L'Universo in diretta
di Luciano Ravello IX1GTG (articolo Nuovo Orione n.63 di Agosto 98)

I lettori avranno seguito, in precedenti numeri di Orione, gli articoli riguardanti la visione in diretta di oggetti astronomici mediante la trasmissione televisiva, realizzata durante lo Star Party e la "Luna in diretta".
Nel campo broadcasting non è forse una novità, ma l'attuazione in campo amatoriale è sicuramente interessante e merita una dettagliata relazione.
Lo scrivente, appassionato di video tecnica, di astronomia e radioamatore, da parecchio tempo aveva in mente di attuare un ambizioso progetto:
far conoscere ad un pubblico riunito in una sala, gli oggetti astronomici ripresi dal telescopio.
L'idea è stata concretizzata in occasione di una manifestazione, indetta ad hoc, dal comune di Nus patrocinata dal comitato Costruzione Osservatorio Astronomico di St. Barthélemy.
Nella postazione di ripresa (Figura1) situata in un luogo particolarmente buio della collina di Nus, è stato installato un telescopio Meade 2080 da 20 cm ed una telecamera Sony bianco e nero ad alta risoluzione.
Il mixer Panasonic WJ -AVE7 con titolatrice, ha reso possibile la visione dei segnali video uscenti sia dalla telecamera che dal videoregistratore; in questo modo, durante i tempi morti di ripresa, sono stati mandati in onda delle immagini precedentemente riprese.
Nella Figura1 è anche visibile l'antenna trasmittente, collegata ad un trasmettitore video a modulazione di frequenza in banda amatoriale ATV a 1240 Mhz ed il ricevitore di controllo con monitore, sintonizzato sulla frequenza di trasmissione. Nella sala riunioni del comune di Nus, distante

qualche chilometro dalla postazione di ripresa, è stato installato il ricevitore collegato all'antenna, ed un video proiettore a grande schermo Sharp 3400S.
Naturalmente il pubblico ha apprezzato molto l'iniziativa, visto che per molti era il primo approccio all'astronomia realizzato con tutte le comodità, situazione che normalmente non succede agli astrofili.
Il secondo passo del progetto era la visualizzazione nel grande schermo televisivo non solo oggetti astronomici di grande luminosità, come i pianeti e la Luna, ma anche gli oggetti del profondo cielo; rammentiamo che le telecamere televisive hanno un bassa sensibilità luminosa (circa 1 lux) insufficiente a visualizzare oggetti oltre 0 -1 di magnitudine.
Questa opportunità si è avuta durante lo Start Party 1996, grazie alla collaborazione del dott. Parisio.
In questa manifestazione si è utilizzato il sensore ccd Starlight Xpress il quale, oltre al pregio di avere una grande sensibilità tipica del sistema, è provvisto del connettore d'uscita del video composito: il segnale utilizzato nei videoregistratori, telecamere e monitori.
Si tenga presente che la trasmissione di immagini televisive è possibile anche con sensori ccd senza uscita video; in questo caso la visione non è più in tempo reale.
Infatti il computer, per visualizzare le immagini riprese sul suo schermo e renderle disponibili alla sua uscita (ormai in tutti i computer multimediali), deve attendere l'invio dei dati dal sensore ccd.
In un prossimo articolo si descriverà come telecomandare il telescopio mediante un comando remoto via modem telefonico.
In questo modo installando il telescopio, la telecamera ed il trasmettitore TV, si ha la possibilità di visualizzare oggetti celesti pur non essendo presenti nel luogo di ripresa; per rendere il sistema ancor più maneggevole si cercherà di utilizzare i radiotrasmettitori, invece del modem telefonico, per inviare i comandi. In ultimo, chiedendo la collaborazione ai radioamatori lombardi e piemontesi, lo scrivente ha l'intenzione di ampliare l'orizzonte della visione astronomica, trasmettendo a grande distanza le immagini riprese dal telescopio.
Scegliendo una opportuna postazione, naturalmente al di fuori delle montagne valdostane, con una apparecchiatura di trasmissione ed una antenna adeguate, si possono coprire parecchi chilometri.
Seguono ora alcune note tecniche sulla realizzazione del sistema e sul suo principio di funzionamento.

Descrizione del sistema radiotrasmittente amatoriale.
La stazione del radioamatore, come le normali broadcasting radiotelevisive, è costituita da apparecchiature elettroniche che utilizzano l'onda elettromagnetica come supporto per inviare, da un luogo ad un'altro, la comunicazione vocale, le immagini e le informazioni.
Viene usato questo sistema perché è l'unico mezzo per irradiare, mediante l'antenna, un campo elettromagnetico che si propaga a distanza.
L'onda elettromagnetica o radiofrequenza, ha una forma sinusoidale e si distingue per la lunghezza d'onda (lambda) o per la frequenza (f=numero dei cicli completi al secondo); essa è composta da una vasta gamma che comprende i raggi gamma, i raggi x , gli ultravioletti, la luce visibile, gli infrarossi e le radio onde, secondo una scala decrescente della frequenza.
Il segnale a radiofrequenza o portante affinché assolva il suo scopo deve essere modulato dal segnale da inviare, detto tecnicamente modulante.
Per semplificare il concetto (i tecnici puri mi perdoneranno il paragone), immaginiamo un materiale galleggiante (il segnale modulante) trasportato dalle onde del mare (la portante).
Principalmente vi sono due tipi di modulazione:
la modulazione di ampiezza (mdA), usata nella ricezione radiofonica ad onda media e nella ricezione delle stazioni televisive terrestri;
la modulazione di frequenza (mdF), usata nella ricezione radiofonica a modulazione di frequenza e nella ricezione delle stazioni televisive satellitarie

In teoria modulare significa variare l'espressione matematica della sinusoide, rappresentante l'andamento della radiofrequenza v= A sen wt , variandone i parametri della ampiezza A per la modulazione di ampiezza (Figura 3), e i parametri della frequenza wt per la modulazione di frequenza (Figura 4), mediante l'espressione matematica della modulante.
Nello sviluppo matematico vengono specificate sia la posizione delle bande laterali nel dominio delle frequenze che le loro ampiezze, trattato che esula dall'intento di questo articolo.
La mdA è schematicamente più semplice, ma abbastanza sensibile ai disturbi ed alle variazioni di ampiezza del segnale; questo è facilmente intuibile visto che questi fenomeni interessano l'ampiezza della radiofrequenza e come conseguenza modificano la modulante ricevuta.
La ricezione della portante a mdF, avendo il contenuto della modulante nelle variazioni di frequenza (ossia più o meno l'ampiezza della portante in senso orizzontale), non risente dei disturbi; per questo motivo questo sistema viene usato nelle trasmissioni satellitarie, dove le notevoli distanze e la bassa potenza in gioco, potrebbero pregiudicare il funzionamento se fosse a mdA.

Il sistema televisivo a scansione veloce e lenta.
Nel campo ATV (i radioamatori che trasmettono i segnali televisivi) vengono usati due sistemi:
il sistema televisivo a scansione veloce, simile alla broadcasting
la scansione lenta o SSTV

Il sistema televisivo
In sintesi il principio del sistema televisivo è il seguente:
nella telecamera a tubi (presa come esempio per rendere più accessibile il funzionamento) l'immagine da riprendere viene focalizzata in un rettangolo
detto raster. Il raster è formato da celle fotosensibili, sistemate in righe e colonne, che convertono il segnale luminoso in variazione di tensione direttamente proporzionale. Ogni cinquantesimo di secondo, un raggio elettronico, generato nell'interno del tubo da ripresa, esplora sequenzialmente ogni cella e ne rivela l'ampiezza della tensione immagazzinata, azzerando la cella. La scansione del raggio elettronico avviene da sinistra a destra e dall'alto al basso del raster e come conseguenza il soggetto ripreso viene convertito in una sequenza di tensioni variabili, detto tecnicamente segnale video.
Nel cinescopio del televisore o del monitore avviene il processo inverso.
Le celle fluorescenti, che costituisco il raster del visore, ubicate come nella telecamera, quando vengono colpite dal raggio elettronico o beam generato dal tubo, s'illuminano e la luminosità è direttamente proporzionale all'intensità del fascio. L'intensità del fascio elettronico varia a seconda dell'ampiezza del segnale video, con la stessa cadenza dell'esplorazione della telecamera da ripresa; allo scopo viene inserito nel sistema un segnale che sincronizza l'andamento delle due scansioni

Il sistema televisivo SSTV
Il sistema televisivo a scansione lenta si basa sul seguente principio:
il segnale proveniente dalla telecamera o da altra sorgente video viene convertito in un segnale digitale mediante il convertitore Analogico-Digitale, lo stesso usato nei sensori ccd usati dagli astrofili.
Il principio di funzionamento è il seguente:
la variazione massima del segnale video oppure la massima escursione della corrente proveniente dal sensore ccd, vengono divise in un numero di parti eguali, tante sono le combinazioni binarie disponibili; più numerose sono le combinazioni maggiormente viene convertito fedelmente il segnale.
Il sistema verifica in quale intervallo cade il valore di tensione o corrente da convertire ed il suo corrispondente byte definirà il suo valore binario.
Come esempio consideriamo un ipotetico convertitore a 3 bit, quindi si avranno 23 = 8 combinazioni, ossia 000-001-010-011-100-101-110-11 ed una tensione da convertire compresa da 0 a 6,4 V.
Se la tensione in ingresso è tra 0-0,8 V all'uscita del convertitore si avrà il codice binario 000; se la tensione è tra 0,8-1,6 V si avrà in uscita 001; se la tensione è tra 1,6-2,4 V si avrà in uscita 010 e via di seguito sino alla tensione 5,6-6,4 V che avrà in uscita 111, (Figura 5).
I bytes disponibili, uscenti dal convertitore, vengono immagazzinati in una memoria, in seguito il contenuto delle celle Ram viene estratto sequenzialmente, codificato in variazione di toni per mezzo di un modem, adatti ad essere inviati all'ingresso microfonico del trasmettitore.
In ricezione avviene il fenomeno inverso e nel monitore del computer viene ricostruita l'immagine trasmessa.
Questo sistema ha il vantaggio di un relativo basso costo, di usare tutte le bande radiantistiche e di occupare una banda stretta di trasmissione; il maggior inconveniente è la bassa velocità dei dati, insito nel sistema.

Descrizione delle apparecchiature
Nella Figura 6 sono visibili, da sinistra verso destra, le apparecchiature necessarie per la trasmissione del segnale televisivo:
1) il modulo trasmittente video a mdF 1,5 Watt di uscita a frequenza variabile 1150-1300 Mhz con i connettori di ingresso del segnale video
e del segnale audio,
2) amplificatore lineare 20 Watt 1240-1250 Mhz di banda passante;
amplifica la potenza del modulo trasmittente da 1,5 a 20 Watt di uscita,
3) wattmetro e rosmetro per il controllo della potenza e delle onde riflesse.
Quest'ultima apparecchiatura, collegata fra l'amplificatore lineare e l'antenna, misura la potenza reale in uscita e le eventuali onde riflesse dovute a cattivi collegamenti dell'antenna.
Nella Figura 7 sono visibili le apparecchiature necessarie per la ricezione del segnale trasmesso, da sinistra verso destra:
1) monitore portatile a colori,
2) ricevitore a frequenza variabile da 950 a 2000 Mhz
simile al sintonizzatore dei programmi televisivi satellitari,
Nella Figura 8 sono visibili gli strumenti utilizzati a livello professionale, per il controllo del funzionamento dell'intero sistema:
1) in basso, il generatore dei segnali video standard in trasmissione,
2) in alto, l'oscillografo dove in ricezione viene visualizzato il segnale video uscente,
I segnali video standard vengono utilizzati per controllare le eventuali variazioni di fase fra la crominanza (il colore) e la luminanza (il bianco e nero), la larghezza di banda (la definizione del sistema) ecc, riscontrabili nell'oscillografo.
Nella Figura 9 sono visibili, da sinistra verso destra, le apparecchiature utilizzate nella trasmissione della TV a scansione lenta:
1) ricetrasmettitore Vhf-Uhf bande amatoriali 40 Watt uscita,
2) apparecchiatura di interfaccia fra il ricetrasmettitore ed il computer, della rivista Nuova Elettronica,
3) computer, dove si visualizza nel suo schermo il segnale "Test" di trasmissione

I prossimi articoli riguarderanno la strumentazione per la misura e la taratura delle varie apparecchiature audio, video, trasmissione, ecc.frutto della mia esperienza acquisita al Laboratorio di Ricerche RAI di Torino.

Se gli argomenti vi interessano datemi un riscontro in E-mail Grazie

Luciano Ravello