Le microonde sono una parte delle onde radio, non una famiglia fisica separata. Entrambe sono onde elettromagnetiche. I confini del termine microonde dipendono dalla convenzione: si usa spesso circa 300 MHz–300 GHz, oppure un limite inferiore vicino a 1 GHz.
1. Campi elettrici e magnetici
Una radiazione propagante ha componenti elettriche e magnetiche. Nel modello di onda piana ideale nel vuoto, i campi sono trasversali alla propagazione. Vicino all’antenna e nelle strutture guidate le relazioni possono essere differenti.
Radio e microonde indicano regioni e impieghi dello spettro, non fonti fondamentalmente diverse di energia. Antenne e circuiti devono comunque essere progettati per le frequenze richieste.
2. Stessa velocità nel vuoto
c = 299 792 458 m/s, circa 300 000 km/s. Una frequenza maggiore non rende l’onda più veloce nel vuoto. Vale λ = c/f.
| Frequenza | Lunghezza d’onda libera approssimata |
|---|---|
| 100 MHz | 3 m. |
| 2,4 GHz | 12,5 cm. |
| 10 GHz | 3 cm. |
| 60 GHz | 5 mm. |
Nei materiali la propagazione dipende dalle loro proprietà. In una guida d’onda distingui velocità di fase e di gruppo. Una velocità di fase superiore a c in un modello non significa trasmissione di informazione più veloce della luce.
3. Riflessione, rifrazione, diffrazione e interferenza
Le leggi di base sono comuni, ma il risultato varia con lunghezza d’onda, polarizzazione, materiale e geometria. Lo stesso oggetto può essere elettricamente piccolo a una frequenza e grande a un’altra.
Il rame non riflette sempre esattamente il 99% in qualunque condizione. Conducibilità, spessore, incidenza e superficie influiscono. Frequenza bassa non equivale a capacità di attraversare qualsiasi muro.
Una riflessione può produrre un percorso utile oppure, combinata con altri, un minimo del segnale. La risposta del ricevitore dipende anche da banda e trattamento del multipath.
4. Perdite di percorso e del mezzo
Nel modello di spazio libero la potenza si distribuisce geometricamente; l’assorbimento del mezzo è un meccanismo aggiuntivo. Blocchi, riflessioni e disadattamento di polarizzazione contribuiscono a un percorso reale.
Con guadagni delle antenne fissi, LFS = 20 log10(4πr/λ). Se invece si fissa l’apertura fisica, il guadagno può cambiare con la frequenza. Specifica il criterio del confronto.
L’assorbimento dell’ossigeno vicino a 60 GHz non è lo stesso fenomeno dell’effetto ionosferico sui collegamenti HF. Nome della banda e frequenza da soli non stabiliscono una distanza massima universale.
5. Trasporto di informazioni tramite modulazione
Ampiezza, fase o frequenza possono essere modificate per rappresentare dati. Tecniche analogiche e digitali sono impiegate in più bande; FM e Wi-Fi non seguono leggi elettromagnetiche differenti.
La frequenza è espressa in Hz, la potenza in W o in una scala riferita come dBm, e il flusso dati in bit/s. Una portante a 2,4 GHz non equivale a 2,4 Gbit/s.
Fotoni, ionizzazione e riscaldamento
L’energia del singolo fotone è E = hf. Le energie dei fotoni radio e microonde sono molto inferiori alle tipiche energie di ionizzazione: queste radiazioni sono non ionizzanti.
Ciò non significa assenza di interazione. Una potenza assorbita elevata può produrre calore. L’energia di un fotone non determina da sola la potenza totale, l’esposizione o l’aumento di temperatura.
Molti forni domestici funzionano vicino a 2,45 GHz, corrispondenti a circa 12,2 cm nel vuoto. Il riscaldamento dipende dalle perdite del materiale, compresi acqua e componenti disciolti; non da una singola risonanza universale dell’acqua a quella frequenza.
Un forno e una comunicazione a bassa potenza non hanno lo stesso effetto solo perché operano in bande vicine. Contano campo, potenza assorbita e durata.
Usare la distinzione per un progetto
Definisci servizio, banda, percorso, antenne e qualità necessaria. Calcola il budget e misura nelle condizioni previste, senza dedurre velocità dei dati o portata dal solo nome radio o microonde.
Fonti: NASA sulle onde radio, NASA sulle microonde e relazione di Friis. Sono basi fisiche da applicare con le condizioni reali della misura.
