Da Maxwell alle lenti: come ricavare le leggi dell'ottica geometrica

I passaggi concettuali che portano dalle equazioni di Maxwell alle leggi dell’ottica geometrica non sono descritti esplicitamente nei testi di fisica dei bienni introduttivi ai corsi di laurea a carattere fisico – matematico. Spesso testi avanzati descrivono aspetti applicativi o altri aspetti relativi all’ottica ondulatoria, senza approfondire tali passaggi concettuali. In questo lavoro, partendo dai richiami delle equazioni di Maxwell e dallo studio delle onde piane, si passa ad introdurre l’ipotesi di base dell’approssimazione geometrica, ad analizzare le conseguenze ed i limiti di applicazione. Quanto descritto è alla base degli studi di radio propagazione in ionosfera

Alcune considerazioni su rumore e non linearità nelle reti connesse in cascata

La presente è una breve nota scritta allo scopo di richiamare i concetti principali relativi a due parametri caratterizzanti i ricevitori o, più in generale, sistemi che trattano segnali in transito: la cifra di rumore e il punto di intercetta del terz'ordine, con indicazioni sul modo di misurare il primo in laboratorio. Non vengono approfondite le varie cause del rumore (es. termico, "shot", ecc.) e la sua distribuzione spettrale (bianco, rosa). Le considerazioni che seguono si applicano a qualunque dispositivo e in linea di principio a qualunque tipo di rumore, sebbene di solito trovino naturale applicazione per il rumore termico "bianco", vale a dire costante in potenza a tutte le frequenze. Un discorso a parte invece andrebbe fatto per tutte quelle sorgenti di disturbo che sono concentrate in banda. Tali disturbi sono causati da interferenze o diafonie dovute a sorgenti fisiche che emettono energia non voluta. Può succedere che altri disturbi siano originati all'interno del dispositivo per effetti indesiderati (es. interferenze immagine, spurie per effetti non lineari). Tali disturbi non rientrano propriamente nella definizione di rumore, perché sono concentrate a particolari frequenze, mentre per rumore si intende qualcosa che occupa una banda estesa. Inoltre, da un punto di vista statistico, il rumore è incoerente, mentre le interferenze e le spurie sono segnali certi, perciò la valutazione del loro effetto va fatta con metodi diversi, che non sono trattati in questa sede. Il punto di intercetta del terz'ordine è usato per caratterizzare la linearità del ricevitore; anche per esso valgono alcune regole per il calcolo del parametro in caso di reti in cascata, difficilmente reperibili in letteratura

Uso dei codici di fase complementari nei radar a compressione di impulso

Il metodo cosiddetto della “compressione di impulso” è usato da tempo nella tecnica radar. Si tratta di un sistema di codifica del segnale trasmesso che allarga la banda di un segnale radar senza accorciare la durata dell’impulso trasmesso; ciò consente di operare con una minore potenza di picco a parità di energia e, contemporaneamente, mantenere elevato anche il potere risolutivo. Per poter estrarre le informazioni relative alla posizione, l’eco ricevuta deve essere opportunamente trattata, procedimento che, portando ad una riduzione della durata temporale del segnale, viene detto appunto di “compressione”. Esistono varie tecniche di codifica, sia di tipo analogico che digitale; la più semplice tra le seconde è quella che usa “codici di fase”: la fase della portante viene modificata variandola in maniera discreta. Come contropartita dei vantaggi la compressione fa comparire anche dei “lobi laterali” che interferiscono con la corretta rivelazione degli echi, introducendo un “rumore” artificiale che rende più difficile l’identificazione di bersagli vicini. Per questo motivo che sono stati escogitati dei sistemi, detti a codici complementari, caratterizzati da “lobi laterali” assenti. Dopo alcuni richiami generali sui codici di fase, viene presentata una disamina dei possibili modi di trasmissione e ricezione dei codici complementari, mettendo in risalto pregi e difetti di ciascuno

La ionosonda AIS-2: evoluzione nel progetto del sistema e primi collaudi.

Il presente lavoro descrive lo stato di avanzamento del progetto della ionosonda AIS-2, già descritto nel Rapporto Tecnico [Sciacca, Baskaradas, 2012]. Rispetto alla versione ivi riportata sono stati compiuti vari interventi migliorativi, specialmente nella direzione di una semplificazione ed unione delle funzioni di alcune delle schede previste inizialmente. Parallelamente all’adeguamento del progetto sono state costruite e collaudate alcune delle schede componenti ed il presente rapporto tecnico descrive in dettaglio il loro progetto e collaudo, che ha avuto un sostanziale esito positivo

La ionosonda AIS-2: valutazioni utili ai fini del progetto a livello di sistema

L’acquisizione di specifiche competenze nel Laboratorio di Geofisica Ambientale ha consentito all’inizio degli anni 2000 lo sviluppo della nuova ionosonda digitale AIS (Advanced Ionospheric Sounder). Il successo di quel progetto, unitamente al desiderio di migliorarne alcune limitazioni, hanno spinto verso la progettazione di una nuova ionosonda: AIS-2. L’intento è anche in questo caso quello di sviluppare lo strumento in ambito INGV, limitando al massimo l’acquisto di parti all’esterno. Rispetto alla prima ionosonda, nella nuova le prestazioni che si desidera migliorare sono: semplificazione del maggior numero possibile di funzioni, usando soluzioni circuitali più semplici, compatte e versatili, estensione delle prestazioni hardware, miglioramento delle prestazioni del software e del DSP, predisposizione funzioni completamente nuove. Questo rapporto tecnico descrive il progetto della nuova ionosonda a livello di sistema; per questo motivo non si entra in dettagli tecnici sulla progettazione delle singole sezioni componenti; ad ogni modo, dato che molte di esse si trovano ad un avanzato stato di realizzazione, sono anche descritti alcuni schemi a blocchi di alcune sezioni componenti

Rilevamento delle sorgenti doppler della ionosfera tramite radar-HF

Il presente lavoro contiene un insieme di concetti di base utili per comprendere la cosiddetta tecnica della “interferometria doppler”, usata, nell’ambito degli studi sulla ionosfera, per ricavare informazioni sulla conformazione e velocità degli strati riflettenti (operazione chiamata anche sky mapping). È utile ricordare, infatti, che il sondaggio ionosferico tradizionale consente solo la determinazione dell’altezza virtuale di ogni strato, pensato come un unico oggetto riflettente piano. Tale determinazione è giunta nel tempo ad avere una risoluzione molto spinta, dell’ordine di qualche chilometro, tuttavia una ionosonda tradizionale non possiede la capacità di individuare la struttura degli strati riflettenti

COMPORTAMENTO AD ALTA PRESSIONE DI TRASDUTTORI PIEZOELETTRICI PER APPLICAZIONI DI GEOFISICA SPERIMENTALE

L’investigazione del comportamento acustico di campioni di roccia implica l’uso di trasduttori piezoelettrici [Spinelli et al., 2009], sia in uso attivo (eccitazione e rilevazione) che passivo (rilevazione delle onde elastiche generate da fenomeni di fratturazione). In alcuni casi vengono imposte elevate pressioni per simulare le condizioni di sconfinamento del campione di roccia in profondità, utilizzando un liquido o un gas. La natura dei trasduttori piezoelettrici suggerisce che essi non debbano soffrire molto in ambienti in cui la variazioni di pressione o la pressione di esercizio sia un elemento non trascurabile e possono essere utilizzati in tali condizioni senza particolari precauzioni con evidenti vantaggi nella semplificazione del set-up sperimentale. Questa nota è la descrizione delle misure condotte per caratterizzare dei trasduttori piezoelettrici, nell’intervallo di pressione di interesse (0 - 1000 atm), da utilizzare per scopi sperimentali nell’ambito del progetto europeo ERC Starting Grant Project GLASS InteGrated Laboratories to investigate the mechanics of ASeismic vs. Seismic faulting. Per fare ciò due trasduttori sono stati incollati direttamente tra loro in modo da realizzare un quadripolo, con una porta d’ingresso e una di uscita, e ne è stata rilevata la caratteristica ingresso – uscita al variare della frequenza. Per il rilevamento delle caratteristiche elettriche sono stati usati differenti strumenti di misura: un generatore di segnali, un oscilloscopio e un analizzatore di reti vettoriale. Per imporre sui campioni una pressione controllata è stato allestito un apparato meccanico dedicato, formato da un insieme pistone-cilindro all’interno del quale viene alloggiata la coppia di trasduttori incollati. Nel cilindro viene inserito olio (adeguatamente incomprimibile ed elettricamente isolante) come vettore di pressione; la spinta sul pistone viene esercitata attraverso una pressa idraulica. Una particolare cura è stata posta nella costruzione del passacavo a tenuta per alte pressioni. Nei paragrafi che seguono verranno dapprima descritti i trasduttori usati per gli esperimenti e l’apparato meccanico, quindi si passerà alla presentazione delle misure effettuate in varie condizioni e con i vari strumenti

Ionospheric radars development

The presentation deals with one of the most popular technique to investigate the terrestrial ionosphere: the vertical radio sounding. The basic elements of the radar theory are explained starting from the envelope radar up to more sophisticated techniques of the coded radars. Antennas design elements and problems are highlighted along with the most common solutions. Then the principles of the ionospheric measurements are reported from the ionogram to the ionospheric parameters and to the density profile. A detailed analysis of the ionosonde system installed at Tucumán Ionospheric Observatory, Argentina, is performed

THE NEW INGV DIGITAL IONOSONDE: DESIGN REPORT

The ionosonde is a system which exploits the radar technique: it applies electromagnetic waves with variable frequency in the HF band to measure the ionospheric layers electron density, height and other parameters. This paper is a technical report on the new digital ionosonde (AIS-INGV), which was designed both for research purposes and for the routine service of the HF radiowave propagation forecast. It has been developed almost completely within the Laboratorio di Geofisica Ambientale (LGA) at the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). It exploits advanced techniques for the signal analysis, recent technological devices and PC resources. The report is divided into two parts; the first is a general description of the design development, the second is a more detailed description of the blocks and circuits actually built and tested, directed to a specialist reader