Fondamenti di Telecomunicazioni e Sistemi di Automazione

Telecomunicazioni

Concetti Fondamentali e Onde

1. Quali elementi sono sempre presenti in una comunicazione?
Il mittente, il messaggio, il ricevente, il canale e il mezzo di trasmissione.

2. Che cosa è un'onda?
Un'onda è un fenomeno fisico che si diffonde attraverso lo spazio, comportando il trasporto di energia (non di materia).

3. Quali tipi di onde esistono?
Esistono onde meccaniche e onde elettromagnetiche.

5. Che cosa è un'onda periodica?
È un disturbo locale che dà luogo a cicli ripetuti nel tempo, spesso rappresentati da una sinusoide.

4. Quali tipi di onde sono usati nelle telecomunicazioni moderne?
Si utilizzano prevalentemente le onde elettromagnetiche.

5. Qual è la lunghezza d'onda?
La lunghezza d'onda (λ) è lo spazio che l'onda percorre per completare un ciclo intero.

6. Qual è il periodo di un'onda?
Il periodo (T) è il tempo necessario affinché l'onda completi un ciclo.

7. Qual è la frequenza di un'onda?
La frequenza (f) è l'inverso del periodo e indica il numero di cicli completati nell'unità di tempo (Hertz).

9. Qual è la velocità di propagazione di un'onda?
È la velocità con cui l'onda viaggia nello spazio in un dato intervallo di tempo.

10. Quanto velocemente si propagano le onde elettromagnetiche?
Esse viaggiano alla velocità della luce, circa 300.000 km/s.

12. Possiamo conoscere la lunghezza d'onda di un'onda elettromagnetica dalla frequenza? Ragionamento.
Sì, poiché la velocità è costante (300.000 km/s), la lunghezza d'onda è inversamente proporzionale alla frequenza.

Mezzi di Trasmissione e Storia

13. Quali tipi di comunicazioni sono trasmessi in risposta all'ambiente?
Esistono la trasmissione via cavo (filo) e la trasmissione wireless (senza fili).

14. Che tipo di cavi esistono?
Doppino intrecciato, cavo coassiale e fibra ottica.

15. Qual è stato il primo mezzo di telecomunicazione moderna? Spiega come funziona.
Il telegrafo. Il suo meccanismo si basa su un circuito elettrico tra due stazioni collegate da un cavo; attivando un interruttore in una stazione, si riceve un segnale nell'altra tramite un ricevitore. I messaggi venivano codificati associando a ogni lettera dell'alfabeto un insieme di punti e linee, trasmessi mediante impulsi elettrici di diversa durata.

16. Come funziona il telefono? Qual è la differenza rispetto al telegrafo?
Il telefono ha due componenti principali: il microfono e l'altoparlante. Il microfono varia la sua resistenza con le vibrazioni sonore della voce, modificando la corrente nel circuito. Questa variazione viene captata dal ricevitore che riproduce il suono originale. La differenza principale è che il telegrafo usa il codice Morse, mentre il telefono permette la comunicazione tramite il linguaggio parlato.

17. Qual è il codice Morse? Che tipo di codice viene dopo il numero di simboli usati? Che nome hanno questi simboli?
È un codice che associa a ogni lettera dell'alfabeto una combinazione di punti e linee.

18. Che cosa è un centralino? A cosa serve? Perché sono necessari?
Sono centri in cui i circuiti della rete telefonica vengono commutati per connettere due utenti. Quando si solleva il ricevitore, la centrale invia un tono di linea; dopo la composizione del numero, il centralino instrada la chiamata. Sono necessari per gestire l'interconnessione tra migliaia di utenti senza collegamenti diretti punto-punto.

Tecnologie Radio e Modulazione

19. Cosa fa il microfono in un cellulare?
Trasforma le vibrazioni sonore della voce in variazioni di corrente elettrica variando il valore di una resistenza.

20. Qual è la modulazione? Quali tipi di modulazione esistono?
È la combinazione del segnale informativo (messaggio) con un'onda portante. Esistono principalmente la modulazione di ampiezza (AM) e la modulazione di frequenza (FM).

21. Qual è la modulazione di ampiezza o AM?
L'ampiezza dell'onda portante varia in base al messaggio. Utilizza una larghezza di banda di circa 5 kHz, offrendo una qualità sonora limitata.

22. Qual è la modulazione di frequenza o FM?
La frequenza della portante varia in base al messaggio. Le stazioni FM operano solitamente tra 88 MHz e 108 MHz. È più resistente alle interferenze e offre una qualità sonora superiore grazie a una banda di 15 kHz.

24. Perché è necessario modulare un segnale nelle telecomunicazioni?
Perché i segnali a bassa frequenza prodotti dai microfoni hanno una portata limitata; è necessario traslarli su frequenze più alte (portanti) per permetterne la trasmissione a distanza.

27. Qual è il multiplexing nel dominio della frequenza?
Consiste nel trasmettere più comunicazioni contemporaneamente sullo stesso mezzo, assegnando a ciascuna un diverso intervallo di frequenza.

28. Ha senso trasmettere un segnale modulato via cavo? Ragionamento.
Generalmente no per brevi distanze, poiché gli impulsi elettrici possono arrivare direttamente al ricevitore, ma è fondamentale per trasmettere più segnali contemporaneamente (multiplexing) o su lunghe distanze.

31. Cosa si intende per attenuazione di un'onda?
È la riduzione dell'intensità dell'onda durante la propagazione; nello spazio tridimensionale, l'intensità è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente.

34. Qual è lo spettro elettromagnetico?
Lo spettro elettromagnetico è l'insieme di tutte le possibili frequenze delle radiazioni elettromagnetiche.

36. Che cosa è un satellite geostazionario? Quanto in alto si trovano sull'Equatore?
Sono satelliti con una velocità angolare pari a quella di rotazione terrestre, apparendo fissi rispetto a un punto sulla Terra. Si trovano a circa 35.786 km di quota sopra l'Equatore.

37. Un satellite geostazionario può essere posizionato a diverse altezze? Ragionamento.
No, perché l'orbita geostazionaria richiede un'altezza specifica affinché il periodo di rotazione coincida esattamente con quello terrestre.

39. Per cosa vengono usate le bande VHF e UHF?
Richiedono visibilità ottica tra le antenne. Sono usate per la radio FM, la televisione, le comunicazioni mobili e i radioamatori.

41. Quale caratteristica delle bande MF e HF permette comunicazioni a lunga distanza?
Queste onde vengono riflesse dalla ionosfera, permettendo di superare la curvatura terrestre e raggiungere migliaia di chilometri.

Tecnologie Video e Salute

42. Che tipi di schermi TV esistono?
Schermi a cristalli liquidi (LCD), schermi al plasma e schermi a tubo catodico (CRT).

43. Che cosa è e come funziona uno schermo LCD?
Composto da strati di vetro con cristalli liquidi che cambiano trasparenza al passaggio della corrente, filtrando la luce per creare immagini.

44. Che cosa è e come funziona uno schermo CRT?
Utilizza un tubo a raggi catodici dove cannoni elettronici sparano elettroni su una superficie ricoperta di fosfori che emettono luce all'impatto.

45. Che cosa è e come funziona uno schermo al plasma?
Contiene un gas inerte che, ionizzato dalla corrente, attiva i pixel di fosforo producendo luce colorata.

46. In cosa sono simili e in cosa differiscono radio e televisione?
Entrambe usano onde elettromagnetiche, ma la TV è più complessa poiché deve sincronizzare immagini e suoni, spesso con un leggero ritardo di elaborazione rispetto alla radio.

47. Calcolo del periodo per un'onda di 300 nm.
Utilizzando la formula T = λ / c, con λ = 300 nm.

49. Che cosa sono le radiazioni ionizzanti? Perché è importante saperlo?
Sono radiazioni con energia sufficiente a strappare elettroni dagli atomi. Possono causare danni alla salute come tumori, ustioni cutanee e danni genetici.

51. Qual è la larghezza di banda? In quale unità si misura?
È la quantità di dati trasferibili in un tempo dato. Si misura in bit al secondo (bps), Kbps o Mbps. In ambito analogico, si misura in Hertz (Hz).

54. Che cos'è il GPS?
Il Global Positioning System è un sistema satellitare che permette di determinare la posizione geografica con estrema precisione.

57. Che cosa è un centralino di transito?
Un nodo della rete che instrada le chiamate verso località distanti o altri paesi.

58. Che cosa è un sintonizzatore?
Un dispositivo che permette di selezionare una specifica frequenza di ricezione.

59. Che cosa è un demodulatore?
L'elemento che separa il messaggio informativo dall'onda portante.

60. Processi di ricezione radio:
1. Sintonizzazione della frequenza; 2. Demodulazione per estrarre il segnale; 3. Amplificazione per inviare il suono agli altoparlanti.

61. Effetti delle radiazioni sulla salute:
Riscaldamento dei tessuti, potenziali danni al DNA e disturbi del sistema nervoso.

Controllo e Robotica

1. Che cosa è un automatismo?
Meccanismi che ripetono costantemente un'azione predefinita senza possibilità di variazioni autonome.

2. Che cosa è un sistema di controllo?
L'insieme di elementi che permettono di automatizzare il funzionamento di una macchina.

3. Che cos'è un robot?
Una macchina automatica e riprogrammabile capace di interagire con l'ambiente circostante.

4. Qual è la differenza tra un robot e una macchina automatica?
Il robot può adattare le proprie azioni in base agli stimoli esterni ricevuti.

5. Che cosa è un diagramma a blocchi?
Uno schema grafico che rappresenta le funzioni e il flusso di informazioni in un sistema di controllo.

6. Quali tipi di sistemi di controllo esistono?
Sistemi ad anello aperto (open loop) e ad anello chiuso (closed loop).

9. Che cosa è un comparatore?
Un dispositivo che confronta il valore desiderato (riferimento) con lo stato attuale rilevato.

10. Che cosa è un trasduttore e un sensore?
Il trasduttore trasforma una grandezza fisica in un'altra (solitamente elettrica). Il sensore rileva informazioni dall'ambiente.

11. Qual è il segnale di errore?
La differenza tra il valore di riferimento e il valore misurato in uscita.

12. Qual è il segnale di feedback?
L'informazione che torna al sistema di controllo per comunicare lo stato attuale del processo.

16. Come può un transistor essere usato nel controllo automatico?
Può fungere da interruttore elettronico per pilotare motori o altri attuatori.

18. Differenza tra sistema a circuito aperto e chiuso?
Il sistema a circuito aperto esegue l'azione a prescindere dal risultato. Il circuito chiuso usa sensori e feedback per correggere l'azione e raggiungere l'obiettivo prefissato.