Risoluzione Compito di Telecomunicazioni – fila 1
1) Nella propagazione delle o.e.m. nello spazio libero la potenza acquisita da un’antenna ricevente vale:
Ove l = c / f ( l = lunghezza d’onda, c = velocità della luce)
Sapendo che l’antenna trasmittente ha guadagno GT = 3,1 e l’o.e.m. emessa ha frequenza
f = 98MHz e potenza PT = 150W, determinare la potenza acquisita PR dall’antenna ricevente avente guadagno GR = 3,3 quando la distanza l è uguale a 1,5Km e 3Km.
Risoluzione:
Alla distanza l = 1,5Km. la potenza ricevuta vale:
Raddoppiando la distanza, la potenza ricevuta di riduce di un fattore 4 per cui alla distanza di 3Km si ha: PR = 10µW.
2) Descrivere i fenomeni di riflessione, rifrazione e diffusione nella propagazione delle o.e.m. nel caso di propagazione in ambiente reale evidenziando eventuali vantaggi e svantaggi.
Nella riflessione il raggio incidente la superficie di discontinuità tra due materiali ad indice di rifrazione differente genera un raggio riflesso con angolo di riflessione uguale a quello di incidenza. Un’onda e.m. è riflessa dal suolo, da un ostacolo metallico, dalla troposfera e ionosfera consentendo la trasmissione a grande distanza che la propagazione diretta impedisce.
Nella rifrazione parte del raggio incidente la superficie di separazione di due mezzi con indice di rifrazione differente prosegue nell’altro mezzo con un angolo α2 che rispetta la legge di Snell:
n1*senα1 = n2*senα2
Spesso la rifrazione è un fenomeno indesiderato che disperde, pertanto, parte della potenza dell’onda incidente.
La diffusione è un fenomeno analogo alla diffrazione ed è dovuto alla presenza di inomogeneità nella struttura dell’atmosfera come, ad esempio, pulviscolo atmosferico, variazioni termiche, particelle di vapore acqueo, turbolenze atmosferiche, temporali, ecc. Tutto ciò produce una variazione locale dell’indice di rifrazione dell’atmosfera che provoca deviazioni casuali nella direzione di propagazione delle onde elettromagnetiche;
3) Elencare le costanti caratteristiche primarie di una linea di trasmissione motivando la loro presenza.
Le costanti primarie di una linea di trasmissione:
· Resistenza elettrica R per unità di lunghezza che dipende dal tipo di materiale, dalle dimensioni geometriche del filo, dalla temperatura e dalla frequenza. Quest’ultimo parametro interviene alle alte frequenze con il cosiddetto effetto pelle (skin effect) a causa del quale la corrente nel conduttore tende ad addensarsi sulla superficie del conduttore stesso.
· Induttanza L per unità di lunghezza che tiene conto dei fenomeni di auto e mutua induzione dei conduttori in corrente alternata. Dipende dalle caratteristiche geometriche della linea, dall’intensità di corrente, dalla frequenza e dal numero di conduttori all’interno della guaina.
· Conduttanza G per unità di lunghezza che rappresenta la conduttanza esistente tra i due conduttori della linea e dipende dalla natura dell’isolante, dalla distanza tra i conduttori e dalla frequenza di esercizio.
· C è la capacità parassita esistente tra i due conduttori metallici e l’isolante interposto che funge da dielettrico. Dipende dalla distanza tra i conduttori, dalla natura del dielettrico e dalla frequenza di lavoro.
4) Definisci il coefficiente di riflessione ed il regime di onde stazionarie.
Si definisce coefficiente di riflessione di tensione sul
carico, il rapporto: 
ove Vr e Vf sono, rispettivamente la tensione riflessa e la tensione diretta.
Si stabilisce il regime di onde stazionarie quando Vr è diverso da zero, quando, cioè, il carico non ha lo stesso valore dell’impedenza caratteristica della linea Zo.
Nel regime di onde stazionarie l’onda riflessa Vr si sovrappone all’onda diretta Vf e si dirige in direzione opposta. Vi sono punti della linea in cui Vr e Vf sono in fase e quindi le ampiezze si sommano, vi sono altri punti in cui Vr e Vf sono in opposizione di fase e quindi si sottraggono. In tal modo l’ampiezza dell’onda lungo la linea non è costante ma varia tra un valore minimo ed un valore massimo.
Risoluzione Compito di Telecomunicazioni – fila 2
1) Nella propagazione delle o.e.m. nello spazio libero la potenza acquisita da un’antenna ricevente vale:
Ove l = c / f ( l = lunghezza d’onda, c = velocità della luce)
Sapendo che l’antenna trasmittente ha guadagno GT = 3,2 e l’o.e.m. emessa ha frequenza
f = 102MHz e potenza PT = 250W, determinare la potenza acquisita PR dall’antenna ricevente avente guadagno GR = 3,4 quando la distanza l è uguale a 2,5Km e 5Km.
Risoluzione:
Alla distanza l = 2,5Km. la potenza ricevuta vale:
Raddoppiando la distanza la potenza ricevuta di riduce di un fattore 4 per cui alla distanza di 5Km si ha: PR = 6µW.
2) Descrivere la costituzione fisica delle principali linee di trasmissione: linea bifilare e cavo coassiale.
Le linee di trasmissione sono i classici sistemi di collegamento impiegati per trasferire energia elettrica tra due apparati distinti.
Sono fondamentalmente costituite da due fili conduttori isolati fra loro.
Nel campo delle trasmissioni dati riveste particolare importanza il cavo telefonico e quello coassiale.
Il primo, denominato doppino telefonico, è costituito da due conduttori di rame elettrolitico puro al 99% intrecciati ad elica con diametro compreso tra 0.4 mm e 1.3 mm isolati tra loro con carta o polietilene e inseriti in una guaina di plastica protettiva. Può essere sia schermato (STP – Shielded Twisted Pair) che non schermato (UTP – Unshielded Twisted Pair). Spesso entro la stessa guaina sono inseriti più doppini (fino a 2400 coppie).
Il cavo coassiale è costituito da due conduttori: uno interno, di rame detto “anima”, l’altro più esterno realizzato con filo intrecciato e denominato “calza”.
Quest’ultima, tra l’altro, svolge un'efficace azione schermante contro l’induzione di disturbi dell’ambiente esterno entro il conduttore centrale.
I due conduttori, anima e calza metallica, sono separati da un isolante costituito da un tubetto di materiale polivinilico. Il tutto è racchiuso in una guaina protettiva isolante. I cavi coassiali sono ampiamente utilizzati nei collegamenti d’antenna per TV, nelle reti di computer e nelle reti telefoniche e dati. Le dimensioni geometriche d (diametro esterno del conduttore interno) e D (diametro interno del conduttore esterno) caratterizzano il tipo di cavo. Ovviamente i coassiali con dimensioni maggiori presentano una più elevata banda passante.
3) Definisci l’impedenza caratteristica Zo e la costante di propagazione t di una linea di trasmissione enfatizzando sulla loro importanza.
L’impedenza caratteristica Zo e la costante di propagazione sono definite come costanti secondarie di una linea di trasmissione.
L’impedenza caratteristica è quella vista dal generatore elettrico quando viene collegato alla linea. Il rapporto tra la tensione e la corrente in qualsiasi punto della linea è costante e vale:
Zo, quindi, dipende dalle costanti primarie della linea. Per le frequenze in gioco, generalmente si ha: R<<ωL e G<<ωC per cui Zo assume un valore puramente resistivo pari a:
La costante di propagazione t è adimensionale e vale:
La costante di propagazione è un numero complesso che si pone nella forma: g = a + jb
La costante a è detta costante di attenuazione ed indica l’attenuazione per unità di lunghezza che subisce il segnale sinusoidale nel percorrere la linea e si misura in Np/m o in dB/m oppure in Np/Km o in dB/Km.
La costante di fase b rappresenta lo sfasamento del segnale sinusoidale, per unità di lunghezza, lungo la linea e si misura, normalmente in rad/m oppure in rad/Km.
Quando un segnale si propaga lungo una linea subisce sia un’attenuazione che uno sfasamento dipendenti dalla frequenza. Se il segnale di ingresso non è perfettamente sinusoidale si può scomporre nella somma di segnali sinusoidali (sviluppo in serie di Fourier) ed applicare ad ogni armonica le relazioni precedenti. Ogni componente armonica sarà caratterizzata da una propria velocità di propagazione e da una propria attenuazione. Ciò produce una deformazione nella forma del segnale in ricezione sul carico. In altre parole si dice che il segnale sul carico risulta distorto sia in ampiezza che in fase. Pertanto, affinché non vi siano distorsioni di ampiezza e fase lungo la linea la costante di attenuazione a e la velocità di propagazione v = w/b devono essere indipendente dalla frequenza. Pertanto, la costante di fase b deve variare linearmente con la frequenza. Ciò accade se è verificata la seguente relazione di non distorsione o di Heaviside: 1+jwL/R = 1+jwC/G ovvero: RC = LG.
4) Fornisci la definizione ROS ed il legame col coefficiente di riflessione.
Il ROS è il rapporto di onde stazionarie ed è definito nel seguente modo:
Ove Vmax e Vmin sono, rispettivamente la tensione massima e minima lungo la linea.
Il suo legame col coefficiente di riflessione è espresso dalla formula:
Quando il coefficiente di riflessione vale 0 (linea adattata) il ROS vale 1 e quindi Vmax=Vmin, cioè l’ampiezza della tensione sinusoidale lungo la linea è costante.
Se, invece, il coefficiente di riflessione vale 1 (linea aperta o in cortocircuito) il ROS vale ∞ e quindi Vmin=0 e, di conseguenza, Vmax = 2 VM ove VM è l’ampiezza dell’onda diretta.