La Radio

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La Radio

Quando pilotate un drone, diventate utenti di alcuni canali radio nelle bande dei 2,4 e dei 5,8GHz.

Usualmente i radiolink sono bidirezionali, ovvero il radiocomando invia segnali al drone (comandi di controllo) e il drone risponde al radiocomando (telemetria, stream video).

L’uso delle radiofrequenze è regolamentato dal Ministero delle Comunicazioni (vedi la Gazzetta Ufficiale): le frequenze  del vostro drone sono di libero utilizzo e possono arrivare a una potenza massima di 10mW per la banda sui 2.4GHz, e 25mW per i 5.8GHz.



La banda dei 2.4Ghz, se utilizzata per connessioni di tipo LAN (il wifi, per essere chiari) può utilizzare una potenza fino a 100mW.

E’ importante essere a conoscenza di queste cose?

Ovviamente sì, per almeno tre motivi:

  1. ogni volta che pilotate il vostro drone, questo è immerso in un mondo di radiofrequenze;
  2. in Italia è difficile che un drone, con le potenze di emissione radio a norma, possa andare oltre 1Km dal radiocomando (da notare che per ENAC i profili di volo VLOS sono il V70 ed il V150, dove il V150 pervede 500m come massima distanza del drone dal pilota)
  3. se decidete di modificare il radiocomando per  aumentarne la potenza, potreste incorrere nelle sanzioni pecuniarie definite dal D.Lgs 128/2016, art. 46.

Il mondo di radiofrequenze

Viviamo in momento storico di ipercomunicazione. Tv, telefoni, radio, computer hanno bisogno di una grande infrastruttura per funzionare, una parte della quale utilizza le onde radio come canale di trasmissione.

Il vostro smartphone è una radio digitale multibanda evoluta, come la scheda wifi del vostro pc; entrambi hanno bisogno di sistemi, quali router o torri di radiotelefonia, a cui connettersi con un link bidirezionale. Tv e radio ricevono i segnali inviati da emittenti broadcast, e la comunicazione avviene nel solo senso dell’utilizzatore.



A questo si aggiungono tutte le infrastrutture di comunicazione a lungo raggio punto a punto.

I dispositivi digitali (cellulari, computer…) utilizzano frequenze elevate (dai 900MHz ai 5GHz) per la necessità di comunicare velocemente (larghezza di banda).

In buona sostanza più è elevata la  velocità di connessione,  più è alta la frequenza richiesta per il radiolink; in compenso le frequenze elevate, per percorrere pari  distanza di quelle più basse senza degrado del segnale, hanno bisogno di potenze di irraggiamento più grandi.

Si intuisce facilmente come molte infrastrutture di telecomunicazione utilizzino le stesse frequenze che usa il vostro drone.

L’antenna

L’antenna è l’apparato della radio che converte i segnali elettrici in onde elettromagnetiche, e viceversa.

Ne esistono tipologie e forme differenti, ma la prima classificazione dipende dalla direzionalità, ovvero dalla capacità di questi dispositivi di inviare o ricevere segnali in una direzione prestabilita oppure in modo omnidirezionale.

Il vostro radiocomando e il vostro drone utilizzano antenne omnidirezionali.



La lunghezza dell’antenna dipende dalla frequenza, quindi dalla lunghezza d’onda, su cui deve lavorare; questo suggerisce che un’antenna emette onde elettromagnetiche per tutto il suo stelo, e non dalla punta.

Un fatto interessante è che, data una frequenza di irraggiamento, le antenne possono emettere frequenze armoniche. In particolare può essere fonte di disturbo la terza armonica: un’antenna emittente a 800MHz irradia la terza armonica a 2400Mhz.

Le antenne di apparati ricevitori (radio, GPS…) non irradiano onde elettromagnetiche, lo fanno solo i dispositivi che devono poter inviare segnali verso altre antenne, come i telefonini.

Radiocomando e ricevitore di un drone

Il vostro drone è equipaggiato con due radio ricetrasmittenti: una nel radiocomando e una a bordo del drone;

Il radiocomando invia al drone i comadi (ma va?) e riceve dal drone la telemetria e lo stream video.

Le antenne del radiocomando sono visibili, quelle a bordo del drone sono nascoste, in genere nel carrello di atterraggio.



Le antenne del drone e del radiocomando irradiano onde elettromagnetiche per tutta la lunghezza dello stelo, in modo omnidirezionale. Il drone tende ad essere sempre livellato rispetto al terreno (o con inclinazioni di qualche grado); se le antenne della sua radio sono nel carrello, tendenzialmente saranno in posizione verticale. La posizione delle antenne del radiocomando la impostate manualmente, e dev’essere simile alla posizione delle antenne del drone.

E’ importante, quindi, che posizioniate le antenne del radiocomando quasi verticalmente, e non con la punta verso il drone, pena il degrado del radiolink. Una delle cose peggiori che potete fare è lasciare le antenne del radiocomando chiuse.

Interferenze

Per quanto i radiocomandi possano adottare tecniche avanzate per ridurre la possibilità di interruzione del radiolink (tipo il frequency hopping), è possibile ricadere nella situazione in cui la presenza di altri segnali sulla stessa banda disturbi o interrompa la comuninicazione con il drone.

Ecco, questa è una situazione da evitare come la peste.



Un segnale potente può disturbare anche la ricezione del segnale GPS, compromettendo il volo di ritorno automatico, quindi il drone, seguendo la configurazione, può restare in hovering, oppure atterrare sulla verticale. Entrambe le situazioni possono essere disastrose:

  • l’hovering necessita del GPS per mantenere il drone su un punto fisso, quindi un alito di vento può spostare il drone contro un ostacolo;
  • l’atterraggio sulla verticale può portare il drone contro ostacoli al di sotto, o su superfici non adatte all’atterraggio, tipo un corso d’acqua.

Ovunque stiate volando è possibile trovare interferenze. Anche un campo apparentemente libero può essere vicino a qualche antenna di telefonia o di radiocomunicazione. Il vostro stesso telefonino può essere causa di interferenza.

E’ quindi importante controllare che l’area della vostra missione sia libera da antenne, per evitare situazioni spiacevoli. La maggior parte delle volte l’interruzione del radiolink porta al rientro automatico (RTH) del drone al punto di partenza senza alcun danno (a me è successo), ma la cosa non è certa.

Se dovete volare vicino a un’antenna per radiocomunicazione, assicuratevi che sia spenta. Questo tipo di antenne può essere molto pontente, nell’ordine dei Kw. Per essere più chiari: se posizionate il vostro drone davanti ad un’antenna a 900MHz da circa un Kw, il risultato è esattamente quello che avreste mettendolo in un forno a microonde (che è da circa un Kw a 900Mhz): l’elettronica di bordo si brucia, e la girodina precipita alla stessa velocità di un ferro da stiro (oppure di una piuma in un ambiente privo d’aria).



Anche volare in città (con le dovute autorizzazioni di ENAC, o con un trecentino) comporta rischi per il vostro radolink. Tutti gli apparati wifi, praticamente uno per appartamento, lavorano sulle stesse bande del vostro drone: 2.4 e 5.8GHz. In più, se state volando tra palazzi alti, questi possono diventare fonte di degrado o oscuramento totale del segnale GPS, quindi è meglio evitare di ricadere nella situazione di un RTH.

E’ possibile individuare le interferenze?

Sì, essendo emissioni di onde elettromagnetiche, i segnali che generano interferenza possono essere individuati.

Facilmente? Beh, no.

Per farlo occorrono tre cose:

  1. un misuratore di radiofrequenze, strumento che può costare caro;
  2. saper interpretare i valori letti dal misuratore di radiofrequenze;
  3. avere le ali.

Sebbene il punto 1 si risolva spendendo denaro, per il punto 2 occorre avere conoscenza di emissioni e propagazione dei segnali radio, e delle relative unità di misura, altrimenti le letture sullo strumento restano numeri senza significato.

E il punto 3?

Un rilevatore di radiofrequenze misura il campo elettromagnetico in cui è immerso, quindi ipoteticamente nella zona in cui sta il pilota.

Ma il drone in volo potrebbe trovarsi immerso in un’interferenza solamente da una certa altezza in su, ad esempio per un ponte radio tra le cime di due colline; per questo occorrerebbero le ali richieste nel punto 3, per effettuare misure nello spazio in cui si intende far volare il drone; insomma investire in un rilevatore RF può essere completamente inutile.

Alcuni droni sono in grado di segnalare le interferenze. Ovviamente la cosa è realtime, ovvero la segnalazione avviene nel momento in cui l’interferenza è rilevata. Non il massimo, ma meglio che niente.

Per la programmazione delle missioni può essere d’aiuto un’app per Android, OpenSignal, con cui è possibile vedere dove sono installate le torri per il segnale di telefonia mobile.

In conclusione

Far volare un drone è abbastanza semplice, ma ci sono pericoli oggettivi e non visibili da prevedere e di cui tenere conto.

Inserite nella vostra checklist un controllo dell’area della missione, per evitare pericolosi e potenzialmente disastrosi avvicinamenti a antenne per telefonia o radiocomiunicazione.

Per volare in sicurezza leggi questi semplici consigli.

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