Antenne Satellitari

www.solovela.net
Articolo pubblicato sulla rivista SoloVela
La via delle
stelle
Molte barche hanno delle
cupolette di plastica, montate
sull’albero o sullo specchio
di poppa con appositi tralicci.
Siamo andati a curiosare
e abbiamo scoperto che quelle
semplici strutture nascondono
un vero e proprio concentrato
di tecnologia
Nicodemo Angì
ono sopra di noi, non li vediamo ma loro vedono noi o, meglio, vedono le nostre antenne. Non cercano il petrolio, non
fotografano le targhe delle auto e non trovano i terroristi.
Il lavoro dei satelliti per telecomunicazioni - ormai dato per
scontato - non ha più l’onore delle prime pagine, ma è preziosissimo lo stesso. Sono loro che ci permettono di vedere le amatissime televisioni, di ascoltare le radio digitali ad alta qualità
sonora e perfino di portare con noi il nostro ufficio.
Se i servizi satellitari casalinghi sono ormai acquisiti da tutti,
una domanda sorge spontanea: possiamo goderne anche in barca? La risposta è affermativa: le cupolette bianche (chiamate
radome) che vediamo su molte barche contengono, infatti, al
loro interno le antenne destinate alla ricezione dei satelliti.
S
ro presenza in un impianto satellitare per uso nautico è infatti indispensabile, a causa di una serie di fattori che proveremo
a esporre in maniera più semplice possibile.
La sostanza della questione è facile da enunciare: l’antenna satellitare deve essere “puntata” verso il satellite come se fosse
un bersaglio da colpire, con l’aggravante che il target è a
36.000 km di distanza.
Andiamo con ordine cominciando con il dire che i satelliti di
nostro interesse sono geostazionari, ossia ruotano in sincronia
con la Terra: perciò, i loro segnali “illumineranno” sempre la
stessa porzione di superficie terrestre. La condizione di geostazionarietà implica una quota orbitale di 36.000 km, che è decisamente elevata. La cosa indebolisce di molto l’intensità del
segnale ricevibile a terra, obbligando l’uso di antenne di forma
parabolica, in grado di amplificare il segnale migliaia di volte
solo per la loro forma. Il rovescio della medaglia si chiama direttività, ovvero un crollo della forza del segnale in uscita dall’antenna nel caso che la stessa si disallinei, anche solo leggermente. Il paragone si può fare pensando a un teleobiettivo
fotografico: il soggetto appare molto vicino, ma basta un lieve
movimento della fotocamera per “perderlo”, facendolo uscire
fuori campo. Si comprende bene quale precisione sia necessaria
per, in un primo momento, trovare il satellite e poi mantenerlo sempre al centro del mirino.
UN CENTRO DA 36.000 KM
Posta in questi termini la soluzione è semplice per applicazioni
statiche (ossia con l’antenna fissata a un edificio). Possiamo ben
immaginare, invece, le complicazioni che insorgerebbero qualora
volessimo ricevere un satellite su un mezzo in movimento.
La risposta ci viene, ancora una volta, dalla grande guaritrice
chiamata elettronica: essa ci mette infatti a disposizione i mezzi per creare antenne a inseguimento, cioè in grado di cambiare il loro orientamento compensando i movimenti della barca e
puntando costantemente il satellite.
In questo modo sarà possibile ricevere i segnali televisivi, e
molto altro ancora, anche in navigazione e con il mare mosso.
Abbiamo parlato di molto altro ancora perché queste antenne
non servono solo per captare segnali televisivi e radiofonici; è
possibile, infatti, trasmettere e ricevere dati per navigare su
Internet, usufruire della posta elettronica e instaurare videoconferenze e servizi di questo tipo.
Il mercato di questi dispositivi è molto variegato e vede la presenza contemporanea sia di grandi gruppi, che di piccoli e vivaci costruttori molto preparati.
Foto J. Vapillon/pool DPPI/VG
DRITTI AL BERSAGLIO
La questione ha avuto un vero sviluppo pratico non molti anni
orsono, con la disponibilità di sensori, motori e microprocessori compatti, economici e a ridotto consumo energetico. La lo-
KVH
È uno dei produttori con il catalogo più ampio. Le linee disponibili sono la Tracphone per la telefonia satellitare, la Trac-
Vision per la TV e un modello TracNet per il collegamento a Internet, destinato a lavorare in coppia con i prodotti TracVision. Le parabole di questi ultimi hanno diametri compresi fra
45 e 82 cm e pesano dai 13,6 ai 38,6 chilogrammi. La stabilizzazione avviene con girobussole al quarzo per i modelli C3,
4 e 6; i modelli G4 e G6, integrano le informazioni della girobussola con una bussola magnetica digitale, mentre l’ammiraglia G8 dispone di un ricevitore GPS incorporato e di una girobussola a fibre ottiche. I Tracphone sfruttano i satelliti Inmarsat e sono disponibili nei modelli 252 (parabola da 25 cm),
F33 (48 cm) e F55 (66 cm) mentre il TracNet pesa solamente
Kg. 1,5.
www.kvh.com
www.marangonimarine.com
L’ammiraglia della gamma
KVH è la G8, dotata di
GPS, giroscopio a fibre
ottiche e una leggera
parabola in fibra di
carbonio. Al suo fianco il
trasmettitore TracNet, in
unione con il quale
costituisce un sistema di
navigazione su Internet e
ricezione televisiva.
TracNet può alimentare
fino a 5 computer
in rete
Ethernet o
senza fili in
standard
Wi-Fi
Il sistema
Tracphone F55 di
KVH usa i satelliti
Inmarsat per
gestire voce e dati
(fax, Internet, EMail) in quasi ogni
punto del globo
SEA TEL
L’azienda americana propone
la serie 98, con parabole da
46, 51,8 e 61 cm accomunate dalla stabilizzazione con
giroscopio al quarzo. Sono
tutti apparati alimentabili a
12 V e con pesi compresi fra
i 15,6 e i 18 kg; la ricerca dei
satelliti è automatica.
www.seatel.com
www.messales.it
La serie 98E di Sea Tel prevede tre
modelli con ricevitore a doppia
polarizzazione lineare; essi
possono ricevere Astra, Eutelsat,
Turksat, Ispasat ed altri satelliti
Gennaio 2005
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STELLE, SENSORI E TROTTOLE
RR ELECTRONIC
Nella descrizione degli apparati nautici per la
ricezione satellitare abbiamo incontrato diversi nomi e concetti attinenti la tecnologia: cerchiamo ora di capire cosa sono e come funzionano.
Iniziamo dal sistema GPS: su SoloVela se ne
parla spesso e in particolare se ne è visto il
principio di funzionamento nel numero di Luglio 2004. Qui ci basta ricordare che esso si
basa su una costellazione di 24 satelliti che
orbitano intorno alla Terra, con un periodo orbitale di circa 12 ore, a 24.000 km di altezza,
coordinati da un Master Controller situato negli Stati Uniti. I loro piani orbitali sono disposti in modo che ogni punto della superficie
terrestre ne “veda” almeno 4; in queste condizioni è possibile determinare, con molta precisione e tramite calcoli trigonometrici, la posizione - latitudine, longitudine e altezza rispetto alla superficie terrestre - del ricevitore,
e perciò del mezzo (ad esempio una barca) che
lo contiene. Nel caso delle antenne a inseguimento la presenza del GPS è molto importante perché i suoi dati vengono usati per integrare le informazioni provenienti dalla bussola giroscopica. I satelliti per telecomunicazioni sono geostazionari, ovvero la loro quota orbitale è tale che essi ruotano insieme alla Terra e “guardano”, perciò, sempre lo stesso punto del globo. Sapere con precisione la propria
posizione sulla superficie terrestre equivale,
perciò, a conoscere in quale punto del cielo
cercare il nostro prezioso satellite.
I dati GPS sono utilissimi per “trovare” rapidamente i satelliti, avvertire che si sta abbandonando l’area di loro copertura e la loro precisione nel medio-lungo termine li rende adatti al monitoraggio degli spostamenti della barca lungo la propria rotta. Per il rollio, il beccheggio e in generale i movimenti brevi hanno invece buon gioco i giroscopi, sia meccanici che allo stato solido.
Un giroscopio è un oggetto capace di fornire
un riferimento direzionale invariante rispetto
al tempo e alla posizione del veicolo che lo
contiene. I primi giroscopi, sviluppati per applicazioni militari (sottomarini e missili balistici) erano meccanici e avevano come elemento attivo un disco metallico posto in rapi-
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Due generazioni di giroscopi a
confronto. Il massiccio guscio metallico
e l’elemento sferico - sospeso tramite
un sottile strato di gas rotante ad
altissima velocità - sono solo il “cuore”
di un giroscopio per uso aerospaziale
degli anni ‘60, il cui ingombro
complessivo è ben più grande.
La scatoletta bianca è invece un
giroscopio completo a fibre ottiche dei
nostri giorni, pronto per essere
collegato agli altri componenti di un
sistema complesso
dissima rotazione e sospeso, all’interno di un
involucro schermato, in modo da potersi
orientare liberamente. In queste condizioni il
suo asse di rotazione rimaneva sempre parallelo a sé stesso (cosa che, del resto, fa anche
una comune trottola) e forniva un riferimento
preciso utile per guidare con esattezza un
mezzo in movimento. Una struttura del genere era inevitabilmente costosa, ingombrante e
avida d’energia ed è per questo che sono stati sviluppati sensori allo stato solido che riescono a rilevare spostamenti angolari senza
bisogno di parti meccaniche in movimento. In
particolare grande diffusione hanno raggiunto
i giroscopi che utilizzano le proprietà piezoelettriche possedute dai cristalli di quarzo o da
particolari polimeri. Un materiale piezoelettrico genera elettricità quando viene sollecitato
meccanicamente o, al contrario, si deforma se
gli viene applicata una tensione elettrica. Le
girobussole di questo tipo contengono dei cristalli messi in vibrazione costante da un circuito che trasmette loro un adatto segnale
elettrico; in queste condizioni se si varia l’orientamento spaziale del cristallo in esso si
generano delle forze di Coriolis che lo deformano leggerissimamente e producono, perciò,
dei deboli segnali elettrici. Questi ultimi, una
volta raccolti ed elaborati, forniscono i dati
necessari per capire come la barca (e l’antenna satellitare su di essa installata) si stia
“muovendo”. Un altro sensore di spostamento
angolare sviluppato di recente prende il nome
di FOG (Fiber Optic Gyro) e prevede 3 bobine
(una per ogni asse cartesiano) di fibre ottiche
ognuna equipaggiata con una sorgente luminosa, un sensore e un sistema ottico che divide il raggio luminoso in due parti. I due fasci di luce percorrono la fibra ottica
(sottilissima e lunghissima, si parla di
1,5 - 5km) in direzioni opposte. Se
l’asse della bobina è in quiete i due
fasci arriveranno al sensore in fase, le
loro intensità si sommeranno e l’uscita del sensore stesso sarà massima.
Una rotazione della bobina produrrà
uno sfasamento dei due raggi che si elideranno parzialmente e metteranno il sensore in
condizione di produrre un segnale meno forte.
Queste variazioni di tensione vengono raccolte, elaborate e convertite in indicazioni sui
movimenti della bobina e, perciò, della struttura che ospita l’antenna. Ovviamente le cose
sono molto più complicate di quanto descritto dato che oltre al rollio e al beccheggio esistono vibrazioni e movimenti spuri (pensate
quante vibrazioni produce un genoa che sbatte o il passaggio sull’onda) che vanno discriminati ed eliminati. I segnali “puliti” così ottenuti vanno a comandare dei motorini elettrici che imprimono alla parabola movimenti
contrari a quelli della barca, in modo che questi ultimi vengano compensati; il risultato è
che l’antenna riesce a “puntare” costantemente il satellite.
L’Azienda tedesca propone tre antenne
della serie Delta nei diametri di 43, 60 e
93 cm e pesi che vanno dai 18 ai 75 kg.
Alimentate a 24 V assorbono in media 2
Ampere e sono dotate di 4 LNB - gli amplificatori che processano il segnale appena arriva sulla parabola - in modo da
ricevere segnali analogici e digitali senza bisogno di modifiche.
Sono predisposte per la navigazione su Internet e alimentano 8 TV contemporaneamente.
www.rr-electronic.com
Le due immagini mostrano come aumenta l’area di
ricezione utile dello stesso satellite (Eutelsat) passando
da un’antenna da 48 cm (sinistra) a una da 75 (destra)
NAVISYSTEM
L’azienda è italiana e propone una ricca gamma di antenne; alcune di esse hanno una speciale modalità semiautomatica di funzionamento che consente di puntare manualmente un satellite il
cui segnale, troppo debole per essere inseguito automaticamente, è comunque sufficiente per vedere la TV. I diametri disponibili vanno dai 48 ai 135 cm. I modelli più piccoli hanno un consumo talmente basso (i 60 W vengono raggiunti dal modello da
65 cm) che possono essere installati anche su barche compatte.
www.navisystem.com
Consuma e pesa poco di
più rispetto alla MST 48 ,
ma questa MST 55 ha una
copertura molto più
ampia; è disponibile anche
una versione che riceve le
immagini Meteosat e
un’altra che usa Eutelsat e
Astra per collegamenti
Internet
L’antenna Navisystem MST
48 NT1 ha una parabola
da 48 cm, pesa 22 kg e
consuma in media 35 W;
l’alimentazione può essere
a 12 o 24 Volt.
Il puntamento avviene con
bussola elettronica ed
inclinometri incorporati
mentre i dati GPS vengono
dagli apparati di bordo
G&T
Le proposte dell’Azienda italiana sono numerose e coprono i diametri da 42 a 102 cm,
ricevono le TV satellitari e
sono predisposte per Internet
e Meteosat; l’alimentazione è
a 220 V ma i modelli più piccoli, visto il ridotto consumo,
possono essere alimentati
con un inverter. La stabilizzazione si basa su bussola, giroscopio a stato solido e sensori di movimento.
www.getelettromeccanica.it
Le antenne G & T sono
costruite a Viareggio e,
oltre a essere proposte in
un gran numero di
modelli, hanno l’unità di
controllo personalizzabile
NAVYSAT
Navysat è italiano e offre una gamma completa di apparati con
parabole che vanno dai 48 ai 95 cm. I pesi contenuti e i consumi ridotti (la 48 cm è alimentabile a 12 o 24 V) ne rendono possibile l’installazione anche su barche medio/piccole. Tutti i modelli hanno il ricevitore GPS incorporato.
www.alfaradio.it Tel. 0185/321458
Ampia scelta e
configurazioni
personalizzabili
sono le
caratteristiche
salienti delle
antenne Navysat,
capaci anche di
collegarsi con
Meteosat e
Internet
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