Le geniali applicazioni scientifiche di G. Marconi

Briseide Baroni

La storia delle teorie escogitate per spiegare gli innumerevoli fenomeni elettrici, scoperti dai fisici con le loro esperienze, si divide in tre periodi caratteristici. Nel primo periodo, che risale agli inizi dell'800, l'elettricità è considerata come un fluido imponderabile :atto a risiedere, suddividendosi, nei corpi o alla loro superficie od anche a muoversi in essi. L'azione fra i fluidi è considerata "actio in distans". Tale sistemazione è dedotta dai lavori del Gauss, dell’Ampère, del Laplace, del Poisson: Guglielmo Weber offre i risultati pratici e teorici più importanti.

Il secondo periodo si schiude con gli studi di Michele Faraday: in essi viene rivelata la funzione essenziale esercitata dai coibenti sui fenomeni elettrici. Ai coibenti più che ai conduttori si riferiscono le varie forme dell’elettricità, inoltre con la scoperta delle correnti d'induzione viene stabilito un intimo legame fra le variazioni di forza magnetica e quelle di forza elettrica. I C. Maxwell interpreta matematicamente le idee del Faraday: prende forma l'immagine di tensioni elettriche e magnetiche atte a propagarsi da un punto all'altro del campo e corrispondenti a stati speciali di polarizzazione, spesso variabili, in cui si pensa venga a trovarsi il mezzo materiale o l'ipotetico etere quando il campo si estende nel vuoto. Maxwell prevede l’esistenza delle onde elettromagnetiche, previsione che viene confermata dai risultati sperimentali di Hertz e di Righi, e quest'ultimo mette in evidenza l'analogia delle onde elettromagnetiche con quelle luminose. Domina il concetto di campo elettromagnetico e si afferma la teoria elettromagnetica della luce. Le cariche elettriche hanno funzione formale, vengono considerate come singolarità del campo, i mezzi materiali idealizzati, poiché non si tiene alcun conto della loro costituzione discontinua. Ma tali ipotesi non si accordano con i fatti sperimentali riscontrati al passaggio dell'elettricità attraverso gli elettroliti ed i gas, rivelandosi per essa l'esistenza di cariche elettriche ben definite. Le esperienze in questo senso danno origine al terzo periodo caratterizzato dal concetto di elettrone.

Nel terzo periodo alla teoria atomistica della materia si contrappone una teoria atomistica della elettricità: la teoria degli elettroni fondata da Lorentz.

L'elettrone è una quantità fissa di elettricità che si può avere generalmente libero con segno negativo e con massa 1800 volte minore di quella dell'atomo più leggero, ossia di quella dell'atomo dell'idrogeno e che, associato, ad altri atomi, li trasforma in ioni negativi, mentre, abbandonandoli, li trasforma in ioni positivi.

Alla presenza di elettroni o di ioni liberi di muoversi nei corpi è dovuta la loro conduttività elettrica. Nei metalli sono solo gli elettroni a trasportare la corrente elettrica, negli elettroliti gli ioni di segno opposto che risultano dalla ionizzazione delle loro particelle. Fenomeni tutti questi in cui predomina il fatto statistico, in quanto che ciò che conta non è il moto individuale d'ogni singola particella, ma l'effetto complessivo dei moti di un numero straordinario di esse. Questo equivale ad un moto ordinato dell'elettricità in un senso particolare, se la corrente è continua, a un moto oscillatorio se la corrente è alternata. Ogni conduttore percorso da corrente è circuito da linee di forza magnetica che rappresentano una riserva di energia, che, a sua volta può restituirsi al conduttore sotto forma di corrente elettronica. Da ciò ha origine il fenomeno dell'autoinduzione. Se poi in un conduttore la corrente è variabile, e quindi lo è anche il campo magnetico che lo circonda, queste variazioni hanno per conseguenza a loro volta la produzione di un campo elettrico variabile e così di seguito. Sicchè esiste in realtà una mutua interdipendenza fra le variazioni dell'una specie di campo e quelle dell'altra, da cui deriva la formazione di onde elettromagnetiche che si propagano nello spazio non appena, in un circuito appropriato, siano :adescate delle oscillazioni elettriche.

Hertz realizzò la generazione delle onde elettromagnetiche con un circuito oscillante, (eccitatore).

L’ eccitatore hertziano è costituito da un piccolo condensatore formato da due verghe metalliche terminanti, da una parte con due sferette affacciate a piccola distanza, all'estremità opposta da due lastre metalliche di conveniente superficie. Il condensatore viene caricato dalle correnti indotte in un rocchetto di Ruhmkorff, e ogni qualvolta la differenza di potenziale fra le due armature raggiunge un determinato valore, ha luogo una scarica oscillante che genera !e onde elettromagnetiche.

Un circuito oscillante, detto risuonatore (tale cioè che per le sue; caratteristiche possono in esso avvenire oscillazioni elettriche con frequenza uguale a quella delle onde elettromagnetiche destate dall'oscillatore) posto nel campo in cui avvengono le rispettive vibrazioni ed in modo da esserne colpito, diventa sede di scariche elettriche visibili nell'oscurità, e in tal modo è atto a rivelare l'esistenza della vibrazione elettromagnetica stessa.

Gli studi sperimentali che Hertz eseguì con tale dispositivo lo portano alle seguenti conclusioni: le onde elettromagnetiche si propagano rettilineamente in un mezzo dielettrico omogeneo; le lastre isolanti sono trasparenti alle onde elettromagnetiche, mentre le lastre metalliche sono opache; le onde elettromagnetiche, come le luminose, danno fenomeni di riflessioni (su schermi metallici) di interferenza, di rifrazione.

L'opera. di Hertz venne completata dal Righi che nel volume "Ottica delle oscillazioni elettriche", verifica che nelle oscillazioni prodotte dall'eccitatore di Hertz, il campo elettrico oscillante si propaga con oscillazioni parallele alla direzione delle asticciuole dell'eccitatore, il campo magnetico con oscillazioni perpendicolari; le oscillazioni dei due campi sono trasversali e danno luogo a ciò che si chiama oscillazione elettromagnetica; prova infine dei fenomeni analoghi a quelli che si hanno in ottica sulla polarizzazione della luce. Dopo gli studi e le esperienze accennate, si ritiene che tutte le forme di energia raggiante di carattere ondulatorio, trasmissibili nel vuoto, siano dovute a vibrazioni elettromagnetiche.

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Se Marconi giovane, non aveva la conoscenza di matematiche superiori necessaria per ben comprendere la teoria di Maxwell-Hertz, il substrato fisico di esse gli era forse più chiaro di quanto gli fosse stato a tanti altri più ferrati teoricamente di lui. Il giovane intravide che le onde misteriose di cui parlavano tutti gli allievi di Righi, e che avevano suscitato tanto interesse, non solo provavano una sintesi teorica di tanti fenomeni disparati, ma potevano anche servire per le comunicazioni a distanza. Egli stesso dichiara ciò in una conferenza tenuta all'Augusteo nel 1926: "Fin da quando ero giovinetto, la scoperta esperimentale delle onde elettriche fatta da Hertz a conferma delle ipotesi matematiche del Maxwell sulla teoria elettromagnetica della luce, ed il brillante proseguimento di tali ricerche dovute al nostro fisico bolognese Augusto Righi, avevano affascinato la mia mente ed io ebbi ben presto l'idea, direi quasi l'intuizione, che queste onde avrebbero potuto fornire all'umanità un nuovo e possente mezzo di comunicazione, non solo attraverso i continenti ed i mari, ma anche sulle navi con immensa diminuzione dei pericoli di navigazione e con l'abolizione dell'isolamento di chi attraversa gli oceani".

I dispositivi di Hertz e Righi potevano consentire di comunicare soltanto a distanze di pochi metri, e dai metri alle migliaia di chilometri cui aspirava Marconi c'era indubbiamente ancora un abisso enorme da superare.

Esso è superato grazie alla geniale modificazione apportata da Marconi ai dispositivi: semplice come tutte le cose geniali. Collega una sfera dell'eccitatore di Hertz con un'antenna e l'altra con la terra, ed in ciò consiste la rivoluzione arrecata nel modo di emissione delle onde radio: si realizzò così la stazione trasmittente. La potenza raggiunta diventa enormemente maggiore di quella che si aveva con i dispositivi precedenti, e la lunghezza d'onda accresciuta. Non erano certamente ignorati da Marconi gli studi di Popoff, il quale raccoglieva le scariche atmosferiche con una specie di antenna: ma gli scopi di quest'ultimo erano così lontani da quelli di Marconi che non è certamente, il caso di parlare di Popoff come di un precursore di Marconi.

Animato da baldanza giovanile, Marconi non tiene in alcun conto le obiezioni sollevate dai più alla realizzazione della trasmissione a distanza con onde elettromagnetiche, e, affascinato dal problema che si è proposto ha come unico scopo quello di raggiungerlo. Ché se invece di tentare, provare e riprovare, Marconi avesse pensato che le onde elettromagnetiche dovevano propagarsi in linea retta e quindi non avrebbero potuto essere captate oltre le modeste distanze permesse dalla sfericità della terra, forse non avrebbe proseguito le sue ricerche. E a tale proposito Marconi stesso, ormai dopo la scoperta scrive.... "siamo ancor lungi da una comprensione anche approssimativamente esatta del come queste onde riescano ad attraversare distanze enormi sì da fare perfino il giro completo del globo". Heaviside offre comunque la giustificazione del fenomeno ammettendo l'esistenza di uno strato conduttore all'altezza di 80-100 chilometri dal suolo che come uno schermo conduttore fa ritornare al suolo le oscillazioni elettromagnetiche che lo colpiscono. L'atmosfera di piccolissima conducibilità negli strati vicini alla terra subisce notevoli incrementi di ionizzazione col crescere dell'altezza, incrementi che si fanno più rapidi e bruschi in corrispondenza al centinaio di chilometri.

Lo strato conduttore di Heaviside costituirebbe con la terra una specie di immenso condensatore sferico, il cui dielettrico sarebbe l'atmosfera di piccola conducibilità negli strati inferiori: le onde elettriche sarebbero riflesse o deflesse da tale strato in modo da seguire la curvatura terrestre, invece di irradiarsi rettilineamente e disperdersi nello spazio infinito.

Per la prima volta nel 1895 a Pontecchio, Marconi comunica a distanza di qualche centinaia di metri per mezzo del circuito oscillante da lui ideato come stazione trasmittente, e raccoglie le radiazioni con un sistema antenna-terra fra le quali è intercalato un coherer rivelatore.

Poco dopo in Inghilterra supera con successo una distanza di 14 chilometri, attraverso il canale di Bristol.

Nel 1897 installa una stazione trasmittente alla Spezia, e la nave S. Martino raccoglie le onde a una distanza di 18 chilometri, :nelle quando fra essa e la stazione trasmittente si frappongono le isole Tiro e Palmaria. Nel periodo che intercorre dal 1897 al 1899 si hanno le prime applicazioni pratiche e si stabiliscono le prime comunicazioni radiotelegrafiche in Francia, in Inghilterra e in America.

Marconi non si arresta. Grandi difficoltà sono ancora da superare, maggiore fra tutte la sensibilità del coherer a tutte le trasmissioni e quindi la possibilità che uno stesso ricevitore venisse influenzato da più stazioni contemporaneamente, con un effetto babelico poco piacevole.

Nel 1900 Marconi supera anche questo ostacolo e risolve il problema della sintonizzazione. Sfrutta a questo scopo il fenomeno della risonanza per il quale in ogni oscillatore, si desta una vibrazione quando riceve successivi impulsi alternati da un'onda la cui frequenza coincida con la frequenza propria dell'oscillatore: l’oscillatore diventa risuonatore e l’onda in arrivo gli impone oscillazioni forzate in risonanza che possono raggiungere ampiezza notevole.

La sintonizzazione di due circuiti si ottiene regolandone la capacità e l’induttanza in modo che le frequenze proprie di oscillazione di entrambi siano uguali.

E Marconi sintonizza la stazione ricevente sulla frequenza della trasmittente: l’antenna ricevente diviene sede di oscillazioni di grande ampiezza solo se è sollecitata da successivi impulsi elettromagnetici di frequenza uguale alla propria.

Per realizzare il principio col massimo rendimento, Marconi porta un nuovo perfezionamento che fu decisivo nella storia delle radiotrasmissioni: l'accoppiamento induttivo. Mediante esso i circuiti d’antenna sono resi indipendenti dai circuiti oscillanti che generano o rivelano le oscillazioni elettriche.

Alla stazione trasmittente il circuito oscillante antenna-terra viene eccitato attraverso una bobina d'induzione da un circuito oscillante nel quale si generano le oscillazioni che si debbono trasmettere: alla stazione ricevente il circuito oscillante è costituito dall'antenna, collegata alla terra attraverso una bobina d'induzione, e per induzione tale circuito eccita un altro circuito oscillante nel quale è inserito il coherer rivelatore.

Accordate le antenne trasmittenti e riceventi sulla stessa frequenza, in tal modo Marconi raggiunge non solo il vantaggio di un notevole aumento della portata di trasmissione, ma elimina anche buona parte dei mutui disturbi che si arrecano più stazioni trasmittenti funzionanti contemporaneamente. Costruisce la stazione ultrapotente di Poldhu sull'estremità occidentale della Cornovaglia, superando difficoltà d'ogni genere e si porta a S. Giovanni di Terranova, nella parte orientale dell'America del Nord più vicina alla costa Inglese, ove installa la stazione ricevente: 3400 chilometri lo separano dalla Cornovaglia.

Il 12 Dicembre 1901 alle ore 12 e mezzo, in conformità alle istruzioni impartite a Poldhu, tre battute corrispondenti ai tre punti della lettera " S " dell'alfabeto Morse varcano l'oceano: collegato il il coherer con un telefono, Marconi riceve i segnali a S. Giovanni.

Dopo le esperienze riuscite meravigliosamente, non mancano gli entusiasmi ma neppure gli scetticismi e le contrarietà. Cosa tragicomica la Compagnia Anglo-Americana dei cavi transatlantici, vantando una concessione, costringe Marconi a sospendere gli esperimenti e a ritirare gli :apparecchi, come se fosse possibile arrestare il progresso quando questo disturba i propri affari. Naturalmente altri paesi offrirono ospitalità e aiuto a Marconi.

Proseguendo nelle sue esperienze, nel 1902 scopre che la radiazione solare ha effetto nocivo sulla portata delle trasmissioni e contemporaneamente constata che i ricevitori a coherer non rispondono con costanza e stabilità.. Marconi inventa un nuovo tipo di rivelatore: il detector magnetico.

Una treccia di fili di ferro scorrente su di due pulegge si magnetizza per effetto di un magnete fisso. Se sulla treccia si fanno agire in modo opportuno delle onde elettromagnetiche, si hanno rapide variazioni della sua magnetizzazione, variazioni che inducono una corrente in un circuito debitamente accoppiato. Disposta la treccia lungo l'asse di due avvolgimenti coassiali, primario e secondario, collegata l'antenna e la terra con gli estremi del circuito primario, ed inserito nel secondario un ricevitore telefonico, ogni qual volta le onde elettromagnetiche azionano l'antenna, si hanno nella treccia variazioni di magnetizzazione che inducono nel secondario correnti capaci di mettere in vibrazione la laminetta del telefono.

Marconi riesce in tal modo a ricevere nitidamente e con maggiore regolarità i segnali radiotelegrafici.

E dall'agosto al settembre 1902 il detector viene sperimentato con successo a bordo della nave da guerra italiana "Carlo Alberto".

Marconi pensa che sia giunto il momento di poter stabilire un regolare servizio di radiocomunicazioni transatlantiche, e a bordo della "Carlo Alberto" nell’ottobre dello stesso anno inizia una serie di esperimenti in senso inverso a quelli eseguiti nel 1901 quando riceveva col metodo di sintonizzazione dall’America all’Europa.

Funziona ora da stazione ricevente quella di Poldhu.

Due lunghi mesi di lavoro estenuante e faticoso a trenta gradi sotto zero, portano l’inventore ancora al successo: il 18 dicembre si stabiliscono le prime comunicazioni, e Marconi fa inalzare la bandiera italiana su una delle due torri della stazione di Glace-Bay.

Benché la radiotelegrafia fosse ancor lungi dai sistemi perfezionati della radio attuale, col detector magnetico egli ebbe la possibilità di mantenere un transatlantico in continua comunicazione con i due continenti.

Nel 1903 l'Europa tutta attende l'inventore al suo ritorno per tributargli solenni onoranze.

Nel 1904 Marconi brevetta le antenne orizzontali direttive, che consentono un grande aumento dell'intensità dei segnali e della distanza delle trasmissioni.

Per quanto sin dalle prime esperienze con il detector, Marconi sostituisse al ricevitore Morse il telefono, questo non anticipava la telefonia senza fili; si era sempre nel campo della telegrafia: il telefono era solo un ricevitore telegrafico più pronto e preciso.

I suoi sforzi tendono in seguito ad aumentare la potenza della trasmissione, a ottenere correnti alternate a frequenza musicale, fra i 500 e i 1000 periodi al secondo percepibili telefonicamente al detector, e nel 1912 inventa un nuovo metodo per la produzione di oscillazioni elettriche continue che egli chiama a "scintilla multipla", metodo che nel 1918 gli permette d'inviare dall'Inghilterra i primi radio-messaggi in Australia.

Finora i segnali radio-telegrafici erano sempre stati generati dal classico rocchetto di Ruhmkorff, collegato al circuito oscillante. Le oscillazioni elettromagnetiche erano generate dalle scintille scoccanti dallo spinterometro.

Veramente col metodo indicato si avevano dei gruppi di scintille oorrispondenti ciascuno a oscillazioni smorzate di altissima frequenza, succedentesi a distanze di tempo irregolari.

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Marconi osserva che oltre le distanze di 4000 chilometri, le altissime frequenze danno rendimento minore di quelle inferiori ai 400000 periodi e che queste si propagano a distanze assai maggiori.

La minore frequenza permette per la prima volta l'introduzione di alternatori che alimentano direttamente il circuito (escludendo il rocchetto di Ruhmkorff e danno maggior regolarità alla frequenza dei gruppi.

Così vien posto praticamente il problema dell'onda portante che Marconi risolve in modo ingegnosissimo, realizzando dapprima la generazione dei gruppi di oscillazioni a distanze regolari con un dispositivo che corregge lo smorzamento delle oscillazioni.

Un circuito oscillante, costituito da una coppia di condensatori e di autoinduzioni, è collegato ad un alternatore, un disco di ebanite che porta delle punte metalliche a distanze regolari sul contorno delle due facce, ruota in sincronia con l'alternatore fra due dischi conduttori collegati al circuito oscillante e che ne costituiscono gli elettrodi. Se la tensione è sufficientemente alta il passaggio di ciascuna punta del disco di fronte agli elettrodi, determina una scarica di scintille che vengono bruscamente troncate rotazione del disco.

La chiusura subitanea del circuito diminuisce notevolmente la resistenza della scintilla ed attenua lo smorzamento delle onde; il subitaneo aprirsi, appena i denti del disco si allontanano, tronca le oscillazioni che ancora potrebbero verificarsi nel circuito.

L'antenna trasmittente è collegata induttivamente al circuito, e convenienti inneschi permettono l'irraggiamento di tutta l’energia del circuito.

Con tale sistema a disco, Marconi ottiene la generazione di gruppi discontinui di oscillazioni a distanze regolari. Per rivelare tali gruppi di onde, costruisce un dispositivo tendente ai due scopi:

I°: captare le onde in arrivo nella stazione ricevente per brevissimi intervalli; II°: eliminare buona parte della azione dannosa dei disturbi atmosferici che egli chiama intrusi.

Osserva che i disturbi atmosferici aumentano con la lunghezza d’onda per la quale il ricevitore è accordato, e che indebolendo l’accoppiamento dei ricevitori si ha una riduzione tanto dei segnali quanto degli intrusi: una piccola differenza su tale riduzione a volte permette di eliminare buona parte dell'influenza dannosa dell'onda perturbatrice.

Il dispositivo costruito da Marconi per la ricezione. usufruisce vantaggiosamente di tale differenza e consta di due rivelatori a cristallo resi conduttori per brevissimo intervallo di tempo, inseriti nel circuito oscillante in modo che i loro effetti vengano contrastarsi.

Se i gruppi di onde sono emessi dal vibratore con una frequenza di poco differente da un sottomultiplo di quella sulla quale è accordato il ricevitore, i segnali possono essere rivelati al telefono con una chiara nota musicale distinguibile dai disturbi atmosferici. Questa rivelazione delle radio onde per mezzo di onde acustiche fu subito usato largamente nelle stazioni adibite alle comunicazioni transatlantiche. Sono questi i primi passi verso lo schiudersi di una nuova era delle radio comunicazioni: la radio telefonia, realizzata con l'avvento delle onde persistenti ad alta frequenza, modulate opportunamente.

Per la generazione delle onde persistenti, Marconi parte dalla proprietà del sistema disco rotante, generatore di gruppi discontinui a distanze regolari, e associa un numero conveniente di tali circuiti oscillanti.

Le ruote dentate di ciascuno di essi sono azionate indipendentemente da alternatori sfasati in modo che al contatto di una punta di un disco segua il contatto di una punta un disco successivo, cosicché i condensatori dei singoli circuiti vengono caricati e scaricati successivamente uno dopo l'altro

Se a date velocità l'intervallo fra il principio della scarica di un condensatore e quello della scarica del successivo è uguale o un multiplo intero del periodo di oscillazione dell'aereo del circuito intermedio, il sommarsi nell'antenna trasmittente dei gruppi di oscillazioni generati dai singoli circuiti ha come risultato la produzione di onde persistenti.

Così risolto elegantemente il problema della generazione delle onde persistenti, Marconi constata che si ha con esse una riduzione notevole dei disturbi atmosferici e la maggior possibilità di funzionamento di più stazioni vicine senza reciproco disturbo, inconveniente non del tutto eliminato con la sintonizzazione delle antenne. La ricezione delle onde persistenti per la loro alta frequenza non è ottenibile direttamente con il microfono telefonico se non viene eseguita la modulazione dell'onda portante alla trasmissione.

Al circuito oscillante generatore dell'onda persistente (onda portante) viene accoppiato induttivamente un circuito nel quale si producono gli impulsi di corrente di frequenza acustica (corrente microfonica).

I due- movimenti oscillatori si sovrappongono, dando origine alle radio-onde modulate. La frequenza di tali radio-onde è ancora alta, ma le loro ampiezze vengono deformate subendo variazioni periodiche che costituiscono le così dette modulazioni e rappresentano gli impulsi di correnti trasportati dalle onde.

La frequenza delle modulazioni rientra nell'ordine delle frequenze musicali ed in tal senso si parla di basse frequenze.

Alla stazione ricevente le correnti indotte nell'antenna vengono amplificate una o più volte, rettificate e le modulazioni mirofoniche sono rivelate mediante la bassa frequenza al telefono o all’alto parlante.

Per trasformare le alte frequenze in basse frequenze, Fessenden introduce più tardi il sistema "eterodina". Egli sfrutta il fenomeno dei battimenti e precisamente crea un’interferenza tra l’oscillazione persistente captata e un'oscillazione locale, data da un circuito oscillante di periodo di poco diverso dall'onda incidente.

La sovrapposizione delle due vibrazioni dà luogo ad aumenti e diminuzioni periodiche delle ampiezze delle oscillazioni dell'onda risultante e cioè a battimenti: con opportuni dispositivi egli regola le frequenze di tali battimenti sì da farli entrare nel campo delle frequenze musicali.

E' risolto così il grande problema di poter sfruttare e rivelare acusticamente le onde di alta frequenza. La generazione di onde persistenti mediante dischi rotanti risolta da Marconi è ora completamente abbandonata grazie alle rivoluzioni nel campo della radio portate dal triodo del De Forest.

E' noto il così detto effetto Edison, la cui scoperta risale all'ultimo decennio del secolo scorso. Edison osservò che introducendo in una lampada ad incandescenza una placca collegata al polo positivo della batteria che porta all'incandescenza il filamento, si stabilisce una corrente-filamento-placca-polo positivo.

Richardson nel 1901 dimostrò che il fenomeno era dovuto all'emissione di elettroni da parte di un metallo incandescente, fenomeno in certo qual modo analogo all'evaporazione degli elettroni liberi contenuti nel metallo stesso.

Fleming nel 1904, basandosi su questo effetto, crea il diodo, raddrizzatore e rivelatore di corrente. Un'ampolla di vetro, nella quale sia stato fatto un vuoto molto spinto, contiene due elettrodi: il fila mento e la placca. Tra il filamento e la placca è inserita una batteria (batteria anodica) il cui polo positivo è collegato alla placca e il negativo al filamento, che è portato all'incandescenza da una seconda batteria (batteria d'accensione).

Inserito in circuiti a corrente alternata il diodo è un raddrizzatore di corrente, perché lascia passare il flusso elettronico solo nella fase in cui la placca è caricata positivamente.

Nel 1906 De Forest applica al diodo un terzo elettrodo, la griglia fra il filamento e la placca, creando così il triodo.

La griglia, frapposta fra filamento e placca, ha il compito di facilitare il passaggio degli elettroni accelerandone il movimento verso la placca se il suo potenziale è positivo rispetto al filamento, impedendo la formazione di corrente nel circuito di placca, se il suo potenziale è negativo rispetto a quello del filamento e in tal modo il triodo funziona anche esso da raddrizzatore di corrente.

Inserita la griglia di un triodo in un circuito oscillante azionato induttivamente dall'antenna ricevente, si osserva che le correnti di placca prodotte dagli impulsi inviati alla griglia possono risultare molto più intense poiché esse traggono la loro energia dalla batteria anodica: il triodo è. in questo dispositivo, rivelatore amplificatore.

Il potere di amplificazione può essere accresciuto usando più valvole in serie, collegando cioè il circuito di placca dell'una con quello di griglia dell'altra.

Il triodo è oscillatore, cioè generatore di oscillazioni elettriche, qualora nel circuito filamento placca si inserisca un circuito oscillante costituito da un'induttanza e da un condensatore: per azione della batteria anodica il condensatore si carica finché la differenza dei livelli elettrici delle due piastre assume un valore massimo; subito dopo il moto degli elettroni si inverte e le piastre del condensatore vengono caricate in senso inverso al precedente. Così si generano delle oscillazioni elettriche del circuito, oscillazioni che sono rapidissime. La griglia collegata a un indotto accoppiato al circuito di placca, contribuisce essenzialmente a mantenere regolari e persistenti le oscillazioni.

A Marconi spetta il merito di aver applicato i triodi alla radio telegrafia e di aver risolto con essi il problema della radio-telefonia. Usò queste valvole termoioniche non solo come rivelatrice di corrente, ma anche come amplificatrici e generatrici di oscillazioni elettriche perfezionandone sempre più l'uso e nel 1914 offrì in Italia la prima dimostrazione di trasmissioni radio-telefoniche.

In questo tempo Marconi ritorna ad esperimentare con onde corte, quelle da cui era partito, ma generate ora con mezzi molto più efficaci e tende a risolvere il problema delle onde orientate.

Sin dall'inizio dei suoi studi Marconi aveva già esperimentato su onde dell'ordine di grandezza di 30 centimetri e aveva osservato che con adatti riflettori metallici potevano essere dirette sino alla distanza di 4 chilometri.

Riprende le esperienze nel 1916, anno in cui con onde di due metri riesce a superare la distanza di 10 chilometri.

Durante la guerra mondiale alla quale partecipa come Ufficiale dell'Esercito prima. e della Marina poi. constata che le onde lunghe presentano inconvenienti, più grave fra tutti la mancanza di segretezza.

Partendo dal principio, allora indubitato, che le distanze venivano meglio superate aumentando la lunghezza d'onda e la potenza della trasmittente, in questo periodo furono costruite stazioni ultra potenti che collegavano l'Europa all'America, ma il rendimento commerciale fu scarso perché le scariche atmosferiche rendevano qualche volta impossibile il servizio. Marconi nel 1926 scrive: « qualche anno or sono, e precisamente durante la grande guerra, ho intuito che forse ci eravamo avviati verso un vicolo cieco limitando tutte le nostre ricerche e tutti i nostri sforzi all'impiego delle onde lunghe.

Tale mia persuasione era confermata dal ricordo che durante i miei primi esperimenti del 1895 e del 1896 io avevo ottenuto promettenti risultati su brevi distanze con onde di qualche centimetro, e che solo le onde corte potevano essere trasmesse in fasci e controllate mediante l'impiego di appositi proiettori e ricevitori. Mi sembrava sin da allora che per le trasmissioni fra punti fissi fosse assurdo di dover irradiare i messaggi e le radiocomunicazioni in tutte le direzioni cioè anche in quelle non desiderate ».

E dagli inizi del 1917 rivolge i suoi studi e le sue ricerche alla generazione e ricezione di onde corte e cortissime che presentano superiorità in confronto delle lunghe dal punto di vista della dirigibilità e dell'energia.

Esperienze eseguite nel Galles con onde dai 3 ai 15 metri, irradiate a fascio da un sistema riflettente di fili paralleli all'antenna e disposti su una curva parabolica avente nella linea focale l'antenna, gli consentono di superare distanze di 155 chilometri con energia di ricezione duecento volte maggiore di quella raggiunta senza il duplice impiego di riflettori, tanto alla trasmissione quanto alla ricezione.

Nel 1922 intraprende una crociera sulla nave Elettra, allo scopo di procedere a uno studio più rigoroso e completo sulle onde corte. L'Elettra segue una rotta quasi rettilinea e la stazione di Poldhu trasmette con potenza di 12 Kw. a mezzo di un impianto a triodi munito di riflettore parabolico e con onda di 97 metri: l'impianto ricevente a bordo dell'Elettra è privo di riflettori.

A S. Vincenzo al Capo Verde a 4130 km. da Poldhu Marconi riceve i segnali durante la notte non disturbati da scariche elettriche e intrusi, con antenna fuori sintonia, eterodina e amplificatori inattivi. Ridotta gradualmente la potenza della stazione di Poldhu sino a un Kw. i segnali emessi dalla piccola stazione di Poldhu vincono a S. Vincenzo in potenza quelli delle altre stazioni ultrapotenti Americane ed Europee. Durante il giorno riceve i segnali chiaramente sino a una distanza di 2135 km. Con tali esperimenti ad onde corte a fascio constata che sino ai tropici i disturbi atmosferici possono essere eliminati, cosa non possibile con le onde lunghe, e che le attenuazioni dei segnali, attribuite al fenomeno del «fading» vengono molto ridotte.

Nell'attuazione pratica di questo sistema, Marconi ha dovuto risolvere molti e difficili problemi. Egli scrive che si era proposto di « ottenere che tutti i fili del riflettore delle stazioni trasmittenti vibrassero tutti simultaneamente, e cioè senza sfasamento e con ugual periodo di oscillazione; ottenere che, disponendo di una potenza più limitata di quella necessaria per le onde lunghe, per la stessa distanza si potesse irradiare una maggior quantità di energia di quella irradiata dai vecchi impianti; ottenere l'assoluta purezza e costanza delle onde trasmesse. Ottenere la minima possibile dispersione dell'energia fuori dalla linea di collegamento delle due stazioni corrispondenti; ottenere che la trasmissione delle onde corte a fascio potesse avvenire di giorno e di notte senza subire le influenze della luce solare e delle vaste zone di terra interposte». Marconi prosegue le esperienze sulle onde corte.

Inizia nel Febbraio 1924 un secondo gruppo di esperienze e di ricerche con onde della lunghezza di 92 metri a sistema circolare, cioè senza riflettore, a bordo del piroscafo Cedric, la cui stazione ricevente è sintonizzata con la stazione di Poldhu, che trasmette con potenza di 21 Kw.

Osserva che l'intensità dei segnali subisce variazioni regolari inversamente proporzionali all'altezza media del sole nella regione interposta fra le due stazioni, inoltre la portata di giorno aumenta man mano che la lunghezza d'onda viene ridotta al disotto di 92 metri, e perviene alla conclusione che onde inferiori ai 32 metri non dovrebbero subire influenza alcuna della luce solare.

Con queste esperienze Marconi si propone di ricercare l'onda corta più opportuna per le trasmissioni a grandi distanze, anche sotto l'influenza solare, e trova che è possibile trasmettere radio telegrammi completi con onda di 32 metri e 12 Kw di potenza dall'Inghilterra al Canadà, agli Stati Uniti, a Rio Janeiro, a Buenos Aires, anche quando tutto il tratto di circolo massimo congiungente le stazioni trasmittente e ricevente è esposto alla luce solare.

Ritorna poi alle esperienze con riflettori. I risultati sono meravigliosi e nel 1924 procede al collegamento Inghilterra-Australia e, con potenza di 28 Kw e con onde di 92 metri inviate e raccolte da riflettori, la voce umana raggiunge gli antipodi.

La presenza dei riflettori riduce di molto i disturbi atmosferici che si limitano a quelli provenienti nella direzione dei segnali, e concentrando l'energia, esalta la potenza che risulta più che decupla di quella ottenuta con precedenti sistemi.

Dopo tali risultati Marconi induce il Governo Inglese ad installare nuovi impianti che offrono più rapida comunicazione fra Inghilterra e i Domini: programma di lavoro che realizza nel 1926-27.

Contemporaneamente porta una modificazione alle antenne e riflettori. Cioè nelle nuove stazioni, le antenne ed il riflettore vengono « formate da fili disposti come delle griglie in piani paralleli uno all'altro ed i cui fili costituenti l'aereo sono alimentati simultaneamente dal trasmettitore in vari punti, detti punti di alimentazione, con speciale sistema atto ad assicurare che la fase di eccitazione di ciascun filo sia la stessa ». L'effetto direzionale di tale dispositivo dipende dalle sue dimensioni rispetto alla lunghezza d'onda impiegata. Aereo e riflettore sono identici nella stazione trasmittente e nella ricevente ed il circolo massimo che le collega deve essere ortogonale al piano dell'aereo.

Altre stazioni basate su questo sistema sorgono in breve intervallo di tempo destinate alle comunicazioni tra l'Inghilterra, l'Australia, il Sud Africa e l'India e nel 1931 Marconi si dedica allo studio delle onde cortissime, dette anche microonde e onde quasi ottiche e in breve tempo inventa un nuovo sistema per la loro produzione. Dapprima Marconi inizia lo studio con un circuito basato sull'effetto Barkhausen. La frequenza di oscillazione di un triodo è limitata dal tempo di transito degli elettroni negli spazi interelettrodici; un triodo genera microonde quando tali tempi vengono notevolmente ridotti e a questo scapo vennero costruite valvole in cui le distanze fra gli elettrodi sono ridotte a l/10 di mm. ottenendo una frequenza di qualche centinaio di megacicli (1.000.000 periodi al secondo). Barkhausen nel 1919 constatò casualmente che tali frequenze si possono ottenere anche con triodi ordinari. Se la griglia è fortemente positiva e l'anodo ha tensione prossima a quella del catodo e in generale inferiore, gli elettroni emessi dal filamento vengono accelerati verso la griglia. ma, sorpassatala per inerzia, invertono il loro movimento, perché nell'intervallo griglia placca il campo elettrostatico è invertito; gli elettroni sono costretti in tal modo a compiere oscillazioni attorno alla linea di inversione nel campo elettrostatico. La frequenza è legata al valore della tensione, alla distanza degli elettrodi, alla frequenza dei circuiti oscillanti associati al triodo generatore.

Barkbausen raccolse i migliori risultati inserendo fra anodo e griglia una coppia di fili Lecher come circuito oscillante. Da tale dispositivo parte Marconi nelle sue ricerche sulle microonde; ma poi vi porta modificazioni e costruita una valvola con filamento di tungsteno e griglia di molibdeno, ottiene in tal modo miglioramenti nella potenza raggiungibile. Trova poi insufficiente il circuito placca-griglia-fili di Lecher e, per la generazione delle microonde, escogita un nuovo dispositivo sul cui principio si basano anche i moderni generatori di microonde.

Esso è costituito da un circuito simmetrico a due valvole, pure simmetriche fra di loro: le due griglie sono collegate all'antenna trasmittente, che è un dipolo che porta alle estremità due dischi come capacità terminali.

I circuiti simmetrici di filamento e di placca sono sintonizzati e ciò dà il controllo della lunghezza d'onda sulla quale il trasmettitore può efficacemente oscillare.

Regolando poi le tensioni ad una frequenza corrispondente il più possibile a quella per cui il circuito esterno è sintonizzato, si ha un notevole effetto di trascinamento delle oscillazioni verso la frequenza controllata dalla regolazione delle tensioni e il trasmettitore risulta tanto più potente e stabile.

Importanza ha anche il grado di accensione del filamento: raggiunta la saturazione della corrente di griglia, le oscillazioni s'innescano dopo di che- si ha un forte aumento dell'energia irraggiata sino ad un massimo. oltre il quale si ha una rapida diminuzione che può giungere al totale disinnesco delle oscillazioni. Ottenuto in tal modo un dispositivo generatore di micro-onde più potente di quello Barkhausen, Marconi aumenta ancora la potenza irradiata del trasmettitore associando in parallelo varie di tali unità trasmittenti, con i poli trasmittenti allineati e distanziati in modo da ottenere il massimo rendimento direttivo. Se i circuiti esterni di filamento sintonizzati dei trasmettitori adiacenti, sono collegati a due, per mezzo di giunti lunghi una volta e mezza la lunghezza d'onda, le unità trasmittenti sono mantenute in concordanza di fase.

Dopo numerose prove trova poi preferibile per la sua semplicità la modulazione di placca.

Dall'esame della lunghezza d'onda ottenibile con tale dispositivo risulta che le lunghezze d'onda variabili fra gli ottanta e cinquanta centimetri vengono generate con uguale potenza, mentre usando valvole aventi gli elettrodi più piccoli e più corti si ottengono lunghezze d'onda comprese fra i 55 e i 35 centimetri con efficienza pari a quella raggiunta con le valvole precedentemente usate.

Naturalmente quando usa varie unità affiancate conseguentemente egli introduce anche varie unità di riflettori del tipo parabolico già sperimentate con le onde corte. Ricerche sulle distanze e la disposizione di tali riflettori convenienti per raggiungere le migliori condizioni di radiazione, lo portano alle seguenti conclusioni: la distanza fra l'unità trasmittente ed il riflettore deve essere di tre quarti di lunghezza d'onda, l'apertura del riflettore di tre lunghezze d'onda, la distanza focale a un quarto di lunghezza d'onda. Da ciò rimane fissata la lunghezza delle aste del riflettore e lo spazio fra esse.

Usando trasmettitori multipli Marconi raggiunge il massimo rendimento quando il centro del dipolo non è affacciato al centro della corrispondente unità del riflettore, ma è nel centro della linea congiungente i fuochi di due unità adiacenti del riflettore. Nella ricezione i circuiti basati sul collegamento placca-griglia con fili -di Lecher si dimostrano inadatti, e le valvole usate alla trasmissione poco efficienti: trova invece che le placche delle valvole costituiscono elettrodi attivi e devono essere collegati al dipolo ricevente, al posto delle griglie, inoltre l'accordo è migliore quando le tensioni di griglia filamento e placca vengono variate simultaneamente, cosa che impone di munire i circuiti di strumenti misuratori di correnti.

Esperienze successive gli dimostrano che esiste un accoppiamento troppo stretto di placca-griglia e che quindi non è possibile raggiungere il vantaggio dei circuiti accordati placca-filamento interno. La regolazione dei ricevitore è molto difficile. Nell'Ottobre 1931, Marconi offre ai rappresentanti del Ministero delle Comunicazioni la dimostrazione del buon funzionamento dei suoi dispositivi, comunicando fra Santa Margherita Ligure e Sestri Levante, attraverso una distanza di 18 chilometri. Porta poi nuovi perfezionamenti, raggiungendo distanze sempre maggiori ed il 6 Aprile 1932 esegue un esperimento in duplex per comunicazioni telefoniche fra Città del Vaticano e Castel Gandolfo e benché le due stazioni non siano in perfetta visuale e l'ubicazione delle due stazioni non sia favorevole, riceve ottime comunicazioni.

Riprende nuove prove installando a poppa dell'Elettra un'unità riflettente e facendo funzionare quella di S. Margherita da trasmittente, e nel Luglio 1932 trasporta l'impianto di S. Margherita all'osservatorio astronomico di Rocca di Papa. Inizia a questo momento gli esperimenti di guida della rotta delle navi; esperimenti che si concludono con la costruzione di un sistema di radiofari efficacissimi anche in caso di nebbia.

L'Elettra lascia Ostia dirigendosi a Civitavecchia e raccoglie i segnali da Rocca di Papa: per mantenere la comunicazione durante la sua rotta all'osservatorio di Rocca di Papa viene girato il riflettore di 5° gradi ogni mezz'ora ad Est di Ostia: la massima distanza raggiunta in collegamento fu di 85 chilometri poiché all'entrata in porto a Civitavecchia, il riflettore non poté più essere mantenuto in collegamento con la nave.

Con esperienze successive e successive modificazioni, supera nell'agosto 1932 la distanza di 296 chilometri.

A conclusione delle sue ricerche, in una conferenza tenuta il 2 Dicembre 1932 egli così si esprime; « Sento di poter dire che con queste esperienze sono state investigate per la prima volta alcune delle pratiche possibilità di una gamma di onde elettriche fin'ora, inesplorate ed una nuova tecnica destinata ad estendere considerevolmente il già vasto campo delle applicazioni delle onde elettriche alle radio comunicazioni è stata creata.

L'uso pratico delle microonde impiegate nel collegamento di Città del Vaticano con Castel Gandolfo costituirà il primo esempio di quelle che sarà, a mio avviso. un nuovo ed economico mezza di sicure comunicazioni radio esenti da disturbi elettrici, assai adatte per il servizio fra le isole e i continenti, nonché fra luoghi non troppo distanti fra loro.

Il nuovo sistema non risente della presenza della nebbia ed offre un alto grado di segretezza principalmente per le sue qualità direttive, i suoi usi strategici in caso di guerra sono evidenti, così pure è evidente il suo pratico valore per la Marina e per l'Aeronautica, visto che le comunicazioni possono essere limitate ad una qualsiasi desiderata direzione.

Inoltre, il fatto che la portata di tali onde appare illimitata permette di realizzare altri vantaggi in tempo di guerra e di ridurre grandemente la possibilità di mutua interferenza fra stazioni distanti ».

Negli anni che seguono Marconi prosegue i suoi studi sulle microonde, e nel 1934, installati i ricevitori sull'Elettra ed un radio faro sulla costa Ligure, dimostra che una nave può trovare con sicurezza l'entrata di un porto avendo come guida solo i segnali ricevuti. Con questi ultimi risultati Marconi dà nuovi contributi per la salvezza delle vite umane.

Per merito suo l'uomo non ci trova più sconfinatamente solo e senza guida a lottare con gli elementi in mezzo agli oceani, fra i ghiacci polari, o nei vari strati dell'atmosfera: per merito suo sono soppresse distanze, ed i popoli possono comunicare fra loro e sentirsi vicini.