Il radiogoniometro - DF - Sezione Navigazione

Il Radiogoniometro
CAPITOLO 2
LA RADIONAVIGAZIONE E LA DETERMINAZIONE DELLA POSIZIONE
2.0 - Il radiogoniometro - DF (Direction Finding)
Il radiogoniometro è stato il primo ricevitore radio costruito per
misurare la direzione di provenienza delle onde elettromagnetiche
trasmesse da una stazione fissa (radiofaro) o mobile. Per queste sue
caratteristiche il radiogoniometro rimane il solo ricevitore in grado di
misurare le direzioni relative di altre navi che trasmettono un radio
segnale. Per queste sue caratteristiche il radiogoniometro ha un ruolo
importante nelle situazioni di emergenza in mare. La SOLAS
(International Convention for Safety of Life at Sea) rese obbligatoria
l'installazione a bordo delle navi con stazza superiore a 1600 tonnellate.
Il radiogoniometro, inoltre, è importante anche perchè permette di
utilizzare le misure di angolo per la determinazione della posizione
della nave.
2.1 - Antenna del DF
Il metodo migliore per capire le caratteristiche direzionali
dell’antenna è quello di utilizzare un diagramma polare di ricezione. La
figura 2.1 mostra il diagramma di ricezione di una antenna
omnidirezionale (antenna a stilo o dipolo).
Figura 2.1 – Diagramma di ricezione di un’antenna omnidirezionale
In questo caso il segnale di un’onda superficiale, ricevuto dall'antenna,
può arrivare da qualunque direzione dell'orizzonte perciò questo tipo di
antenna non è in grado di misurare la direzione di provenienza del
83

84
Mario Vultaggio
segnale elettromagnetico. Il diagramma di ricezione di un dipolo è
rappresentato dalla seguente relazione:
( r)
= cost
e v (2.1)
2.2 - Antenna a telaio (Loop antenna)
L'antenna a telaio è costituita da un conduttore chiuso la cui forma non
è importante: può essere di forma circolare, triangolare e rettangolare.
La forma dell'antenna, che meglio si presta a descrivere la teoria
dell'antenna a telaio, è quella rettangolare dato che le altre forme di
telaio possono essere semplicemente risolte in elementi verticali ed
orizzontali dell'antenna rettangolare.
Ciò è dovuto al fatto che essendo il campo elettromagnetico polarizzato
verticalmente, solo i rami verticali sono indotti elettricamente; i rami
orizzontali sono perciò considerati solo come continuità del circuito
elettrico.
Per lo studio della corrente indotta nell'antenna a telaio
consideriamo due posizioni del piano dell'antenna rispetto alla direzione
del campo elettromagnetico il cui segnale ha ampiezza E e periodo T
1 2π
( f = e w = ):
T T
• piano del telaio perpendicolare alla direzione di propagazione del
segnale;
• piano del telaio parallelo alla direzione del segnale.
Nel primo caso (v. figura 2.2), la distanza dei due rami verticali dalla
stazione trasmittente è la stessa. Il campo elettromagnetico indotto nei
due rami è lo stesso sia in ampiezza sia in fase; nei rami orizzontali non
c'è alcun campo elettromagnetico indotto. La differenza di potenziale è
nulla e non circola alcuna corrente all'interno dell'antenna.
Nel secondo caso, il fronte d'onda del segnale trasmesso dalla
trasmittente, considerata notevolmente lontana rispetto alla distanza dei
due rami verticali, il fronte d’onda interseca i due rami del telaio in
istanti differenti; in questo caso il potenziale massimo indotto nei due
rami sarà sempre lo stesso (Ev) ma la distanza fra i due rami causa due
potenziali indotti differenti prodotti dalla fase Φ .

Il Radiogoniometro
Figura 2.2 – Tensione indotta: a) telaio perpendicolare alla direzione
di propagazione; b) telaio parallelo alla direzione di propagazione.
I due potenziali sono:
e Ev
sin wt
La differenze di potenziale è:
e
loop
= e
= E
1 = e e2 = Ev
sin(
wt + Φ)
1
v
+
( − e ) = E sin wt + [ − E sin(
wt + Φ)
]
2
sin wt − E
v
v
sin wt cosΦ
+ E
85
v
v
=
cos wt sin Φ
eloop = Ev
cos wt sinΦ
(2.2)
avendo trascurato cosΦ unitario essendo la distanza fra i due rami
piccola rispetto alla distanza della stazione trasmittente.
La relazione (2.2) mostra due importante proprietà dell'antenna:
• il segnale indotto nell'antenna è in quadratura ( cos wt ) con il
segnale indotto nel singolo ramo verticale ( sin wt );
• Il valore massimo del segnale è E sin Φ .
Per le basse e medie frequenze la fase Φ è sempre molto piccola
cosicché il segnale risultante nell'antenna potrà essere molto minore del
voltaggio indotto nell'elemento verticale. Il massimo dell'ampiezza del
segnale di antenna dipende dalla fase dell'angolo Φ ed è funzione
dell'angolo θ che la direzione di propagazione del segnale fa con la
perpendicolare al piano contenente il telaio.
Per dimostrare questa proprietà consideriamo una stazione che trasmette
onde continue di lunghezza λ; i due rami verticali distano dalla stazione
v

86
Mario Vultaggio
d1 e d2; le tensioni indotte nei due rami verticali sono date dalle due
seguenti relazioni:
e
e
1
2
⎡ ⎛ d1
⎞⎤
= Ev
sin⎢w⎜
t − ⎟⎥
⎣ ⎝ c ⎠⎦
⎡ ⎛ d 2 ⎞⎤
= Ev
sin⎢w⎜
t − ⎟⎥
⎣ ⎝ c ⎠⎦
(2.3)
con c velocità della luce nel vuoto ed Ev valore massimo del potenziale
come precedentemente introdotto nelle relazioni (2.2). Indicando con
Δ la distanza fra i due rami verticali dell'antenna a telaio, allora le
relazioni (2.3) possono essere espresse in termini della distanza d della
stazione dal centro della antenna di figura 2.3:
per cui operando la differenza si ha:
e
e
1
2
⎡ ⎛ ⎛ Δ ⎞⎞⎤
= Ev
sin⎢w⎜
t − ⎜d
− cosθ
⎟⎟⎥
⎣ ⎝ ⎝ 2 ⎠⎠⎦
⎡ ⎛ ⎛ Δ ⎞⎞⎤
= Ev
sin⎢w⎜
t − ⎜d
+ cosθ
⎟⎟⎥
⎣ ⎝ ⎝ 2 ⎠⎠⎦
e v
( wt)
ΔΦ
(2.4)
loop = e1
− e2
= kE cos sin
(2.5)
Δ Δ
ΔΦ = w cosθ
= 2π
cosθ
(2.6)
c λ
con k un coefficiente di proporzionalità che dipende dalle caratteristiche
elettromagnetiche del telaio.
L'angolo θ identifica la direzione di provenienza del segnale ed in
navigazione è utilizzato per individuare la direzione (rilevamento) della
stazione trasmittente; il campo indotto eloop ovvero l'intensità della
corrente che circola nel telaio chiuso dipende da questo angolo.
Vi sono due direzioni angolari (θ=0°=180°) per le quali si ha il
massimo di potenziale indotto e due direzioni (θ=90°=270°) nelle quali
il potenziale è nullo.
Se il telaio è di tipo rotante, allora esso può essere ruotato per misurare
il potenziale massimo o nullo e quindi definire la direzione della
stazione rispetto ad una direzione di riferimento (a terra la direzione di
riferimento è il nord geografico, a bordo si fa coincidere con il piano
longitudinale della nave).

Il Radiogoniometro
Figura 2.3 – Tensione indotta nel telaio con angoloθ rispetto alla
direzione di propagazione.
La figura 2.4 rappresenta il diagramma polare della (2.5) al variare della
posizione del telaio rispetto alla direzione di provenienza del segnale
trasmesso dalla stazione trasmittente; esso è noto come diagramma ad
otto.
Figura 2.4 – Diagramma di ricezione ad otto di un telaio al variare
dell’angolo θ rispetto alla direzione di arrivo del segnale.
La differenza di fase è direttamente proporzionale alla distanza
orizzontale dell’antenna a telaio Δ; il campo indotto Ev è direttamente
proporzionale alla lunghezza dei rami verticali. Queste considerazioni
portano alla seguente relazione di proporzionalità eloop =kΔh con k un
coefficiente di proporzionali . Rappresentando il prodotto Δh, l’area del
telaio, la differenza di potenziale indotta ovvero la corrente che circola
nel telaio chiuso è proporzionale all’area del telaio stesso. Inoltre,
essendo h l’altezza del ramo verticale si potrebbe pensare di aumentare
87

88
Mario Vultaggio
il numero di spirali verticali in modo da aumentare il numero dei rami
verticali. La teoria sull’elettromagnetismo dimostra che il flusso
elettromagnetico indotto non dipende dalla lunghezza del conduttore di
cui sono costituite le spire del telaio ma dalla sua area. Particolare
importante da rilevare è che il potenziale indotto non dipende dalla
forma del telaio.
Queste considerazioni suggeriscono il metodo per determinare θ
conoscendo la posizione del telaio rispetto alla direzione prefissata. Se
il telaio ruota fino a che la misura di eloop si annulla, vuol dire che il
piano del telaio è perpendicolare alla direzione di provenienza del
segnale (il piano d’onda investe simultaneamente i due rami verticali
del telaio) e la direzione di provenienza del segnale è θ= 90°= 270°
rispetto al piano del telaio; se la misura di eloop diventa massima vuol
dire che l’angolo è di θ=0°=180°. La figura 2.3 rappresenta il
diagramma di ricezione di un antenna a telaio. L’orecchio umano è più
sensibile al manico che al massimo; la posizione del minimo eloop è
usata per determinare la direzione di provenienza del segnale.
Rimane il problema dell’ambiguità. Per definire il verso della direzione
si introduce un dipolo verticale accoppiato all’antenna a telaio nella
quale il segnale in arrivo, emesso dalla stazione trasmittente, genera un
campo dato dalla seguente relazione:
eo o v
= k E sin wt
(2.7)
Figura 2.5 – Diagramma di ricezione ad otto e di un antenna a stilo.

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nella quale ko dipende solamente dall’altezza dell’antenna verticale; il
segnale dato dalla (2.7) è sfasato di un quarto di periodo rispetto alla
(2.6) (v. figura 2.5); questa sfasatura del segnale è realizzata
elettricamente:
eo o v
= k E cos wt
(2.8)
La somma della tensione del telaio con quella dell’ antenna dipolo da:
'
eloop = eloop
+ eo
= kEv
cosθ
cos wt + ko
Ev
cos wt
' ⎛ k ⎞
eloop
= ko
Ev
⎜
⎜1+
cosθ
cos wt
k ⎟
(2.9)
⎝ o ⎠
La (2.9) può essere ulteriormente modificata elettricamente
modificando il circuito elettrico in modo da rendere k = ko
; questo
intervento elettrico permette di esprimere la (2.9) nel seguente modo:
'
eloop = kEv
( 1+
cosθ
) cos wt
che fornisce un segnale indotto nell’antenna di tipo coseno sinusoidale
la cui ampiezza massima dipende dall’angolo θ (v. figura 2.6) oltre che
Figura 2.6 – Diagramma ad otto e cardioide di ricezione di un’antenna
a telaio associata ad un dipolo.
alle caratteristiche elettromagnetiche del telaio accoppiato al dipolo. Il
valore massimo indotto del segnale è:
89

' [ ] kE ( 1+
cosθ
)
loop
max
= v
90
Mario Vultaggio
e (2.10)
La (2.10) rappresenta l’equazione della cardioide in coordinate polari e
d è rappresentata in figura 2.5. La (2.10) fornisce un solo massimo
verso la stazione trasmittente ( θ = 0)
ed un solo minimo nel verso
θ = 180°
. La misura di θ comporta le seguenti operazioni:
opposto ( )
• sintonizzazione del ricevitore radiogoniometrico sulla frequenza
della stazione trasmittente;
• ricerca del minimo (perché per la curva ad otto le variazioni del
segnale sono più sensibili nell’intorno del valore nullo);
• inserimento del dipolo verticale per l’impiego della cardioide e la
definizione del verso.
La ricerca del minimo sul diagramma ad otto di equazione:
e = kE
loop
v
cosθ
è giustificata dal fatto che la sua derivata prima:
deloop
= kEv
sinθ
(2.11)
dθ
assume, per = 90°
= 270°
e .
θ , la massima variazione del valore di loop
L’angolo polare θ misurato è riferito all’asse longitudinale della nave la
cui direzione è definita dalla bussola o girobussola di bordo. Nel caso
della stazione radiogoniometrica sistemata a terra la direzione di
riferimento coincide con la direzione del nord geografico.
L’accuratezza del nullo della cardioide dipende dal massimo di tensione
eloop e dalla tensione dell’antenna di senso che dovranno essere uguali.
Se il voltaggio dell’antenna verticale (dipolo) è più di quello
dell’antenna a telaio, la direzione associata al nullo è male definita
mentre se il voltaggio dell’antenna si senso è inferiore a quello
dell’antenna a telaio allora esisteranno due nulli; ciò dipende dalla
differenza di potenziale che rende la cardioide inadatta a determinare il
senso della direzione della stazione.

Il Radiogoniometro
Figura 2.7 – Diagrammi di ricezione: a) diagramma ad otto; b) e c)
cardioide (da inserire) e definizione del senso per mezzo dell’antenna
dipolo.
Quando si verificano questi casi, l’operatore dovrà agire sul ricevitore
in modo da rendere in entrambi i casi i due voltaggi uguali.
Figura 2.8 – Diagrammi di ricezione: a) cardioide con tensione di
antenna più grande della tensione di eloop;; b) cardioide con tensione di
antenna minore di quella di eloop.
91

92
Mario Vultaggio
2.3 –Antenna Bellini-Tosi
L’antenna a telaio, descritta, presenta delle limitazioni d’uso a causa
dell’accoppiamento tra rotazione della stessa attorno all’asse verticale e
le dimensioni del telaio stesso che deve essere sufficientemente alto
dato che la sua area definisce il valore massimo di eloop. La soluzione a
questo problema è stata introdotta dal sistema Bellini-Tosi
caratterizzato da due telai ortogonali fissi diretti per nord e per est nelle
i installazioni terrestre e per prora-poppa e per madiere in quelle di
bordo. Questa soluzione costruttiva è ancora ogni utilizzata nella
realizzazione di un radiogoniometro. (v. figura 2.9).
Figura 2.9 – Telaio Bellini-Tosi
Sul telaio Bellini-Tosi sono valide tutte le considerazioni elettriche
ricavate per il singolo telaio. Nelle stazioni marine l’antenna Bellini-
Tosi è installata a poppavia e sull’asse longitudinale delle navi. Ciascun
telaio fornisce una eloop proporzionale a E v sinθ
e E v cosθ
; nella
determinazione dell’angolo le due componenti eliminano il problema
della rotazione del telaio. La realizzazione tecnica del radiogoniometro
consiste di due spirali poste nei due piani perpendicolari associati ai due
telai; una terza spirale è libera di ruotare all’interno del campo indotto,
eloop, prodotto dalla due spirali. L’ampiezza del campo indotto è così
proporzionale ai due voltaggi:
[ e ] kE θ , [ e ] = kE sinθ
loop
NS
v cos loop EW v
= (2.12)
inoltre, esiste un campo indotto nella spira rotante, generato dai due
campi indotti (2.12), la cui ampiezza è funzione dell’angolo φ :

Il Radiogoniometro
[ e ] kE θ cosφ
, [ e ] = kE sinθ
sinφ
loop
NS
v cos loop EW v
= (2.13)
Quando la corrente nella spira rotante è nulla, si ha:
kE θ cosφ
= kE sinθ
sinφ
v cos v
dalla quale si ottiene l’angolo θ essendo:
tan θ = tanφ
(2.14)
l’operatore, ruotando la spira fa variare la corrente indotto fino ad
annullarla. La lettura sul goniometro, associato alla spira, dell’angolo φ
determina l’angolo:
θ = φ + 90° + n180°
(2.15)
Figura 2.10 – Diagramma polare di ricezione del telaio Bellini-Tosi
2.4 – Antenna Adcock
La resistività del suolo può modificare la polarizzazione verticale del
campo elettromagnetico trasmesso dalla stazione trasmittente;
quest’azione può indurre sui rami orizzontali dell’antenna a telaio delle
tensioni indotte e modificare la posizione di nullo da associare alla
direzione misurata dall’operatore.
Per evitare o ridurre quest’effetto prodotto dalla non perfetta
polarizzazione verticale del segnale in arrivo in alcuni telai è eliminata
la connessione orizzontale superiore ed a schermare le connessioni
93

94
Mario Vultaggio
orizzontali tra antenna e ricevitore; antenne costruite con questi
accorgimenti sono dette antenne Adcock
Figura 2.11 – Schema geometrico di antenna Adcock
La figura 2.11 illustra un esempio di antenna Adcock; essa è costituita
da due coppie di due rami verticali (antenna a telaio) collegati da
conduttori orizzontali ben schermati in modo da non essere investiti dal
campo elettromagnetico in arrivo; l’assenza del contributo di questi
rami schermati rende poco sensibile i telai stessi alle riflessioni
ionosferiche e quindi non influenzano il segnale indotto dal campo
elettromagnetico diretto generato dalla stazione trasmittente.
Se si considerano i due telai di figura 2.11, allora nel box
integratore è realizzato il confronto dei due potenziali presenti nei
dipoli:
2πd 2πd −
2 e 2
λ sinφ
λ sinφ
considerando h l’altezza dei dipoli, la differenza di potenziale indotta
sarà:
⎡
ΔV
= Eoh⎢e
⎢⎣
πd
j sin φ
λ
− e
πd
− j sin φ
λ
⎤
⎥
⎥⎦

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⎧⎡
⎛ πd
⎞ ⎛ πd
⎞⎤
⎫
⎪⎢cos⎜
sinφ
⎟ + j sin⎜
sinφ
⎟⎥
+ ⎪
⎪⎣
⎝ λ ⎠ ⎝ λ ⎠⎦
⎪
ΔV
= Eo
h⎨
⎬
⎪ ⎡ ⎛ πd
⎞ ⎛ πd
⎞⎤
−
⎪
⎪ ⎢cos⎜
sinφ
⎟ − j sin⎜
sinφ
⎟⎥⎪
⎩ ⎣ ⎝ λ ⎠ ⎝ λ ⎠⎦⎭
πd Δ V ≈ E1h
sin sinφ
λ
così la differenza di potenziale misurata dipende dall’angolo di
incidenza del piano d’onda con il piano del telaio. Il valore ricavato è
ottenuto elettricamente dalla combiner box riportata nella citata figura
(v. fig. 2.11).
Per dare una forte direttività alla coppia di telai occorre che un valore
d
grande del rapporto . Questa condizione impone, per segnali nella
λ
banda di frequenze medie e corte una distanza dei dipoli delle antenne
Adcock variabile tra 10 e 20 metri. Questa condizione genera delle
grosse difficoltà ad installare a bordo delle navi antenne di questo tipo;
questo è il motivo per cui antenne di questo tipo sono usate soprattutto
in stazioni radio goniometriche terrestri.
2.5 – Il radiogoniometro a bordo della nave
L’installazione del radiogoniometro a bordo richiede che la direzione
0°-180° del quadrante fisso sia diretto perfettamente nel piano
longitudinale della nave . La posizione dell’antenna deve essere posta
sul piano longitudinale in modo che l’antenna sia simmetrica rispetto ai
ferri o altre antenne di bordo. Dopo l’installazione occorre procedere al
calcolo delle deviazioni dato che a bordo esistono masse ferrose ed
antenne che investiti dal campo elettromagnetico del segnale in arrivo,
sono sede di correnti parassite. Queste correnti reirradiano un campo
magnetico secondaria Hs che si combina con il campo magnetico H del
segnale in arrivo (v. figura 2.12); i due campi sono generalmente sfasati,
tuttavia è possibile decomporre una componente in fase con H la cui
composizione vettoriale da il vettore risultante H’ che determinerà un
errore nella misura della direzione del segnale in arrivo trasmesso dalla
stazione trasmittente. La componente in quadratura contribuisce al
cosiddetto effetto antenna.
Il vettore magnetico H’ risultante genera una deviazione nel
rilevamento misurato con il radiogoniometro. Questo semplice caso
giustifica l’azione dello studio dei ferri e delle antenne sulle misure
radiogoniometriche; l’azione dei ferri di bordo crea un campo
95

96
Mario Vultaggio
elettromagnetico indotto molto simile a quello creato dal campo
magnetico terrestre che produce deviazioni sulla bussola magnetica. La
natura delle deviazioni è identica a quella della bussola magnetica dato
che le deviazioni assumono lo stesso valore dopo un intero giro della
nave. Le deviazioni prodotte dal campo magnetico indotto di bordo sul
radiogoniometro sono di tipo periodico:
( )
δ = f ρ
(2.16)
Figura 2.12 – Composizione vettoriale dei campi magnetici H e Hs
(inserire lo scafo con le due polarità)
Per stabilire i valori della deviazione al variare del rilevamento polare
ρ occorre procedere alla tecnica dei giri di bussola.
r
2.6 – Determinazione delle deviazione del radiogoniometro.
Installata l’antenna del ricevitore DF sull’asse longitudinale della nave,
la determinazione delle deviazione del DF è fatta con la nave in assetto
di navigazione. Nell’effettuare le misure occorre distinguere due
procedure differenti legati alla visibilità ottica della stazione
trasmittente: radiofaro in vista e radiofaro non in vista.
2.6.1 – Metodo a vista
La nave si trova in prossimità del radiofaro (v. figura 2.13); a bordo si
installa, in prossimità dell’antenna del radiogoniometro, un grafometro
opportunamente orientato con l’asse 0-180° parallelo al piano
longitudinale della nave; la vicinanza del grafometro all’antenna è una
condizione necessaria per eliminare errori di parallasse. La nave è
ormeggiata presso una boa adibita a questo tipo di misure. Le misure
r

Il Radiogoniometro
sono effettuate su prore equintervallate su un giro completo di
orizzonte: due operatori osservano simultaneamente sia la misura polare
del radiofaro al grafometro sia quella corrispondente al
radiogoniometro. Al termine del giro di orizzonte si ottengono una
serie di misure di angoli polari fatte sia al radiogoniometro sia al
grafometro: ρ r e ρ i i . La deviazione, δ r , corrispondente a ρ i
r , è i
espressa dalla seguente relazione:
δ ( −
(2.17)
r = f ρ r ) = ρi
ρ r
i
Figura 2.13 – Composizione vettoriale dei campi magnetici H e
Hs (inserire lo scafo con le due polarità)
Si fa notare che la deviazione è una correzione e non un errore perché
essa, sommata con il proprio segno alla misura errata, fornisce la misura
esatta. Con le deviazioni calcolate si costruisce su un diagramma la
curva delle deviazioni, su un sistema ortogonale. La curva rappresenta
la relazione (2.17). Tracciata la curva, si costruisce la tabella delle
deviazioni.
Il metodo a vista per la ricerca delle deviazioni è certamente uno
dei più semplici,perché non richiede alcuna conoscenza delle coordinate
geografiche sia della nave che della stazione trasmittente (radiofaro).
Esso richiede però un’accurata messa a punto del grafometro, onde
evitare un errore costante sulle deviazioni calcolate.
2.6.2 – Metodo con radiofaro non in vista
La stazione trasmittente, in questo caso,non è visibile all’operatore ed è
può essere piuttosto lantana (50-100 mg). Occorre definire il
rivelamento vero Ril v della stazione trasmittente (misurato sulla carta o
97
i

98
Mario Vultaggio
calcolato con metodi analitici). La nave assume le varie prore vere (lette
alla bussola magnetica e correte sia della declinazione che della
deviazione magnetica). Tenuto conto che il telaio è orientato per prora,
si rileva al radiogoniometro la stazione trasmittente e per ogni prora
vera si ricava il valore dell’angolo polare:
ρ = Ril − P
(2.18)
i
v
Questa misura si confronta con l’angolo misurato al radiogoniometro
ρ per ottenere la deviazione:
ri
ri
i
ri
vi
δ = ρ − ρ
(2.19)
Con i valori calcolati si costruisce la curva delle deviazioni del
radiogoniometro. Il metodo usato è meno accurato di quello precedente;
le incertezze derivano dal maggior numero di parametri impiegati.
2.7 – Curva delle deviazioni.
Dallo studio delle curve di deviazioni risulta che le deviazioni
dipendono soprattutto dall’orientamento che vengono ad assumere le
masse metalliche di bordo rispetto alla direzione delle onde
elettromagnetiche in arrivo. La natura delle deviazioni è di tipo
periodico, cioè la deviazione assume lo stesso valore dopo un giro
completo di orizzonte;queste considerazioni permettono di associare
alla (2.17) e alla (2.19) la proprietà delle funzioni periodicche in termini
dell’angolo polare ρ . A questa funzione può essere applicata lo
sviluppo in serie di Fourier.
La curva delle deviazione (v. figura 2.14), allora, può essere espressa
dal seguente sviluppo in serie:
δ r = f ( ρ ) = + sin + cos + sin 2 + cos2
+
i
r A B ρr
C ρ
i
r D ρ
i
r E ρ
i
r i
(2.20)
+ F sin3ρ
+ G cos3ρ
+ K sin 4ρ
+ Lcos4ρ
+ ...
r i
r i
r i
r i

Il Radiogoniometro
Deviazione
Giri di bussola - deviazione del radiogoniometro
8
6
4
2
0
-2 0
-4
-6
-8
45 90 135 180 225 270 315 360
Rilevamento polare
99
Deviazione
Figura 2.14 – Rappresentazione della deviazione di un
radiogoniometro calcolata con giri di bussola.
I coefficienti A, B, C, ecc., sono espressi in gradi ed hanno il seguente
significato:
• A è una deviazione costante;
• B e C sono delle deviazioni semicircolari;
• D ed E sono delle deviazioni quadratali;
• F e G sono delle deviazioni sestantali;
• K ed L sono delle deviazioni ottantali.
La curva delle deviazioni mostra un carattere quadratale con un valore
molto rilevante della costante D ed è accompagnato da significativo
valore di K associato ad un’armonica ottantale. L’esperienza sullo
studio delle deviazioni dei radiogoniometri suggerisce , per
rappresentare la deviazione, il seguente sviluppo in serie:
δ
ri
= f ( ρ ) = A + Bsin
ρ + C cos ρ + Dsin
2ρ
+
r
r i
r i
r i
+ E cos2ρ
+ K sin 4ρ
I coefficienti della serie (2.20) si ricavano dalle seguenti relazioni:
n
∑
i=
1
A =
δ ri
n
δ r90°
B =
− δ r
2
270°
,
r i
δ r
C =
0°
− δ
2
r
180°°
r i
(2.21)
(2.22)

D =
( δ + δ ) + ( δ + δ ) ( δ + δ ) + ( δ + δ )
r
45 °
r
225°
4
r
135°
r
315°
,
E =
( −δ
+ δ −δ
+ δ −δ
+ δ − )
100
r
0°
r
180°
4
r
90°
r
270°
Mario Vultaggio
(2.23)
1
K = δ r22.
5°
r67.
5°
r122.
5°
r157.
5°
r202.
5°
r247.
5°
r δ
292.
5°
r
(2.24)
337.
5°
8
Il coefficiente K può essere anche ricavato in termini del coefficiente
D:
2
2
sin D
tan D
sin K = , tan K =
(2.25)
2
2
2.8 – Progettazione ed installazione di un radiogoniometro
terrestre: analisi e natura delle deviazioni.
Nell’individuazione dellae scelta del sito costiero per installare una
stazione costiera, occorre tener ben presente che l’antenna del
radiogoniometro sia ben visibile e libera da ostacoli. Non esistono siti
ideali esenti da influenze spurie che possono variare la simmetria del
campo elettromagnetico; un aspetto importante da tenere presente è il
fenomeno della rifrazione delle onde elettromagnetiche che si verifica
quando le onde passano da un mezzo all’altro di differente conduttività
(terra-mare e mare-terra). Ricordando che la velocità di gruppo delle
onde superficiali dipende dalla conduttività del suolo, l’onda
elettromagnetica che incide la linea di costa subisce una variazione di
direzione a causa della variazione di conduttività del mezzo (v. figura
2.15).

Il Radiogoniometro
Figura 2.15 – Rifrazione costiera - variazione della direzione
prodotta dalla linea di costa (settore di bontà).
Dalla legge della rifrazione si capisce che la deviazione è minima
quando la direzione dell’onda incidente è prossima alla direzione
perpendicolare della costa. Le direzioni che incidono con un angolo
molto grande sono sempre da scartare dato che esse sono affette da una
variazione di direzione notevole. Questo fenomeno può essere ridotto
scegliendo opportunamente il sito d’installazione rispetto all’area di
servizio del radiogoniometro o radiofaro.
2.9 – Installazione del radiogoniometro a bordo delle -Analisi e
natura delle deviazioni.
Come prima accennato, l’antenna del radiogoniometro a bordo delle
navi va installata sul piano longitudinale; rimane da capire la natura
delle deviazioni rappresentate dalla relazione (2.21) e come sia possibile
ridurle. Per ottenere le migliori prestazioni occorre capire quale
variazione subiscono le onde elettromagnetiche che investono la
struttura della nave sulla quale sono presenti altri tipi di antenne adibite
ad altri servizi.
Per conoscere l’influenza della struttura della nave sull’antenna del
radiogoniometro, occorre, dopo l’installazione dell’antenna, operare dei
giri di bussola e ricavare il diagramma delle deviazioni in funzione della
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Mario Vultaggio
direzione polare come è dato dalla relazione (2.21); successivamente
occorre determinare i coefficienti che sono presenti nella (2.21).
Normalmente il diagramma delle deviazioni presenta un andamento
quadratale; in particolare, dal calcolo dei coefficienti, si nota che i
coefficienti D e K sono più grandi rispetto agli altri coefficienti presenti
nella (2.21) (v. figura 2.16).
Figura 2.16 – Diagramma delle deviazioni di tipo quadrantale.
L’armonica quadrantale è causata da una corrente indotta dallo scafo
della nave che nel giro di bussola produce un campo secondario; questa
campo re-irradiato è in fase con il campo esterno generante cosicché
esso si aggiunge al campo esterno, causando così una variazione della
corretta direzione del campo esterno; l’effetto risultante è quello di
ridurre l’angolo polare di osservazione. Con il rilevamento polare nullo
o 180°, il campo secondario assume il suo massimo valore, ma dato che
esso ha lo stesso orientamento del campo principale, esso non produce
alcun errore. Per le direzioni polari di 90° o 270°, il campo principale
non produce alcun campo secondario perciò non circola alcuna corrente
secondaria indotta dall’azione dello scafo. In queste due direzioni non si
producono errori sulla misura. L’errore massimo pertanto si verifica
nelle direzioni polari ( ρ r = 45°
= 135°
= 225°
= 315°
) .
L’ampiezza del campo secondario dipende dal beamwith(larghezza) e
dal bordo libero della nave; la variazione del bordo libero, sembra però,
di produrre una debole variazione del campo secondario che in pratica
è trascurato. L’azione del beamwith è una quantità fissa per una data
sistemazione dell’antenna del radiogoniometro per cui la sua azione
rimane costante; il suo effetto, comunque, diminuisce con il crescere
della distanza dallo scafo della nave. Per questo motivo, come si può
osservare su tutte le navi, l’antenna del radiogoniometro è posta molto
in alto rispetto alla struttura dello scafo.

Il Radiogoniometro
Figura 2.17 – Diagramma tipico delle deviazioni semicircolari
prodotte dal campo secondario indotto – le quattro curve
dipendono dalla posizione relativa della struttura verticale rispetto
all’antenna.
La compensazione di questa deviazione quadratale è effettuata
introducendo una impedenza nel circuito di ricezione; l’operazione è
molto complessa e comunque va opportunamente tarata per annullare
l’azione del campo magneti secondario prodotto dalla struttura metallica
della nave.
L’armonica semicircolare è causata da un conduttore verticale vicino
all’antenna del radiogoniometro; nel caso pratico questo condutture può
essere assimilato al fumaiolo della nave, albero o ad una antenna
verticale vicina. Il campo secondario indotto, in questi casi, è molto
intenso quando la lunghezza del conduttore verticale è proporzionale
⎛ λ 3λ
5λ
⎞
alla lunghezza d’onda del campo principale ⎜l
≈ , , , ecc⎟
con λ
⎝ 4 4 4 ⎠
la lunghezza d’onda della frequenza del segnale trasmesso dalla
stazione trasmittente.
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Mario Vultaggio
Figura 2.18 – Diagramma tipico delle deviazioni quadratali
prodotte dal campo secondario indotto: a) sezione trasversale; b)
sezione longitudinale.
Il massimo errore della semicircolare si ha quando la struttura verticale
re-irradia un campo indotto in fase con l’onda diretta; il campo indotto
risultante è dato dalla somma dei due campi; la direzione misurata al
goniometro φ devia dalla direzione polare dell’onda in arrivo θ (v.
relazione 2.14). L’errore della semicircolare è nullo quando la stazione
trasmittente e la struttura verticale sono sullo stesso allineamento. I
diagrammi rappresentati in figura 2.18 forniscono un possibile
diagramma della deviazione semicircolare agente sul radiogoniometro.
2.10 – Calcolo delle deviazioni
Il calcolo delle deviazioni del radiogoniometro di bordo si determinano
operando misure nell’intero giro di orizzonte il radiofaro sotto angoli
polari equintervallati; la differenza dei corrispondenti rilevamenti polari
radiogoniometrici e veri fornisce una serie temporale come riportata
nella seguente tabella i cui valori sono stati calcolati per mezzo della
relazione (2.19):
ρ v
(gradi)
Tabella 1 - Giro di bussola : valori misurati e calcolati
ρ rad
(gradi)
δ
(gradi)
ρ v
(gradi)
ρ rad
(gradi)
δ
(gradi)
0 0 0 180 179,5 0,5
22,5 20,5 2 202,5 200 2,5
45 40 5 225 219 6
67,5 66 1,5 247,5 245 2,5
90 89,5 0,5 270 269 1
112,5 114 -1,5 292,5 296 -3,5
135 141,5 -6,5 315 321 -6
157,5 160 -2,5 337,5 340 -2,5

Il Radiogoniometro
Quindi si calcolo i coefficienti con le relazioni (2.22) – (2.24) qui di
seguito riportati nella tabella 2.
deviazione (gradi)
8
6
4
2
-2
-4
-6
-8
Tabella 2 - Coefficienti della deviazione di un radiogoniometro
A B C D E K
0.1 -0.25 -0.25 5.88 -0.25 0.06
deviazione del radiogonimetro
0
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
prora gyro (gradi)
Figura 2.19 – Diagramma delle deviazioni residue calcolate dai
dati di tabella 2
Successivamente, per comprendere bene la natura del diagramma delle
deviazioni, i valori calcolati della deviazione sono rappresentati in
diagramma in funzione dell’angolo polare radiogoniometrico. La figura
2.19 mostra l’andamento delle deviazioni calcolate con i coefficienti
riportati in tabella:
2.11 – Compensazione delle deviazioni e calcolo delle deviazioni
residue.
La compensazione delle deviazioni prodotte dai campi secondari indotti
a bordo delle navi è effettuata dopo che si determina la curva delle
deviazioni ed i coefficienti che determinano la curva stessa utilizzando
le relazioni (2.12), (2.22) e (2.23).
La compensazione del radiogoniometro avviene effettuando i seguenti
punti:
• controllo preliminare del funzionamento del radiogoniometro;
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Serie1

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Mario Vultaggio
• eliminazione di potenziali sorgenti di re-irradiazione di campi
indotti;
• effettuazione di un giro completo di orizzonte per la verifica
della completa funzionalità del DF;
• tracciamento ed analisi della curva delle deviazioni;
• riduzione delle deviazioni;
• effettuazione del giro di orizzonte per la valutazione degli errori
residue;
• tracciamento del diagramma delle deviazioni residue e
preparazione della tabella delle deviazioni.
Tutte queste operazioni sono precedute dalla verifica che la nave sia in
assetto di navigazione.
La curva delle deviazioni residue può mettere in evidenza che la
compensazione non sia stata effettuata in modo corretto: la curva può
mettere in evidenza una componente quadratale o semicircolare
significativa. In questi casi occorre procedere all’individuazione del
campo secondario indotto che ha prodotto l’armonica ed eliminare la
sua azione.
E’ possibile procedere ad un controllo rapido del radiogoniometro
effettuando delle misure su due direzioni principali per verificare se
esiste una forte componente quadratale scegliendo direzioni per le quali
la quadratale assume il valore massimo. Si riportano a titolo di esempio
le seguenti osservazioni:
Tabella 3 – Deviazioni residue
v
ρ r
ρ ( )
δ
045° 039° +6°
315° 319° -4°
Il valore medio è di 5° ed indica che i rilevamenti polari sono deviati
verso il piano longitudinale della nave; il loro valore indica la presenza
di una deviazione quadratale. Quando le deviazione misurate nelle due
direzioni sono molto differenti tra loro, allora le misure sono affette da
un deviazione semicircolare non trascurabile.