Propagazione elettromagnetica guidata Vol.1

È noto che un tipo fondamentale di trasmissione di informazioni a distanza è il radiocollegamento, che utilizza la propagazione libera del campo eletromagnetico. Uno dei suoi principali vantaggi materiali è la sua configurazione trasmettitore-ricevitore, che consente la realizzazione di collegamenti in altri modi impossibili (ad esempio, tra mezzi in movimento); — semplicità di installazione (si pensi, ad esempio, a ponti radio in regioni montuose o dal clima particolarmente ostile). D'altra parte, il radiocollegamento presenta anche svantaggi, tra cui, ad esempio: inquinamento elettromagnetico (interferenza attiva e passiva); rendimento in potenza estremamente basso (la maggior parte della potenza irradiata non è utilizzata). Ad esempio, un lobo principale a metà potenza di 2,5° alla distanza di 50 km copre un'area di circa 15 km², mentre un tipico valore dell'area della superficie di un'antenna ricevente è 3m²; — forte dipendenza dalle condizioni della tratta, alcune delle quali non controllabili (ad esempio, pioggia). Da ciò discende l'opportunità, in molti casi, di cercare di convogliare il campo elettromagnetico dal trasmettitore al ricevitore. Dalla teoria dei potenziali si deduce che utilizzando sorgenti di dimensioni finite non si può evitare di irradiare in tutte le direzioni (fenomeno della diffrazione). Lo stesso dicasi per l'imposizione di condizioni al contorno al finito, cioè di disomogeneità del mezzo, che sono equivalenti a sorgenti addizionali, come è noto dalla trattazione delle correnti di polarizzazione. L'unico modo per obbligare il campo a propagarsi in una direzione ben determinata e nel contempo per confinarlo in una zona di estensione limitata in senso trasversale alla direzione di propagazione consiste nell'imporre condizioni al contorno lungo tutto il percorso dell'onda elettromagnetica. Ciò si realizza utilizzando opportune strutture costituite da più di un mezzo materiale (uno o più dielettrici e uno o più conduttori, oppure due o più dielettrici). Nasce così l'idea della propagazione guidata del campo, contrapposta a quella libera e, nella sua accezione più generale, il concetto di guida d'onda. La propagazione guidata rappresenta uno degli aspetti essenziali dell'elettromagnetismo, in quanto costituisce il fondamento di tutti i sistemi di comunicazioni elettriche su portante fisica. La schematizzazione più semplice per descrivere la propagazione guidata consiste nell'introdurre il concetto di struttura cilindrica. Nei casi in cui ambedue le tecniche trasmissive, propagazione libera e propagazione guidata, sono utilizzabili, la scelta di impiegare per un certo servizio di telecomunicazioni l'una o l'altra dipende da molti fattori, in gran parte legati alle considerazioni che sono appena state fatte. A questo proposito, non vi sono regole generali, ma caso per caso vengono valutati molti aspetti, tra cui in particolare quello economico. Si può dire che per i grandi sistemi di telecomunicazione spesso, per motivi di sicurezza ed efficienza, si utilizzano in parallelo ambedue le tecniche.