Campi elettromagnetici - Campi elettromagnetici ad alta frequenza

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Campi elettromagnetici ad alta frequenza

Le principali sorgenti artificiali nell´ambiente di campi elettromagnetici (cem) ad alta frequenza (RF), ossia con frequenze tra i 100 kHz e i 300 GHz, comprendenti cem a radio frequenze (100 kHz - 300 MHz) e microonde (300 MHz - 300 GHz), sono gli impianti per radiotelecomunicazione.

Tale denominazione raggruppa diverse tipologie di apparati tecnologici:

Impianti per la telefonia mobile o cellulare, o stazioni radio base (SRB)

Impianti di diffusione radiotelevisiva (RTV: radio e televisioni)

Ponti radio (impianti di collegamento per telefonia fissa e mobile e radiotelevisivi)

Radar.

In generale un impianto per radiotelecomunicazione, sia esso radiotelevisivo, per telefonia mobile, radar o ponte radio, è dato dall´insieme delle apparecchiature che permettono la diffusione o il trasferimento di segnali attraverso onde elettromagnetiche ad una determinata frequenza o range di frequenza (MHz) e con una determinata potenza (Watt).
Tali apparecchiature sono di norma costituite da un apparato ricevente (ricevitore), da un apparato trasmittente (trasmettitore), dal sistema radiante (trasduttore), composto da elementi radianti (antenne trasmittenti) e dai sistema di collegamento tra le varie antenne e di alimentazione dal trasmettitore.
In sostanza, per svolgere la loro funzione, gli impianti per radiotelecomunicazione devono emettere verso l´esterno, con la massima efficienza, l´energia elettromagnetica generata e amplificata dal trasmettitore; questa emissione avviene attraverso apparati trasduttori composti da dispositivi (antenne) che operano la trasformazione di un segnale elettrico in energia elettromagnetica irradiata nello spazio libero.
Una delle caratteristiche principali degli impianti per radiotelecomunicazione, da cui dipende l´entità dei campi elettromagnetici generati, è infatti la potenza in ingresso al connettore d´antenna del sistema radiante, che si misura in Watt e relativi multipli e sottomultipli (di norma dai milliwatt - mW ai chilowatt - kW).
Un´altra proprietà importante di tali apparati è il guadagno (espresso in dBi o dBm), che misura la capacità del sistema di concentrare la potenza elettromagnetica emessa in una determinata direzione. Il guadagno si esprime per confronto tra l´antenna considerata e un´antenna di riferimento, generalmente un´antenna isotropa (cioè che irradia in modo uguale in tutte le direzioni ), ed in tal caso si esprime in dBi, oppure un dipolo a mezz´onda, in tal caso il guadagno si esprime in dBm. Di norma il guadagno si misura nella direzione di massimo irraggiamento.
Dalla potenza in ingresso al connettore d´antenna al netto delle perdite (es. cavo di alimentazione) e dal guadagno dipende l´entità della potenza massima irradiata (ERP).
I diagrammi d´irradiazione orizzontale e verticale rappresentano la distribuzione dell´energia elettromagnetica emessa lungo i piani orizzontale e verticale.
La trasmissione può essere di tipo broadcasting oppure di tipo direttivo: nel primo caso l´antenna deve diffondere il segnale su aree abbastanza vaste per raggiungere il maggior numero di utenti possibile, mentre nel secondo le antenne costituiscono un ponte radio, cioè un collegamento tra due punti posti in visibilità ottica tra di loro.
Sono un esempio di impianti broadcasting i sistemi di diffusione radiotelevisiva e le stazioni radio base, che sostanzialmente differiscono per le potenze impiegate e quindi per le aree di territorio coperte: i primi hanno spesso potenze superiori al kW e, a seconda della loro quota di installazione, coprono bacini di utenza che interessano anche più province, mentre le SRB impiegano potenze di decine di Watt e di solito interessano aree di qualche chilometro.

Tecnologie emergenti

Attualmente nel panorama delle radiotelecomunicazioni si sta assistendo ad una forte evoluzione tecnologica dei sistemi di diffusione dei segnali, con lo sviluppo di tecniche di trasmissione sempre più avanzate, di tipo digitale, che permettono un´offerta sempre più ampia e diversificata di servizi (multimediali e interattivi) agli utenti, dovendo trasmettere una grande mole di informazioni tra loro eterogenee e garantire al tempo stesso un´elevata efficienza dei servizi offerti.
La rapida trasformazione, tuttora in essere, delle reti di radiotelecomunicazione ha riguardato sia le reti di telefonia mobile, con l´entrata sul mercato, in via di consolidamento, del sistema cellulare multimediale di terza generazione UMTS, sia la rete per la diffusione dei segnali radiotelevisivi, con la transizione dalla trasmissione analogica a quella digitale e quindi la comparsa dei primi sistemi di diffusione in tecnica digitale sonora (DAB: Digital Audio Broadcasting) e televisiva (DVB: Digital Video Broadcasting).
In particolare, nel settore dell´emittenza radio e televisiva, lo stesso Ministero delle Comunicazioni sta incentivando la conversione degli impianti esistenti da analogico a digitale. L´evoluzione tecnologica assume il carattere di un percorso obbligato, le cui scadenze sono fissate da provvedimenti legislativi: dal 1 gennaio 2004 ha preso ufficialmente il via in Italia la sperimentazione del servizio di televisione digitale terrestre, con la prospettiva del completamento, entro il 31 dicembre 2006, del passaggio da analogico a digitale e quindi l´abbandono delle trasmissioni in tecnica analogica. Attualmente si è quindi in un periodo di transizione, caratterizzato dalla coesistenza di trasmissioni sia in tecnica analogica che in tecnica digitale.
I nuovi sistemi di diffusione in tecnica digitale dovrebbero garantire un minor impatto ambientale, dal momento che le potenze utilizzate per questo tipo di trasmissione risultano inferiori a quelle tradizionalmente usate per le trasmissioni in tecnica analogica.
Un discorso parallelo riguarda l´evoluzione delle reti di telefonia mobile. L´affermazione del sistema di nuova generazione UMTS prevede l´installazione di un elevato numero di impianti, maggiore rispetto alle SRB con tecnologia GSM-DCS , ma, come per la televisione digitale, potenze di trasmissione in gioco inferiori rispetto a quelle attualmente in uso.
Un´ulteriore evoluzione tecnologica è rappresentata dall´avvio del sistema DVB-H che integra le reti della telefonia cellulare e del broadcasting televisivo.
Sempre maggior importanza assumono inoltre i sistemi di tipo Wireless come le reti punto-multipunto per la telefonia mobile, i sistemi di connessione radio Wi-Fi (Wireless Fidelity) e Wi-Max.