Scientia.ro - stiri stiinta si tehnologie

sci_fan

Intrebare rezolvata

Ce rol joaca ionosfera in propagarea undelor radio ?

Nu mi-e deloc clar ce rol joaca ionosfera in propagarea undelor radio. Stiu ca exista diferente in functie de lungimea de unda a semnalului radio (de exemplu VHF ori UHF). In ce fel depinde distanta maxima de propagare a semnalului de interactiunea cu ionosfera ? De ce semnalele UHF nu se propaga si prin intermediul reflexiei la nivelul ionosferei ?
As dori mai multe detalii privind diferitele moduri de propagare a undelor radio si diferentele care apar in functie de frecventa undelor radio emise...

Cel mai bun raspuns - Ales de administrator

• 
  Scientia

  În primul rând trebuie să lămurim ce este ionosfera. Vorbim de o regiune a atmosferei terestre situată la înălţimi cuprinse între aproximativ 50 şi 500 de kilometri, regiune în care moleculele din compoziţia aerului, altfel destul de rarefiat, sunt ionizate de contactul cu radiaţia venită din spaţiul extraterestru, în special cea solară. Vorbim de mai multe tipuri de radiaţie, ultravioletă, raze X, radiaţie cosmică etc., fiecare dintre aceste categorii posedând energii diferite, prin urmare având puteri de penetrare diferite în atmosferă. Ca urmare, ionosfera are în compunere mai multe straturi cu grade de ionizare (deci densitate de electroni şi ioni) diferite. Există regiunea D, cuprinsă între 50 şi 90 de kilometri, regiunea E (90-140 km), regiunea F1 (140-210 km) şi regiunea F2 (peste 210 km). Datorită faptului că radiaţia ionizantă provine în mare parte de la Soare, apar diferenţe importante între zi şi noapte, pentru că în absenţa ionizării procesul de recombinare a electronilor cu ionii moleculelor diferitelor gaze din compoziţia atmosferei scade drastic gradul de ionizare a diferitelor straturi.

  
  Apar variaţii ale gradului de ionizare între regiuni şi în interiorul fiecărei regiuni şi în funcţie de alţi factori precum activitatea solară, anotimpurile, latitudinea etc., dar nu vom intra în amănunte. Pentru cei doritori să afle detalii, la referinţe vom indica câteva pagini web cu materiale extrem de utile pe tema propagării undelor radio prin intermediul reflexiei la nivelul ionosferei.

  Aşadar, pentru comunicaţiile radio ionosfera joacă un rol crucial datorită proprietăţilor sale de a reflecta undele radio. În fapt, nu vorbim de un proces de reflexie propriu-zisă, ci mai degrabă de refracţie. Nici acest aspect nu e vital, mai important fiind de specificat faptul că numai anumite frecvenţe din spectrul radio sunt reflectate la nivelul ionosferei. Banda utilă din acest punct de vedere variază în funcţie de o serie de factori, dar ideea centrală este că regiunea F2 a ionosferei este utilă non-stop, zi si noapte, pentru propagarea pe distanţe mari a semnalelor radio de înaltă frecvenţă (HF) - aşa-zisele unde scurte.

  Autorul întrebării dorea să afle detalii despre mecanismul de propagare (deci, mai exact mecanismul de refracţie a undelor radio la nivelul ionosferei), cât şi de ce doar unele frecvenţe sunt reflectate, în timp ce altele sunt absorbite ori trec prin ionosferă ajungând în spaţiu. Fenomenele fizice care se petrec la interacţiunea undelor radio cu ionosfera nu sunt tocmai simplu de explicat.

  Atunci când o undă radio ajunge la nivelul ionosferei, câmpul electric al undei induce oscilaţii electronilor liberi din ionosferă cu o frecvenţă egală cu cea a undei. O parte a energiei electromagnetice este cedată în cadrul acestui proces. În continuare se pot petrece două lucruri. Fie numărul total de particule din ionosferă este suficient de mare astfel încât electronii oscilanţi să se ciocnească imediat cu alte particule, transformând în căldură energia primită de la undele radio (şi atunci apare absorbţia - fenomen care se petrece, de pildă, cu semnalele sub 10 MHz când întâlnesc regiunea D pe timpul zilei), fie, dacă frecvenţa coliziunilor dintre particulele unei anumite regiuni este semnificativ mai mică decât a undei radio incidente, iar densitatea electronilor care au intrat în oscilaţie este mai mare decât o valoare critică, norul electronic oscilant din ionosferă se va comporta mai degrabă ca un reflector static. Aproape întreaga energie a undelor radio este cedată vibraţiilor pe o distanţă foarte scurtă, electronii vibrează în fază şi împreună re-radiază energia originală a undei înapoi către suprafaţa Pământului, ajutând la recepţia semnalelor radio pe distanţe foarte lungi. Dacă densitatea de electroni este sub acea valoare critică unda radio trece prin ionosferă, ajungând în spaţiul cosmic.

  În funcţie de densitatea de electroni dar şi de unghiul de atac al radiaţiei incidente, se pot calcula frecvenţa critică - cea mai mare frecvenţă pe care ionosfera o poate reflecta înapoi în mod direct către suprafaţa pământului (când unghiul de atac este de 90 de grade - de jos în sus), dar şi ceea ce se numeşte MUF - Maximum Usable Frequency - frecvenţa maximă a undelor radio care pot fi reflectate de ionosferă, în funcţie de densitatea de electroni a regiunii şi de unghiul de atac al radiaţiei incidente.

  Bibliografie suplimentara:

  http://en.wikipedia.org/wiki/Ionosphere http://sharon.esrac.ele.tue.nl/mirrors/zl1bpu/DOCS/iono101.PDF http://www.ips.gov.au/Category/Educational/Other%20Topics/Radio%20Communication/Intro%20to%20HF%20Radio.pdf http://www.ham-radio.com/n6ca/50MHz/K6MIO_50MHz_F2Prop.pdf

  
  

  • 2010-03-26 23:50
  • 6
  • 5
  •