Nell’ambiente reale, alla presenza dell’atmosfera, come avviene per
la luce anche le radiofrequenze sono rifratte e diffuse
dalle variazioni dell’indice di rifrazione, indipendentemente
dal fatto che siano
modulate con tecniche digitali o analogiche.
L’indice di rifrazione, nell’atmosfera, dipende dalla temperatura,
pressione e umidità atmosferica. In particolare, per i collegamenti radio
terrestri, l’indice di rifrazione dipende dai fenomeni meteorologici
troposferici. Qualsiasi stagione dell’anno influenza con diverse anomalie
il percorso delle onde elettromagnetiche.
Le variazioni dell’indice di rifrazione distribuite con strutture
spaziali e temporali assai complesse causano variazioni al raggio di
curvatura del raggio elettromagnetico e rapide fluttuazioni del segnale
ricevuto (dovute alla composizione dei contributi di campo ricevuto
con fase casuale)1.
Normalmente la temperatura diminuisce mano a mano che ci si allontana
dalla superficie terrestre. In particolari condizioni meteorologiche,
avviene il contrario, si ha un inversione termica, in altre parole esiste
uno strato verticale più o meno ampio dove l’aria fredda sale verso
l’alto. L’onda elettromagnetica, a causa del cambio di segno dell’indice
di rifrazione diverge, raggiungendo distanze oltre la visibilità
ottica. Quando l’inversione termica e’ in quota, si forma un condotto dove
il raggio può allontanarsi di centinaia di km oltre l’orizzonte. Questo
tipo d’anomalia prende il nome di superrifrazione2.
Il fenomeno
avviene per una piccola percentuale di tempo annua, a particolari
latitudini. Di solito si riscontra nei mari freddi, in periodo estivo
ed in mancanza assoluta di ventilazione.
Nei collegamenti del tipo punto-punto (ponti radio) la presenza della
superrifrazione è dannosa e determina un fuori servizio, poiché
il segnale non si trova più nel ricevitore voluto, ma prende strade
indesiderate. Per eliminare il problema occorre ridurre la distanza del
collegamento.
In base alla frequenza utilizzata, alla lunghezza del collegamento, al
tipo di modulazione scelta e, cosa più importante, alla zona climatica
è possibile conoscere a priori, su base statistica, la percentuale di
fuori servizio dovuta alla presenza di condotti.
Ad ogni nuova applicazione delle onde elettromagnetiche,
dalle onde lunghissime d’inizio novecento alle attuali microonde è sempre
stata necessaria la sperimentazione sul campo al fine di ricavare modelli
matematici e rilievi sperimentali corrispondenti per definire l’andamento
statistico nel tempo di vari indici (gradiente di rifrattività, indice
troposferico, ecc.) in ogni parte del pianeta.
Tutt’altra cosa è un servizio di telefonia mobile o radioteleviso
broadcasting che deve funzionare correttamente indipendentemente dalle
bizzarrie atmosferiche.
Le dimensioni dell’area d’utenza, la potenza trasmessa e l’angolo
d’irradiazione dell’antenna sono progettate in modo che il segnale
ricevuto sul lato utente risenta il meno possibile delle condizioni
climatiche.
Eventuali sporadiche formazioni di condotti che irradiassero il segnale
al di fuori della fascia d’utenza, non avrebbero nessun’utilità pratica
data la casualità del fenomeno.
Per quanto riguarda la telefonia mobile, in appendice di una mia
risposta,
(http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=8088)
scrissi che:
“La presenza dell’atmosfera con tutte le sue implicazioni climatiche, a
seconda del valore della frequenza trasmessa e dell’angolo di radiazione
dell’antenna, fanno sì che lo spazio libero reale perda le caratteristiche
d’omogeneità, normalità e isotropia.”
Nel caso particolare della telefonia mobile GSM, poiché la massima
distanza di collegamento, tra cellulare e Stazione Radio Base è di
30 km, qualsiasi sporadica anomalia della propagazione perde di
significato
(http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=8437)
Conclusi che:
“Nel caso particolare delle frequenze utilizzate per la telefonia 900 e
1800 Mhz, in assenza di riflessioni e ostacoli assorbenti cioè in completa
visibilità ottica, possiamo considerare, senza commettere grossi errori,
lo spazio reale come spazio vuoto. ”
Note
1) Questi fenomeni sono evidenti per le frequenze dove sono richiesti
collegamenti in linea retta cioè in visibilità ottica. Ciò avviene per
frequenze maggiori di un centinaio di Mhz. Invece gli effetti delle
precipitazioni atmosferiche, pioggia o neve, sono visibili in pratica
alle frequenze maggiori di 10GHz. L’anomalia della propagazione causate
dalla Ionosfera si manifesta per frequenze inferiori di 50-30 Mhz.
In pratica nelle bande UHF e SHF le anomalie di propagazione riguardano
solamente la troposfera.
2)La superrifrazione è una delle tante anomalie di propagazione dovute
all’atmosfera. Sono presenti anche fenomeni diffondenti, dove il segnale
si divide con diversi raggi oltre l’orizzonte, e fenomeni assorbenti
dove il segnale è attenuato.