Storia
Un collegamento a microonde è un sistema di comunicazione che utilizza un fascio di onde radio nella gamma di frequenze a microonde per trasmettere informazioni tra due posizioni fisse sulla terra. Sono fondamentali per molte forme di comunicazione e hanno un impatto su un’ampia gamma di settori. Le emittenti utilizzano collegamenti a microonde per inviare programmi dallo studio alla posizione del trasmettitore, che potrebbe essere miglia di distanza. I collegamenti a microonde trasportano chiamate telefoniche cellulari tra i siti di celle. I fornitori di servizi Internet wireless utilizzano i collegamenti a microonde per fornire ai propri clienti l’accesso a Internet ad alta velocità senza la necessità di connessioni via cavo. Le compagnie telefoniche trasmettono chiamate tra centri di commutazione su collegamenti a microonde, anche se abbastanza recentemente sono stati in gran parte soppiantati dai cavi in fibra ottica. Le aziende e le agenzie governative li utilizzano per fornire reti di comunicazione tra strutture vicine all’interno di un’organizzazione, ad esempio un’azienda con diversi edifici all’interno di una città.
Uno dei motivi per cui i collegamenti a microonde sono così adattabili è che sono a banda larga. Ciò significa che possono spostare grandi quantità di informazioni ad alta velocità. Un’altra importante qualità dei collegamenti a microonde è che non richiedono attrezzature o strutture tra i due punti terminali, quindi l’installazione di un collegamento a microonde è spesso più veloce e meno costosa di una connessione via cavo. Infine, possono essere utilizzati quasi ovunque, purché la distanza da percorrere sia all’interno del raggio d’azione dell’apparecchiatura e vi sia un percorso chiaro (cioè senza ostacoli solidi) tra le posizioni. Le microonde sono anche in grado di penetrare pioggia, nebbia e neve, il che significa che il maltempo non interrompe la trasmissione.
Un semplice collegamento a microonde unidirezionale include quattro elementi principali: un trasmettitore, un ricevitore, linee di trasmissione e antenne. Questi componenti di base esistono in ogni sistema di comunicazione radio, inclusi telefoni cellulari, radio a due vie, reti wireless e trasmissioni commerciali. Ma la tecnologia utilizzata nei collegamenti a microonde differisce notevolmente da quella utilizzata alle frequenze più basse (lunghezze d’onda più lunghe) nello spettro radio. Tecniche e componenti che funzionano bene alle basse frequenze non sono utilizzabili alle frequenze più alte (lunghezze d’onda più corte) utilizzate nei collegamenti a microonde. Ad esempio, fili e cavi ordinari funzionano male come conduttori di segnali a microonde. D’altra parte, le frequenze a microonde consentono agli ingegneri di sfruttare determinati principi che non sono pratici da applicare a frequenze più basse. Un esempio è l’uso di un’antenna parabolica o “piatto” per mettere a fuoco un raggio radio a microonde. Tali antenne possono essere progettate per funzionare a frequenze molto più basse, ma sarebbero troppo grandi per essere economiche per la maggior parte degli scopi.
In un collegamento a microonde il trasmettitore produce un segnale a microonde che trasporta le informazioni da comunicare. Tali informazioni—l’input-possono essere qualsiasi cosa in grado di essere inviata per via elettronica, come una telefonata, programmi televisivi o radiofonici, testo, immagini in movimento o fisse, pagine web o una combinazione di tali media.
Il trasmettitore ha due compiti fondamentali: generare energia a microonde alla frequenza e al livello di potenza richiesti e modularla con il segnale di ingresso in modo che trasmetta informazioni significative. La modulazione si ottiene variando alcune caratteristiche dell’energia in risposta all’ingresso del trasmettitore. Lampeggiare una luce per trasmettere un messaggio in codice Morse è un esempio di modulazione. Le diverse lunghezze dei lampi (punti e trattini) e gli intervalli di oscurità tra di loro trasmettono le informazioni, in questo caso un messaggio di testo.
La seconda parte integrante di un collegamento a microonde è una linea di trasmissione. Questa linea trasporta il segnale dal trasmettitore all’antenna e, all’estremità ricevente del collegamento, dall’antenna al ricevitore. Nell’ingegneria elettrica, una linea di trasmissione è tutto ciò che conduce corrente da un punto all’altro. Il cavo della lampada, le linee elettriche, i cavi telefonici e il cavo dell’altoparlante sono linee di trasmissione comuni. Ma alle frequenze delle microonde, quei media indeboliscono eccessivamente il segnale. Al loro posto, gli ingegneri usano cavi coassiali e, in particolare, tubi cavi chiamati guide d’onda.
La terza parte del sistema a microonde sono le antenne. All’estremità di trasmissione, l’antenna emette il segnale a microonde dalla linea di trasmissione nello spazio libero. “Spazio libero” è il termine dell’ingegnere elettrico per il vuoto o vuoto tra le antenne trasmittenti e riceventi. Non è la stessa cosa di “l’atmosfera”, perché l’aria non è necessaria per qualsiasi tipo di trasmissione radio (motivo per cui la radio funziona nel vuoto dello spazio esterno). Nel sito del ricevitore, un’antenna puntata verso la stazione trasmittente raccoglie l’energia del segnale e la immette nella linea di trasmissione per l’elaborazione da parte del ricevitore.
Le antenne utilizzate nei collegamenti a microonde sono altamente direzionali, il che significa che concentrano strettamente l’energia trasmessa e ricevono energia principalmente da una direzione specifica. Ciò contrasta con le antenne utilizzate in molti altri sistemi di comunicazione, come la trasmissione. Dirigendo l’energia del trasmettitore dove è necessaria-verso il ricevitore-e concentrando il segnale ricevuto, questa caratteristica delle antenne a microonde consente la comunicazione su lunghe distanze utilizzando piccole quantità di potenza.
Tra le antenne del collegamento si trova un altro elemento vitale del collegamento a microonde: il percorso intrapreso dal segnale attraverso l’atmosfera terrestre. Un percorso chiaro è fondamentale per il successo del collegamento a microonde. Poiché le microonde viaggiano in linee essenzialmente rette, gli ostacoli artificiali (compresa la possibile costruzione futura) che potrebbero bloccare il segnale devono essere superati da strutture di antenne alte o evitati del tutto. Esistono anche ostacoli naturali. Il terreno pianeggiante può creare riflessi indesiderati, le precipitazioni possono assorbire o disperdere parte dell’energia delle microonde e l’emergere di fogliame in primavera può indebolire un segnale marginalmente forte, che era stato adeguato quando gli alberi erano nudi in inverno. Gli ingegneri devono tenere conto di tutti i problemi esistenti e potenziali durante la progettazione di un collegamento a microonde.
Alla fine del collegamento è il componente finale, il ricevitore. Qui, le informazioni dal segnale a microonde vengono estratte e rese disponibili nella sua forma originale. Per fare ciò, il ricevitore deve demodulare il segnale per separare le informazioni dall’energia a microonde che lo trasporta. Il ricevitore deve essere in grado di rilevare quantità molto piccole di energia a microonde, perché il segnale perde gran parte della sua forza durante il suo viaggio.
L’intero processo avviene vicino alla velocità della luce, quindi la trasmissione è praticamente istantanea anche su lunghe distanze. Con tutti i loro vantaggi, i collegamenti a microonde sono certi di essere importanti elementi costitutivi dell’infrastruttura di comunicazione mondiale per gli anni a venire.
Link Block Diagram
Questo diagramma proviene da un sistema di collegamento a microonde serie NEC 500 (circa 1983) e mostra un percorso di blocco dell’apparecchiatura. Il blocco “direzione di ritorno” è il contrario di quello dettagliato nel diagramma principale.
Normativa e licenze
Ogni paese ha un requisito variabile per la licenza dei collegamenti radio a microonde. Nella maggior parte dei casi questa licenza si rivolge solo al trasmettitore, ma nello stesso caso, offre protezione normativa a qualsiasi inteferenza che possa influenzare il ricevitore a microonde.
I costi di licenza sono solitamente legati alla dimensione dello spettro occupato dal segnale del trasmettitore – e sono spesso direttamente influenzati da alcuni dei costi di locazione dello spettro realizzati dal regolatore locale, ad esempio FCC, ACMA, PTT ecc.
Sicurezza delle radiazioni a microonde
Un aspetto di sicurezza delle radiazioni EMR a microonde è anche definito da standard e linee guida, e spesso le zone di “esclusione” dell’esposizione umana esistono intorno alla parte anteriore delle antenne a microonde, delle trombe e delle antenne dielettriche. La sicurezza del personale deve essere considerata anche attorno alle estremità aperte della guida d’onda e agli interruttori a guida d’onda con porte non terminate. Fare riferimento ad altro materiale al GHN sulla sicurezza EMR.
Trattare la sicurezza delle radiazioni a microonde in modo conservativo è sempre prudente, non guardare mai la guida d’onda aperta, non stare mai di fronte a un’antenna a microonde.
Pianificazione della frequenza
Nei vecchi sistemi di collegamento radio a microonde Frequency Division Multiplex (FDM), solo una singola coppia di frequenze è stata assegnata all’intera rete di collegamento, con una disposizione di isolamento di polarizzazione alternata da stazioni più distanti nella rete. Ciò significava che in una singola stazione ripetitrice a microonde, i trasmettitori link operano sulla stessa frequenza, ma con antenne puntate in direzioni diverse e con polarizzazione opposta dell’antenna.
La stessa logica di pianificazione delle frequenze si applica ancora ai moderni collegamenti radio digitali a microonde, con un occhio attento alla larghezza di banda / designatore di “emissione”. La pianificazione della frequenza può anche avere restrizioni da parte del Regolatore (FCC / ACMA / Ofcom / PTT), quindi è necessaria un’ampia consultazione prima di eventuali impegni.
Pianificazione del collegamento radio a microonde
La progettazione e la costruzione di una rete di collegamento radio a microonde si basa su una serie di fattori. Questi includono:
- Distanza tra i terminali radio a microonde;
- Proprietà del terreno, ad esempio corpi idrici, scogliere, foreste, neve;
- Frequenza di funzionamento, spesso governata da costi di licenza, disponibilità di frequenza, distanze pianificate e persino suscettibilità allo sbiadimento della pioggia;
- Gestione delle interferenze al ricevitore di collegamento a microonde. Generalmente gestito assegnando una coppia di frequenze chiare dal Regolatore, ma per le bande di frequenza “vendute all’asta” o con delega, ad esempio comunicazioni di difesa e grandi vettori, questa diventa la responsabilità di gestione del licenziatario/proprietario della banda;
- Dissolvenza, la dispersione e l’multipath distorsione;
- Dimensioni delle antenne, linea di trasmissione di proprietà, la necessità di torri e antenne, e per un alto guadagno antenne – anche la stabilità (inclinare e torsionale proprietà) di supporto montante deve essere progettato per evitare che il fascio di antenna da mis-diretto a causa del vento o ghiaccio sulla struttura;
- Gestione dell’umidità all’interno esterni guide d’onda;
- la Gestione delle apparecchiature, potenza e sicurezza, allarmi, controllo remoto di commutazione e l’ordine di filo sistemi.
- Consiglio, il Governo Locale, FAA, la CASA e lo sviluppo della comunità autorizzazioni direttivo visive e dello spazio aereo controllato intrusioni;
- i Costi di attrezzature e di analisi costi / benefici, incluse le attrezzature di manutenzione;
- Satellite collegamenti di comunicazione sono altresì classificati come ponti radio, ma data la loro scarsa esposizione agli agenti atmosferici, questi tipi di forno a microonde collegamenti possono operare al minimo fade margini, cioè avere il minimo contingenza del livello di segnale ricevuto punti di forza;
- Disponibilità di attrezzature, ricambi, manutenzione, apparecchiature di prova e personale qualificato;
- Transiti solari per ricevitori di collegamento a microonde rivolti verso gli orizzonti orientali o occidentali. Il problema qui è che il” rumore del sole “spesso travolgerà i ricevitori a microonde a banda larga, generando quella che viene chiamata “interruzione del transito del sole”. Stesso affare per i collegamenti di comunicazione via satellite pure.
Produttori di apparecchiature di collegamento a microonde
In nessun ordine specifico, questi includono:
- – NEC
- Ericsson
- Nokia
- – Marelli
- – Marconi
- GT&E
- – GE
- – Phillips
- – Rohde & Schwartz
- – Kuhne
- – Codan
- – Alcatel
- Fujitsu
- Siemens
- – ATI
- – Hughes