Le bande radio

Ovvero, le bande,gli usi e le frequenze

Come scritto nell’articolo precedente, analogamente a quanto accade con la luce e i colori che la compongono, anche le onde radio si possono suddividere in diverse bande.
Se per la radiazione luminosa, la suddivisione in colori avviene nel nostro cervello, in base alla sensibilità del nostro occhio alle varie frequenze, la suddivisione in bande radio, viene fatta per convenzione.

L’organismo internazionale responsabile di questa suddivisione in bande si chiama International Communication Union – Radiocommunication sector, o abbreviato ITU-R.
Tale organismo, con sede a Ginevra, in Svizzera, nasce nel 1932 dall’unione tra il CCIR (Comité consultatif international pour la radio) e l’unione internazionale di telegrafia (chiamato anch’esso ITU).

Esistono due modi per suddividere lo spettro radio.
Il modo più arcaico, usato molto a gli albori della radio, è la suddivisione in base alla lunghezza d’onda.
Secondo questo obsoleto modo, abbiamo le onde lunghe (LW long waves), le onde medie (MW medium waves), le conde corte (SW short waves) e le onde ultracorte, questa’ultima definizione veniva usata raramente, in quanto le prime radio trasmettevano con frequenze molto basse e quindi onde più lunghe.

Attualmente, è più comune suddividere lo spettro delle onde radio secondo la frequenza.

ELF (Extremely Low Frequency)

Nelle bande ELF troviamo le risonanze di Shumann a 7,83 Hz, 14,1 Hz, 20,3 Hz…

Da 0 a 30 Hz.
In questa porzione di spettro, possiamo notare, per prima cosa, le risonanze di Schumann, dal nome del fisico che negli anni 50 ne calcolò matematicamente l’esistenza.
Nell’immagine vedete rappresentate le risonanze (le righe orizzontali parallele) in un grafico FFT, dove sull’asse verticale troviamo la frequenza e in orizzontale il tempo, mentre i segnali molto forti in verticale, sono probabilmente scariche elettriche dovute a fulmini e ad altri disturbi.
Le risonanze di Schumann, sono picchi di segnale, dovuti alla ionosfera terrestre, di questo strato dell’atmosfera, importantissimo nel mondo della radio, ne parleremo in un articolo dedicato.
In questa porzione di frequenze si possono quindi osservare diversi fenomeni naturali.
In passato, le frequenze ELF, furono usate per la comunicazione con i sottomarini in profondità, ma la complessità delle antenne necessarie per la trasmissione e la poca efficienza, hanno fatto si che si trovassero altre modalità. 


SLF (Super Low Frequency)

Traliccio dell’alta tensione.
La corrente alternata a 50-60 Hz arriva nelle nostre case ed è quasi ovunque, con essa anche i segnali radio generati dall’elettricità. 

Normalmente le SLF vanno da 30 Hz a 300 Hz.
La costruzione di antenne per la trasmissione di segnali, a queste bassissime frequenze, risulta molto complessa e ingombrante.
Proprio per questo motivo, anche nelle SLF, i segnali artificiali sono rari.
Alcune marine militari usano segnali, in questa banda, per le trasmissioni ai sottomarini in navigazione in acque profonde.
I segnali che però dominano le SLF, sono quelli prodotti dalle reti elettriche.
La corrente alternata, ha una frequenza che varia da 50 Hz (in Europa, Africa e Asia) a 60 Hz (nel Nord America).
A queste frequenze, risaltano anche i disturbi elettrici dei fulmini, i cui picchi di segnali, sono captabili anche a lunga distanza.


ULF (Ultra Low Frequency)

Le ULF, vanno da 300 Hz a 3000 Hz.
Questa banda fu utilizzata da Nikola Tesla per i suoi esperimenti con le onde radio.
I segnali si propagano per alcuni Km nel terreno e queste frequenze furono utilizzate dalla NATO per comunicazioni militari segrete (Earth-mode), oltre che per le comunicazioni radio nelle miniere.
A queste frequenze troviamo un fenomeno affascinante e ancora poco conosciuto.
Prima di alcuni forti terremoti, si generano dei segnali che possono essere captati dai ricevitori, questi impulsi vengono chiamati “SEP” (Seismic Electromagnetic Precursor) e sono studiati da geologi e radioamatori.


VLF (Very Low Frequency)

Uno dei fenomeni che si possono incontrare nelle VLF, i cosiddetti “whistlers”.

Le VLF vanno da 3 kHz a 30 kHz.
In questa interessantissima porzione di frequenze, si possono captare alcuni fenomeni naturali degni di nota come i whistlers, i tweeks, e gli sferics.
Questi impulsi radio sono prodotti dai fulmini e possono attraversare diversi strati della ionosfera e della magnetosfera, viaggiando da un emisfero all’altro del pianeta.
Altro fenomeno è quello dei chorus, prodotto dalle aurore polari.
Le VLF sono anche utilizzate da diversi sistemi di radionavigazione e comunicazione per sottomarini.
Le prime stazioni telegrafiche senza fili, operavano a queste frequenze con enormi antenne.
Questo è il caso della stazione SAQ a Grimeton in Svezia, dichiarata, nel 2004 sito patrimonio dell’umanità dall’UNESCO.
Oggi SAQ trasmette, in codice morse, solo in determinate occasioni speciali, utilizzando l’originale frequenza di 17,2 kHz.
La stazione è aperta al pubblico ed è considerato monumento nazionale.

LF (Low Frequency)

Da 30 kHz a 300 kHz,  le frequenze sono molto utilizzate dai radiofari NDB per la navigazione aerea.
In questa banda troviamo moltissimi altri segnali artificiali.
Tante sono le emittenti broadcast in AM a onde lunghe, come ad esempio BBC radio 4.
Altre stazioni che trasmettono sulle LF, sono le “time signal broadcasts”, usate da radiosveglie ed elettrodomestici per regolare con precisione l’orario.

MF (Medium Frequency)

Da 300 kHz a 3 MHz, troviamo una banda di frequenze affollata da emittenti radio broadcast in AM, come Radio Rai onde medie, BBC, Radio China International ecc ecc…
Alcuni radiofari NDB trasmettono sulle MF, mentre molte sono le stazioni marittime che trasmettono bollettini meteo e avvisi ai naviganti.
Da 1,8 MHz a 2 MHz, troviamo la banda radioamatoriale dei 160 metri, dove i radioamatori, nelle notti invernali, possono effettuare collegamenti tra loro.

HF (High Frequency)

Waterfall di segnali in banda radioamatoriale degli 80 metri, nella parte bassa della banda delle HF

Le HF vanno da 3 MHz a 30 MHz.
Questa banda è l’ultima in cui si può ottenere una propagazione ionosferica soddisfacente, ovvero, sotto i 30 MHz le onde radio si riflettono negli strati più alti dell’atmosfera rimbalzando e riuscendo così a seguire la curvatura terrestre, arrivando quindi a lunghe distanze.
Le trasmissioni sono possibili con antenne e mezzi non troppo complessi.
Queste buone caratteristiche, rendono le HF, frequenze affollate di segnali a lungo raggio.
Dalle comunicazioni radio tra aereo e torre di controllo, durante le lunghe traversate oceaniche, ai servizi meteo aeronautici, udibili da navi e aerei anche se si trovano a grande distanza.
Molte emittenti radio AM trasmettono i loro programmi a tutto il mondo, rendendo possibile il loro ascolto, con mezzi modesti, da una parte all’altra del globo.
Nelle HF, si hanno anche molti messaggi in codice, trasmissioni sconosciute, radar a lungo raggio, comunicazioni militari e di intelligence.
Ci sono ben 8 bande radioamatoriali, affollate da radioamatori che cercano di effettuare collegamenti ad ogni ora del giorno e in ogni momento dell’anno.
Le frequenze più basse vengono usate di notte e nei giorni invernali, mentre le bande a frequenza superiore sono utilizzabili di giorno e nelle giornate estive.
Di questo fenomeno parleremo meglio in un articolo sulla propagazione ionosferica.

VHF (Very High Frequency)

Da 30 MHz a 300 MHz troviamo le VHF.
Come scritto nelle righe riguardanti le HF, oltre i 30 MHz la propagazione ionosferica cessa, il segnale quindi non si riflette più negli strati superiori dell’atmosfera e non è più in grado di aggirare la curvatura terrestre  disperdendosi quindi nello spazio.
Per questo motivo, la portata di queste frequenze è decisamente più bassa, poche decine di Km con un’orizzonte sgombro da ostacoli come montagne e palazzi.
Le VHF sono usate per comunicazioni più locali.
Chi domina queste frequenze, per potenza di segnale, sono i grandi network nazionali e le emittenti radio locali in FM, che affollano uno spazio che va da 87 a 108 MHz.
Da 118 a 136 MHz si trovano le frequenze usate dai controllori degli spazi aerei e dalle torri di controllo per l’aviazione civile.
Nelle VHF troviamo anche altri tipi di segnali come di servizi di sicurezza e di ordine pubblico.
L’ascolto e la divulgazione di queste trasmissioni è vietato in Italia.
Prima dell’avvento del digitale terrestre, alcune reti TV trasmettevano in VHF attraverso ripetitori.
I ripetitori, ricevono un segnale e lo ritrasmettono aumentandone quindi la portata.
Questo sistema è molto usato anche dai radioamatori (nella banda dei 2 metri 144MHz -146MHz) che cercano di agganciare i ponti ripetitori, per poter comunicare a distanze altrimenti irraggiungibili.
Sono presenti anche trasmissioni satellitari a queste frequenze.
Oltre le VHF, non si parla più di onde radio ma di microonde.

UHF (Ultra High Frequency)

Da qui in poi, si parla di microonde e questa banda va da 300 MHz a 3 GHz.
Qui possiamo trovare comunicazioni locali, come per le VHF, il controllo aeronautico militare, e diversi servizi di vario genere.
I telecomandi di cancelli e antifurti trasmettono su queste frequenze, così come il digitale terrestre, alcuni walkie talkie e le vecchie reti GSM dei telefoni cellulari.
Alcune bande sono riservate alle reti domestiche e pubbliche WiFi.
Nelle UHF sono presenti anche 2 bande radioamatoriali e diversi ponti ripetitori.
A  1,420 GHz circa, si trova un particolare fenomeno rilevabile dai radiotelescopi.
Si tratta dell’emissione naturale di un segnale, dovuto a gli atomi di idrogeno neutro di cui l’universo è pieno.
Questo segnale, è un timbro caratteristico presente in tutto l’universo ed è monitorato da molti radiotelescopi e dal SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence). 
A questo dedicherò un articolo nella sezione radioastronomia.
Più si sale di frequenza, più i segnali sono degradati da alcune condizioni atmosferiche, la portata delle trasmissioni quindi, cala sempre di più e non è possibile oltrepassare ostacoli come edifici e colline.

SHF (Super High Frequency)

Da 3 GHz a 30 GHz i segnali iniziano a reagire molto alle condizioni meteo.
La riflessione e l’assorbimento avviene su superfici metalliche o grazie alle gocce di pioggia.
Questo fa si che le frequenze SHF vengano usate per i radar aeronautici e meteorologici.
Diversi radioamatori, trovano le SHF estremamente interessanti e provano ad effettuare collegamenti con diverse condizioni atmosferiche.
A queste frequenze troviamo le reti WLAN e le comunicazioni satellitari.
Le trasmissioni dei dati da, e per le sonde spaziali automatiche, negli angoli più remoti del sistema solare, avvengono a queste frequenze e vengono gestite da un network di gigantesche antenne paraboliche.

EHF (Extremely High Frequency)

Immagine della radiazione cosmica di fondo, rilevabile dai grossi radiotelescopi a centinaia di GHz.
Si tratta di una radiazione termica presente in tutto l’universo, spesso definita come l’eco del Big Bang.

Da 30 GHz a 300 GHz, oltre questa frequenza si entra nel regno degli infrarossi.
Questa banda è usata principalmente dai radiotelescopi che esplorano il cosmo profondo a microonde, alla ricerca di risposte sull’origine dell’universo.

Nei prossimi articoli, esploreremo da più vicino alcuni concetti.
Come si trasmette un segnale radio, la propagazione ionosferica, parleremo dei radioamatori, chi sono e cosa fanno e tanto, tanto altro.


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