L'attenuazione da pioggia (rain fade) è il disturbo dominante per i collegamenti satellitari sopra i 10 GHz. Non è "interferenza": è assorbimento e diffusione del segnale da parte delle gocce di pioggia lungo il percorso inclinato. Ecco la realtà ingegneristica.
🌧️ Meccanismi fisici
- Assorbimento: Le molecole d'acqua risuonano a 22,2 GHz (H₂O) e 60 GHz (O₂). L'energia si converte in calore. Dominante < 10 GHz.
- Diffusione (Mie/Rayleigh): Dimensione della goccia ≈ lunghezza d'onda → forte diffusione in avanti/indietro. Dominante > 10 GHz. L'energia diffusa esce dal fascio.
- Depolarizzazione: Gocce non sferiche (oblata) ruotano la polarizzazione → interferenza cross-pol (critica per il riutilizzo di frequenza).
📡 Dipendenza dalla frequenza (ITU-R P.618 / P.838)
| Banda | Range di frequenza | Attenuazione da pioggia (dB/km @ 25 mm/h) | Margine di link tipico |
|---|
| L-band | 1–2 GHz | < 0,01 | Trascurabile. GPS, Inmarsat, sat mobili. |
| S-band | 2–4 GHz | 0,01–0,05 | Basso. Sat mobili, alcuni DTH. |
| C-band | 4–8 GHz | 0,05–0,3 | Moderato. Margine 3–6 dB tipico. FSS/DTH classico (in declino). |
| Ku-band | 12–18 GHz | 0,5–3 | Alto. Margine 6–12 dB. DTH (DirecTV, DISH, Sky), VSAT. |
| Ka-band | 26–40 GHz | 3–15 | Grave. Margine 15–25+ dB. HTS (ViaSat, Hughes, gateway Starlink). |
| V/W-band | 40–75 GHz | 15–50+ | Estremo. Link sperimentali / inter-satellite. |
Regola: Attenuazione ∝ f² (approx) per f < 20 GHz. Intensità pioggia (mm/h) ^ 1,1–1,3. Climati tropicali = 5–10× profondità di fade rispetto ai climi temperati.
📏 La geometria del percorso conta
- Angolo di elevazione: Elevazione bassa → percorso inclinato più lungo attraverso la cella di pioggia. 10° elev = 5× percorso di 90°.
- Altezza della pioggia: Altezza dell'isoterma 0°C (3–5 km tropici, 1–2 km temperati). Strato di fusione (bright band) aggiunge attenuazione.
- Proiezione orizzontale: Lunghezza effettiva = percorso inclinato × fattore di riduzione (ITU-R P.618).
🛡️ Tecniche di mitigazione (a strati)
| Livello | Tecnica | Guadagno / Effetto | Costo / Complessità |
|---|
| Link Budget | Fade Margin (statico) | 3–25 dB | Gratis (antenna più grande, potenza maggiore) |
| Fisico | Site Diversity (duplici stazioni di terra) | 10–20 dB (celle di pioggia non correlate) | Alto (due siti, switching) |
| Fisico | Apertura maggiore (parabola più grande) | +3 dB per 2× diametro | Moderato (carico eolico, costo) |
| Forma d'onda | Adaptive Coding & Modulation (ACM) | 6–10 dB (QPSK 1/2 → 256APSK 9/10) | Standard in DVB-S2X, modem VSAT |
| Forma d'onda | Adaptive Power Control (UPC/APC) | 3–6 dB (solo uplink) | Standard in VSAT, HTS |
| Forma d'onda | Spread Spectrum / CDMA | Processing gain (3–10 dB) | Militare, alcuni sat mobili |
| Network | Mesh / Mesh-VSAT / SDN reroute | Diversità di percorso | Definito da software |
🎯 Flusso di progettazione
- Ottieni il tasso di pioggia superato lo 0,01% del tempo (R₀.₀₁) per la località (ITU-R P.837).
- Calcola l'attenuazione specifica γᵣ (ITU-R P.838) per frequenza e polarizzazione.
- Calcola la lunghezza effettiva Lₑ (elevazione, altezza pioggia).
- Fade totale A = γᵣ × Lₑ (dB) per lo 0,01% del tempo.
- Margine di progetto = A × 1,2–1,5 (sicurezza).
- Applica ACM/UPC per recuperare 6–10 dB → riduci margine statico.
- Verifica obiettivo di disponibilità (99,9% – 99,999%).
Il fade da pioggia è fisica, non un bug. I moderni HTS (High-Throughput Satellites) in Ka-band richiedono ACM + UPC + site diversity per rispettare gli SLA. La C-band sopravvive grazie al solo margine. Scegli la banda in base al requisito di disponibilità, non al marketing.
