Il lavoro di Nikola Tesla, inventore considerato tra i più importanti della storia della scienza e della tecnica, è di fondamentale importanza per la storia della radio diffusione. Nato a Smiljan, in Serbia, il 10 luglio 1856 è stato fisico e ingegnere elettrico, con cittadinanza austro-ungarica ma naturalizzato statunitense.
Generazione di frequenze radio
Nikola Tesla fu uno dei primi a brevettare un mezzo per produrre affidabilmente correnti a radiofrequenza. Il brevetto USA (EN) United States Patent 447,920, United States Patent and Trademark Office di Tesla, “Metodo di Azionare Lampade ad Arco” (10 marzo 1891), descrive un alternatore che produce corrente ad alta frequenza, cioè pari a circa 10.000 cicli-per-secondo (il termine ciclo-per-secondo fu cambiato più tardi con Hertz). La sua innovazione brevettabile consisteva nell’eliminazione del suono prodotta dalle lampade ad arco usate su correnti alternate o per pulsanti che facevano uso di frequenze oltre la percezione dell’udito umano. L’alternatore produceva onde nella banda di frequenza VLF (frequenza molto bassa).
Ricerca continuata e brevetti di Nikola Tesla
Attorno al luglio del 1891, Nikola Tesla stabilì il suo laboratorio a New York. Qui spostò vari apparati che producevano frequenze da 15.000 a 18.000 cicli-per-secondo. In questo sito accese tubi a vuoto senza fili, offrendo così la prova del potenziale della trasmissioni senza fili. Trasmissione e radiazione di energia in radiofrequenza erano le caratteristiche esibite dagli esperimenti di Tesla, utili alla tecnica per la telecomunicazione di informazioni a lunga distanza che stava nascendo.
Nel 1892, Tesla consegnò una presentazione del suo lavoro alla Istituzione degli Ingegneri Elettrici di Londra. Qui sottolineò che segnali, detti intelligenti, potevano essere trasmessi senza fili. Più tardi, il sistema di radio frequenze di Tesla fu dimostrata anche durante una lettura al raduno della Associazione Nazionale della Luce Elettrica a St. Louis, in Missouri, e in seguito anche al Franklin Institute di Filadelfia. Questi dispositivi contenevano gli elementi incorporati poi nei sistemi radio prima dello sviluppo della così detta valvola a oscillazione.
Il 1895 fu un anno cruciale per le sorti della paternità della radio perché un incendio il 13 marzo distrusse il laboratorio di Nikola Tesla. Centinaia di modelli di invenzioni, progetti, note e dati di laboratorio, strumenti, fotografie andarono persi. Il valore dei danni ammontò a oltre 50.000 dollari. L’inventore di origine serba, impossibilitato a presentare ancora la sua scoperta, decise di rendere pubblici e consultabili pubblicamente i suoi principi di base. Giglielmo Marconi approfittò della ghiotta occasione e aggiunse un accessorio fondamentale al suo già sperimentato apparato di radio diffusione.
Nel 1896 Tesla ricevette segnali senza fili trasmessi dal laboratorio di Houston Street da New York a West Point, a una distanza di circa 50 km. Il trasmettitore era un alternatore a radio frequenza e produceva onde continue (non smorzate come facevano tutti i suoi contemporanei) alla frequenza di 5.000 cicli-per-secondo. Il ricevitore consisteva in un potente elettromagnete, due grandi condensatori e una bobina di filo rigido in acciaio. Il filo era posto dentro il campo magnetico e collegato con i condensatori formando un circuito sintonizzato. Nel 1899 Tesla stabilì una stazione sperimentale in Colorado Springs dove continuò la ricerca nella trasmissione senza fili usando spesso una forma di oscillatore elettrico conosciuto oggi come trasmettitore di amplificazione.
US645576 Transmitter
Questo fu il primo trasmettitore di Tesla e consisteva in un risonatore a spirale piatta a quarto di lunghezza d’onda e antenna. Agli inizi delle sue ricerche Tesla usò il suo trasformatore risonante ad alto voltaggio (nota come bobina di Tesla) negli esperimenti di propagazione di onde radio. La parte aerea aveva un conduttore elettrico come terminale superiore, connesso a un terminale del trasformatore ad alto voltaggio. L’altro capo del trasformatore era connesso a terra. L’avvolgimento secondario era guidato da un circuito primario con pochi avvolgimenti di uno cavo, un banco di condensatori, un circuito controllore e un alimentatore a trasformatore. La struttura propagatrice radiava come una comune antenna a onde hertziane.
Parole di Nikola Tesla:
«L’impressione popolare è che il mio lavoro senza fili fosse cominciato già nel 1893, ma come dato di fatto io ho trascorso i due anni precedenti nell’investigare, impiegando vari tipi di apparecchiature, alcune delle quali erano quasi come quelle di oggi…»
Dopo un po’, Nikola Tesla cominciò a preferire un’altra tecnica che chiamò “metodo di carica disturbata di terra e aria”. Il sistema senza fili di Tesla usava lo stesso apparato di base, ma invece di usare onde elettromagnetiche nello spazio, l’energia era portata dalla conduzione di correnti elettriche attraverso la terra e assieme a onde di superficie. In una forma del sistema, il percorso di ritorno che chiudeva il circuito era un flusso di corrente elettrica stabilito tra due terminali elevati: il primo apparteneva al trasmettitore e l’altro al ricevitore. Tutto ciò conduceva flussi di corrente attraverso il plasma e permetteva induzione elettrostatica.
Parole di Tesla:
«Era chiaro per me fin dall’inizio che il successo poteva essere portato solo da miglioramenti radicali. Dovevano prima essere prodotti appropriati generatori di alta frequenza e oscillatori elettrici. L’energia di questi doveva essere trasformata in effettivi trasmittenti, e raccolta a distanza da appropriati ricevitori. Tale sistema sarebbe stato circoscritto nella sua utilità se ogni interferenza estranea non fosse prevenuta assicurandone l’esclusività…»
In altre parole, la struttura di Nikola Tesla immetteva una grande quantità di corrente alternata a terra, per mezzo dei suoi terminali. L’importanza della scoperta di Tesla rimane nel suo innovativo metodo di onda di superficie: la produzione di onde di superficie come descritto da Arnold Sommerfeld e Jonathan Zenneck era la conseguenza parziale dell’aggiunta di un profondo collegamento a terra della trasmittente. Tesla disse nel 1893 che uno dei terminali della fonte sarebbe dovuto essere connesso a terra, mentre l’altro a un corpo isolato di grande superficie.
Un piano seppellito a poca profondità o un contrappeso elevato isolato è comunemente usato nella costruzione di antenne radio di bassa e media frequenza (un quarto di lunghezza d’onda). Ciò portò allo sviluppo dell’Onda di Superficie Norton. Questo metodo permette una serie di trasmissioni più lunghe. Molte stazioni AM hanno sempre usato questo stesso principio per migliorare il ricevimento dei loro segnali. La moderna antenna AM a 1/4 di lunghezza d’onda collegata a terra è più pratica e atta a superare le restrizioni imposte dai progettisti per le grandi dimensioni fisiche richieste per queste strutture.
Le antenne radio irradiano onde elettromagnetiche che possono giungere al ricevitore sia per propagazione di onda di terra o da rifrazione dalla ionosfera (nota come propagazione di onda spaziale).
La componente dell’onda di terra è la porzione dell’onda elettromagnetica irradiata che si propaga vicino alla superficie della terra. Essa ha entrambi i componenti dell’onda diretta e riflessa a terra e sotto certe condizioni una componente di conduzione troposferica.
L’onda diretta è limitata dalla distanza dalla trasmittente all’orizzonte più una piccola distanza aggiunta dalla diffrazione atmosferica attorno alla curvatura della terra. La porzione riflessa a terra dell’onda irradiata giunge all’antenna di ricezione dopo essere riflessa dalla superficie della terra. Una porzione dell’energia dell’onda di terra irradiata dall’antenna può essere guidata anche dalla superficie come un’onda che abbraccia la terra.
Nel 1900, Aleksandr Stepanovič Popov di fronte al Congresso degli Ingegneri Elettrici Russi, affermò: «L’emissione e ricezione di segnali di Marconi per mezzo di oscillazioni elettriche non è nulla di nuovo! Negli Stati Uniti d’America, il famoso ingegnere Nikola Tesla condusse gli stessi esperimenti già nel 1893»
Decisione della Corte Suprema
Marconi fece, sì, la sua dimostrazione di trasmissione di segnali sul canale della Manica facendo a meno dell’oscillatore di Tesla. Ma Nikola Tesla presentò il suo brevetto per la radio nel 1897 (accordato nel 1900 e valido solo sul suolo americano). Marconi quindi aveva finto di non sapere la natura del “Tesla oscillator” (Oscillatore di Tesla) ma ne fece uso nei suoi esperimenti e per mettere a punto la sua invenzione.
Al Madison Square Garden, era il 1898, Nikola Tesla riuscì a controllare una barca attraverso le onde radio: la barca si muoveva grazie a un comando azionato da media distanza. Con il sistema di Marconi, i segnali che smuovevano la barca non avrebbero potuto essere trasmessi nemmeno da una distanza di cento metri! Nonostante questo, Marconi fece domanda di brevetto per gli Stati Uniti il 10 novembre 1900… la sua richiesta fu giustamente respinta. Marconi modificò più volte la sua domanda nei tre anni successivi, ma sempre senza successo.
L’ufficio dei brevetti commentò così nel 1903:
“Molte delle idee di Marconi non sono brevettabili a causa dei brevetti numero 645,576 e 649,621 già depositati e di proprietà di Tesla.
Nel 1943 una causa riguardo a 4 brevetti radio attribuiti a Marconi fu risolta dalla Corte Suprema Americana che rovesciò i diritti della maggior parte di essi a favore di Tesla. A quel tempo, l’Esercito degli USA fu coinvolto in una denuncia di infrazione di brevetti riguardo alla radio. Il processo coinvolse la società Marconi, fornitrice di apparecchi e sistemi per le forze armate. La decisione definitiva della Corte Suprema si basò sullo studio di lavori precedentemente condotti da Nikola Tesla, Oliver Lodge e John Stone. Fu dunque accertato che alcuni dei brevetti registrati da Marconi (per esempio il brevetto EN – United States Patent 763,772, United States Patent and Trademark Office) si basavano su quelle invenzioni.
Nikola Tesla morì a New York il 7 gennaio 1943.
(articolo adattato da Wikipedia.org)