comparatore di
segnali in cui n o n vi siano elementi arbitrari, e che sia sufficientemente
versatile per permettere il confronto immediato fra le sue indicazioni
di intellegibilità, e quelle rilevate da u n marconista, da una telescri-
vente, o da altri mezzi di ricezione. U n siffatto apparecchio p u ò inoltre essere impiegato con un addestramento limitato. Si o p p o n e
alla
automatizzazione completa la necessità di accertarsi, nel corso di una
misura, c h e sul canale scelto n o n vi siano interferenze dovute ad altre
emissioni. L'impiego dell'apparecchio p u ò , per converso, essere esteso
anche alla misura della degradazione prodotta dalla presenza, sullo
stesso canale o su canali adiacenti, di emissioni interferenti, ed
al
confronto fra diversi ricevitori e diverse antenne.
2. Definizioni.
— Per chiarezza di comprensione si precisa il si-
gnificato di alcune denominazioni impiegate nel seguito.
UN REGISTRATORE DI INTELLICIBILITÀ DEI SECNALI RADIOTELEGRAFICI
Verranno considerati quei sistemi telegrafici che utilizzano
139
due
soli stati diversi. Questi stati verranno indicati c o m e stato O e stato 1,
e c o r r i s p o n d o n o , nei tipi di emissione radiotelegrafica più c o m u n i , a :
Segnale
elementare
o elemento
è uno dei due stati, mantenuto
per un t e m p o T . Generalmente il tempo
T è uguale per ciascun ele-
m e n t o , e d il suo valore è scelto in base alle caratteristiche del sistema
telegrafico.
Messaggio
è una successione di elementi in cui i due stati si se-
g u o n o in m o d o determinato soltanto dalle proprietà statistiche del c o dice impiegato. La fig. 2 dà due esempi di messaggi.
149
SIELIO SILLENI
Impulso,
rettangolo,
sono due forme d'onda (generalmente di ten-
sione) rappresentate nella fig. 3 a, b. Esse n o n sono necessariamente
periodiche
(questi
due
termi-
ni corrispondono ai termini inglesi pulse
Scatto
e gate
o
strobe).
è l'impulso c h e vie-
ne utilizzato per dare inizio ad
un
fenomeno,
cronizzare
un
p.
e.
per
sin-
multivihratore.
(Corrisponde al termine inglese
trigger).
Onda
quadrata
è una for-
ma di tensione o corrente alternante simmetrica
in cui
il
passaggio da un valore estremo
all'altro avviene in tempo trascurabile
che
(rispetto
interessano
il
ai
tempi
fenomeno
principale oggetto dello studio).
È rappresentata nella fig. 3 c.
Velocità
di trasmissione
è l'inverso della durata del segnale ele-
mentare. Il n o m e dell'unità di misura della velocità di trasmissione
è baud. Se la durata, in secondi, del segnale elementare è
cità è
T , la v e l o -
baud.
Se u n messaggio degenera in un'onda
quadrata, la velocità
in
b a u d è il d o p p i o della frequenza fondamentale in hertz.
3. Principio
vitore sia e ,
l'energia
Se la
di funzionamento.
— La tensione in uscita dal rice-
ai capi di un carico R. Per un intervallo di t e m p o
s
in uscita
del ricevitore sarà
t
generalmente
è in equilibrio statistico ( ) la media fatta da u n certo
istante fino a
2
sarà uguale alla media fatta da
UN
REGISTRATORE DI INTELLICIBILITÀ DEI SEGNALI RADIOTELEGRAFICI
P e r c i ò si potrà assumere c o m e espressione della energia media la
141
•142
M 1.1,1(1 SILLEM
W
m
ha probabilità trascurabile). Questa definizione ha, su altre
possibili, la proprietà della simmetria e quella di considerare c h e qualsiasi elemento ricevuto venga decodificato, senza ambiguità.
La intellegibilità
misurata sarà uguale al rapporto tra n u m e r o dei
segnali giusti e n u m e r o dei segnali trasmessi, quindi uguale al c o m plemento a 1 del rapporto tra numero dei segnali errati e n u m e r o
• dei segnali
trasmessi.
4. Programmazione
del
— La fig. 5 presenta l o
calcolo.
steno-
gramma del registratore di intellegibilità.
4. 1. Il segnale proveniente dal ricevitore
attraversa un attenua-
tore manuale con cui se ne regola l'intensità in m o d o da rimanere
,nel c a m p o di autoregolazione. Il segnale attenuato viene inviato
circuito
dei
quadrati,
per ottenere dalla tensione la potenza
al
(inte-
grando della [ 1 ] , a m e n o di costanti). Da esso si ottiene, a m e n o di
una costante di moltiplicazione, la tensione
Ps= »
e
P e r ottenere l'energia
rappresentata
alimenta l'integratore S, che al termine
fornisce una d.d.p.
[6]
2
dalla
[ 1 ] , questa
dell'intervallo
tensione
di t e m p o
T
UN REGISTRATORE DI INTELLIGIBILITÀ DEI SEGNALI RADIOTELEGRAFICI
143
4. 2. Con la [ 7 ] si è ottenuto il m i n u e n d o della [ 4 ] o [ 5 ] . Per
ottenere il sottraendo il manipolatore comanda u n interruttore
dal
quale si ottiene una tensione manipolata, la cui ampiezza è regolata
c o m e segue.
La tensione manipolata p , e la tensione uscente dal circuito dei
T
quadrati p , vengono confrontate nell'equilibratore.
Questo è u n am-
s
plificatore
differenziale
in
continua, c h e
corregge
l'ampiezza
tensione da manipolare, per rendere uguali la media della
uscente dal circuito dei quadrati p
s
della
tensione
e la media della tensione mani-
polata p . Ciascuna di queste due tensioni medie rappresenta allora,
T
a m e n o di una stessa costante di moltiplicazione, la energia media
La
[ 2 ] n o n è direttamente applicabile. Un valore
della media viene ottenuto
circuito RC
filtrando
la tensione p
s
W.
m
approssimato
attraverso ad u n
c o n costante di t e m p o scelta per compromesso tra l'er-
rore di campionatura
e la possibilità di seguire le fluttuazioni
dei
disturbi.
"L'integratore
T ha la funzione di fornire la tensione rappresen-
tativa dell'energia che si riceverebbe in assenza di disturbi. Perciò la
tensione manipolata p
T
viene integrata nell'integratore T ed alla
dell'intervallo di t e m p o T si ottiene una d.d.p.
fine
144
STELIO SILLENI
Se una delle due differenze suindicate è maggiore di zero allora
si deve contare un errore (.*•). Per fare ciò, il circuito delle differenze
viene attivato soltanto
alla fine dell'intervallo di integrazione,
me-
diante l'intervento di un interruttore su ciascuna delle d.d.p. integrali,
per un t e m p o di circa 5 0 0 / u s (tempo di calcolo). Alla metà di questo
t e m p o di calcolo un circuito selettore
di tempo
fa passare un impulso
preformato se, e soltanto se, una delle differenze [ 1 1 ] o [ 1 2 ] è maggiore di zero, cioè se deve essere contato un errore. In questo caso
l'impulso fa avanzare di una unità il contatore di errori.
4. 5. Il contatore
dei divisori
viene invece fatto avanzare di una
unità per ogni elemento trasmesso. Quando il contatore dei
divisori
ha contato 1000 elementi, esso ritorna a zero e riporta a zero il contatore errori. In questo istante il numero letto nel contatore errori è
UN
REGISTRATORE
DI
INTELLIGIBILITÀ
DEI
SEGNALI
145
RADIOTELEGRAFICI
uguale al rapporto tra il numero dei segnali errati ed il n u m e r o degli
elementi trasmessi, moltiplicato per 1000.
4. 6. Mediante una rete di resistenze ed una valvola
amplifica-
trice, u n registratore a penna segue il contatore di errori. L'elongazione
della' penna, in ciascuna escursione, indica perciò il r a p p o r t o tra i l
n u m e r o dei segnali errati ed il n u m e r o degli elementi trasmessi, cioè
il c o m p l e m e n t o
a 1
dell'intellegibilità.
Con l'avanzamento
della carta si ottiene u n diagramma
in
cui
l'intellegibilità c o m p a r e in ordinata contro il t e m p o in ascissa (fig. 11).
4. 7. I circuiti permettono il funzionamento a velocità da 10 a 50
baud, e possono utilizzare tanto l'uscita di un ricevitore, a frequenze
acustiche fino a 1000 H z , quanto direttamente la corrente di ingresso
di dispositivi meccanici (relè, ondulatore). Il c a m p o di funzionamento
c o p r e la maggior parte dei casi di comunicazione
qualche
modifica
p o t r e b b e venire esteso
anche
singola, ma
a quello
di
con
canali
multipli.
5. Circuito
dei quadrati,
equilibratore,
integratori.
—• Il segnale
proveniente dal ricevitore, mediante i tubi V 3 e V 4, comanda i n controfase i tubi V5
e V6
(fig. 6). Il valore m e d i o delle griglie di questi
tubi viene regolato a 12,5 V . Sulla resistenza c o m u n e di carico R 23 si
ottiene una caduta di tensione proporzionale al quadrato della tensione all'ingresso
(a m e n o di una costante additiva). V8
inverte la
fase. V 9, insieme al condensatore C 6, elimina la costante
additiva.
Nel punto 2 si ha perciò una tensione proporzionale alla potenza del
segnale ottenuto dal ricevitore.
Il condensatore C 7 attraverso la resistenza R 30 acquista una carica proporzionale all'integrale di questa tensione, cioè all'energia del
segnale.
A l l a fine dell'intervallo di integrazione il t u b o a gas V 10 scarica
il condensatore. P e r c h é la scarica avvenga sicuramente alle tensioni di
p o c h i volt a cui il condensatore si trova caricato, il catodo di V 10
è connesso ad una tensione di — 9 0 V . A fine scarica CI
è negativo,
e viene portato a zero dal d i o d o V 11.
VI
alimenta un altoparlante spia; V2
comanda i tiratron.
V2
riceve, alla fine dell'intervallo di integrazione, u n rettangolo di tensione negativo di 500 |j,s. L o scatto di tensione della fine di questo
rettangolo, attraverso al condensatore C 8, comanda la prima griglia
del tetrodo a gas.
Nel punto 5 si ha la tensione normalizzata di ingresso degli i n -
UN
REGISTRATORE
DI
INTELLIGIBILITÀ
DEI
SEGNALI
147
RADIOTELEGRAFICI
tegratori B e T. L'integrazione B avviene nel circuito 7? 47 C 13, c o n
V 21 e V22
I tubi
c h e f u n z i o n a n o c o m e V 10 e V 11.
e F 20 m a n i p o l a n o la tensione normalizzata.
V19
Nelle
resistenze R 57 ed 7? 58 in parallelo tra l o r o ed in serie con la resistenza interna
di V 20, e nel
condensatore
C17
avviene
l'integra-
zione T. V 23 e F 24 sono analoghe a V 10 e V 11.
A i capi di C U
si ottiene una frazione della tensione c h e ali-
menta C 17. Su C 11 si ha quindi la m e d i a del valore all'ingresso dell'integratore T. D'altra parte, ai capi di C 10 si ha la stessa frazione
della media della tensione all'ingresso dell'integratore
V12,
V13,
V14,
V15,
V16
costituiscono
un
S.
amplificatore
in
continua c h e , attraverso al circuito di placca di V 17 (comandata da
funziona in controreazione. Q u a n d o si verifica una
V18)
differenza
tra le due m e d i e tale amplificatore fa variare la tensione i n 5, c h e
così viene normalizzata.
II v o l t m e t r o , costituito da R 46 e dal m i l l i a m p e r o m e t r o in serie,
consente di accertarsi c h e l'equilibratore funzioni entro il suo c a m p o
di regolazione.
L o stesso strumento, mediante il commutatore, permette
di re-
golare l'esatto e q u i l i b r i o fra le tensioni di c o m a n d o dei tubi V 5 e
V 6, n o n c h é , mediante
altre c o m m u t a z i o n i
non
indicate
in
figura,
di verificare le tensioni di alimentazione.
6. Formazione
del
segnale
di errore.
—
L e uscite dei tre inte-
gratori sono connesse a tubi ad uscita catodica V 31, V 32, V 33, c h e
separano gli integratori dal circuito di s o m m a e differenza c h e segue
(fig. 7). F 3 4 ha l o s c o p o di produrre una tensione che compensa la
parte costante di quella data dal t u b o ad uscita catodica V 33.
V 36, V 37, V 38 e V 39 costituiscono degli interruttori c h e , c o mandati in parallelo da V 35, applicano l e tensioni all'ingresso del c i r cuito di somma e differenza. Tale circuito è costituito dalle resistenze
R116
i? 123, e dai tubi F 4 0 , F 4 1 , F 4 2 , F 4 3 , e d effettua l e o p e -
razioni indicate dalle espressioni
[ 1 1 ] e [ 1 2 ] . Attraverso ai c o n d e n -
satori C 105 e C 106 i risultati delle operazioni v e n g o n o applicati ai
tubi amplificatori V 44 e V 45.
V 46 e F 4 7 effettuano l'operazione logica « o p p t i r e » . Infatti b a sta che u n o
di essi riceva un rettangolo
di tensione positivo
sulla
griglia affinché si generi u n rettangolo di tensione negativo sulla c o m u n e resistenza
di carico R150.
Questo rettangolo negativo
ha
la
REGISTRATORE
UN
durata
DI
INTELLIGIBILITÀ
di 500 us, ma in
guenza
degli
conse-
accoppiamenti
RC
tra i tubi precedenti esso è seguito da una coda. N o n p u ò quindi
venire utilizzato direttamente per
c o m a n d a r e il contatore di errori.
Perciò
V 51
(fig.
8)
applica
a
C 115 un rettangolo negativo della durata di 200 (is. L o scatto finale
di
questo
rettangolo
attra-
verso a C 115, dà l u o g o ad un i m pulso positivo centrato rispetto al
rettangolo di 500 LIS. I rettangoli
di 200 e di 500 (xs sono generati
con
inizio
approssimativamente
coincidente. L'impulso positivo uscente da C 115 viene cortocircuitato
da
griglia
cato
V 48
a meno
che
sulla
di questo tubo sia appliil
rettangolo
negativo
di
500 (is generato da V 46 o p p u r e
da V 47. Soltanto in questo caso
il contatore di errori p r o c e d e di
una unità. La griglia di V 48 p u ò
essere
resa
negativa
anche
ma-
nualmente, allo scopo di verificare il funzionamento
dei
circuiti
successivi.
7. Contatori.
—
Il
contatore
(fig. 8) è una scala a 32
di errori
di- tipo c o n s u e t o ; l'ingresso ad essa avviene
dopo
limitazione, at-
traverso al d o p p i o d i o d o
V52V53,
mentre l'acoppiamento tra gli stadi successivi è per RC.
V 55 nor-
malmente
chiude
conduce,
e
il
circuito di griglia del tubo
zero
dei
alla
diversi
griglia
di
stadii.
V 55
Quando
viene
applicato
DEI SEGNALI
RADIOTELEGRAFICI
149
150
STELIO SILLENI
un impulso negativo proveniente dal contatore dei quozienti, le griglie
dei tubi zero del contatore possono diventare positive, e si ha la r i messa a zero del contatore di errori.
V 66 è una amplificatrice di corrente, comandata da una media
ponderata dei potenziali di placca dei tubi zero della scala. Il peso
dei diversi addendi è proporzionale alle successive potenze di 2, così
che alla griglia di V 66 è applicato un potenziale p r o p o r z i o n a l e
al
n u m e r o registrato dal contatore. L'elongazione della penna del registratore è quindi funzione crescente di questo n u m e r o .
Il contatore
dei divisori
(fig. 9) è del tipo ad accumulazione
di
energia. A d ogni rettangolo applicato alla griglia di V 67, una carica
viene applicata al condensatore C182.
Quando C182
raggiunge
una
tensione sufficiente, si ha la scarica attraverso a V 70, e viene generato l'impulso negativo c h e va a comandare la rimessa a zero
del
contatore degli errori.
8. Circuiti
di comando.
—• I circuiti di c o m a n d o (fig. 10) d e v o n o
provvedere :
— u n segnale c a m p i o n e , di ampiezza conveniente
per
coman-
dare l'integratore T , e a fronti r i p i d i ;
— impulsi
che
dividano il t e m p o
in
intervalli
uguali
mento di segnale;
— rettangoli di c o m a n d o per gli intervalli di c a l c o l o ;
— impulsi di c o m a n d o per il contatore di errori.
all'ele-
UN
REGISTRATORE
DI INTELLIGIBILITÀ
DEI SEGNALI
RADIOTELEGRAFICI
151
Con i commutatori nella posizione « Est » il segnale viene introdotto dal morsetto 4 sotto forma di una tensione manipolata o p p u r e
di chiusura ed aperture di circuito verso massa. A l l e placche del multivibratore Instabile V 71 V 72 si ottiene un segnale di ampiezza
e
f o r m a normalizzata. Questo segnale sincronizza, tramite V 74, il m u l tivibratore astabile V 75 V 76, la cui frequenza propria è regolata —
v a r i a n d o R 201 e JR 202 — sulla velocità di manipolazione. Si ottiene
così u n fronte r i p i d o in corrispondenza alle divisioni in elementi del
segnale.
I fronti ripidi, derivati dai circuiti di griglia di V 77 e V 78 c o m a n d a n o le placche di V 79 e V 81 mediante un impulso negativo, ad
ogni fine elemento.
V 79 e V 80 costituiscono un multivibratore monostabile che genera un rettangolo 9 di circa 500
us.
V 81 e V 82 costituiscono un multivibratore monostabile c h e genera un rettangolo 14 di circa 200 us. L'inizio di questo rettangolo
è leggermente ritardato rispetto al precedente, a causa dell'accoppiam e n t o capacitivo utilizzato. Quindi il lato discendente del rettangolo
viene a trovarsi approssimativamente a metà del rettangolo di 500 us,
152
STELIO SIIXENI
e per derivazione p u ò generare l'impulso 11 (fig. 5) di c o m a n d o
contatore errori, attraverso il selettore
•
di
del
tempo.
Il comparatore p u ò anche essere disposto per funzionare
senza
c o m a n d o esterno In questo caso, con il commutatore sulla posizione
« Int » , è il multivibratore astabile V 75 F 7 6 c h e , tramite i c o n d e n satori C 2 0 3
C204, comanda
il multivibratore
bistabile
V 71
V 72.
Il segnale generato è allora u n ' o n d a quadrata. Il segnale stesso deve
venire prelevato
(dal multivibratore bistabile) per m a n i p o l a r e il ge-
neratore di segnali c a m p i o n e .
9. Conclusione.
—• Il registratore di intelligibilità, costruito se-
c o n d o la descrizione c h e precede, è stato sottoposto ad alcune p r o v e
preliminari che hanno permesso di accertare la b u o n a
rispondenza
del funzionamento al progetto.
La fig. 11 riporta una registrazione ottenuta usando u n ricevitore
BC-312-N
ed u n generatore di segnali c a m p i o n e M a r c o n i - E c k o
mod.
T.F. 144 F. ; antenna di circa 6 m di altezza.
I dati riportati nella
figura
n o n sono rappresentativi
della
in-
tensità dei disturbi nella località di ricezione ( R o m a ) , m a n c a n d o indicazioni precise sulla larghezza di banda del ricevitore e sulle caratteristiche dell'antenna (del resto p o c o adatta). È però possibile osservare nel diagramma la sensibile variazione di intelligibilità c h e si ha
con variazioni di intensità dei segnali di 3 decibel.
Per
effettuare registrazioni
sistematiche
occorrerà
analogo a quello delle stazioni T h o m a s , accennato
e descritto da T h o m a s
Roma
— Istituto
un
impianto
nell'introduzione
e Cottony (*).
Nazionale
di Geofisica
•— Novembre
1952.
UN
153
REGISTRATORE DI INTELLIGIBILITÀ DEI SEGNALI RADIOTELEGRAFICI
RIASSUNTO
È stato costruito,
paratore
di segnali
nella
ricezione
chio,
costituito
i fattori
campione.
su ricevitori
principalmente
Il dispositivo
sintetico
si hanno
errori
ten-
in que-
alla misura dei radio
per confronto
si presta
ed a misurare
di
L'apparec-
analogico-numerica,
che normalmente
con metodo
un com-
disturbato.
elettronica
soggettivi
ed antenne,
di Geofisica,
la percentuale
radiotelegrafico
ed è destinato
atmosferici
Nazionale
di registrare
da una calcolatrice
sto tipo di misure,
gnale
l'Istituto
di un segnale
de ad eliminare
disturbi
presso
che • permette
anche
con un se-
a misure
l'effetto
delle
comparative
interferenze.
SUMMARY
A comparator
Geofisica,
a radio
which
telegraph
an electronic
factors
has been
records
signal.
normally
comparison
used
to compare
to measure
The purpose
digital-analogue
present
for the measurement
by
constructed,
in this type
a standard
signals
the effect
of errors
from
of
Nazionale
of measurement,
the
and is
different
apparatus
receivers
of
subjective
radio noise by a synthetic
This
of
consisting
is to eliminate
signal.
di
in the reception
of this apparatus,
computer,
of atmospheric
with
at the Istituto
the percentage
destined
method
can also
and antennas
be
and
interference.
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