Informacja

Propagacja fal radiowych i atmosfera

Propagacja fal radiowych i atmosfera

Różne efekty, takie jak odbicie, załamanie, dyfrakcja itp., Łączą się w rzeczywisty sposób, gdy sygnały radiowe rozchodzą się w atmosferze. Na sygnały wpływa szereg czynników umożliwiających wykrycie sygnałów z bliska i daleka, w zależności od wielu czynników.

Sposób, w jaki sygnały radiowe rozchodzą się lub przechodzą od nadajnika do odbiornika radiowego, ma ogromne znaczenie podczas planowania sieci lub systemu komunikacji radiowej.

W wielu przypadkach naziemna propagacja radiowa jest w dużym stopniu zależna od obszarów atmosfery, przez które przechodzą sygnały. Bez działania atmosfery nie byłoby możliwe, aby sygnały radiokomunikacyjne podróżowały po kuli ziemskiej w pasmach fal krótkich lub podróżowały dalej niż tylko w zasięgu wzroku przy wyższych częstotliwościach.

W rzeczywistości sposób, w jaki atmosfera wpływa na komunikację radiową, ma ogromne znaczenie dla każdego, kto jest związany z łącznością radiową, niezależnie od tego, czy chodzi o dwukierunkowe łącza radiokomunikacyjne, mobilną komunikację radiową, nadawanie radiowe, łączność radiową typu point-to-point czy jakiekolwiek inne radio.

Mając na uwadze znaczenie atmosfery dla komunikacji radiowej, przedstawiono tutaj przegląd jej składu.

Warstwy atmosferyczne

Atmosferę można podzielić na wiele różnych warstw w zależności od ich właściwości.

Chociaż istnieje wiele różnych sposobów klasyfikowania różnych obszarów atmosferycznych - zazwyczaj różne przemieszczenia naukowe mogą mieć swoją własną nomenklaturę w wyniku zainteresowania różnymi właściwościami.

Najniższy obszar w systemie meteorologicznym nazywany jest troposferą. Rozciąga się to na wysokości około 10 km nad powierzchnią Ziemi. Powyżej znajduje się stratosfera, która rozciąga się od wysokości około 10 do 50 km. Powyżej, na wysokości od 50 do 80 km, znajduje się mezosfera, a powyżej - Themosphere: nazwa pochodzi od gwałtownego wzrostu temperatury.

Z punktu widzenia propagacji radiowej istnieją dwa główne obszary zainteresowań:

  • Troposfera: Zgodnie z bardzo przybliżoną zasadą, ten obszar atmosfery ma tendencję do wpływania na sygnały powyżej 30 MHz lub więcej.
  • Jonosfera: Jonosfera to obszar, który umożliwia sygnałom w pasmach fal krótkich pokonywanie dużych odległości. Przecina granice meteorologiczne i rozciąga się od wysokości około 60 km do 700 km. Region zyskał swoją nazwę, ponieważ powietrze w tym regionie ulega jonizacji pod wpływem promieniowania pochodzącego głównie ze słońca. Wolne elektrony w tym regionie mają wpływ na sygnały radiowe i mogą być w stanie załamać je z powrotem na Ziemię, w zależności od różnych czynników.

Troposfera

Najniższa z warstw atmosfery nazywana jest troposferą. Troposfera rozciąga się od poziomu gruntu do wysokości 10 km.

To w obszarze troposfery występuje to, co nazywamy pogodą. Chmury niskie występują na wysokości do 2 km, a chmury na średnim poziomie rozciągają się do około 4 km. Najwyższe chmury znajdują się na wysokości do 10 km, podczas gdy współczesne samoloty odrzutowe latają nad tym na wysokości do 12 km.

W tym rejonie atmosfery zazwyczaj następuje stały spadek temperatury wraz z wysokością. Wpływa to na propagację fal radiowych, ponieważ wpływa na współczynnik załamania światła powietrza. Odgrywa to dominującą rolę w propagacji sygnału radiowego i zastosowaniach radiokomunikacyjnych, które wykorzystują propagację fal radiowych w troposferze. Zależy to od temperatury, ciśnienia i wilgotności. W przypadku wpływu na sygnały radiowe ma to często miejsce na wysokości do 2 km.

Jonosfera

Jonosfera to obszar, o którym tradycyjnie uważa się, że zapewnia środki umożliwiające komunikację na duże odległości. Ma duży wpływ na to, co zwykle uważa się za pasma fal krótkich, zapewniając środki, dzięki którym sygnały wydają się być odbijane z powrotem na ziemię z warstw wysoko nad ziemią.

Jonosfera ma wysoki poziom wolnych elektronów i jonów - stąd nazwa jonosfera. Stwierdzono, że poziom elektronów gwałtownie wzrasta na wysokości około 30 km, ale dopiero na wysokości około 60 km wolne elektrony są wystarczająco gęste, aby znacząco wpływać na sygnały radiowe.

Jonizacja następuje w wyniku promieniowania, głównie słonecznego, uderzającego w cząsteczki powietrza o energii wystarczającej do uwolnienia elektronów i pozostawienia jonów dodatnich.

Oczywiście, gdy jony i wolne elektrony spotykają się, to prawdopodobnie rekombinują, więc powstaje stan dynamicznej równowagi, ale im wyższy poziom promieniowania, tym więcej elektronów zostanie uwolnionych.

Duża część jonizacji jest spowodowana światłem ultrafioletowym. Gdy dotrze do wyższych warstw atmosfery, będzie najsilniejszy, ale gdy uderzy w cząsteczki w górnych obszarach, gdzie powietrze jest bardzo rozrzedzone, zjonizuje większość gazu. W ten sposób zmniejsza się intensywność promieniowania

Na niższych poziomach jonosfery, intensywność światła ultrafioletowego, jego znacznie zmniejszone i bardziej przenikliwe promieniowanie, w tym promieniowanie rentgenowskie i kosmiczne, powoduje znaczną część jonizacji.

W wyniku działania wielu czynników stwierdzono, że poziom wolnych elektronów zmienia się w jonosferze i istnieją obszary, które wpływają na sygnały radiowe bardziej niż inne. Są one często nazywane warstwami, ale prawdopodobnie bardziej poprawnie są pomyślane o regionach, ponieważ są one dość niewyraźne pod wieloma względami. Warstwy te mają oznaczenia D, E oraz F1 i F2.

Opis regionów jonosferycznych

  • Region D: Warstwa D lub region D jest najniższym z regionów wpływających na sygnały radiowe. Występuje na wysokości od około 60 do 90 km. Występuje w ciągu dnia, kiedy promieniowanie jest odbierane przez słońce, ale ze względu na gęstość cząsteczek na tej wysokości, wolne elektrony i jony szybko rekombinują po zachodzie słońca, gdy nie ma promieniowania, które mogłoby utrzymać poziom jonizacji. Głównym efektem regionu D jest tłumienie sygnałów, które przez niego przechodzą, chociaż poziom tłumienia maleje wraz ze wzrostem częstotliwości. W związku z tym jego skutki są bardzo oczywiste w paśmie nadawczym fal średnich - w ciągu dnia, w którym obecny jest region D, słychać niewiele sygnałów poza zasięgiem fal naziemnych. W nocy, gdy ten region nie jest obecny, sygnały odbijają się od wyższych warstw, a sygnały są słyszane z dużo większej odległości.
  • Region E: Nad regionem D następny region to region E lub warstwa E. Występuje na wysokości od 100 do 125 km. Głównym efektem tego obszaru jest odbijanie sygnałów radiowych, chociaż nadal podlegają one pewnemu tłumieniu.

  • Ze względu na wysokość i gęstość powietrza elektrony i jony dodatnie rekombinują stosunkowo szybko. Oznacza to, że po zachodzie słońca, gdy źródło promieniowania jest usunięte, wytrzymałość warstwy znacznie spada, chociaż pozostaje pewna resztkowa jonizacja.
  • Region F: Region F lub warstwa F jest wyższa niż oba regiony D i E i jest to najważniejszy region dla komunikacji HF na duże odległości. W ciągu dnia często dzieli się na dwa regiony znane jako F.1 i F.2 regiony F1 warstwa jest niższa z dwóch.

    W nocy te dwa regiony łączą się w wyniku zmniejszenia poziomu promieniowania, tworząc jeden region zwany regionem F. Wysokości regionów F znacznie się różnią. Pora dnia, pora roku i stan słońca mają poważny wpływ na region F. W rezultacie wszelkie dane dotyczące wysokości są bardzo zmienne, a poniższe wartości należy traktować jedynie jako bardzo przybliżone wskazówki. Typowe letnie wysokości dla F1 region może wynosić około 300 km z F2 warstwa na około 400 km lub nawet wyżej. Zimowe dane mogą spowodować obniżenie wysokości do około 200 km i 300 km. Wysokości w nocy mogą wynosić od 250 do 300 km.

    Podobnie jak w przypadku regionów D i E, poziom jonizacji regionu F spada w nocy, ale ze względu na znacznie mniejszą gęstość powietrza jony i elektrony łączą się znacznie wolniej, a warstwa F zanika znacznie wolniej. W rezultacie jest w stanie wspierać komunikację radiową w nocy, chociaż występują zmiany z powodu obniżenia poziomu jonizacji.

Sposób, w jaki różne regiony atmosfery wpływają na propagację fal radiowych i komunikację radiową, jest fascynującym badaniem. Istnieje bardzo wiele czynników, które mają wpływ na propagację fal radiowych i wynikające z nich łącza radiokomunikacyjne, które można ustanowić. Przewidywanie sposobów, w jakie to nastąpi, jest skomplikowane i trudne, jednakże można uzyskać dobry obraz prawdopodobnych warunków komunikacji radiowej za pomocą prostych wskaźników. Dalsze strony w tej sekcji witryny szczegółowo opisują wiele z tych aspektów.


Obejrzyj wideo: Ile słychać stacji radiowych na falach długich, średnich i krótkich (Styczeń 2022).