{"id":3055,"date":"2011-01-10T00:00:00","date_gmt":"2011-01-09T23:00:00","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"3055","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/3055\/","title":{"rendered":"Vorrei sapere come varia l’attenuazione delle onde EM al variare della frequenza (grafici e\/o formule) nei mezzi:atmosfera (perch\u00e9 per i satelliti si usano frequenze di circa 10GHz?), metalli (l’onda si attenua o \u00e8 riflessa sul metallo o dipende dalla frequenza?), corpo umano (le alte frequenze sono pi\u00f9 penetranti?) e in tutti gli altri mezzi che riuscite a citare."},"content":{"rendered":"

Un’onda elettromagnetica allontanandosi dalla sorgente distribuisce la sua energia in superfici sferiche via via più grandi, e subisce quindi un’attenuazione (puramente geometrica) proporzionale a R2<\/sup> (R è la distanza dalla sorgente). Nel vuoto questo è l’unico tipo di attenuazione, salvo fenomeni di alta energia (raggi gamma cosmici).<\/p>\n

Quando le onde interagiscono con la materia invece possono essere attenuate per scattering e per assorbimento. Questi fenomeni dipendono fortemente dalla frequenza e dalle caratteristiche chimiche e fisiche del mezzo.<\/div>\n

I mezzi propriamente detti per la propagazione delle onde elettromagnetiche sono l’aria e le strutture guidanti: cavi, microstrisce, guide d’onda; gli altri citati (metalli, corpo umano) sono piuttosto ostacoli alla propagazione.<\/p>\n

L’aria è un ottimo mezzo per la tramissione delle onde EM fino alle decine di GHz: a 22 GHz c’è un primo picco di assorbimento del vapore acqueo, a 60 GHz c’è un picco di assorbimento della molecola di ossigeno. Si veda la figura:<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Per le trasmissioni satellitari è stata scelta una frequenza relativamente  alta per avere antenne più compatte (la direttività di un’antenna è legata al rapporto tra le sue dimensioni e la lunghezza d’onda).
\nLa maggiore attenuazione atmosferica rispetto a frequenza più basse è trascurabile perché interviene solo per una piccola parte della tratta: l’atmosfera si fa sempre più rarefatta con l’altitudine; possiamo considerare la sua attenuazione  approssimativamente fino a 10 – 15 km, mentre l’altitudine di un satellite geostazionario è circa 36000 km!<\/p>\n

Strutture guidanti:
\ni cavi coassiali attenuano in modo inversamente proporzionale al diametro; i cavi in aria attenuano meno di quelli con dielettrico. Ad alta frequenza (f>10 GHz) sono più convenienti le guide d’onda.
\nTipiche attenuazioni di cavi coassiali:
\n   0.1 – 1 dB\/m       @   1 GHz
\n   5 – 10  dB\/m       @ 10 GHz<\/p>\n

I metalli, e in generale i conduttori certamente riflettono la maggior parte dell’energia incidente, quella trasmessa invece viene dissipata per effetto Joule in uno spessore individuato dalla skin depth, (d) che dipende fortemente dalla frequenza (f).<\/p>\n

     d = (π f μ σ)-1\/2<\/sup><\/p>\n

Nella  formula  μ  rappresenta  la  permeabilità magnetica e σ  la conduttività;  per il rame  (σ = 5.8e7 Si\/m) si ha a   f  = 1 kHz d = 2.09mm; per f = 1MHz d = 0.07 mm; per f = 1 GHz d=2.09 μm.<\/p>\n

Quindi per le frequenze fino alle VHF\/UHF la profondità di penetrazione diminuisce con la frequenza, perché diminuisce la skin depth, mentre sopra gli ultravioletti aumenta di nuovo perché aumenta l’energia dei fotoni, e diventa sicuramente pericolosa per la salute.<\/p>\n

Per una geometria semplice di un muro molto esteso si può valutare l’attenuazione di un’onda elettromagnetica (una normale parete domestica presenta un’attenuazione tra 7 e 15 dB alle bande della telefonia cellulare), mentre in una configurazione reale i vari ostacoli che si incontrano ad esempio nella propagazione indoor causano riflessioni e diffrazioni di cui è difficile tener conto analiticamente.<\/p>\n

Vi sono applicazioni percui anche l’acqua può essere considerata un mezzo di propagazione delle onde em, ad esempio per le comunicazioni sottomarine; in questo caso l’acqua salata è un buon conduttore e quindi presenta dissipazione con la legge esponenziale della skin depth, bisogna quindi utilizzare frequenze estremamente basse (vedi http:\/\/vialattea.net\/esperti\/php\/risposta.php?num=4270<\/a>)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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