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:
- ogni volta che pilotate il vostro drone, questo è immerso in un mondo di radiofrequenze;
- in Italia è difficile che un drone, con le potenze di emissione radio a norma, possa andare oltre 1Km dal radiocomando (da notare il profilo di volo VLOS prevede un’altezza massima di 120m dal terreno, salvo altre abilitazioni, e una distanza massima dal radiocomado di 500m)
- 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 maggiori.
E, come se non bastasse, a tutte queste interferenze si può aggiungere pure l’attività solare.
Dopo questa premessa apparentemente catastrofica si può notare come molte infrastrutture di telecomunicazione utilizzino le stesse frequenze del 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 radiocomando e il drone utilizzano antenne omnidirezionali.
La lunghezza dell’antenna dipende dalla frequenza, quindi dalla lunghezza d’onda su cui deve irradiare o ricevere segnali; questo suggerisce che un’antenna emette onde elettromagnetiche per tutto lo 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 (GPS, TV…) non irradiano onde elettromagnetiche, lo fanno solo i dispositivi che devono inviare segnali verso altre antenne, come i telefonini.
Radiocomando e ricevitore di un drone
Drone e radiocomando sono equipaggiati con una radio ricetrasmittente a testa.
Il radiocomando invia al drone i comadi (ma va?) e riceve dal drone la telemetria e lo stream video.
Le antenne del radiocomando sono generalmete visibili, quelle a bordo del drone sono nascoste, in spesso nel carrello di atterraggio, o nei braccetti delle eliche.
Le antenne del drone e del radiocomando irradiano onde elettromagnetiche per tutta la lunghezza dello stelo, in modo omnidirezionale.
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, o non montate. C’è da notare che nei modelli di drone recenti, le antenne possono essere integrate nel telecomando, quindi non visibili.
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 comunicazione 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 lo può spostare contro un ostacolo;
- l’atterraggio sulla verticale può portare il drone contro ostacoli al di sotto, o su superfici non tanto adatte all’atterraggio, tipo qualche limpido laghetto.
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’ bene 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: se vi posizionate il drone davanti, l’elettronica di bordo corre il forte rischio di bruciarsi.
Anche volare in città (con le dovute autorizzazioni) comporta rischi per il vostro radiolink. 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:
- un misuratore di radiofrequenze, strumento che può costare caro;
- saper interpretare i valori letti dal misuratore di radiofrequenze;
- 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 individuare le torri per il segnale di telefonia mobile.
Interferenze volontarie
I militari definiscono EW (Electronic Warfare) tutte quelle azioni sul campo elettromagnetico atte ad ottenere un vantaggio tattico sul nemico. Possono essere attive o passive, ma con un unico scopo: il disturbo o l’interruzione delle comunicazioni radio.
Generare un segnale radio è relativamente semplice.
In teoria chiunque può costruire un apparato in grado di disturbare una banda di frequenze (radio jammer).
In pratica occorre essere esperti di radiotecnica, elettronica, assemblaggio di circuiti, progettazione e taratura di antenne direttive.
Però non serve essere ingegneri elettronici, perchè ci sono aziende che costruiscono jammer pronti all’uso in cambio della giusta, ed immagino cospicua, quantità di denaro.
In sostanza non è da escludere che ci possa essere qualcuno in grado di degadare o interrompere il radiolink ed il segnale GPS volontariamente.
Qui c’è un esempio interessante, che linka proprio questo articolo.
In conclusione
Far volare un drone è abbastanza semplice, ma ci sono pericoli oggettivi e non visibili da prevedere e di cui tenere conto (leggi l’articolo E’ facile pilotare un drone?)
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.