Si può comunicare… (via radio) …senza inquinare

1. Si può comunicare… (via radio)…senza inquinare Classe 4^BST – Liceo Scientifico Tecnologico dell’I.T.I.S. Italo Calvino di Genova Sestri Ponente I.T.I.S. Italo Calvino, via Borzoli 21, 16153 Genova Sestri Ponente Tel. 010-6504672, Fax 010-6504241, e-mail: istituto@calvino.ge.it

2. Indice • Obiettivo • Origine del progetto • L’esperimento • Teoria • L’esperimento sul Monte Gazzo • Risultati ottenuti • Conclusioni • Ringraziamenti • Fotografie

3. Obiettivo Dimostrare che in alcuni casi si può comunicare via radio usando potenze bassissime che sono irrisorie per l’inquinamento.

4. Origine del progetto - La nostra scuola, in collaborazione con altre e con il Corso di Studi in Ingegneria delle Telecomunicazioni dell’Università di Genova, sta sviluppando un’attività didattica rivolta a rendere i temi relativi alle trasmissioni via radio accessibili agli alunni delle scuole superiori di diversi ordinamenti. - Consultando il documento: Le Trasmissioni via Radio (http://www.calvino.ge.it/fisicaeradio/txradio.doc) e il multimedia: Le Radiocomunicazioni alla Portata di Tutti(http://www.iscra.net/multimedia/index.htm) ci siamo chiesti… …perché non realizzare un esperimento sulle trasmissioni?

5. L’esperimento - Lo scopo dell’esperimento è stato quello di: - misurare la sensibilità di un moderno radioricevitore; - verificare sperimentalmente il legame fra la potenza trasmessa e quella ricevuta in condizioni di spazio libero; - calcolare la potenza minima da trasmettere per ricevere a distanza nota (2 km) un segnale ben udibile e sperimentare il collegamento; - dimostrare quindi che è possibile comunicare a distanza anche con potenze molto basse.

6. Ricevitore FM Generatore di segnali radio Quanto è sensibile un radioricevitore? - Abbiamo collegato un ricevitore FM alla frequenza di 433 MHz a un generatore di segnali a radiofrequenza di potenza regolabile: - Siamo riusciti a sentire un suono “pulito” con una potenza PR = 10-11,4 mW = 4 10-15 W (bassissima!) curiosità, abbiamo imparato a usare i dB: –114 dBm = 10-11,4 mW (strani per noi, ma facili)

7. Il sistema di radiotrasmissione Misuratore di potenza RX (analizzatore di spettro) 13 m di cavo Sostituito successivamente dal ricevitore FM Antenna (Area equivalente: 0.76 m2) Postazione ricevente (M. Gazzo) distanza r = 1800 m Postazione trasmittente (ITIS Calvino) Antenna (Guadagno: 20) Sostituito successivamente dal generatore di segnali a radiofrequenza a bassa potenza Misuratore di potenza TX (wattmetro) Trasmettitore 433 MHz 4 W 7 m di cavo

8. Il comportamento dei cavi - In un cavo la potenza di uscita PO è minore e proporzionale a quella d’ingresso PI, cioè: PO = K PI, quindi K = PO/PI. - Applicando all’ingresso del cavo di 7 m una potenza PI = 4,7 W abbiamo misurato PO = 3,3 W, quindi il cavo della postazione trasmittente ha K1 = 3,3 / 4,7 = 0,70. - Applicando all’ingresso del cavo di 13 m una potenza PI = 4,7 W abbiamo misurato PO = 2,65 W, quindi il cavo della postazione ricevente ha K2 = 2,65 / 4,7 = 0,56.

9. La teoria prima dell’esperimento - Il giorno dell’esperimento, il trasmettitore dava: Ptx = 3,9 W - La potenza all’antenna trasmittente doveva valere (per colpa dei 7 m di cavo): Pt = K1 Ptx = 0,7 3,9 = 2,73 W - Avendo l’antenna guadagno G = 20, se fosse isotropica irradierebbe una potenza equivalente: EIRP = G Pt = 20  2,73 = 54,6 W - Alla distanza r = 1800 m, la potenza sarebbe distribuita su una sfera di area A = 4 p r2 = 4  p  18002 = 40,7  106 m2 - La densità di potenza varrebbe: S = EIRP / A = 54,6 / (40,7  106) = 1,34 10-6 W - L’antenna ricevente, di area equivalente Ar = 0,76 m2 catturerebbe Pr = Ar  S = 0,76  1,34 10-6 = 1,02  10-6 W - Al ricevitore giungerebbe (per colpa dei 13 metri di cavo): Prx = K2 Pr = 0,56 1,02  10-6 = 0,57  10-6 W

10. L’esperimento sul Monte Gazzo - Ci rechiamo sul Monte Gazzo, l’istituto è bene in vista e lo spazio sembra libero. Lo confermano anche i nostri professori, che hanno fatto qualche rilevamento più approfondito. - Dall’ITIS Calvino si trasmette Ptx = 3,9 W - Sul Monte Gazzo si riceve Prx = 10-3,2 mW = 0,63 10-6 W Ottimo risultato! (dai calcoli teorici si prevedevano 0,57  10-6 W). Abbiamo a che fare con onde! Ci dicono… …riflessioni, diffrazioni, interferenza possono alterare i risultati, nelle telecomunicazioni soddisfa già un’incertezza di un fattore 1,5 o più, ci sono poi gli errori degli strumenti…).

11. Quanta potenza per comunicare? -Trasmettendo 3,9 W abbiamo ricevuto una potenza enormemente più grande di quella minima necessaria: ben 0,63 10-6 W CONTRO soli 4 10-15 W - Con quale potenza minima si potrebbe trasmettere? Applichiamo la proporzione: Ptx: Prx = Ptx minima: Prx minima cioè: 3,9 : 0,63  10-6= Ptx minima: 4 10-15 ricaviamo: Ptx minima= 3,9 4 10-15/ 0,63  10-6= 25  10-9 W si potrebbe comunicare con un trasmettitore che eroga solo: 25 miliardesimi di watt! Sarà vero?…

12. Proviamo a trasmettere con 25 nW -Sorpresi dal risultato precedente, sostituiamo: - al trasmettitore il generatore di segnali a radiofrequenza (che permette di fornire potenze molto basse) - all’analizzatore di spettro il radioricevitore FM. - Chiediamo agli operatori del Calvino di abbassare la potenza: con 25 nW erogati dal trasmettitorericeviamo bene l’audio! (con 15 nW il segnale è ancora percepibile nel rumore)

13. Si puo comunicare… …senza inquinare! - 25 miliardesimi di watt con un’antenna di guadagno 20 equivalgono a: 500 miliardesimi (mezzo milionesimo) di watt EIRP - Sfidiamo a trovare un punto in cui si superano 0,1 W/m2 di densità di potenza (limite legale dei famosi 6 volt/metro)… …qualcuno ha trovato 0,63 mm? Attenzione, l’antenna non è un puntino, nelle sue vicinanze certe formule non valgono più! in questo caso possiamo dormire tranquilli… anche con l’antenna sotto il cuscino!

14. Conclusioni -Noi alunni di un liceo ci siamo avvicinati al mondo delle telecomunicazioni (imparando anche ad usare il decibel!). - Abbiamo visto e apprezzato alcuni legami fra scienza e tecnologia, ma soprattutto… …abbiamo visto come si può comunicare (anche a ragionevole distanza) senza inquinare, acquisendo una visione più razionale dei problemi dell’elettrosmog.

15. Sviluppi futuri -Il lavoro svolto si è basato prevalentemente su aspetti energetici (conservazione dell’energia…). - Nel prossimo anno siamo interessati ad approfondire il tema dell’elettromagnetismo e delle onde.

16. Ringraziamenti Ringraziamo: - I nostri docenti Prof. Giuseppe Olivieri e Prof.ssa Marina Ravera, per averci seguito nell’organizzazione e nella parte scientifica del lavoro. - I Proff. di Telecomunicazioni dell’I.T.I. Alessandro Iscra e Claudio Novelli, per averci illustrato il funzionamento di strumenti tipicamente usati dagli allievi tecnici. Un particolare ringraziamento lo rivolgiamo alla Prof.ssa Maria Teresa Quaglini, autrice dei documenti consultati, che ci ha raggiunti da Voghera (PV) per aiutarci a svolgere le prove.

17. Fotografie

18. Eravamo qui! Il Monte Gazzo visto dall’I.T.I.S. Calvino

19. L’I.T.I.S. Calvino è qui L’I.T.I.S. Calvino visto dal Monte Gazzo

20. Monte Gazzo Il piazzale sul M. Gazzo I.T.I.S. Calvino I due punti collegati