Il motivo dei 2.4 GHz: due parole

[Blade2011]

Non voglio dire una parola definitiva, non mi spetta, ma qualche cosa di più
sulle frequenze sì.
Visto che sono anche stato tacciato di scrivere solo per raggiungere 80
messaggi per il mercatino (!?) apro un thread nuovo per questo: siamo
o non siamo nella sezione principianti?

Veniamo alla propagazione e alle differenze, prese ad esempio, tra i
27-29 MHz e i 2.4 GHz.

Il fisico direbbe che l’attenuazione di un segnale radio (che poi sono fotoni)
per un’antenna ideale isotropa e puntiforme con efficienza 1 è pari al quadrato
della distanza tra sorgente Pt e ricevente Pr.
Lui parla di sole energie, per le quali ci sarebbe il cubo nella densità di segnale,
e nulla lascia al problema del rapporto segnale rumore (SNR) e ad altri
particolari non teorici.
Il rapporto S/N è il rapporto tra il segnale utile e quello indesiderato.

Belle parole che non convincono però l’ingegnere.
Intanto occorre dire che l’efficienza di trasmissione dipende dall’antenna
che ideale non lo è mai.
A 27-29 MHz per avvicinarsi alla perfezione occorrerebbe un dipolo
verticale a ʎ = 1, ovvero 10-11 metri.
Impossibile specie per il modello che vola.
Le migliori trasmittenti usano un circuito accordato (caricato in gergo) a ʎ/8;
una bella perdita.
Si consideri anche che un semi dipolo (Marconiano) richiede una terra perfetta
alla sua estremità.
Alle basse frequenze (27 MHz) il corpo del modellista ha una impedenza tale
da non farla ritenere una terra vera e propria.
Peggio che mai il ricevitore che vola.
Nel caso della banda 2.4 GHz bastano 6-7 centimetri per ottenere un semi
dipolo perfetto e la massa, terra, la si ottiene bene visto che il corpo umano
è quasi trasparente al segnale accoppiato.
Si consideri che le perdite si misurano in scala logaritmica ( dB ) e quindi
fattori di centinaia o migliaia di volte sono normali.

Attenuazioni.
Qui la cosa si complica, l’attenuazione di un segnale dipende dal
rapporto ostacolo / ʎ.
Un segnale con ʎ di 11 metri è attenuato centinaia di volte meno di
uno con ʎ di 12 centimetri ad esempio da un muro.
Ne sa qualcosa chi ha un modem router WiFi (banda 2.4) che passa
i muri (male) ma non i solai in CA.

E’ lo stesso problema dei satelliti che si “perdono” , intendo come segnale, alla
prima pioggia.
Qui oltre al problema della trasparenza del mezzo subentra il coefficiente
di assorbimento del mezzo stesso ma non andiamo troppo lontano, non
serve a nulla e mi taccereste di essere uno che vuol fare il primo della classe.

Diciamo che più si sale in frequenza e più grandi sono le rogne in
caso di ostacolo.
L’altra faccia della medaglia sono le riflessioni per cui è normale che, in
un sistema naturale, le altissime frequenze trovino una via a furia di
rimbalzi (riflessioni), verso il ricevitore.
Questo è impossibile alle basse frequenze e
questo è il motivo per cui funzionano i cellulari.
Non scordiamoci che la polarizzazione (piano di oscillazione del campo EB )
degli elementi rtx è fondamentale.
Mentre alle alte frequenze le riflessioni annullano il problema alle basse la
rotazione reciproca degli elementi radianti/ riceventi genera una ulteriore
perdita non secondaria.

Rumore
Sia per inquinamento umano che per questioni fisiche il rumore di banda è
molto più alto alle basse frequenze che non alle alte. Prova ne sia che si
è abbandonato la banda bassa per andare verso quella alta e non
solo per ampiezza.
Senza entrare nel merito dell’SNR di certo un
sistema RTX a 2.4 GHz permette diverse decine di dB in più in questo “triste” settore.
L’uso poi del frequency hopping, impossibile alle basse frequenze per via della
banda limitata, cancella del tutto il problema.
I telefoni mobili erano partiti dalla banda 416 MHz (Motorola telefoni per auto)
per raggiungere 1.6 GHz dopo essere passati per i 900 MHz.

Conclusione
In pratica un segnale di Pe (RMS)=1W a 27 MHz equivale ad uno di 10 mW
(millesimi di watt) nel campo pratico: non legga un fisico teorico è
roba per “tecnicacci”...
La portata, lungi da essere proporzionale alla frequenza, è legata a problemi
tecnico-pratici.
Più si sale e meglio è.
Occorre non esagerare ovviamente: già la banda 4-5 GHz allo studio per
i nuovi sistemi WiFi sta dando rogne.
E’ un problema di assorbimento dei materiali ma non ne voglio parlare
come già detto.
Credo che il range 1.5-3 GHz sia l’optimum per “noi”.
Se avrò il tempo invierò una foto di un analizzatore di spettro centrato
sulle due bande.
Ne vedrete delle belle.


P.S.
Per Laser: sento di non essere molto amato, vedrai che gli ’80 non li raggiungo…