📻 Corso Radioamatori ARI Toscana CRT 2025

Materiale didattico e guide di studio per il corso aspiranti radioamatori

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📘 Lezione 07 - Amplificatori

📌 Overview


📖 Core Content

1. 🔍 Ripasso Quiz Lezione 06 (⏱ 00:03–10:11)

La lezione si apre con la correzione dei quiz assegnati nella lezione precedente, dedicata a filtri e circuiti risonanti. Vengono rivisti i seguenti concetti chiave:


2. 📡 Introduzione ai Modi di Emissione e alla Modulazione (⏱ 10:33–17:13)

🔹 Il concetto di modulazione

Per trasmettere informazione via radio è necessario un segnale ad alta frequenza chiamato portante (carrier). La portante, da sola, non trasporta alcuna informazione: è una sinusoide pura a frequenza costante. L’operazione che permette di “attaccare” l’informazione (voce, musica, dati) alla portante si chiama modulazione.

Modulazione — Processo mediante il quale un segnale a bassa frequenza (il segnale modulante, ad esempio la voce) modifica una o più caratteristiche della portante ad alta frequenza per trasportare informazione.

La portante è una sinusoide descritta da tre parametri fondamentali:

Ciascuno di questi parametri può essere variato dal segnale modulante, dando origine ai tre tipi fondamentali di modulazione:

Tipo Parametro variato Codice ITU Denominazione
AM Ampiezza A3E Modulazione di ampiezza
FM Frequenza F3E Modulazione di frequenza
PM Fase Modulazione di fase

La modulazione di fase (PM) è meno utilizzata nell’uso vocale radioamatoriale ed è tipica delle trasmissioni dati. Le due modulazioni principali nell’ambito radioamatoriale sono AM e FM.

“La portante da sola non trasporta alcuna informazione. È come un treno vuoto: deve essere caricato con qualcosa per essere utile.”


3. 📈 Modulazione di Ampiezza (AM) in Dettaglio (⏱ 17:33–49:03)

🔹 Principio di funzionamento

Nella modulazione di ampiezza, il segnale modulante (la voce, ad esempio) varia l’ampiezza della portante. Quando si parla nel microfono, l’ampiezza della portante cresce e decresce seguendo l’andamento del segnale audio. La frequenza della portante rimane costante.

L’inviluppo del segnale modulato riproduce la forma d’onda del segnale modulante. Se il segnale modulante è una sinusoide, l’inviluppo sarà sinusoidale; se è la voce, seguirà le variazioni della voce.

🔹 Indice di modulazione AM

L’indice di modulazione (indicato con $m$) quantifica il rapporto tra l’ampiezza del segnale modulante e l’ampiezza della portante:

\[m = \frac{V_m}{V_p}\]

dove:

Si distinguono tre casi fondamentali:

  1. $m < 1$ (sotto-modulazione, es. $m = 0{,}5$ ovvero 50%): La portante è modulata solo parzialmente. Il segnale trasmesso è corretto ma inefficiente, perché molta potenza resta nella portante che non trasporta informazione. Il segnale ricevuto sarà più debole rispetto al caso ottimale.

  2. $m = 1$ (100%, modulazione piena): Caso ottimale. L’ampiezza della portante varia dal doppio del suo valore a zero. Tutta la capacità di modulazione è sfruttata, massimizzando l’efficienza nella trasmissione dell’informazione.

  3. $m > 1$ (sovra-modulazione, es. $m > 100\%$): Situazione da evitare assolutamente. L’ampiezza dell’inviluppo dovrebbe andare sotto lo zero, il che è fisicamente impossibile. Il segnale viene tagliato (clipping), producendo una distorsione grave che genera componenti spurie note come splatter.

⚠️ Errore comune: Confondere splatter con armoniche. Sono due fenomeni distinti (vedi sezione dedicata più avanti).

🔹 Controllo del guadagno microfonico

Nei trasmettitori AM e SSB è presente una manopola chiamata guadagno microfonico (mic gain) che permette di regolare l’ampiezza del segnale modulante. Va regolata con attenzione:

🔹 Lo splatter

Lo splatter è un fenomeno di distorsione causato dalla sovra-modulazione ($m > 1$). Quando il segnale modulato viene “tagliato”, si generano componenti spettrali spurie che si estendono sui canali adiacenti, disturbando le comunicazioni di altri operatori.

Lo splatter si manifesta come un allargamento del segnale nella banda, che fuoriesce dal canale assegnato e interferisce con i canali vicini.

🔹 Spettro del segnale AM — Dominio della frequenza

Un segnale AM nel dominio della frequenza è composto da tre componenti:

  1. Portante ($f_c$): al centro, alla frequenza del trasmettitore
  2. Banda laterale superiore (USB — Upper Side Band): a frequenza $f_c + f_m$
  3. Banda laterale inferiore (LSB — Lower Side Band): a frequenza $f_c - f_m$

dove $f_m$ è la frequenza del segnale modulante.

La larghezza di banda occupata da un segnale AM è:

\[B_{AM} = 2 \times f_{m_{max}}\]

Per la voce umana ($f_{m_{max}} \approx 3{-}3{,}5$ kHz), la banda occupata è circa 6–7 kHz. Esempio pratico: nella CB (Citizens Band) i canali sono distanziati di 10 kHz.

🔹 Distribuzione della potenza in AM

A modulazione piena ($m = 1$, 100%), la potenza si distribuisce come segue:

Componente Quota di potenza
Portante 2/3 (≈ 66,7%)
Banda laterale superiore (USB) 1/6 (≈ 16,7%)
Banda laterale inferiore (LSB) 1/6 (≈ 16,7%)

Questo evidenzia il grande svantaggio dell’AM: due terzi della potenza sono impiegati per la portante, che non contiene alcuna informazione. Solo un terzo della potenza trasporta effettivamente il messaggio, distribuito equamente tra le due bande laterali.

“In AM, due terzi della potenza se ne vanno nella portante, che è come mandare un treno pieno di vagoni vuoti.”


4. 📡 SSB — Banda Laterale Unica (Single Side Band) (⏱ 49:03–73:16)

🔹 Il principio della SSB

La SSB nasce dall’osservazione che:

La soluzione è eliminare la portante e una delle due bande laterali, trasmettendo solo la banda laterale rimanente:

Per convenzione radioamatoriale:

🔹 Vantaggi della SSB rispetto all’AM

  1. Efficienza di potenza: tutta la potenza trasmessa contiene informazione (niente spreco nella portante). A parità di potenza totale, il segnale utile è molto più forte.
  2. Larghezza di banda dimezzata: la banda occupata è circa 3 kHz (la metà rispetto ai 6–7 kHz dell’AM). In un dato spazio di spettro ci stanno il doppio dei canali.
  3. Nessuna emissione in silenzio: quando l’operatore non parla, il trasmettitore non emette potenza (non c’è portante), a differenza dell’AM dove la portante è sempre presente. Questo riduce il consumo energetico e l’interferenza.
  4. Migliore sensibilità in ricezione: meno rumore nella banda più stretta.

🔹 Svantaggi della SSB

  1. Apparecchiatura più complessa e costosa: il ricevitore deve rigenerare la portante localmente tramite un oscillatore (BFO — Beat Frequency Oscillator).
  2. Sintonia più critica: in SSB è necessario sintonizzarsi con precisione. Uno spostamento anche piccolo della frequenza del ricevitore altera il tono della voce ricevuta, fino a renderla incomprensibile. In AM, una leggera imprecisione nella sintonia non altera significativamente la qualità audio.

🔹 Portante residua in SSB

Anche in un trasmettitore SSB rimane una minima portante residua. In un trasmettitore da 100 W, la portante residua è tipicamente dell’ordine di 10–100 mW, trascurabile in pratica.


5. ⚡ Splatter vs Armoniche: Distinzione Fondamentale (⏱ 59:16–73:16)

Un chiarimento importante emerso durante la lezione riguarda la distinzione tra splatter e armoniche, due fenomeni diversi spesso confusi:

Caratteristica Splatter Armoniche
Causa Sovra-modulazione ($m > 1$) Saturazione dell’amplificatore (non linearità)
Dove si manifestano In banda (canali adiacenti) Fuori banda (multipli della frequenza fondamentale)
Frequenze coinvolte Vicine alla frequenza di emissione $2f$, $3f$, $4f$, …
Effetto Disturba le stazioni adiacenti Può interferire con altri servizi radio
Rimedio Ridurre il guadagno microfonico Filtri armonici in uscita

Lo splatter è un fenomeno in banda: il segnale si allarga e invade i canali adiacenti. Le armoniche sono un fenomeno fuori banda: si generano segnali a frequenze multiple della fondamentale (se trasmetto a 7 MHz, le armoniche sono a 14 MHz, 21 MHz, 28 MHz, ecc.).


6. 📻 Modulazione di Frequenza (FM) (⏱ 73:51–84:28)

🔹 Principio di funzionamento

Nella modulazione di frequenza, l’ampiezza della portante resta costante, mentre è la frequenza della portante a variare in funzione del segnale modulante. Quando si parla, la frequenza della portante aumenta e diminuisce seguendo l’andamento del segnale audio.

🔹 Deviazione e indice di modulazione FM

La deviazione di frequenza ($\Delta f$) è lo spostamento massimo della frequenza della portante rispetto al suo valore nominale.

L’indice di modulazione FM è definito come:

\[m_{FM} = \frac{\Delta f}{f_m}\]

dove:

A differenza dell’AM, l’indice di modulazione FM non ha un limite superiore intrinseco (può superare 1 senza distorsione). Tuttavia, un indice più alto produce un segnale più largo in frequenza, quindi deve essere regolato per rispettare le norme sull’occupazione di banda.

🔹 FM Broadcast vs FM Radioamatoriale (Narrowband)

Parametro FM Broadcast (radio commerciale) FM Radioamatoriale (narrowband)
Indice di modulazione ~5 ~1
Deviazione ±75 kHz ±4–5 kHz
Banda audio massima 15 kHz ~3 kHz
Spaziatura canali ~300 kHz 12,5–25 kHz

La FM radioamatoriale è detta a banda stretta (narrowband FM, NBFM).

🔹 Vantaggi della FM

  1. Insensibilità ai disturbi di ampiezza: poiché l’informazione è nella frequenza e non nell’ampiezza, i disturbi atmosferici, le scariche elettriche e i rumori artificiali (che variano l’ampiezza del segnale) non influenzano la ricezione FM. Il ricevitore FM ha un limitatore che taglia le variazioni di ampiezza.
  2. Efficienza del trasmettitore: un trasmettitore FM può raggiungere un’efficienza dell’80% (assorbe 200 W dalla rete e genera 160 W RF), contro il 50% tipico di un trasmettitore AM/SSB.
  3. Potenza costante: la potenza trasmessa non varia con la modulazione (a differenza dell’AM, dove la potenza aumenta con la modulazione).
  4. Sintonia non critica: non richiede precisione nella sintonia come la SSB. Alcuni ricevitori FM hanno persino la ricerca automatica della frequenza.
  5. Nessun controllo manuale della deviazione: a differenza dell’AM/SSB, i trasmettitori FM regolano automaticamente la deviazione, senza necessità della manopola di guadagno microfonico.

🔹 Svantaggio principale della FM

La FM occupa una banda molto più larga rispetto alla SSB. Per questo motivo:


7. 🔍 Regolazione della Banda del Ricevitore (⏱ 85:27–87:09)

Durante la sessione di domande, viene trattato il tema della regolazione della larghezza di banda del ricevitore. Il ricevitore è paragonato a una finestra aperta sul mondo: più la finestra è ampia, più rumore entra; più è stretta, più il segnale desiderato può emergere dal rumore.


8. 📡 Introduzione alle Onde Radio (⏱ 87:40–104:02)

🔹 Cos’è un’onda radio

Un’onda è una perturbazione che si propaga. L’analogia classica è il sasso lanciato in uno stagno: dal punto d’impatto si generano increspature concentriche che si allontanano. Le antenne fanno la stessa cosa: il trasmettitore invia un segnale elettrico all’antenna, la corrente che scorre genera un campo elettromagnetico che si propaga nello spazio come un’onda radio.

Onda elettromagnetica — Perturbazione del campo elettrico e magnetico che si propaga nello spazio alla velocità della luce, generata da cariche elettriche in movimento su un conduttore (antenna).

🔹 Velocità di propagazione

Le onde radio viaggiano alla velocità della luce:

\[c \approx 300.000 \text{ km/s} = 3 \times 10^8 \text{ m/s}\]

🔹 Lunghezza d’onda

La lunghezza d’onda ($\lambda$, lettera greca “lambda”) è la distanza percorsa dall’onda durante un ciclo completo. È legata alla frequenza dalla relazione fondamentale:

\[\boxed{\lambda = \frac{c}{f}}\]

Nella forma semplificata usata in pratica:

\[\boxed{\lambda \text{ (in metri)} = \frac{300}{f \text{ (in MHz)}}}\]

Questa è la formula più importante da ricordare per l’esame.

🔹 Esempi di calcolo

Frequenza Calcolo Lunghezza d’onda Nome banda
7 MHz $300 / 7 = 42{,}85$ m ≈ 40 m Banda dei 40 m
14,2 MHz $300 / 14{,}2 = 21{,}12$ m ≈ 21 m Banda dei 20 m
3,5 MHz $300 / 3{,}5 = 85{,}7$ m ≈ 80 m Banda degli 80 m

Le antenne radioamatoriali hanno dimensioni proporzionali alla lunghezza d’onda (tipicamente $\lambda/2$ o frazioni di essa).

🔹 Classificazione internazionale delle bande di frequenza

Le frequenze radio sono suddivise in bande con denominazioni internazionali standardizzate. Le frequenze scalano di un fattore 3 e le lunghezze d’onda di un fattore 10:

Sigla Denominazione Frequenza Lunghezza d’onda Nome comune
LF Low Frequency 30–300 kHz 10–1 km Onde lunghe
MF Medium Frequency 300 kHz – 3 MHz 1000–100 m Onde medie
HF High Frequency 3–30 MHz 100–10 m Onde corte
VHF Very High Frequency 30–300 MHz 10–1 m Onde ultracorte
UHF Ultra High Frequency 300 MHz – 3 GHz 1–0,1 m Microonde
SHF Super High Frequency 3–30 GHz 10–1 cm Microonde

🔹 Bande radioamatoriali

I radioamatori dispongono di bande di frequenza distribuite in diversi segmenti dello spettro:

Questa tabella è parte del programma d’esame per la parte normativa.


🔗 Concept Map (testuale)


📝 Key Takeaways

  1. La modulazione è il processo che permette di trasportare informazione su una portante radio. I tre tipi fondamentali sono AM (ampiezza), FM (frequenza) e PM (fase), classificati con codici ITU: AM = A3E, FM = F3E, SSB = J3E.

  2. In AM, l’indice di modulazione $m = V_m / V_p$ deve idealmente essere pari a 1 (100%). Se $m > 1$, si produce splatter — allargamento del segnale che disturba i canali adiacenti.

  3. Lo spettro AM è composto dalla portante e da due bande laterali (USB e LSB). A modulazione piena, 2/3 della potenza sta nella portante (che non trasporta informazione) e solo 1/3 nelle bande laterali.

  4. La SSB elimina portante e una banda laterale, ottenendo: tutta la potenza utile, metà della banda occupata, nessuna emissione in silenzio. Per contro, richiede apparecchiatura più complessa e sintonia precisa.

  5. Lo splatter (in banda, da sovra-modulazione) è concettualmente diverso dalle armoniche (fuori banda, da saturazione dell’amplificatore). Rimedi diversi: mic gain per lo splatter, filtri armonici per le armoniche.

  6. In FM, la potenza trasmessa è costante, l’indice di modulazione $m_{FM} = \Delta f / f_m$ può superare 1, e i disturbi di ampiezza non influenzano la ricezione. L’efficienza del trasmettitore può raggiungere l’80%.

  7. La FM radioamatoriale è a banda stretta (NBFM): deviazione ±4–5 kHz, indice ~1. La FM broadcast ha indice ~5 e deviazione ±75 kHz.

  8. La FM è usata in VHF/UHF (dove c’è spazio), non è ammessa in HF (onde corte) a livello internazionale per la sua eccessiva occupazione di banda.

  9. La lunghezza d’onda si calcola con $\lambda = 300 / f_{MHz}$ [m]. È la formula fondamentale per dimensionare le antenne e classificare le bande (es. 7 MHz → ≈ 40 m → “banda dei 40 m”).

  10. Le bande di frequenza sono classificate internazionalmente (LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF) con le frequenze che scalano di un fattore 3 e le lunghezze d’onda di un fattore 10. Le bande radioamatoriali sono distribuite da LF fino a SHF.


❓ Comprehension Questions

  1. Perché in AM la portante rappresenta uno spreco di potenza? Come si risolve questo problema nella SSB?

  2. Un trasmettitore AM da 150 W opera con modulazione piena ($m = 1$). Quanta potenza è effettivamente impiegata per trasmettere informazione e quanta è “sprecata” nella portante?

  3. Spiega la differenza tra splatter e armoniche: da cosa sono causati, dove si manifestano nello spettro e quali sono i rimedi per ciascun fenomeno.

  4. Perché la modulazione di frequenza non è ammessa sulle bande delle onde corte (HF) a livello internazionale? Qual è il vantaggio compensato da questo svantaggio?

  5. Un operatore radioamatore trasmette a 14,2 MHz in SSB. Qual è la larghezza di banda approssimativa del suo segnale? E se trasmettesse in AM, quanto sarebbe larga la banda occupata?

  6. Calcola la lunghezza d’onda di un segnale a 145 MHz. A quale banda radioamatoriale corrisponde? Che tipo di modulazione si usa tipicamente su questa banda?

  7. Perché un trasmettitore FM ha un’efficienza maggiore di un trasmettitore AM? Cosa c’entra la costanza della potenza nel segnale FM?

  8. L’indice di modulazione in AM non può superare 1 senza conseguenze negative, mentre in FM può essere maggiore di 1 senza distorsione. Spiega il motivo di questa differenza e cosa limita comunque l’indice FM.

  9. In che modo la regolazione della larghezza di banda del ricevitore aiuta nella ricezione di segnali deboli? Usa l’analogia della finestra.

  10. Un radioamatore vuole operare sulla banda dei 20 m. A quale frequenza approssimativa corrisponde? Userà LSB o USB? Perché?


📚 Glossary


👥 Partecipanti


📅 Informazioni Lezione

Campo Valore
Numero lezione 07
Data 16 aprile 2025
Durata ~110 minuti
Argomenti trattati 4 (Modi di emissione AM/SSB/FM, Onde radio)
Parole chiave Modulazione, AM, FM, SSB, portante, bande laterali, indice di modulazione, splatter, armoniche, deviazione, narrowband, lunghezza d’onda, lambda, classificazione bande, HF, VHF, UHF
Prossima lezione 7 maggio 2025 (pausa per festività pasquali e 25 aprile)