Le microonde e le onde radio

Le microonde e le onde radio, che comprendono frequenze inferiori a 300 GHz, sono utilizzate prevalentemente come veicoli per la comunicazione delle informazioni a distanza, poiché si propagano nell'aria senza essere assorbite, sono relativamente semplici da generare e sono sufficientemente lunghe da propagarsi anche oltre la curvatura terrestre. Dopo la loro scoperta da parte di Hertz nel 1888, il primo che intuì che potevano essere utilizzate per inviare segnali a distanza fu l'inventore italiano Guglielmo Marconi (1874-1937), che aprì la strada alle comunicazioni radiofoniche.

Le microonde sono particolari onde radio situate nella regione dello spettro appena successivo a quello delle radiazioni infrarosse e hanno lunghezze d'onda che vanno da 1 mm a 30 cm. Trovano numerosi impieghi nel campo delle telecomunicazioni e in apparecchiature di rilevamento come i radar.

Nei radar un apparecchio trasmettitore emette onde delle frequenze tipiche delle microonde, le quali, quando incontrano un ostacolo riflettente, tornano indietro, permettendo a un apparecchio ricevente di ricostruirne la forma e la distanza.

Nei forni a microonde, che vengono usati per la cottura rapida dei cibi, viene sfruttata l'azione del calore che si genera all'interno degli alimenti in seguito all'assorbimento dell'energia elettromagnetica di frequenze opportune. L'azione delle microonde si esercita sulle molecole d'acqua presenti negli alimenti: le molecole d'acqua si comportano come dipoli elettrici e tendono ad allinearsi lungo il campo elettrico oscillante generato dalle microonde. Di conseguenza entrano in rapida oscillazione e, urtandosi le une con le altre, producono calore all'interno della sostanza da riscaldare o da cuocere, in un tempo assai inferiore a quello normalmente necessario.

Le onde radio

Le onde radio (o radioonde) occupano la fascia dello spettro delle lunghezze d'onda maggiori, comprese tra 10 cm e 1 km, e sono prevalentemente usate per le trasmissioni radiofoniche e televisive. Le onde radio viaggiano da un radiotrasmettitore a un radioricevitore. Le informazioni che si vogliono far viaggiare (conversazioni nella radiotelefonia, parole o musica nella radiodiffusione, immagini e suoni nelle trasmissioni televisive ecc.) vengono prima convertite da un trasduttore in segnali elettrici di ampiezza variabile. In seguito tali segnali agiscono su un'onda, detta portante, di ampiezza e frequenza costante, generata nel trasmettitore attraverso un processo detto di modulazione. La modulazione consiste nel variare, istante per istante, una delle grandezze caratteristiche del segnale periodico (ampiezza o frequenza) usato come "vettore" per la trasmissione (la portante), in conformità con le variazioni del segnale che contiene le informazioni da trasmettere, detto modulante. Il segnale portante modificato è detto modulato. Nella modulazione di ampiezza (AM) le informazioni vengono trasmesse nel circuito modulando l'ampiezza dell'onda portante, mentre nella modulazione di frequenza (FM) le informazioni vengono tramesse modulando la frequenza della portante (v. fig. 22.4). Il segnale, amplificato, è inviato all'antenna, che lo irradia nello spazio sotto forma di onda elettromagnetica. I radioricevitori captano le onde elettromagnetiche mediante un'altra antenna e, dopo un processo di amplificazione e demodulazione, ricavano in uscita l'informazione emessa in trasmissione.

Per la loro grande lunghezza d'onda, le onde radio non vengono fermate nel loro cammino da ostacoli di medie dimensioni, come le case o gli alberi (vengono bloccate però dalle montagne, che costituiscono delle zone d'ombra), e possono essere trasmesse a distanza perché vengono riflesse dagli strati ionizzati dell'atmosfera. I ripetitori intercettano le onde e le reirradiano dopo averle nuovamente amplificate, allo scopo di far arrivare il segnale con una potenza efficace a grandi distanze. Il notevole aumento del traffico radio ha portato all'adozione di ripetitori, posizionati su satelliti geostazionari, che ruotano nello spazio con la stessa velocità della Terra e di conseguenza "vedono" sempre la stessa area geografica.

Le frequenze utilizzate per le radiocomunicazioni (v. tab. 22.1) sono comprese tra 3 kHz e 300 GHz e all'interno di questo spettro sono ulteriormente divise in bande: le onde a bassa frequenza (Low Frequency, LF), vanno da 30 a 300 kHz e sono usate principalmente per applicazioni quali la navigazione aerea o navale; le onde medie (Medium Frequency, MF), da 300 kHz a 3 MHz sono usate per la radiodiffusione a modulazione di ampiezza; le onde corte (High Frequency, HF) da 3 MHz a 30 MHz, sono utilizzate per le telecomunicazioni satellitari; le onde ultracorte (Very High Frequency, VHF), di frequenze comprese tra 30 MHz e 300 MHz, e le microonde (Ultra High Frequency, UHF) sono usate per la trasmissione radiofonica, televisiva, per le trasmissioni da mezzi mobili e per i radar.

Le frequenze di lavoro relative ai vari servizi radio vengono scelte nell'ambito di intervalli di frequenza (o bande) che vengono definite in sede internazionale, in modo da evitare il più possibile interferenze o sovrapposizioni.