Propagacja fal radiowych

Nawiązywanie łączności radiowych i satelitarnych, fale długie,średnie, krótkie, ultrakrótkie ,mikrofale..
Awatar użytkownika
Carmen
DX-er
DX-er
Posty: 24602
Rejestracja: 12 lut 2009, 12:01
Tuner: F15, DM900, SF4008, AS1,
Antena: 90, 125,190, 180, 310
Konwerter: różne
Lokalizacja: 52 50N 15 50E
Podziękował: 105 razy
Dostał Podziękowań: 456 razy

Propagacja fal radiowych

#1

Post autor: Carmen » 14 lut 2009, 14:16

Atmosfera.
Atmosfera jest podstawowym ośrodkiem w którym uprawia się radiokomunikację. Jej budowa i zjawiska w niej zachodzące mają zasadniczy wpływ na rozchodzenie się fal radiowych. Tylko w niektórych przypadkach mamy do czynienia z propagacją fal w przestrzeni swobodnej (okołoziemskiej). W wielkim uproszczeniu w atmosferze można wyróżnić dwie istotne dla radiokomunikacji warstwy: troposferę i jonosferę, przedzielone dość obojętną stratosferą.

Troposfera rozciąga się od powierzchni Ziemi do wysokości od około 10 km nad biegunami do 18 km nad równikiem. Charakteryzuje się ona stałym składem powietrza i spadkiem temperatury z wysokością.
Propagacja fal w troposferze jest silnie uzależniona od zjawisk meteorologicznych. Bez wdawania się w fizykę (Amerykanie jak czegoś nie rozumieją mówią na to: chemia) można powiedzieć że w niej fale radiowe mogą być tłumione i rozpraszane w stopniu zależnym od zakresu. Może w niej zachodzić refrakcja, czyli odchylenie toru fali od linii prostej. Refrakcja może być dodatnia (w stronę Ziemi) lub ujemna. Istnieje też superrefrakcja, czyli refrakcja nadkrytyczna, przy której promień zakrzywienia toru fali jest mniejszy od promienia Ziemi. Fala wraca wtedy na powierzchnię Ziemi.

Jonosfera jest znacznie bardziej skomplikowanym mechanizmem. Jest ona mocno zjonizowaną przez promieniowanie słoneczne częścią atmosfery, znajdującą się powyżej 60 km nad powierzchnią Ziemi. Oprócz Słońca czynnikami jonizującymi są promieniowane kosmiczne i pył kosmiczny wchodzący w kontakt z atmosferą.
Na dolnej granicy jonosfery występuje lokalne maksimum temperatury - około 400 kelwinów. Wyżej temperatura spada, osiągając na wysokości 80 km 200 kelwinów, po czym znów zaczyna rosnąć do ponad tysiąca kelwinów.
W jonosferze wyróżniono szereg warstw o różnych właściwościach. Ich grubość zmienia się zależnie od intensywności czynników jonizujących, szczególnie dobowej. W ciągu dnia wyróżnia się cztery warstwy: D (60 - 90 km), E (100 - 120 km), F1 (180 - 240 km, istnieje tylko latem), F2 (230 - 400 km, dość niestabilna). Nocą warstwy D i F1 zanikają, a pozostałe warstwy wykazują własności słabsze niż za dnia. Zresztą pomiary wykazały że warstwy te właściwie nie istnieją - obszary o róznych właściwościach mają tak rozmyte granice iż obecnie przedstawia się jonosferę złożoną z kilku maksimów gęstości elektronowej, których intensywność i wysokość podlegają stałym fluktuacjom, zarówno okresowym jak i przypadkowym.
Rozchodzenie sie fal krótkich.
Fale krótkie obejmują zakres częstotliwości od 3 do 30 MHz. Ze względu na krzywiznę Ziemi i tłumienie tego zakresu fal przez powierzchnię terenu zasięg fali powierzchniowej w zakresie fal krótkich jest niewielki: od kilkudziesięciu kilometrów od nadajnika (fale rzędu 100 m) do kilku kilometrów (fale rzędu 10 m). Jednakże fale krótkie mogą się odbić (raz lub wielokrotnie) od jonosfery i od Ziemi, umożliwiając na fali jonosferycznej łączność o zasięgu ogólnoświatowym. Tę uprzejmość fale krótkie nadrabiają iście bizantyjskim skomplikowaniem praw rządzących ich propagacją.
Pierwszą niedogodnością łączności na falach krótkich jest fakt, że rozmaite częstotliwości krytyczne i maksymalne dla jonosfery leżą w tym zakresie fal. Fale krótkie są odbijane głównie przez warstwę F2, ale okresowo także inne (E i F1), w tym warstwy wystepujące sporadycznie. Stan i ilość warstw jonosfery zależy od kąta padania promieni słonecznych oraz od aktywności słonecznej, dlatego też w różnych przedziałach czasu warunki propagacyjne na obu końcach zakresu fal krótkich mogą ulegać zmianom. W związku z tym można uprościć sobie życie i zamknąc wielki temat fal krótkich stwierdzeniem, że o wartości maksymalnej użytecznej częstotliwości w zakresie fal krótkich decydują pory doby, pory roku i faza cyklu aktywności słonecznej. Ogólnie częstotliwość ta jest większa w dzień niż w nocy, jej nocna wartość jest większa w lecie, a wartość dzienna zimą (szczególnie przed południem).
W praktyce zdarza się odchylenie rzeczywistej drogi fal krótkich od trasy najkrótszej (ortodromy). Zjawisko to nazywamy propagacją pozaortodromową. Spowodowane jest ono zmianami wysokości warstw jonosferycznych w obszarach wschodu i zachodu Słońca - na przejściu pomiędzy obszarem oświetlonym a strefą cienia następuje nachylenie pułapu jonosfery. Odbicie od warstwy nachylonej powoduje czasowe odchylenie toru fali. podobnie dzieje się wskutek odbić od nachylonej powierzchni terenu w miejscu odbicia fali od Ziemi. Zmiany wysokości jonosfery wywołują dodatkowo efekt Dopplera.
Poważne pogorszenia łączności na falach krótkich są spowodowane przez burze jonosferyczne. Częstotliwość występowania burz jonosferycznych jest związana z przebiegiem jedenastoletniego cyklu aktywności słonecznej - najwięcej w latach maksimum plam słonecznych. Burza jonosferyczna trwa zazwyczaj od kilku godzin do paru dni, przeważnie jednak nie dłużej niż dwie doby.
Szczególnym rodzajem zaburzenia jonosferycznego jest zjawisko zaniku powszechnego, czyli zaniku odbioru fal krótkich na całej półkuli oświetlonej przez Słońce. Normalnie zanik powszechny jest krótkotrwały; od kilku minut do 2 - 3 godzin. Najdłużej trwa na mniejszych częstotliwościach zakresu. Przyczyną zaniku powszechnego są rozbłyski w chromosferze Słońca, czyli protuberancje, którym towarzyszy wzmożone promieniowanie ultrafioletowe, a także korpuskularne i kosmiczne. Sam zanik powszechny jest spowodowany przez promieniowanie ultrafioletowe, które biegnąc z prędkością światła dochodzi do Ziemi i wywołuje wzrost jonizacji warstwy D i w efekcie gwałtowny wzrost absorpcji fal krótkich. Znacznie wolniejsze promieniowanie korpuskularne (około 1600 km/s) osiąga granice jonosfery kilkadziesięciu godzinach wywołując burze jonosferyczne.
Innym efektem charakterystycznym dla fal krótkich jest zjawisko echa. Jego źródłem jest zaleta tego zakresu fal, czyli ogólnoświatowy zasięg. Fala z nadajnika może docierać do odbiornika zarówno najkrótszą drogą jako sygnał bezpośredni, albo jako sygnał pośredni po okrążeniu Ziemi. A może to zrobić nawet wielokrotnie. Różnicy drogi sygnałów bezpośredniego i pośredniego równej 1000 km odpowiada różnica czsu odebrania sygnałów około 3 milisekund. Zjawisko echa występuje najczęściej gdy nadajnik i odbiornik znajdują się w strefie zmiany pory doby (w strefie półmroku). Droga obu sygnałów przebiega wtedy wzdłuż strefy półmroku. Dla radiokomunikacji fonicznej zjawisko echa jest dość szkodliwe, ponieważ wielokrotne echa mogą znacznie obniżyć jakość sygnału. Prawdziwy kłopot jest z transmisją danych cyfrowych.

Rozchodzenie się fal ultrakrótkich i mikrofal.
Fale ultrakrótkie i mikrofale obejmują częstotliwości powyżej 30 MHz. Wyróżnia się cztery podzakresy:
- fale metrowe 30 - 300 MHz (10m - 1 m),
- fale decymetrowe 300 - 3000 MHz (1 m - 10 cm),
- fale centymetrowe 3 - 30 GHz (10 cm - 1 cm),
- fale milimetrowe 30 - 300 GHz (10 mm - 1 mm).
W częsci pasma mikrofalowego od 1 do 40 GHz funkcjonuje jescze podział na tak zwane pasma radarowe.
Fale ultrakrótkie rozchodzą się w zasadzie prostoliniowo, podobnie jak światło widzialne. Podlegają one odbiciu od obiektów o dużej gęstości, oraz rozpraszaniu i tłumieniu w atmosferze i innych ośrodkach.
Gdyby stwierdzenie takie było w stu procentach ścisłe ich zasięg powinien ograniczać się do horyzontu optycznego. W rzeczywistości zasięg fal ultrakrótkich jest większy dzięki refrakcji troposferycznej, dyfrakcji, czyli załamaniu toru fali na krawędzi horyzontu czy wzniesień i budynków, no i niekiedy dzięki odbiciom od śladów meteorytów w atmosferze.

Mechanizm tłumienia i rozpraszania fal ultrakrótkich w troposferze nie jest do końca wyjaśniony. Rozpraszaniu fal ultrakrótkich towarzyszą fluktuacje wynikające ze zmian stopnia refrakcji i zmienności zjawisk meteorologicznych. Tłumienie jest spowodowane głównie obecnością wody pod postacią opadów (deszczu, śniegu, gradu, mgły, itd) i pary wodnej. Intensywność tłumienia zależy od długości fali; dla fal poniżej 10 cm (pasmo radarowe) tłumienie gwałtownie rośnie. W radiolokacji wpływ tłumienia sygnału przez opady zmniejsza się przez stosowanie polaryzacji kołowej fal i tzw. pracę diversity, plegającą jednoczesnej pracy dwóch kanałów nadawczo - odbiorczych radaru z różnymi częstotliwościami powtarzania impulsów.

Stosunkowo niewielki (prawie optyczny) zasięg fal ultrakrótkich rekompensowany jest licznymi zjawiskami w atmosferze umożliwiającymi operatorowi w korzystnych warukach nawiązywać łączności nawet na wiele tysięcy kilometrów:

1. Propagacja bezpośrednia Polega na prostolinijnym rozchodzeniu sie fal nad sferyczna powierzchnią Ziemi. Bezpośrednia widoczność między dwoma antenami jest możliwa jedynie wtedy, gdy co najmniej jedna z nich znajduje się na pewnej wysokości nad Ziemią.

2. Propagacja troposferyczna (TP) Jest to rozchodzenie się fal radiowych w dolnej warstwie atmosfery, a w szczególności w pobliżu Ziemi.

3. Propagacja na rozproszeniu troposferycznym (TS)Jest to typ propagacji wykorzystujacy rozproszenie fal radiowych na licznych, lecz stosunkowo niewielkich obszarach troposfery z odchylonym wskaźnikiem refrakcji. W tym wypadku fala radiowa, natrafiająca na niejednorodności, ulega częściowemu rozproszeniu, częściowo ulega odbiciu, częściowo zaś osłabiona przechodzi przez obszar rozpraszania.

4. Meteor Scatter (MS) - łączność przez odbicie od rojów meteorów Pozwala na osiągnięcia łączności na UKF z krajami nieosiągalnymi w normalnych warunkach. Zasięg takiej propagacji wynosi 500 do 2500 km przy mocach rzedu kilkuset W i zastosowaniu anten kierunkowych. Łączności są zwykle wcześniej uzgadniane ze względu na krótkotrwałość zjawiska. Polegają na nadawaniu tekstów ze znacznie zwiększoną prędkością. rejestrowanych u korespondenta za pomocą magnetofonu lub komputera. Prędkość wynosi minimum 160 znaków na minutę.

5. Zjawisko zorzy polarnej Odbicie od zorzy polarnej zapewnia na obszarze Europy północnej zasięg do 1500 km. Warunkiem zaistnienia łączności zorzowej jest wystąpienie zorzy w określonym obszarze, emisja w jej stronę fali pod odpowiednim kątem oraz takie ustawienie anteny, aby fala radiowa powracała na Ziemię w odpowiednim miejscu w miarę stabilnie i bez częstych zmian.

6. Odbicia od powierzchni księżyca (EME) Technika EME (Earth-Moon-Earth) jest największym wtajemniczeniem sportu krótkofalarskiego. Wymaga nadajników o mocy rzedu 1 kW, ogromnych zestawów anten śledzących księżyc (paraboliczne lub Yagi), oraz odniornika o wstędze rzędu 50 Hz.

7. Zjawisko odbicia fal od sporadycznie powstających obłoków zjonizowanych w warstwie D. Fenomen ten ma zazwyczaj krótkotrwały charakter, ale w zamian umożliwia nawiązanie łączności do 2000km a nawet więcej.


Parabola 190cm C-band
Offset Channel Master 180cm Ku Band (archiwum), na dachu Laminas 180cm
Famaval 310cm Ku
Echostar 125cm (28E)
Openbox X-820 oraz X-810; Dr HD F15; TBS69xx

https://www.wunderground.com/personal-w ... N3#history <object width="290"

Obrazek

ODPOWIEDZ

Wróć do „Krótkofalarstwo/CB-radio”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 6 gości