Re: Vorticità delle onde elettromagnetiche: è una bufala o no?

From: Gino Di Ruberto [GMAIL] <gino.diruberto_at_gmail.com>
Date: Tue, 24 Apr 2012 05:35:52 -0700 (PDT)

On 18 Apr, 21:41, castigam..._at_gmail.com wrote:

> Riesco a rispondere solo adesso, con notevole ritardo. Anche io ti faccio
> notare che mi capita di rinunciare alla lettura dei tuoi post perche'
> l'effetto "fiordo" mi fa arrendere. Adesso sto postando con Google gruppi:
> vediamo se l'effetto fiordo capita anche a me :-)

Ciao, la verit� � che si tratta di una cattiva interazione tra Google
Gruppi, il mio browser (versione troppo datata) e i software di
ausilio
tiflotecnico
con cui sono costretto a utilizzare il computer. (Devi sapere che, in
fatto
di vista, tra me e una talpa non c'� poi chi sa che differenza :-))
Sto studiando una soluzione, scusandomi ancora, vi chiedo un po' di
pazienza.
:-)
Scusami anche per il ritardo con cui rispondo,
sono impegnato in un intenso scambio di e-mail proprio sull'argomento
(una contestazione amichevole ma molto vivace).
Prima di rispondere al resto del tuo post,
poich�, da studente di fisica, vengo interrogato intensamente
dagli scettici,
volevo chiedere anche a te se, per caso, mi sai dire qualcosa in pi�
su
eventuali contromisure messe in atto per escludere l'effetto cattura
e se hai qualcosa, non so, passaggi matematici o altro, che spieghino
dettagliatamente il meccanismo con cui la twisted parabolic antenna
generi gli stati di vorticit�.
Infine, se guardiamo quest'altra
immagine della twisted parabolic antenna
http://i40.tinypic.com/2e1aoti.jpg ,
gli scettici mi fanno notare che che c'� un settore di paraboloide
asportato da un nuovo
riflettore e posto dietro al primo
e mi dicono che dello schermo
posto dietro altro schermo, fisicamente,
non pu� esplicare la funzione di riflettore.
Come potrei rispondere?
Ho pensato che, senza quel settore aggiuntivo, il taglio, come una
fenditura,
potrebbe comunque dare luogo a qualche fenomeno diffrattivo
indesiderato.
Oppure?
Un'altra contestazione te la riporto pi� avanti
(vedi ultimi righi della considerazione "1)" ).

> ...
> Su questo non sono d'accordo, si puo' dare (anzi, si deve ) una
> descrizione completamente classica della vorticita' del campo
> elettromagnetico; basta tenere presente che non si tratta di onde piane.
>

Ah, bene, questo mi sembra davvero un aspetto fondamentale e ti
ringrazio.
Devo approfondire meglio.
Come ho dichiarato fin dai primi messaggi, non ho ancora ben compreso
la
teoria e quindi, _dal basso della mia ignoranza_, ho solo "rigirato" a
voi
una serie di interrogativi squisitamente tecnici-operativi che, a loro
volta, sono stati posti a me.
In un questo articolo
http://www.unipd.it/uniscienze/articoli/doc/Vorticita_ottiche_astronomia.pdf
, si fa notare che un fotone singolo non trasporta solo propriet�
intrinseche
e si parla anche della conservazione del momento angolare totale
inteso come somma del momento angolare intrinseco (spin) e del momento
angolare orbitale. Ci� mi aveva portato a credere che ci fosse una
connessione imprescindibile con gli aspetti quantistici.
Questa mia ipotesi era suffragata dal fatto che
sul noto libro di elettrodinamica classica del Jackson,
da tutti considerato una sorta di bibbia sull'elettromagnetismo
classico,
non ho trovato nulla su tale argomento
(almeno sull'edizione in mio possesso che � datata di pi� di
vent'anni).
Mi sembra anche di capire che
lo stato di vorticit� � uguale a n, numero intero,
se e solo se
il momento angolare orbitale � uguale a n volte h tagliato.
Se non � cos�, ti chiedo un chiarimento su quale sia,
ammesso che ci sia, il corretto verso d'implicazione.
D'altra parte, lo stesso Tamburini, nell'intervista
http://www.media.inaf.it/gallery/main.php/v/voci/interviste/Tamburini-vorticit_-final.mp3.html
afferma che "vorticit� e momento angolare orbitale sono due cose
diverse ma
abbastanza correlate".

> Credo che il salto di fase imposto dal taglio serva a produrre un onda con
> una data vorticita', oppure a focalizzarla selezionandola rispetto ad
> un'onda con
> vorticita' diversa (anche se su questa seconda cosa sono un po' meno
> sicuro: potresti passarmi un link su come selezionano i canali
> nell'esperimento con onde
> radio? In realta' credo che la focalizzi semplicemente "un po' meglio",
> rispetto ad un onda con vorticita' diversa, ma forse non abbasntaza meglio
> per servire come
> filtro). E' esattamente uguale a cio' che si fa in ottica (lunghezze
> d'onda molto piu' piccole), le chiamano "spiral phase plates"; una
> pubblicazione a caso, che non
> ho neppure letto ma ha il vantaggio di essere accessibile liberamente:
>
> http://144.206.159.178/ft/744/606040/12575369.pdf
>

Grazie dell'interessante link.
Allora, in realt�, in base alle varie presentazioni,
con il paraboloide modificato vengono trasmessi
contemporaneamente due canali (stato di vorticit� 0 e stato di
vorticit� 1),
entrambi con frequenza di 2.414 GHz, tipica frequenza che rientra nel
range
di frequenze usate per le reti wi-fi.
La separazione avviene in fase di ricezione, muovendo una delle due
antenne
dell'interferometro.
In questo filmato, lo vedi fare da una donna
http://www.smartplanet.com/blog/smart-takes/pasta-shaped-radio-waves-could-eliminate-wireless-congestion/23690?tag=nl.e660
(guarda da circa 7 minuti 50 secondi in poi).

> > In sintesi, secondo me,
> > l'aberrazione prodotta dal taglio non ha conseguenze significative
> > sulla focalizzazione.
>
> Ho il sospetto che invece possa essere importante (vedi sopra su quello
> che dico sul filtro dei canali)
>

Che il taglio abbia conseguenze importanti per imprimere gli stati di
vorticit�, ovviamente, � fuori discussione.
Diciamo che, in questo particolare punto del discorso, gli stati di
vorticit� non entrano: la questione � se, nonostante tale aberrazione,
fissata la frequenza, abbia ancora senso considerare la twisted
parabolic
antenna come un normale riflettore parabolico e se il guadagno
espresso in
dBi (dB rispetto ad un'antenna isotropa nella direzione di massimo
campo)
subisca variazioni significative. Secondo me, in virt�
dell'applicazione
dell'ottica ondulatoria in luogo di quella geometrica, se il
dislivello
associato al taglio � inferiore alla lunghezza d'onda in gioco,
il funzionamento del riflettore � ancora accettabile e
non ci sono conseguenze particolarmente significative.
Ma ora dobbiamo fare due considerazioni:
1)
Che succede al guadagno espresso in dBi?
i testi che spiegano nella pratica come costruire antenne paraboliche
es.
Nerio Neri
Antenne - Vol. 2 - Progettazione e costruzione
C&C Edizioni Radioelettroniche
p. 201 colonna di sinistra,
affermano quanto segue:

"E' naturale aspettarsi che le irregolarit� della superficie producano
delle
riduzioni di guadagno, pi� o meno sensibili e almeno un paio di
fattori sono
responsabili di tali riduzioni. In primo luogo, ci riferiamo
all'entit� di
cui la superficie reale si scosta da quella teorica di un paraboloide
ideale. In secondo luogo, ha importanza la dimensione delle zone di
deformazione localizzata (dimensione che va riferita alla lunghezza
d'onda).
Esiste quindi una distinzione tra le irregolarit� in piccola scala,
che si
riferiscono ad un paraboloide di curvatura perfetta ma con bozze e
buche, e
quelle a vasto raggio, per le quali la superficie risulta ondulata con
periodicit� e dimensioni superiori ad una lunghezza d'onda. Prove
fatte con
cura e attendibilit� indicano che la perdita per tolleranza pu� essere
contenuta entro 1 dB se l'errore di superficie (vale a dire la
dimensione
delle irregolarit�) � inferiore ad 1/8 di lunghezza d'onda e
pressappoco la
stessa condizione vale per la periodicit�;
se poi la periodicit� supera la lunghezza d'onda, la massima
deviazione per
1 dB di perdita si riduce notevolmente.
In ogni caso, questo tipo di perdita si aggira tra la frazione di dB e
pochissimi dB.
Naturalmente, il caso peggiore di distorsione si verifica quando la
curva
non � esattamente parabolica, bens� si sposta dolcemente ma
gradualmente dal
corretto profilo. In tal caso, la perdita di guadagno pu� anche essere
elevata in quanto viene coinvolta nella distorsione una larga zona del
riflettore".

Nel caso del taglio, se il dislivello � inferiore a 1/8 di
lunghezza d'onda (non so, immagino massimo 1 cm contro lambda = 13
cm),
forse le perdite potrebbero essere contenute, ma,
secondo gli
scettici, interessando comunque un intero "raggio",
il taglio rientra tra le
irregolarit� ad ampia superficie.
2)
Ecco invece una considerazione che � farina del mio sacco.
Secondo me, si pone un'importante questione operativa:
come sappiamo, se abbiamo un riflettore parabolico (non modificato),
il
guadagno aumenta all'aumentare della frequenza.
Infatti, in base a una nota formula, esso, fissati i parametri
geometrici del paraboloide, � inversamente proporzionale a lambda^2.
Per esempio, se la frequenza raddoppia, il guadagno si quadruplica,
ossia
aumenta di circa 6 dB.
Dunque, non ci sono problemi ad aumentare quanto si vuole la frequenza
operativa, anzi, pi� aumenta meglio �.
Di sicuro, invece, fissatane la geometria,
una twisted parabolic antenna � utilizzabile solo fino a un
certo valore massimo di frequenza: se la frequenza aumenta troppo, la
lunghezza d'onda diminuisce e pu� diventare pi� piccola del dislivello
associato al taglio. A quel punto, stai sicuro, che la funzione di
riflettore parabolico � realmente compromessa.
Tornando ad occuparci esplicitamente degli stati di vorticit�,
del resto, tuttavia, sono sicuro che l'ammontare del dislivello
associato al
taglio
non sia scelto a caso e che sia in relazione alla lunghezza d'onda,
proprio per creare le opportune condizioni per imprimere gli stati di
vorticit� e, dunque, forse la questione non si pone proprio.

> - Zitierten Text anzeigen -
>
> Qui credo che tu abbia ragione (anche se non ho letto tutta la discussione
> su free.it.scienza.fisica).
>

Ti riferisci alle considerazioni sulla larghezza di banda se si
utilizzano
apparati riceventi non in grado di separare gli stati di vorticit�,
vero?

> Un modo ancora piu' semplice per capire la questione e' a mio avviso il
> seguente: supponiamo di avere due coppie trasmettitore/ricevitore sulla
> stessa frequenza. Se le coppie sono abbastanza distanti fra loro, e il
> trasmettitore e il ricevitore di ciascuna coppia abbastanza vicini, allora
> non c'e' nessun problema, perche' il campionamento del segnale avviene in
> punti spazialmente separati. La questione degli stati di vorticita' e'
> concettualmente analoga; solo, il filtraggio e' piu' complicato: e'
> comunque necessario campionare il segnale in piu' di un punto dello
> spazio.

Bene. Ciao e grazie per la risposta.

--
Gino Di Ruberto, Napoli
IK8QQM
http://groups.google.com/group/infonapoli-newsletter?hl=it
"E' curioso a vedere che quasi tutti gli uomini che valgono molto
hanno le maniere semplici e che quasi sempre le maniere semplici sono
prese per indizio di poco valore."
(Giacomo Leopardi)
Received on Tue Apr 24 2012 - 14:35:52 CEST

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