La comunicazione

essere indotta e trasportata su grandi distanze attraverso dei fili.

Successivamente ci fu l’invenzione del telegrafo elettrico di Morse per poi

arrivare all’invenzione del telefono di Meucci in cui il segnale vocale veniva

trasformato in segnale elettrico, importanti furono le invenzione di Hertz per

quanto riguarda la scoperta delle onde elettromagnetiche e la propagazione

nell’etere di segnali elettrici che portarono all’invenzione della radio da parte

di Marconi che diminuì le distanze oceaniche tra America ed Europa. Notevoli

ed importanti furono anche le scoperte nel campo della cinematografia che

portarono ad un nuovo modo di comunicare.

Infine un notevole contributo nel ventesimo secolo fu dato dalle due grandi

guerre che alimentarono e sovvenzionarono le nuove scoperte,fino ad arrivare

attorno agli anni ‘60,in piena guerra fredda, all’invenzione del computer e

successivamente allo sviluppo del più grande strumento di comunicazione e

cioè Internet.

ELETTRONICA

A partire dai primi anni del novecento si cercò di comunicare non più

utilizzando dei fili ma sfruttando la propagazione delle onde

elettromagnetiche via etere. In quegli anni infatti Guglielmo Marconi sulla

base degli esperimenti condotti da Maxwell e da Hertz riuscì a creare un

dispositivo,che prese il nome di radio, capace di trasmettere onde

elettromagnetiche attraverso un’antenna, e di riceverle in un altro punto.

Evento che rivoluzionò in quel periodo il modo di comunicare giocando anche

un ruolo fondamentale durane le grandi guerre. Essendo quindi l’antenna

l’elemento fondamentale della trasmissione via etere risulta importante capire

il suo funzionamento.

L’ANTENNA

L’antenna è un dispositivo capace di irradiare e captare onde

elettromagnetiche di conseguenza si può comportare sia da trasmettitore che

da ricevitore. In particolare l’antenna prende anche il nome di trasduttore

perché dato il segnale elettrico,che riceve dall’alimentatore, lo converte in

onde elettromagnetiche,poi queste onde vengono captate da antenne riceventi

che ritrasformano le onde in segnale elettrico. Inoltre grazie al principio di

reciprocità,principio fondamentale dell’elettromagnetismo,un’antenna si può

comportare sia da trasmittente che da ricevente.

Di fondamentale importanza per lo studio delle antenne reali e il radiatore

isotropo,cioè un’antenna ideale puntiforme che irradia energia con uguale

intensità in tutte le direzioni. Inoltre per lo studio delle antenne vengono

utilizzati anche dei grafici tridimensionale che prendono il nome di solidi di

radiazione che illustrano i punti di irradiazione dell’antenna ,anche se poi per

semplicità questi grafici vengono sostituiti da diagrammi di radiazione

ottenuti sezionando il solido con due piani ortogonali.

PARAMETRI DELL’ANTENNA

- La direttività D di un’antenna è il rapporto tra la densità di potenza

Smax prodotta nella direzione di massima irradiazione e la densità di

potenza Sr prodotta a distanza r nella stessa direzione: D=Smax/Sr

- Il guadagno G di un’antenna è legato alla direttività perché anche

questo paramento si considera nel punto di massima irradiazione quindi

risulta ad un punto t: G=smax/St

- L’efficienza di un’antenna viene considerata perché come in tutti i

dispositivi anche nelle antenne si hanno delle perdite. Infatti

considerando la potenza di trasmissione Pt si può notare come sia

diversa dalla potenza di alimentazione Pa perché c’è stata una perdita

Pp di potenza,quindi risulta Pa=Pt+Pp,di qui dividendo tutto per Pa si

ottiene il rapporto Pt/Pa che si indica con ‘e’ e prende il nome di

efficienza o rendimento.

- La resistenza di irradiazione di un’antenna dissipa parte della potenza

irradiata e viene indicata con Rr=Pt/I 2

Inoltre lungo una generica direzione di propagazione r i campi elettrico e

magnetico che compongono il campo di radiazione risultano normali sia tra

µ ε

loro sia alla direzione r e sono legati dalla relazioneE/H=η= o/ o

In cui η risulta essere l’impedenza caratteristica dello spazio che coincide con

quella del vuoto e vale 377 Ω.

ANTENNA POSTA SUL SUOLO

Un campo elettromagnetico irradiato da un’antenna posta sul suolo subisce

notevoli modifiche a causa della forma della terra,infatti l’onda irradiata si

divide in onda diretta e in un’onda che incide il suolo e viene riflessa.

Analizzando questa riflessione si può ipotizzare,facendo riferimento anche ai

principi di ottica,che l’onda riflessa non è altro che l’onda diretta di

un’antenna virtuale posta nel suolo al di sotto di quella reale,che prende il

nome di antenna immagine. Di qui risulta che se l’antenna reale è disposta

verticalmente al suolo allora la corrente è in fase con quella dell’antenna

immagine, viceversa se l’antenna è posta orizzontalmente allora le due

correnti sono fuori fase. Tutto ciò da origine al principiò dell’immagine grazie

al quale l’antenna riesce a trasmettere onde elettromagnetiche utilizzando la

terra come filo di ritorno con il quale si possono risolvere notevoli problemi

riguardante l’istallazione di antenne sul suolo.

ALTEZZA DI UN’ANTENNA

Per calcolare l’altezza di un’antenna o almeno farci un idea di quando

dovrebbe essere grande, la paragoniamo ad una linea aperta cioè una linea che

non è chiusa su nessun carico o che è chiusa su un carico avente impedenza

infinita per cui valgono gli stessi principi:

Z(d)=-jZocotg(βd)

Dove la distanza d in questo caso risulta essere proprio la distanza tra carico e

generatore quindi uguale all’altezza dell’antenna:

Z(d)=-jZocotg(βh)

In cui Zo si annulla per h=λ/4 n (con n dispari)

Imponiamo quindi h=λ/4 in cui λ(lunghezza d’onda) è uguale al rapporto tra

c(velocità della luce) ed f(frequenza). λ=c/f



Quindi l’altezza dipende da λ che tanto è più piccola quando è più è grande la

frequenza,per avere un’antenna piccola bisogna trasmettere ad alte frequenze

e non a caso le antenne trasmettono con frequenze nell’ordine dei Mhz e Ghz

TIPI DI ANTENNE

La prima antenna fu inventata da hertz seguito da Marconi ed oggi tra le più

importanti troviamo quella a cortina di dipoli che è una tipologia di quella

hertziana e l’antenna yagi:

Il dipolo hertziano è costituito da un conduttore rettilineo di lunghezza l con

gli estremi aperti ed è alimentato al centro da un generatore di tensione,il

quale genera un corrente che si propaga con velocità u lungo il dipolo.

Questo dipolo paragonato ad una linea aperta presenta in corrispondenza

degli estremi,essendo la corrente nulla,dei nodi di corrente e dei ventri di

tensione per cui si ha una riflessione totale che da origine ad un regime

stazionario. Inoltre il dipolo hertziano si comporta in modo tale da avere

un’impedenza che dipende dalla frequenza, di qui risulta che se la frequenza è

tale che in corrispondenza del generatore l’impedenza si annulla,la corrente è

massima(condizione di risonanza serie) e il dipolo irradia il massimo campo

elettromagnetico.

Il dipolo marconicano detto anche dipolo in quarto d’onda deriva da quello

hertziano e presenta un solo conduttore verticale con l’estremo superiore

aperto ed alimentato tra l’estremo inferiore e il suolo,proprio per questo sfrutta

il principio dell’immagine.

Assimilando anche questo dipolo ad una linea aperta anch’essa presenta in un

generico punto a distanza d dall’estremo superiore un’impedenza d’ingresso

puramente reattiva mentre affinché nell’antenna si possa stabilire un regime

stazionario di risonanza serie,cioè punto in cui viene irradiato il massimo

campo magnetico,l’impedenza dell’estremo inferiore cioè del generatore deve

essere nulla(nodo di corrente ventre di tensione).

La cortina di dipoli è un’antenna direttiva costituita da un allineamento

parallelo di dipoli in cui ciascuno di essi è sostituito da un allineamento

collineare di dipoli.

In particolare i dipoli vengono alimentati in modo che le correnti che li

percorrono siano tra loro in fase e della stessa ampiezza,però visto che la fase

della tensione lungo una linea aperta si inverte ogni λ/2 ,per alimentare i dipoli

con la stessa intensità e con la stessa fase gli attacchi tra i dipoli e la linea

sono invertiti ogni λ/2:

La linea è alimentata al centro per ridurre al minimo la distanza tra il punto di

alimentazione e l’ultimo dipolo. Inoltre dato n il numero di dipoli complessivi

che compone la cortina,si può dimostrare che il guadagno G di questo tipo di

antenna è circa 2n volte quello di un dipolo hertziano.

L’antenna Yagi-uda: quando si vuole puntare l’antenna direttamente verso il

trasmettitore conviene utilizzare antenne direttive sia sul piano orizzontale che

sul piano verticale,un dispositivo con queste caratteristiche è proprio

l’antenna yagi. Queste antenne sono le più diffuse in tutto il mondo e sono

utilizzate maggiormente per la ricezione dei segnali televisivi. Gli elementi

essenziali sono:il dipolo che può essere sia λ/2 che ripiegato,il riflettore che si

trova dietro al dipolo e poi vi sono i direttori davanti al dipolo.

Il dipolo viene dimensionato affinché lavori su una certa frequenza e la

resistenza di irradiazione può dipendere sia dalla distanza degli elementi

associati,sia dal rapporto tra lunghezza e diametro del materiale usato. Il

riflettore è l’elemento parasita(non viene eccitato direttamente) più lungo è

posto parallelo al radiatore ed ha il compito di riflettere il segnale a

radiofrequenza emesso dal dipolo nella direzione dello stesso al fine di

convogliate in avanti la massima intensità del segnale. Il direttore invece è

l’elemento parassita più corto ed è posizionato parallelamente al dipolo e

provoca una reazione tale da dirigere il segnale a radiofrequenza nella

direzione del dipolo, in questo modo il lobo isotropico del dipolo si sposta in

avanti in modo tale che l’angolo d’irradiazione si a di circa 180°.

SISTEMI

Dopo l’avvento dei primi calcolatori e in particolare con la nascita negli anni

settanta del personal computer nacque anche l’esigenza di collegare queste

macchine e di metterle in comunicazione. L’iniziativa fu presa dal

dipartimento di difesa statunitense(in piena guerra fredda) per scopi militari

nacque cosi la prima rete l’arpanet che dopo fu utilizzata dall’università per i

suoi studi,quindi a livello civile, mentre ne fu costruita una nuova(Milnet) per

la difesa. Insieme alla nascita delle prime reti nacque anche la prima raccolta

di protocolli per regolare il trasferimento dei pacchetti, Internet Protocol

Suite, che verte a sua volta su altri due protocolli primari, il Transmission

Control Protocol (tcp) e l’Internet Protocol (ip). Tutti i protocolli che

nacquero successivamente furono riuniti tutti sotto un unico documento o

standard chiamato IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers).

TIPOLOGIE DI RETE

Oggi esistono una grande varietà di tipi di rete anche se le più importanti e

quelle più utilizzate sono:

- LAN(Local Area Network) è una rete locale in cui sono collegati tra di

loro in modo cablato :computer,periferiche come le stampanti e vari

dispositivi di interconnessione. La grandezza di questa rete non

raggiunge quasi mai il raggio di un chilometro e proprio per le sue

dimensioni contenute favorisce la trasmissione dei dati in tempi molto

rapidi infatti si può raggiungere la velocità di 100 Mbps e in alcuni casi

particolari anche 1Gbps. Una condizione importante di questa rete è che

non attraversi il suolo pubblico. Per quanto riguarda i tipi di cavi

utilizzati per realizzare la rete la scelta cade quasi sempre sui cavi

ethernet che sono cavi Utp di categoria 5.

- WAN(Wide Area Network) è classificata come una rete geografica che

viene generalmente utilizzata per connettere più reti locali dando

origine ad una rete di vastissime dimensione infatti un esempio di

questo tipo di rete è dato da internet che riunisce in se reti private, reti

pubbliche e aziendali. Inizialmente questi tipo di rete era formata in

modo cablata però con la diffusione dei satelliti il collegamento tra reti