RADIOCOMUNICAZIONI
RADIOCOMUNICAZIONI (XXVIII, p. 703; App. I, p. 956; II, 11, p. 650)
Classificazione e attribuzione delle frequenze. - Com'è noto, le r. si avvalgono di onde elettromagnetiche (radioonde) di frequenza compresa tra 3 103 e 3 1012 Hz. Lo spettro delle radiofrequenze è stato convenzionalmente diviso in nove bande consecutive, come mostra la tabella seguente. La suddivisione dello spettro di frequenze in diverse bande e l'assegnazione delle singole frequenze per i varî tipi di emissione e per i varî servizî fu fatta per la prima volta dalla Conferenza amministrativa delle radiocomunicazioni tenutasi al Cairo nel 1938. Una prima revisione avvenne ad Atlantic City (S.U.A.) nella Conferenza del 1947; il più recente aggiomamento è quello di Ginevra (dicembre 1959).
La suddivisione generale è fatta in base alle caratteristiche medie delle diverse bande, che ne definiscono le possibilità di utilizzazione, mentre l'assegnazione ai varî servizî è stabilita in base alle necessità di essi, dalla Conferenza amministrativa internazionale. La materia è attualmente regolata dalle norme contenute nel Regolamento generale delle radiocomunicazioni emanato dalla Union Internationale des Télécommunications che ha sede a Ginevra, come allegato alla Convenzione internazionale delle telecomunicazioni.
Le onde delle bande 4 e 5 si propagano a grande e media distanza lungo tutta la superficie terrestre sia per onda di terra sia per riflessione da parte degli strati più bassi della ionosfera. Sono utilizzate per telecomunicazioni e per radionavigazione.
Le onde della banda 6 si propagano a breve distanza, e ciò a causa del maggior assorbimento ch'esse subiscono. Durante la notte la portata si accresce per riflessione ionosferica. Sono usate per radiodiffusione a carattere regionale o nazionale, per telecomunicazioni e per la radionavigazione. La frequenza 500 kHz, con una banda di protezione di 20 kHz, è assegnata esclusivamente alle chiamate di soccorso (art. 33 del Regolamento).
Le onde della banda 7 hanno propagazione utile esclusivamente ionosferica e raggiungono direttamente la massima distanza sulla superficie terrestre. Sono onde utilizzate per telecomunicazioni e radiodiffusione a grande distanza.
Le onde della banda 8 e successive hanno una portata esclusivamente ottica e vengono impiegate per molteplici applicazioni: telecomunicazioni, radiodiffusione, televisione, radionavigazione, radioguida, radiolocalizzazione, ecc. Grazie a particolari fenomeni di diffusione (scatter) che avvengono nella troposfera o nella ionosfera, le onde delle bande più basse possono essere utilizzate, con speciali accorgimenti, anche per portate di alcune centinaia di km (v. ponte radio, in questa App.).
In ciascuna banda un certo numero di frequenze è riservato per emissione di frequenze campionate che vengono effettuate a cura di istituti scientifici debitamente autorizzati (in Italia, l'Istituto elettrotecnico nazionale "Galileo Ferraris" di Torino). Alcune bande sono assegnate inoltre alle stazioni sperimentali dei radioamatori.
La complessa e voluminosa ripartizione è contenuta nel sunnominato Regolamento. Essa è limitata all'intervallo tra 10 kHz e 40.000 MHz. Nella sua recente redazione sono state tenute in debito conto le necessità della radioastronomia e della navigazione spaziale. Numerose bande godono infatti di protezione per le osservazioni radioastronomiche; le seguenti bande potranno essere temporaneamente utilizzate per le comunicazioni spaziali e terra-spazio in attesa che un'apposita Conferenza internazionale si riunisca per studiare la materia e proporre soluzioni ai varî problemi: (in MHz) 136-137; 400-401; 1427-1429; 1700-1710; 2290-2300; 5250-5255; 8400-8500; 15.150-15.250; 31.500-31.800.
Radiotrasmettitori. - Lo sviluppo delle radiocomunicazioni a grande e media distanza su frequenze fra 3 e 30 MHz, verificatosi con progressione sempre crescente dopo la fine della seconda guerra mondiale, ha imposto ai trasmettitori e ai ricevitori prestazioni notevolmente più elevate e rigorose che in passato. La gamma di frequenze assegnate a questi servizî rischia di essere saturata dal gran numero di emissioni, talché la coesistenza di queste è possibile solamente se vengono rigorosamente rispettate le prescrizioni amministrative riguardanti l'uso delle frequenze e le norme tecniche sulla stabilità, sulla precisione e sulla purezza delle emissioni. Le norme emanate su base internazionale dalla Conferenza amministrativa delle radiocomunicazioni (Ginevra, dicembre 1959) stabiliscono, per la gamma di frequenze da 4 a 29,7 MHz e per potenze superiori a 500 W, le seguenti tolleranze a partire dal 1° gennaio 1964: per la stabilità della frequenza emessa: 1,5 105; per il livello delle armoniche e di qualsiasi altra radiazione spuria al di fuori della banda consentita: − 40 dB sotto la potenza dell'emissione fondamentale, con un massimo non superabile di 50 mW, considerato come potenza conferita all'antenna.
La moderna tecnica costruttiva si è pertanto orientata verso soluzioni tendenti al raggiungimento degli obiettivi sopra accennati. La frequenza di lavoro non è ottenuta mediante moltiplicazioni successive, bensi mediante modulazioni successive, per cui le instabilità e le imprecisioni vengono semplicemente a sommarsi anziché a moltiplicarsi.
In genere (fig.1) si parte da un oscillatore su frequenza f1 relativamente bassa, per es. 60 kHz (Philips), sulla quale è attuata la manipolazione o la modulazione. Essa è prodotta da un oscillatore del tipo LC ad alta stabilità (per la telegrafia) oppure a cristallo (per la telefonia); la sua precisione assoluta può essere contenuta entro alcuni Hz. La frequenza f1 = 60 kHz, che già contiene l'informazione, viene trasferita sul valore f3 = 1000 kHz combinandola con un'oscillazione f2 = 1060 kHz ottenuta da un generatore a cristallo in termostato di elevatissima stabilità. La radio frequenza finale f5 è prodotta dal battimento dei 1000 kHz con una f4 che differisce da f5 di 1000 kHz. Questa f4, dal cui valore dipende la frequenza di lavoro, è generalmente fornita da un oscillatore a cristallo in termostato, di tipo classico, che ne assicura la necessaria stabilità e precisione.
Naturalmente occorre disporre di un cristallo per ciascuna frequenza di emissione. Questo conferisce all'apparecchio una certa rigidità perché non consente di emettere una frequenza diversa da quelle per cui sono tagliati i cristalli di cui si dispone. Ad ovviare a questa limitazione alcune fabbriche hanno studiato e realizzato generatori a variazione continua di frequenza con caratteristiche di stabilità e precisione pari a quelle che si ottengono con sistemi rigidi. Poiché né l'una né l'altra sono ottenibili per mezzo di oscillatori LC a variazione continua, si può "costruire" la frequenza desiderata eseguendo la combinazione di armoniche e subarmoniche di diverso ordine ottenute per moltiplicazione e per demoltiplicazione da un oscillatore a quarzo oltremodo stabile e preciso e inserendo infine nella catena un oscillatore d'interpolazione a variazione continua, limitata ad una banda molto ristretta attorno ad una frequenza relativamente bassa, che possegga per questo caratteristiche di stabilità dello stesso ordine degli altri oscillatori.
Per es., la frequenza base è 1000 kHz con tolleranza di 10-7; per moltiplicazione si ottengono tutti i valori multipli secondo z, 3,... n; per demoltiplicazione i valori 100 kHz e 10 kHz e da questi, a loro volta, i multipli secondo 2, 3, ... 9 (cioè 200, 300, ... 900 kHz e rispettivamente 20, 30, ... 90 kHz). Disponendo di un oscillatore d'interpolazione a frequenza variabile che ricopra l'intervallo di 10 kHz, è possibile ottenere una frequenza qualsiasi combinando successivamente, per mezzo di modulatori bilanciati seguiti da filtri, tre frequenze appartenenti rispettivamente alle decine, centinaia e migliaia di kHz.
Dispositivi del genere, più o meno complessi, sono stati realizzati con diverse modalità da molti costruttori. In una grande stazione contenente numerosi radiotrasmettitori può convenire addirittura l'installazione di un generatore centrale di frequenza campione, associato a generatori di armoniche e subarmoniche dai quali potranno essere ricavate, mediante circuiti separati per ciascun trasmettitore, quelle necessarie per la costruzione della frequenza desiderata.
L'uso, ormai generale, nei servizî di telecomunicazione del sistema di modulazione telefonica a bande laterali indipendenti (in sostituzione di quello a doppia banda con onda portante) e l'applicazione sempre più diffusa della telegrafia multiplex per ripartizione della frequenza, hanno determinato una decisa tendenza verso l'impiego generale di trasmettitori con caratteristiche lineari, tali quindi da poter essere eccitati sia da sistemi a bande laterali indipendenti con onda portante ridotta o soppressa sia da qualsiasi altro tipo di emissione. Per raggiungere il necessario grado di linearità, gli stadî che compongono la catena di amplificazione sono regolati in classe A per le piccole potenze e in classe AB o B per le grandi potenze.
Come tubi finali alcuni costruttori impiegano spesso tetrodi anche per potenze dell'ordine dei 10-20 kW (RCA) allo scopo, tra gli altri, di semplificare o abolire i circuiti di neutralizzazione e garantire la richiesta stabilità per tutta la gamma di frequenze, senza la necessità di eseguire difficili regolazioni. Se la potenza è molto elevata, fino a raggiungere parecchie decine di kW, s'impiegano prevalentemente triodi con griglia a massa ed eccitazione sui catodi, in stadî singoli (Marconi, Siemens) ovvero in controfase (Philips). Questo sistema conferisce allo stadio una eccellente stabilità per la facilità di schermare efficacemente il circuito di entrata rispetto a quello di uscita, facendo parte della struttura schermante la stessa griglia. Talvolta il circuito oscillatorio catodico è a costanti distribuite; la fig. 2 mostra, quale interessante esempio del genere, lo schema semplificato dello stadio finale (60 kW) di un trasmettitore Philips.
Il raffreddamento dei triodi è attuato con circolazione forzata di aria secondo la tecnica più recente e più largamente diffusa, che tende all'abbandono dei tubi con raffreddamento ad acqua.
La necessità, che si presenta spesso nel servizio di r., di cambiare rapidamente la frequenza di emissione ha dato luogo a interessanti realizzazioni. I trasmettitori a frequenze predisposte consentono la scelta della frequenza desiderata tra quelle (in genere da tre a dieci) per le quali il complesso è stato preventivamente apparecchiato. Ciò avviene grazie a dispositivi elettromeccanici, di notevole precisione, che commutano i circuiti presintonizzati dei diversi stadî o ne modificano l'accordo secondo il valore della frequenza scelta. Il passaggio da una frequenza all'altra non richiede di solito che alcune decine di secondi o al massimo qualche minuto e può anche essere telecomandato.
È molto recente una tecnica sviluppata dalla Marconi's Wireless Telegraph Co., secondo la quale vengono realizzati amplificatori (della potenza massima di 1 kW) a larga banda (da 2 a 24 MHz) con caratteristiche di assoluta linearità. Il passaggio da una frequenza all'altra è praticamente istantaneo e avviene semplicemente nello stadio pilota che è a bassissima potenza. I vantaggi pratici del ritrovato sono sensibili pur essendo limitati ad apparati di potenza modesta. L'impiego e la manutenzione dell'apparecchio sono semplici e il suo costo è notevolmente ridotto.
Il problema costituito dall'eccezionale larghezza della banda da amplificare (2 ÷ 24 MHz) è stato risolto mediante un sistema amplificatore a costanti distribuite che utilizza quale carico anodico una linea artificiale le cui capacità derivate sono costituite sostanzialmente dalle capacità anodiche dei tubi amplificatori, secondo lo schema di principio mostrato dalla fig. 3.
Il segnale pilota E è applicato all'estremo sinistro della linea artificiale di griglia, nella quale le capacità d'ingresso Cg dei singoli tubi costituiscono le capacità derivate della linea; questa è chiusa su un opportuno carico Ru per evitare la formazione di onde stazionarie e per garantire l'uniforme eccitazione dei tubi. Gli anodi sono derivati su una linea analoga, nella quale vengono sfruttate le capacità d'uscita Ca dei singoli tubi. Metà della corrente anodica di ciascun tubo viaggia verso destra e si aggiunge in fase con le altre nel carico finale Ra; l'altra metà viaggia verso sinistra e viene dissipata nella resistenza terminale Rj. Allo scopo di raggiungere il più elevato grado di linearità, sia per ridurre le radiazioni spurie sia per rendere l'apparecchio utilizzabile anche per emissioni del tipo A3B (a bande laterali indipendenti) il trasmettitore è stato realizzato in controfase (push pull), con coppie di tubi regolati in classe AB.
Sempre nel campo dei trasmettitori a larga banda, ma in una gamma di frequenze molto più bassa, la Hasler (Berna) ha realizzato un interessante apparecchio su schemi concettuali nuovi. La gamma di frequenze utilizzabili è compresa tra 60 e 100 kHz e la potenza è di 40 kW. Il trasmettitore (fig. 4) è composto da un eccitatore (che genera a bassa potenza la frequenza di lavoro), da un preamplificatore aperiodico in controfase ed infine dallo stadio finale che costituisce la parte più notevole del complesso. Esso contiene infatti come organo di accoppiamento un trasformatore aperiodico, con nucleo di ferro-silicio di forma toroidale, seguito da un filtro passa-basso, per eliminare le armoniche, collegato direttamente alla linea di antenna. La potenza di uscita delle armoniche risulta di 3 mW e il fattore di distorsione del 0,25%.
Eccitatori centralizzati. - Nelle stazioni ove sono installati numerosi trasmettitori può essere conferito all'esercizio di questi un notevole grado di flessibilità, conseguendo contemporaneamente una sensibile economia d'impianto, separando dal resto le apparecchiature di eccitazione a bassa potenza e raggruppandole in una "centrale di controllo" in cui è possibile, per mezzo di un commutatore con cordoni e spine a radiofrequenza, collegare l'uscita di un qualsiasi eccitatore con l'ingresso di un qualsiasi trasmettitore. Tale tecnica è applicata, ad esempio, nella modernissima stazione di Rugby (Londra) del General Post Office (fig. 5), nella stazione di Kootwijk (Amsterdam), nella stazione di Torrenova (Roma) della Italcable, ecc.
Commutatore di antenna. - Nelle stazioni in cui sono installati più trasmettitori e più antenne, aventi queste ultime direttività e caratteristiche di frequenza diverse, vengono generalmente impiegati dispositivi di commutazione, più o meno complessi a seconda del numero dei trasmettitori e della loro potenza, che rendono possibile il collegamento di questo o quel trasmettitore a questa o a quella antenna, conferendo in tal modo all'impianto la desiderata flessibilità di esercizio. Si descrive come esempio il sistema adottato nella stazione di Rugby (Londra) già nominata. Le linee di trasporto delle 70 antenne direttive (in prevalenza rombiche) sono di tipo simmetrico con impedenza caratteristica di 565 ohm. Mediante trasformatori a larga banda a costanti distribuite, formati da linee esponenziali che si sviluppano all'esterno del fabbricato della stazione, la detta impedenza viene portata (per tutta la banda) a 194 ohm. Le linee di antenna all'interno della stazione assumono così la forma di coppie di cavi coassiali (diametro esterno 1,5 pollici) aventi ciascuno l'impedenza di 97 ohm. Le uscite dei 28 trasmettitori da 30 kW sono anch'esse di tipo simmetrico a 194 0hm e pertanto la commutazione viene effettuata tra coppie coassiali che presentano ingombro modesto ed elevata sicurezza di esercizio. Il commutatore deve interconnettere 70 linee di antenna su 28 trasmettitori. Le commutazioni sono realizzate mediante elementi mobili a cannocchiale e sono attuate a distanza per mezzo di servocomandi.
Radioricevitori. - La tecnica costruttiva dei ricevitori per r. ha dovuto anch'essa - in quest'ultimo decennio - adeguarsi a esigenze analoghe a quelle imposte per i trasmettitori; in particolare si richiede una più elevata selettività per eliminare i segnali indesiderati e per migliorare il rapporto segnale/rumore e un'eccezionale stabilità di frequenza per gli oscillatori di conversione in relazione alla diminuita ampiezza della banda passante.
Lo schema generale dell'apparecchio, la supereterodina, è rimasto immutato come principio ma le sue caratteristiche hanno subìto trasformazioni e miglioramenti. Le conversioni di frequenza non sono meno di due negli apparati di classe superiore; i valori delle frequenze intermedie variano sensibilmente da costruttore a costruttore e da tipo a tipo di ricevitore. I più usati cadono nell'intervallo tra uno e quattro MHz per la prima conversione e tra 100 e 500 kHz per la seconda. Una terza conversione è effettuata in taluni apparati su frequenze tra 18 e 25 kHz o, nel caso della telegrafia, su frequenze della gamma acustica.
La selettività d'immagine di un buon ricevitore non dev'essere inferiore a 70 ÷ 80 dB ed è assicurata dall'appropriata scelta del valore della prima frequenza intermedia in rapporto alla preselezione minima ottenibile dai circuiti accordati a radiofrequenza. Ottime selettività di banda con frontiere estremamente ripide sono ottenute, per bande ampie da poche centinaia ad alcune migliaia di Hz, mediante filtri a cristalli piezoelettrici, che possono essere oggi prodotti su larga scala con elevate caratteristiche di precisione e uniformità. Grande diffusione hanno avuto anche i filtri meccanici per le loro buone caratteristiche e per il costo relativamente basso. Se ne costruiscono per frequenze intermedie da 60 a 600 kHz e con grande assortimento di larghezze di banda, idonee per ogni tipo di emissione, compresa quella a bande indipendenti. Le larghezze di banda più usate (misurate a 3 dB rispetto alla risposta massima) sono normalizzate in relazione ai tipi di emissione. Si hanno bande di 300 o 400 Hz per le emissioni telegrafiche ad alta velocità per tutto/niente (tipo A1); 600 ÷ 1000 Hz per emissoni telegrafiche a spostamento di frequenza (tipo F1) con deviazione di 400 Hz con velocità fino a 300 baud; 6000 Hz per emissioni telefoniche a doppia banda (tipo A3); 3000 Hz per emissioni telefoniche a bande indipendenti (tipo A3B), e infine soli 40 ÷ 60 Hz per separare l'onda portante.
La stabilità globale degli oscillatori di conversione deve essere estremamente elevata. Basta considerare, per es., che se si riceve una emissione telegrafica a spostamento di frequenza, con deviazione di 400 Hz, per portare fuori sintonia il ricevitore (nell'ipotesi ideale che la frequenza emessa abbia una stabilità assoluta) è sufficiente una deriva degli oscillatori del ricevitore di soli 200 Hz. Se la frequenza del segnale da ricevere è, per esempio, 20.000 kHz, la stabilità nel tempo dell'oscillatore di ricezione deve essere migliore di 10-5. Tale condizione è effettivamente raggiunta, nei ricevitori nei quali non vengono impiegati dispositivi automatici di correzione della frequenza, mediante oscillatori variabili tipo LC costruiti con speciali cure, che si mantengono stabili anche per periodi di alcune ore. In taluni casi, per ovviare gli inconvenienti della instabilità della frequenza, il primo oscillatore, che è quello che lavora a frequenza più elevata, è a cristallo in termostato, mentre il secondo (su frequenza molto più bassa) è invece del tipo LC e consente un'escursione di pochi kHz intorno al valore assegnato, allo scopo di compensare le inevitabili piccole imprecisioni del primo oscillatore a cristallo. Questo sistema di ricezione, detto spot frequency, presenta una stabilità grandissima e si usa spesso per i collegamenti tra punti fissi; risulta peraltro estremamente rigido, in quanto consente solo la ricezione di quelle frequenze per le quali sono stati predisposti i cristalli.
Un sistema recente, che presenta elevatissime caratteristiche di stabilità e precisione a spese di una certa complicazione dell'apparato, è stato applicato con successo da molti costruttori americani ed europei.
Nella forma più semplice il ricevitore è a doppio cambiamento di frequenza (fig. 6). La gamma di frequenza da ricevere è suddivisa in sottogamme di uguale ampiezza, A (di solito A = 1 MHz). Consideriamo una di esse e siano f1, f2 i suoi limiti estremi. Il primo oscillatore di conversione (3) è a frequenza fissa, f0, e pertanto il valore della frequenza di battimento all'uscita dal primo convertitore (2) è compreso tra f1-f0 = fa e f2-f0 = fb. In conseguenza, per poter ricevere tutte le frequenze della sottogamma comprese tra f1 e f2, il primo convertitore è seguito da un vero e proprio ricevitore che copre però solamente la banda tra fa e fb. Questo ricevitore è anch'esso a supereterodina ed è composto da un amplificatore accordabile tra fa e fb (4), da un secondo convertitore (5) associato ad un oscillatore variabile (6) e da un secondo amplificatore a frequenza intermedia (8), preceduto dal filtro di banda (7) e seguito dagli organi rivelatori (9). I condensatori di sintonia dell'amplificatore a radiofrequenza (1), della prima media frequenza variabile (4) e del secondo oscillatore (6) sono tra loro collegati in modo che la manovra del ricevitore si effettui con un unico comando. Per ogni sottogamma da ricevere occorre per l'oscillatore (3) un apposito cristallo, a meno che le frequenze necessarie non cadano in successione armonica, nel qual caso possono essere ricavate da un oscillatore unico per moltiplicazione. Gli intervalli tra le dette frequenze risultano ovviamente uguali ad A.
La stabilità di frequenza e la precisione di taratura dell'apparecchio sono elevatissime. La prima non supera una deriva massima a lungo termine da alcune decine a un centinaio di Hz. La precisione di taratura, controllabile con l'aiuto di un oscillatore campione a cristallo, è notevole in ragione della modesta ampiezza che viene assegnata alle sottobande.
Un ricevitore di questo tipo costruito dalla Collins Radio Company (S.U.A.) ha le caratteristiche che qui riassumiamo a titolo esemplificativo: gamma ricevibile da 0,5 a 30 MHz divisa in 30 sottobande di ampiezza A = 1 MHz. Il primo oscillatore contiene 10 cristalli dai quali si ricavano le 30 frequenze, f0, necessarie alla prima conversione. Il primo amplificatore intermedio è sintonizzabile tra 1,5 e 2,5 MHz per ricevere le frequenze più basse e tra 2,5 e 3,5 MHz per ricevere quelle più elevate. Il secondo oscillatore copre la banda da 2 a 3 MHz; la seconda frequenza intermedia è pertanto 500 kHz. I filtri di banda, per detta frequenza, sono di tipo meccanico.
Controllo automatico della frequenza. - Allo scopo di assicurare nel tempo la corretta sintonia dell'oscillatore di conversione, alcuni ricevitori sono muniti di dispositivi automatici per la correzione della frequenza di esso. Questi dispositivi sono indispensabili per la ricezione di emissioni a bande indipendenti e con essi si riesce facilmente ad effettuare correzioni entro pochi Hz. Se applicati ai ricevitori telegrafici (per i quali tuttavia può essere ammesso un intervallo di correzione di parecchie decine di Hz), ne migliorano sensibilmente le prestazioni.
Un dispositivo del genere è asservito alla frequenza dell'onda portante in arrivo o a un segnale pilota che può essere, nel caso della telegrafia a spostamento di frequenza, l'onda di riposo dell'emissione. Questo segnale di riferimento, convertito a valori di media o bassa frequenza, è utilizzato, paragonandolo ad un altro di frequenza fissa o per mezzo di un circuito discriminatore, per produrre, attraverso appositi circuiti, l'attivazione del dispositivo di correzione della frequenza dell'oscillatore; questo è costituito generalmente da un piccolo motore elettrico che agisce sull'armatura mobile di un piccolo condensatore variabile facente parte del circuito oscillatorio.
Commutatore di antenna e moltiplicatori di antenna. - Tra gli apparati ausiliarî di una moderna stazione ricevente di una certa complessità noveriamo il commutatore di antenna e i moltiplicatori di antenna (multicouplers). Il primo ha lo scopo di consentire la connessione di qualunque ricevitore con qualunque antenna; esso non richiede particolari illustrazioni in quanto è sostanzialmente simile (salvo che per gli speciali materiali, adatti per le radiofrequenze, che devono essere impiegati nella sua costruzione) ad un normale commutatore telefonico manuale. I secondi servono per connettere più ricevitori a una stessa antenna senza alterare gli adattamenti d'impedenza e senza creare reciproche perturbazioni.
L'apparecchio è in sostanza un amplificatore a larga banda (per le onde decametriche, da 3 a 30 MHz) con una sola entrata (antenna) e un certo numero di uscite indipendenti che alimentano altrettanti ricevitori. Il circuito di entrata è costituito generalmente da un filtro passa alto che ha il duplice scopo di ottenere il corretto adattamento di impedenze con la linea di antenna e di tagliare le elevate tensioni che possono svilupparsi all'ingresso del primo tubo a causa di potenti emissioni locali (per es. di radiodiffusione) su frequenze più basse. L'amplificatore, al quale non si richiede che un guadagno di pochi decibel, deve essere peraltro rigorosamente lineare per impedire la produzione di armoniche e di modulazioni incrociate. La fig. 7 mostra in forma semplificata lo schema elettrico di un moltiplicatore di antenna di costruzione Rohde e Schwarz; è degno di nota l'amplificatore distribuito in cui le capacità di entrata dei tubi fanno parte delle capacità derivate di una linea artificiale. L'accoppiamento tra l'uscita di ciascuno stadio e l'ingresso del rispettivo ricevitore è fatto con un trasformatore di adattamento a larga banda con nucleo magnetico.
Radiotelegrafia. - Sistema multiplex TOR. - Grazie alla maggiore efficienza e sicurezza di continuità dovuta all'applicazione della manipolazione a spostamento di frequenza e al miglioramento generale delle apparecchiature, il sistema di comunicazione che si vale del codice Morse è ora usato soltanto per i servizî mobili e per i servizî fissi di minore importanza, mentre grande diffusione ha avuto in suo luogo l'applicazione della telescrivente ai circuiti radio con utilizzazione del codice internazionale n. 2 a cinque unità start-stop. Per le sue qualità intrinseche e per la maggior richiesta di canali è altresì d'impiego larghissimo il sistema multiplex a divisione di tempo con correzione automatica degli errori ideato dall'olandese H. C. A. Van Duuren, denominato TOR (Teletype Over Radio), mediante il quale si ottengono 4 canali alla velocità, ciascuno, di 50 baud (corrispondenti alla normale velocità di una telescrivente, circa 60 parole al minuto).
Esso si basa sull'impiego di uno speciale codice a 7 unità, secondo il quale ogni carattere è formato da tre segni e quattro spazî. Se il rapporto 3/7 tra segni e unità viene alterato a causa di disturbi nella propagazione, l'apparato ricevente segnala automaticamente l'errore al trasmettitore lontano, che si arresta ed esegue immediatamente la ripetizione del segnale contestato. Per un sistema a quattro canali a 50 baud la velocità complessiva risulta di 200 baud, il che vuol dire che ciascun segnale elementare ha la durata di 5 millisecondi. Per ragioni inerenti la propagazione (percorsi multipli, eco, ecc.) non si supera attualmente questa velocità. Se occorre attuare più di 4 canali (il che presentemente è assai di frequente richiesto), si ricorre ai sistemi multiplex per ripartizione della frequenza. In questo caso la banda di frequenza disponibile viene suddivisa in più canali (generalmente tre o sei) mediante speciali apparati di telegrafia armonica con manipolazione a spostamento di frequenza. L'emissione radio è del tipo a bande indipendenti, e su ciascuna banda da 3000 Hz trovano posto 3 canali armonici con le frequenze centrali normalizzate di 935, 1615, 2295 Hz; se ciascuno di essi è multiplato con un TOR a 4 canali, si ottengono in totale 12 canali teletipici a prova di errore.
La trasformazione dei segnali dal codice a 7 a quello a 5 unità e viceversa è effettuata per mezzo di traduttori automatici e attraverso questi i canali TOR possono essere utilizzati sulle normali reti telegrafiche a telescrivente che usano il codice a 5 unità start-stop.
Il largo margine di sicurezza offerto dal sistema TOR e l'applicazione dei sistemi di canalizzazione multipla hanno reso possibile con pieno successo l'estensione sia del servizio TELEX sui circuiti radio intercontinentali, sia di tutti quei servizî (come i canali affittati) che mettono il servizio telegrafico diretto a disposizione del cliente nel suo domicilio.
Radiocomunicazioni per mezzo di satelliti artificiali terrestri. - Il moltiplicarsi dei rapporti tra Paesi intercontinentali fa prevedere, per un futuro non lontano, la necessità di attuare nuove vie per telecomunicazioni. Esse dovranno soddisfare le richieste per il servizio telefonico e telegrafico normale, il telex, la radiodiffusione sonora, la televisione, ecc. Tutti questi servizî richiedono un gran numero di canali, molti dei quali con banda larghissima, che i mezzi disponibili attualmente (cavi telegrafici e telefonici sottomarini, r. ad alta frequenza per via ionosferica o ad onde cortissime per diffusione troposferica) non possono offrire né tecnicamente né economicamente.
Il problema è in via di risoluzione mediante sistemi di r. a microonde che si avvalgono, come stazioni ripetitrici, di satelliti artificiali visibili da entrambe le stazioni a terra.
Le frequenze utilizzabili cadono nella banda da 500 a 20.000 MHz e tra queste quelle tra 4.000 e 10.000 MHz risultano meno perturbate dal rumore di origine cosmica e consentono l'uso di antenne di dimensioni più ridotte a parità di guadagno. Frequenze più elevate sono fortemente assorbite dalla bassa atmosfera e dalle perturbazioni meteorologiche.
Il satellite, rispetto al suo impiego, come stazione ripetitrice, può essere passivo o attivo. Nel primo caso, comportandosi come un riflettore, deve presentare la massima superficie e può essere costituito, ad esempio, da un globo di laminato plastico metallizzato, avente il diametro di alcune decine di metri; il globo, immagazzinato nel veicolo spaziale, assume la sua configurazione definitiva non appena liberatosi e posto in orbita. Sono state proposte altre forme costruttive, come sfere reticolari metalliche, nubi di striscioline metalliche, o semplicemente lunghi fili. Il satellite passivo richiede l'impiego a terra di potenze piuttosto elevate, se si tratta di collegamenti a banda molto larga, ma ha il pregio di poter essere utilizzato per un numero grandissimo di emissioni contemporanee su frequenze diverse da luoghi diversi.
I satelliti attivi contengono vere e proprie stazioni ripetitrici e usano antenne omnidirezionali o direttive; in questo secondo caso sono previsti automatismi per il puntamento di esse verso la stazione a terra. L'energia elettrica per il funzionamento degli apparati radio e dei servomeccanismi è fornita da batterie solari, associate con accumulatori per i periodi di occultamento del Sole, ovvero da un reattore nucleare.
Se si eccettuano particolari applicazioni, la tecnica sembra orientata verso l'impiego dei satelliti attivi, i quali, sebbene molto più complessi e costosi, permettono l'utilizzazione di bande larghissime (necessarie per i sistemi telefonici con alcune centinaia di canali e per la televisione) con emissioni di potenze a terra relativamente modeste, tali quindi da essere facilmente realizzabili e da consentire la coesistenza con altri collegamenti terrestri.
Dal punto di vista meccanico il satellite (attivo o passivo che sia) può avere orbita polare vicina ad una distanza media dalla superficie terrestre da 1000 a 12.000 km con periodo di rivoluzione di poche ore, ovvero orbita equatoriale lontana a distanza di circa 36.000 km, con periodo di 24 ore; in tal caso, se il satellite percorre l'orbita nel senso O-E, esso appare immobile rispetto alla Terra. Tre di questi satelliti sincroni disposti a 120 sul piano equatoriale terrestre sono sufficienti per collegare tra loro tutti i punti del nostro pianeta, posti al di sotto di una certa latitudine.
Un sistema con orbite polari più o meno inclinate, a causa del breve tempo di visibilità contemporanea richiede un numero elevato di satelliti per ottenere la continuità del servizio, nonché complessi dispositivi di ricerca e di puntamento per le antenne a terra, le quali devono seguire (tracking) il satellite dal momento in cui sorge all'orizzonte a quello in cui tramonta; ma prima che ciò avvenga, una seconda antenna a terra deve agganciarsi con il successivo satellite che sta sorgendo, seguirlo per tutta la sua traiettoria e così via. La ricerca del satellite al suo apparire e il successivo agganciamento (operazione da effettuare in tempo brevissimo contemporaneamente alle due stazioni terminali) avverrà automaticamente per mezzo di dispositivi elettronici e servomeccanismi di notevole complessità, secondo un "programma" e disposto per ogni passaggio in base alle effemeridi del satellite e con l'ausilio di un'apposita frequenza pilota emessa con continuità dal satellite stesso.
L'effetto Doppler, dovuto al moto del satellite, che si manifesta con una variazione della frequenza ricevuta, viene compensato con l'aiuto di una seconda frequenza pilota; un dispositivo automatico fa variare la frequenza di uno degli oscillatori del ricevitore in modo che detta frequenza pilota (e quindi anche l'intera banda contenente l'informazione) assuma all'uscita del ricevitore il suo corretto valore.
Per assicurare la continuità del servizio tra S.U.A. ed Europa almeno per il 98%, del tempo, si prevede che saranno necessarî una cinquantina di satelliti in orbite polari inclinate, casuali. Naturalmente gli stessi satelliti potranno essere utilizzati da altre coppie di corrispondenti poste a cavallo delle loro orbite, in altre zone del globo.
Per mezzo di uno stesso vettore potranno essere lanciati contemporaneamente più satelliti e posti in orbita uno dopo l'altro. Questo sistema, già sperimentato (S.U.A., giugno 1961), consentirà una notevole economia in quanto, il costo del lancio, che è elevatissimo, verrà ripartito per più satelliti.
Il sistema con orbita equatoriale (satellite sincrono) semplifica notevolmente i problemi relativi alle stazioni a terra, le cui antenne sono fisse, e consente facili comunicazioni tra i due emisferi, ma ne crea altri in conseguenza del maggiore percorso delle onde (oltre 72.000 km), che richiede maggiore potenza e un tempo sensibile (circa 0,25 sec) perché il segnale raggiunga la stazione corrispondente, il che può creare difficoltà nel corso della conversazione telefonica.
Una volta che il satellite è in orbita, intervengono perturbazioni cicliche o a lungo termine dovute a cause di varia natura (attrazione del Sole, della Luna, pressione della radiazione solare); tuttavia sono stati studiati mezzi e dispositivi per eseguire sia le indispensabili correzioni iniziali nell'orbita subito dopo il lancio sia per compensare gli effetti perturbatori.
L'energia complessiva necessaria per il funzionamento del satellite è notevolmente superiore a quella per un satellite polare; ciò vuol dire che il primo deve avere dimensioni, e quindi peso, considerevoli, il che fa aumentare notevolmente il costo del lancio, che già risulta gravoso per la notevole altezza da raggiungere. Vi sono pertanto ragioni sufficienti per far preferire, in questo momento, i satelliti con orbita polare o subpolare.
Una variante proposta per le caratteristiche orbitali dei satelliti equatoriali e che potrebbe costituire una conveniente soluzione di compromesso consiste nell'assegnare al satellite un'orbita equatoriale vicina (cioè con distanza non superiore a 10.000 km) con senso di rotazione concorde con quello terrestre. Esso non apparirebbe più immobile rispetto alla Terra ma la sua velocità relativa sarà piccola e l'orbita ben definita.
In conseguenza sia del modesto rendimento del satellite riflettore passivo sia delle limitate possibilità a bordo del satellite attivo, la potenza irradiata è in entrambi i casi sempre molto piccola. Tenuto conto dell'attenuazione del percorso, che può essere valutata, grosso modo, da 180 a 200 dB, in ricezione a terra è perciò necessario impiegare antenne con forte guadagno e ricevitori speciali quasi completamente privi di rumore proprio; gli amplificatori maser e parametrici costituiscono in tal senso una conveniente soluzione. Un fattore importante di limitazione di cui va tenuto conto in sede di progetto è il rumore cosmico diffuso e quello proveniente da sorgenti discrete (costellazioni, Luna, Sole); quando l'antenna fosse puntata per esempio verso il Sole il rumore ricevuto risulterebbe intollerabile.
Numerosi satelliti sperimentali per telecomunicazioni sono stati già lanciati ad opera degli S.U.A. Tra essi ricordiamo:
a) lo Score (Army Signal Corps, 8 dicembre 1958), attivo ritardato, per un canale con banda di 3 kHz; trasmettitore 32 MHz, 8 W, ricevitore 160 MHz; il satellite riceveva e registrava su nastro l'informazione quando era visto dalla stazione terrestre n. 1, e ritrasmetteva successivamente quando era in vista della stazione n. 2;
b) Echo II (NASA, 17 agosto 1960); passivo, globo di laminato plastico metallizzato, diametro 31 m; periodo circa 120 min, altezza media circa 1.600 km. Esperimento principale di collegamento telefonico tra Holmdel (N. J.; cfr. fig. 8) e Goldstone (California); frequenze impiegate 960 e-2390 MHz. Il satellite, sebbene deformatosi a causa della pressione della radiazione solare e di urti di meteoriti, è tuttora visibile come una stella di prima grandezza;
c) Courier (ARPA e U.S. Signal Corps, 4 ottobre 1960), attivo ritardato. Registrava i segnali telegrafici alla velocità di 68.000 caratteri al minuto e li ritrasmetteva alla stessa velocità quando era visto dalla stazione destinataria. Stazioni a terra: Fort Monmouth (N. J.) e Salinas (Portorico); periodo circa 90 min; altezza da 800 a 1200 km; frequenze impiegate nella banda di 1700 ÷ 2300 MHz, frequenza ausiliaria 107.97 MHz per il tracking; diametro 13 cm.
Il vasto programma di lanci da parte degli S.U.A. di satelliti sperimentali per telecomunicazioni e dei relativi impianti a terra prevede i seguenti progetti per i quali procedono attivamente i lavori:
a) progetto della A. T. & T., per un satellite attivo, in orbita polare, predisposto per il collegamento telefonico e televisivo sperimentale fra S.U.A. ed Europa. Frequenze previste: 4000 MHz in discesa, 6000 MHz in salita. L'esperimento è previsto per l'inizio del 1962;
b) progetto Relay, organizzato dalla NASA in collaborazione con le più importanti organizzazioni di telecomunicazioni degli S.U.A., da realizzare nella seconda metà del 1962. Verrà lanciato un satellite attivo in orbita inclinata ellittica. Frequenze previste: intorno a 4000 MHz in discesa e a 1700 MHz in salita: 12 canali in telefonia ovvero uno in televisione;
c) progetto Rebound, organizzato dalla NASA. Satelliti passivi in orbita polare: altezza di circa 3000 km. Frequenze previste: 6000 MHz. saranno lanciati tre palloni del diametro di 43 m;
d) progetto Advent, organizzato dall'Army Signal Corps. Prevede il lancio di un satellite attivo sincrono in orbita equatoriale, per il 1963.
Alcune nazioni europee, tra cui l'Italia, prenderanno parte all'attuazione di tali progetti per quanto riguarda i proprî impianti terminali.
Bibl.: E. Bruce, A. C. Back, L. R. Lowry, Horizontal rhombic antennas, in Proceedings of I.R.E., gennaio 1935; H. Peterson, J. Atwood, H. Goldstine, G. Hansell, R. Schack, Observations and comparisons on radio telegraph signaling by frequency-shift and on-off keying, in R.C.A. Review, marzo 1946; J. A. Smale, Some developments, in commercial point-to-point radiotelegraphy, in Journal of the I.E.E., parte III A, 1947; E. L. Gimzton, W. R. Hewlett, J. H. Jerberg, J. D. Noe, Distributed amplification, in Proceedings of I.R.E., agosto 1948; A. Niutta, Adattamento di impedenze mediante un particolare tipo di linea esponenziale, in Poste e Telecomunicazioni, 1949, n. 8; R. W. Hamming, Error detecting and error correcting codes, in Bell System Technical Journal, 1950; H. C. A. Van Duuren, Typendruktelegrafie over radioverbindingen, in T. Nederlands Radio Genoot, 1951, 16; J. J. Dupont, Le système de radiotélégraphie multiplex TOR, in L'onde électrique, maggio 1954; M. Colas, La Stabilidyne, in L'onde électrique, febbraio 1956; C. F. Booth, B. N. MacLarty, The new high frequency transmitting station at Rugby, in Proceedings of the I.E.E., B, marzo 1956; H. Goldstine, G. Hansell, R. Schack, S.S.B. receiving and transmitting equipment for point-to-point service on H.F. radio circuits, in Proceedings of I.R.E., dicembre 1956; E. D. Becken, Single sideband operation for international telegraph, in Proceedings of I.R.E., febbraio 1958; D. J. Kosowsky, High frequency crystal filter design, techniques and applications, in Proceedings of I.R.E., febbraio 1958; V. O. Stokes, B. M. Sosin, Wideband amplification of high frequencies, in Point-to-Point Telecommunications, gennaio 1959; I. R. Pierce, R. Kompfener, Transoceanic communic. by means of satellites, in Proceedings of I.R.E., marzo 1959.