Comprendere le tecnologie RF - Radiofrequenza

Le prese elettriche di una casa forniscono una tensione o una corrente che aumenta e diminuisce nel tempo. La velocità con cui la corrente sale e scende è chiamata frequenza. La frequenza descrive quante volte al secondo la corrente attraversa un ciclo completo di salita e discesa prima di tornare al suo livello originale. Il numero di cicli al secondo viene misurato in unità di Hertz. Ad esempio, se in un secondo la corrente attraversa quattro cicli completi, la frequenza è di quattro Hertz. Ad esempio, negli Stati Uniti la frequenza dell'alimentazione AC nelle prese a muro è normalmente di 60 Hz, il che significa che la corrente completa 60 cicli in 1 secondo.

Campi elettromagnetici generati dalla corrente alternata

Qualsiasi corrente alternata che si muove attraverso un conduttore, come un filo o un'antenna, genera anche un campo elettromagnetico che si propaga verso l'esterno nello spazio. A frequenze molto basse, come i 60 Hz AC nelle prese a muro, questo campo elettromagnetico non è particolarmente forte e non si estende molto lontano.

Tre usi generali della RF

Esistono tre usi generali della RF. La prima categoria di applicazioni RF riguarda il riscaldamento di oggetti. Ciò include sia i forni a microonde che le applicazioni industriali e mediche.

Un'altra area di utilizzo della radiofrequenza è il rilevamento di oggetti. Qui, la radiofrequenza viene trasmessa, e le caratteristiche della RF ricevuta forniscono informazioni sugli oggetti incontrati.

Il più noto è il trasferimento di informazioni. Tra i primi utilizzi della radiofrequenza per il trasferimento di informazioni sotto forma di suoni e immagini vi sono le trasmissioni radiofoniche e televisive. Le proprietà della RF abilitano le moderne tecnologie di trasmissione dati come Wi-Fi, voce e dati cellulari e Bluetooth. Inoltre, la capacità di trasmettere informazioni nello spazio è estremamente importante per le applicazioni satellitari, tra cui il GPS.

Utilizzo della RF per riscaldare oggetti

I forni a microonde utilizzano qualcosa chiamato “magnetron” per creare RF a una frequenza di circa due gigahertz e mezzo. Si trova nella stessa gamma di frequenze comunemente utilizzata da Wi-Fi e Bluetooth. La RF penetra quindi negli alimenti o nei liquidi e fa vibrare le molecole, in particolare l'acqua, creando calore. Quando si utilizza la radiofrequenza per riscaldare alimenti in un forno a microonde, è necessario evitare di avere oggetti metallici nel forno perché il metallo può trasformare la RF irradiata prodotta dal magnetron in RF condotta. Le correnti risultanti nel metallo possono provocare scintille o incendi.

Oltre a riscaldare il cibo avanzato, la radiofrequenza viene utilizzata anche per il riscaldamento in applicazioni industriali, come la pastorizzazione del latte, ed è presente anche in alcuni ambiti medici, che vanno dalla distruzione delle cellule cancerose a vari trattamenti cosmetici.

Rilevamento di oggetti mediante RF

Il radar è un esempio di come gli oggetti possano essere rilevati utilizzando le radiofrequenze. Esistono diverse applicazioni radar, come il rilevamento di aerei o navi, o la misurazione della velocità di un veicolo o di una palla da baseball. Un altro esempio di utilizzo della RF per il rilevamento sono i body scanner che hanno ampiamente sostituito i metal detector negli aeroporti. Anche alcuni tipi di sensori di movimento negli allarmi o in altri sistemi utilizzano la RF. Un utilizzo meno noto della radiofrequenza per finalità di rilevamento è quello definito misure dei materiali. La radiofrequenza consente di definire, in modo non distruttivo, determinate proprietà dei materiali, come ad esempio nei tessuti umani con la verifica di un eventuale cancro al seno o negli alberi per la presenza di marciume e termiti.

Trasferimento di informazioni tramite radiofrequenza

L'uso più comune della radiofrequenza nel mondo moderno è il trasferimento di informazioni senza fili o “over the air”. Per trasferire informazioni tramite RF, è necessario modificare una o più proprietà del campo elettromagnetico generato, e questo processo è chiamato modulazione.

Il modo più semplice per cambiare qualcosa sul campo irradiato è semplicemente attivarlo e disattivarlo, ed è essenzialmente così che funziona il codice Morse. Attivazione della RF per un breve periodo di tempo per un punto e un tempo più lungo per un trattino. Il passo successivo rispetto a questo approccio “on-off” è la modulazione d’ampiezza (AM), in cui l'intensità della RF viene modificata per trasmettere informazioni. Nella modulazione di frequenza (FM), la frequenza della RF irradiata viene modificata in base alle informazioni da inviare.

Sia AM che FM vengono utilizzate principalmente per la modulazione analogica come le trasmissioni radio. Per inviare informazioni digitali sono necessari schemi di modulazione più complicati, che spesso modificano contemporaneamente sia l'ampiezza che la fase, o lo spostamento di frequenza, della RF.

Spiegazione delle frequenze RF

La definizione di RF copre una gamma molto ampia di frequenze, ma la frequenza specifica utilizzata è in gran parte basata sull'applicazione.

Quando si abbassa la frequenza accadono due cose. Innanzitutto, i campi irradiati si propagano, ovvero percorrono distanze maggiori. In secondo luogo, i segnali a bassa frequenza tendono anche a penetrare o attraversare gli oggetti più facilmente. È vero il contrario per le frequenze più alte. La radio AM utilizza frequenze nell'ordine dei 100 kHz e la radio FM utilizza frequenze intorno ai 100 MHz perché questi segnali, a frequenza relativamente bassa, possono viaggiare per molti chilometri ed essere ricevuti all'interno di case o aziende.

Il Wi-Fi è a 2,4 o 5 gigahertz e queste frequenze sono da 25 a 50 volte superiori a quelle di AM o FM. Uno dei motivi per utilizzare queste frequenze molto più alte è che i segnali Wi-Fi non devono necessariamente viaggiare troppo lontano: un punto di accesso è essenzialmente rumore o interferenza per i punti di accesso di tutti gli altri. I segnali Wi-Fi non si estendono molto oltre le abitazioni o le aziende.

Nella maggior parte del mondo, il diritto di utilizzare una determinata frequenza o gamma di frequenze è stabilito da un governo o da un'agenzia di regolamentazione. Negli Stati Uniti questa è la Federal Communications Commission o FCC. L'acquisizione della “licenza” per l'uso di determinate frequenze richiede spesso una tariffa e il costo può essere piuttosto consistente. Gli operatori di rete cellulare, ad esempio, pagano miliardi di dollari per il diritto esclusivo di utilizzare determinate frequenze.

Sicurezza RF

L'energia irradiata, come i raggi X, i raggi gamma e i raggi UV o ultravioletti, sono le cosiddette radiazioni ionizzanti. Ionizzante significa che questa energia può rompere atomi o molecole, incluso il DNA, e può essere una causa diretta di alcune forme di cancro e di altri problemi di salute.

La RF è una radiazione non ionizzante, che non rompe atomi o molecole. Ciò non significa che la RF sia completamente innocua. La radiofrequenza può creare riscaldamento e, a livelli molto elevati, può causare danni ai tessuti. Tuttavia, queste non sono prove certe o conclusive che la radiofrequenza rappresenti un pericolo significativo per gli esseri viventi a livelli di potenza comuni o in circostanze “normali”. I trasmettitori ad alta potenza richiedono tuttavia cautela e le linee guida normative e di settore devono essere seguite quando si tratta di esposizione alle radiofrequenze.