Come calcolare la Fresnel zone nelle trasmissioni radio ?

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L’effetto Fresnel è quell’insieme di fenomeni d’interferenza che sono sempre presenti nelle trasmissioni a radiofrequenza. L’utilizzo di alta frequenza richiede inoltre che le antenne siano a portata ottica e che non vi siano ostacoli d’ogni genere interposti.

Si definisce LOS (Line of Sight) ovvero “linea di visibilità” quella linea ottica diretta e priva di ostacoli tra due punti. Quest’ultima condizione è facilmente verificabile ed, in caso di distanze particolarmente elevate, l’utilizzo di un binocolo costituisce valido aiuto. Gli ostacoli che possono oscurare la LOS possono essere di varia natura:

  • Elementi caratteristici della zona: montagne o colline;
  • Palazzi o altre costruzioni;
  • Piante o boschi;
  • Curvatura terrestre: solo a grandi distanze

In un link radio non basta considerare la sola LOS, parte dell’energia irradiata vi si trova intorno. Si può immaginare questa zona come un ellissoide o un dirigibile il cui asse è la LOS stessa. Questo spazio viene definito come Zona di Fresnel e non dovrebbe mai essere attraversato da oggetti o dagli elementi sopra elencati. Se un oggetto solido come un monte o un palazzo rientra in tale zona, il segnale può essere deviato (per riflessione) e/o attenuato di potenza (per assorbimento o per cammini multipli del segnale). La zona di Fresnel assume dimensioni variabili e dipendenti dalla frequenza e dal percorso del segnale.

L’immagine qui sopra può rappresentare il tipico esempio di zona di Fresnel non libera, sebbene la LOS lo risulti. Fenomeni di diffrazione e riflessione possono deviare parte del segnale originale. Siccome queste riflessioni non sono mai in fase, il segnale può risultare attenuato in potenza o annullato completamente (tipico nei fenomeni di cammini multipli). Anche la presenza di piante attenua il segnale.

Da queste considerazioni si intuisce che antenne a “visibilità ottica” diretta non garantiscono in teoria l’efficienza di un link radio. Prove pratiche “sul campo” hanno però evidenziato che è sufficiente avere il 60% del raggio massimo della zona di Fresnel libera da occlusioni per avere un link efficiente ed in particolare, il 60% per la modulazione DSSS e l’80% per la FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum.

Il calcolo della zona di Fresnel è usato per dimensionare la posizione in altezza di antenne. In caso di particolari occlusioni, è bene optare nel cambio di posizione dell’antenna in modo tale d’aver almeno il 60% del raggio massimo di tale zona libero. Vediamo come eseguire il calcolo della zona di Fresnel in un determinato punto.

R =17.3 *sqrt((d1*d2)/(f*(d1+d2)))

Dove:
R: Raggio della zona di Fresnel espresso in metri
d1, d2: Distanza dell’ostacolo dalle antenne espressa in metri
f: Frequenza segnale espressa in Mhz

Per esempio la zona di Fresnel a metà di un link radio di 2 km, che trasmette a 2.437GHz (802.11b channel 6) è:
R=17.31*sqrt((1000*1000)/(2437*2000)) pari a 7.84 m

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Ultimo aggiornamento: 8 Giugno 2018