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DI SEGUITO COSA SIA LA PROPAGAZIONE , SPIEGATA FACILE FACILE..
INTANTO UNA PREMESSA DOVEROSA...
COSA ABBIAMO SOPRA LA NOSTRA TESTA:
La propagazione radio è il comportamento delle onde radio mentre viaggiano, o si propagano, da un punto a un altro o in varie parti dell'atmosfera.
Ogni aspetto della radio amatoriale si riduce alla propagazione. Infatti, qualsiasi sistema o rete radio tiene conto della propagazione. Il segnale raggiungerà o si propagherà al destinatario previsto? Esistono in realtà due tipi di propagazione delle onde radio, linea di vista e riflessa. La tua stazione radio preferita si basa sulle comunicazioni in linea di vista, anche se a volte, se le condizioni sono giuste, il segnale radio può rimbalzare dagli strati dell'atmosfera sulla terra ben oltre la portata del segnale della linea di vista.
Ogni frequenza si comporta diversamente quando si tratta di propagazione.
Le onde radio che raggiungono gli strati della ionosfera sono chiamate onde del cielo. Solo questi permettono la propagazione a lunga distanza (DX). Per comprendere come possono essere influenzati dall'attività solare, dobbiamo innanzitutto definire le caratteristiche della ionosfera e le sue proprietà. Successivamente ci concentreremo sulle radiazioni solari, sui disturbi geomagnetici e ionosferici per concludere trattando gli indici solari e geomagnetici e i loro effetti sulle frequenze critiche come MUF, LUF e altre FOT.
Nella radio pratica vengono utilizzati diversi tipi di propagazione. Per propagazione in linea di vista si intendono le onde radio che viaggiano in linea retta dall'antenna trasmittente all'antenna ricevente. La trasmissione in linea di vista viene utilizzata per trasmissioni radio come telefoni cellulari, telefoni cordless, walkie-talkie, reti wireless, trasmissioni radiofoniche e televisive FM e comunicazioni satellitari. La trasmissione in linea di vista sulla superficie della Terra è limitata alla distanza dall'orizzonte visivo, che dipende dall'altezza delle antenne trasmittenti e riceventi. È l'unico metodo di propagazione possibile alle frequenze delle microonde e superiori.
La maggior parte del comportamento su larga scala delle onde radio è esattamente lo stesso della luce, fatta eccezione per la differenza di scala. Le onde radio VHF sono definite come aventi lunghezze d'onda comprese tra 10 me 1 m (30–300 MHz). Al contrario, la lunghezza d’onda della luce visibile si estende da circa 350 a 650 nanometri (1 nm = 10 –9 m), diversi milioni di volte più corta. Se la Terra venisse ridotta di dimensioni nello stesso rapporto, diventerebbe una sfera di soli pochi metri di diametro.
Anche le onde radio e le onde luminose hanno in comune una proprietà unica in tutto lo spettro elettromagnetico: l'atmosfera è quasi completamente trasparente per loro. Ecco perché per la comunicazione vengono utilizzate sia le onde radio che quelle luminose.
Questo diagramma illustra alcune delle caratteristiche e dei fenomeni riscontrati nei vari strati dell’atmosfera terrestre. Partendo dal livello del suolo, gli strati comprendono la troposfera, la stratosfera, la mesosfera e la termosfera. L'esosfera, che si trova sopra la termosfera, non è mostrata nel diagramma. Fonte: ACAR
Come si propagano i segnali radio?
Le onde radio possono propagarsi dal trasmettitore al ricevitore in quattro modi
Onde del suolo,
Onde del cielo,
Onde spaziali libere e
Onde di campo aperto.
Le onde terrestri esistono solo per la polarizzazione verticale, prodotta dalle antenne verticali quando le antenne trasmittenti e riceventi sono vicine alla superficie della terra. La radiazione trasmessa induce correnti nella terra e le onde viaggiano sulla superficie terrestre attenuandosi a seconda dell’energia assorbita dalla terra conduttrice. Il motivo per cui le antenne orizzontali non sono efficaci per la propagazione delle onde terrestri è che il campo elettrico orizzontale che creano viene cortocircuitato dalla terra.
La propagazione delle onde terrestri è dominante solo a frequenze relativamente basse, fino a pochi MHz. La propagazione delle onde del cielo dipende dalla riflessione della ionosfera, una regione di aria rarefatta alta sopra la superficie terrestre che viene ionizzata dalla luce solare (principalmente radiazione ultravioletta).
La ionosfera è responsabile delle comunicazioni a lunga distanza nelle bande ad alta frequenza comprese tra 3 e 30 MHz. Dipende molto dall'ora del giorno, dalla stagione, dalla longitudine della terra e dalla produzione ciclica pluriennale di macchie solari sul sole. Rende possibile la comunicazione a lungo raggio utilizzando trasmettitori a bassissima potenza.
Esistono numerose categorie in cui possono essere inseriti diversi tipi di propagazione RF. Questi si riferiscono agli effetti dei mezzi attraverso i quali si propagano i segnali.
Propagazione nello spazio libero
Qui le onde radio viaggiano nello spazio libero o lontano da altri oggetti che influenzano il modo in cui viaggiano. È solo la distanza dalla sorgente che influenza il modo in cui si riduce l'intensità del segnale. Questo tipo di propagazione radio si incontra con i sistemi di comunicazione radio compresi i satelliti in cui i segnali viaggiano verso il satellite da terra e tornano indietro. In genere c'è poca influenza da parte di elementi come l'atmosfera.
Propagazione delle onde terrestri
Quando i segnali viaggiano attraverso l'onda terrestre, vengono modificati dal suolo o dal terreno su cui viaggiano. Tendono anche a seguire la curvatura della Terra. I segnali ascoltati sulla banda delle onde medie durante il giorno utilizzano questa forma di propagazione RF.
Propagazione ionosferica
Qui i segnali radio vengono modificati e influenzati da una regione alta nell’atmosfera terrestre conosciuta come ionosfera. Questa forma di propagazione radio viene utilizzata dai sistemi di comunicazione radio che trasmettono sulle bande HF o ad onde corte. Utilizzando questa forma di propagazione, le stazioni possono essere ascoltate dall'altra parte del globo in base a molti fattori, tra cui le frequenze radio utilizzate, l'ora del giorno e una varietà di altri fattori.
Propagazione troposferica
Qui i segnali sono influenzati dalle variazioni dell’indice di rifrazione nella troposfera appena sopra la superficie terrestre. La propagazione radio troposferica è spesso il mezzo attraverso il quale i segnali in VHF e superiori vengono ascoltati su distanze estese.
Oltre a queste categorie principali, anche i segnali radio possono essere influenzati in modi leggermente diversi. A volte queste possono essere considerate come sottocategorie o possono essere piuttosto interessanti da sole.
L'atmosfera
La nostra atmosfera è composta da 5 livelli. La troposfera, la stratosfera, la mesosfera, la termosfera e l'esosfera.
La Troposfera
La troposfera è lo strato più basso della nostra atmosfera. Partendo dal livello del suolo, si estende verso l'alto fino a circa 10 km sopra il livello del mare. Noi esseri umani viviamo nella troposfera e quasi tutto il tempo si verifica in questo strato più basso. Qui compaiono la maggior parte delle nuvole, soprattutto perché il 99% del vapore acqueo nell'atmosfera si trova nella troposfera. La pressione dell'aria diminuisce e le temperature diventano più fredde man mano che si sale più in alto nella troposfera.
La troposfera è lo strato atmosferico principale più basso, che si estende dalla superficie terrestre fino al fondo della stratosfera. La troposfera è il luogo in cui si verificano tutte le condizioni meteorologiche della Terra. Contiene circa l'80% della massa totale dell'atmosfera.
La troposfera è caratterizzata da una diminuzione della temperatura con l'altezza ad una velocità media di 6,5 gradi Celsius per chilometro). Al contrario, la stratosfera ha una temperatura costante o che aumenta lentamente con l'altezza.
Il confine tra la troposfera e la stratosfera è chiamato “tropopausa”, situato ad un’altitudine di circa 5 miglia in inverno, fino a circa 8 miglia in estate e fino a 11 o 12 miglia nelle profondità dei tropici.
Quando vedi la parte superiore di un temporale appiattirsi in una nuvola a incudine, di solito è perché le correnti ascensionali nella tempesta hanno raggiunto la tropopausa, dove l'aria ambientale è più calda dell'aria nuvolosa nella tempesta, e quindi l'aria nuvolosa smette di salire. .
La stratosfera
Lo strato successivo è chiamato stratosfera. La stratosfera si estende dalla sommità della troposfera fino a circa 50 km dal suolo. Il famigerato strato di ozono si trova nella stratosfera.
Le molecole di ozono in questo strato assorbono la luce ultravioletta (UV) ad alta energia proveniente dal Sole, convertendo l'energia UV in calore. A differenza della troposfera, la stratosfera diventa più calda man mano che si sale! Questa tendenza all’aumento delle temperature con l’altitudine significa che l’aria nella stratosfera non ha la turbolenza e le correnti ascensionali della troposfera sottostante. Gli aerei passeggeri commerciali volano nella bassa stratosfera, in parte perché questo strato meno turbolento garantisce una navigazione più fluida.
La corrente a getto scorre vicino al confine tra la troposfera e la stratosfera.
La Mesosfera
Sopra la stratosfera c'è la mesosfera. Si estende verso l'alto fino ad un'altezza di circa 85 km sopra il nostro pianeta.
La maggior parte delle meteore brucia nella mesosfera. A differenza della stratosfera, le temperature diventano ancora una volta più fredde man mano che si sale attraverso la mesosfera. Le temperature più fredde nell’atmosfera terrestre, circa -90° C (-130° F), si trovano vicino alla parte superiore di questo strato. L'aria nella mesosfera è troppo rarefatta per essere respirata; la pressione dell'aria nella parte inferiore dello strato è ben al di sotto dell'1% della pressione al livello del mare e continua a diminuire man mano che si sale.
L'esosfera
Sebbene alcuni esperti considerino la termosfera lo strato più superficiale della nostra atmosfera, altri considerano l’esosfera l’effettiva “ultima frontiera” dell’involucro gassoso della Terra.
Come puoi immaginare, l’”aria” nell’esosfera è molto, molto, molto sottile, rendendo questo strato ancora più simile allo spazio della termosfera. In effetti, l’aria nell’esosfera “fuoriesce” costantemente, anche se molto gradualmente, dall’atmosfera terrestre nello spazio.
Non esiste un confine superiore netto dove l’esosfera svanisce finalmente nello spazio. Diverse definizioni collocano la parte superiore dell'esosfera tra 100.000 e 190.000 km sopra la superficie della Terra. Quest'ultimo valore è circa a metà strada verso la Luna!
La ionosfera
La ionosfera non è uno strato distinto come gli altri menzionati sopra. Invece, la ionosfera è una serie di regioni in parti della mesosfera e della termosfera dove la radiazione ad alta energia proveniente dal Sole ha staccato gli elettroni dai loro atomi e molecole principali.
Gli atomi e le molecole elettricamente carichi che si formano in questo modo sono chiamati ioni, da cui il nome alla ionosfera e che conferiscono a questa regione alcune proprietà speciali.
Ci sono tre regioni principali della ionosfera, chiamate strato D, strato E e strato F. Queste regioni non hanno confini netti e le altitudini alle quali si verificano variano nel corso della giornata e da stagione a stagione. La regione D è la più bassa, inizia a circa 60 o 70 km dal suolo e si estende verso l'alto fino a circa 90 km. Successivamente più in alto c'è la regione E, che inizia a circa 90 o 100 km in su e si estende fino a 120 o 150 km. La parte più alta della ionosfera, la regione F, inizia a circa 150 km e si estende molto verso l’alto, a volte fino a 500 km sopra la superficie del nostro pianeta natale.
Cos'è la propagazione e-sporadica ?
La propagazione sporadica è il risultato di macchie o “nuvole” altamente ionizzate che occasionalmente si formano nella regione E della ionosfera ad altitudini comprese tra circa 80 e 150 chilometri.
Distanze di comunicazione di 800–2000 km possono verificarsi utilizzando un singolo cloud Es. Questa variabilità della distanza dipende da una serie di fattori, tra cui l'altezza e la densità delle nuvole. Anche la MUF varia ampiamente, ma più comunemente rientra nella gamma 25 – 150 MHz che comprende le bande radioamatoriali di 2 metri, 6 metri e persino 10 metri. Forti eventi hanno consentito la propagazione a frequenze fino a 250 MHz.
La propagazione E sporadica è probabilmente la forma più interessante ed entusiasmante di miglioramento del segnale per l'appassionato operatore VHF o per chiunque sia interessato alle bande amatoriali 28 Mhz (10 m), 50 MHz (6 m) e 144 MHz (2 m). Le nubi E sporadiche sono generalmente di dimensioni piuttosto piccole, ma nubi più grandi o nubi multiple spesso si formano durante aperture sostanziali.
L'E sporadico è una concentrazione sporadica della ionizzazione dello strato E in strati sottili ad alta densità di ionizzazione che sono in grado di riflettere le onde radio a frequenze molto più elevate del normale.
La regione E è definita come quella compresa tra 90 e 120 km sopra la superficie terrestre, e può essere considerata come la zona di transizione dall’atmosfera terrestre allo spazio; ci sono discontinuità nella pressione, nella temperatura e nella composizione chimica a questa altezza. Al di sopra dei 90 km gli ioni prevalgono sugli atomi neutri. La maggior parte dei raggi ultravioletti a onda corta e dei raggi X meno energetici provenienti dal sole vengono assorbiti ionizzando lo strato E.
È interessante notare che dopo quasi 70 anni di studio la vera causa dell’E sporadico è ancora sconosciuta. Esistono molte teorie diverse su come e perché si formano le nubi E sporadiche.
Le nubi E sporadiche variano notevolmente nelle dimensioni e nell'intensità della ionizzazione. Alcune nubi possono avere un diametro di pochi metri e alcune hanno un diametro di più di 200 km.
Un tempo si credeva che la formazione di sporadiche nubi E fosse direttamente correlata al ciclo solare (macchie solari) di undici anni. Vedrai ancora quella teoria espressa in alcuni libri di testo anche se prove schiaccianti suggeriscono che questa convinzione è sbagliata. Sembra non esserci alcuna correlazione tra il livello di ionizzazione o la formazione di sporadiche nubi E e il ciclo di macchie solari di undici anni – almeno non alle medie latitudini lontano dall’equatore e dai poli geomagnetici. È stato notato già negli anni ’30 e ’40 che la formazione e l’intensità delle nubi E sporadiche alle medie latitudini non variano sostanzialmente nel corso del ciclo solare di undici anni.
Esistono prove che suggeriscono che la causa principale della formazione sporadica di nubi E è il wind shear, un fenomeno puramente meteorologico. I venti intensi d'alta quota, che viaggiano in direzioni opposte a diverse altitudini, producono il wind shear. Si ritiene che questi wind shear, in presenza del campo geomagnetico terrestre, causino la raccolta e la compressione degli ioni in strati sottili e ricchi di ioni, di circa mezzo miglio di spessore. L'area di queste zone può variare da poche miglia quadrate a centinaia o addirittura migliaia di miglia quadrate.
Sulla stessa linea si colloca la teoria secondo cui sporadiche nubi E si formano in prossimità di temporali a causa dell'intensa attività elettrica associata al temporale. Esiste spesso, ma non sempre, una correlazione tra l’attività temporalesca e la formazione di sporadiche nubi E, abbastanza da rendere questa teoria molto allettante.
Tuttavia, forti temporali spesso si formano lungo i confini frontali e lungo gli stessi confini frontali si trova solitamente un forte vento forte. Allo stesso modo, una forte attività E sporadica appare spesso quando non c’è alcuna attività temporalesca apparente lungo o vicino al percorso di propagazione.
Ancora un’altra teoria emergente suggerisce che le nubi E sporadiche siano formate da concentrazioni di detriti meteorici. Ancora una volta, sembra esserci una forte correlazione tra l’attività dello sciame meteorico e il numero e l’intensità delle nubi E sporadiche.
Il punto è che nessuno ha presentato una spiegazione definitiva su come e perché si formano sporadiche nubi E. Ci sono molti ottimi articoli sull’argomento. È del tutto possibile, forse anche probabile. che le nubi E sporadiche si formano come risultato di una combinazione di fattori, forse coinvolgendo il wind shear, i detriti cosmici e l’attività temporalesca.
L'E sporadico è molto comune sui 50 MHz (6 m) durante i mesi estivi, da ottobre a gennaio in VK. Di tanto in tanto, l'intensità della ionizzazione delle nubi E sporadiche aumenta fino al punto in cui la MUF sale nella banda dei 144 MHz (2 m). È normale che la MUF salga fino a fermarsi ad una particolare frequenza all'interno della banda FM. I segnali distanti verranno uditi al di sotto della MUF, mentre al di sopra della MUF si udiranno solo i segnali locali o amplificati dalla troposfera.
Rifrazione
La rifrazione è definita come “…un cambiamento nella direzione di un’onda mentre attraversa il confine che separa un mezzo da un altro”.
La quantità di cui il percorso di un segnale radio viene rifratto dalle nubi E sporadiche dipende dall'intensità della ionizzazione e dalla frequenza del segnale. Per un dato livello di ionizzazione, l'angolo di rifrazione del segnale diminuirà all'aumentare della frequenza. Al di sopra di una certa frequenza critica, la rifrazione del segnale sarà insufficiente per riportarlo sulla superficie della Terra. Questa frequenza critica è nota come frequenza massima utilizzabile o MUF.
Nel corso degli anni è stato osservato che la potenza del segnale dei segnali E sporadici ricevuti sarà maggiore appena al di sotto della frequenza massima utilizzabile. Inoltre, poiché l'angolo di curvatura o l'angolo di rifrazione diminuisce all'aumentare della frequenza del segnale per un dato livello di ionizzazione, possiamo supporre che le ricezioni più distanti si verificheranno man mano che ci avviciniamo alla MUF. In altre parole, una nuvola Es supporterà percorsi di segnali più lunghi a 100 MHz rispetto a 50 MHz.
Lo strato E
Le regioni superiori dell’atmosfera terrestre ricevono l’intera potenza dei raggi ultravioletti, dei raggi X e dei raggi cosmici del Sole. Questa radiazione interagisce con l'atmosfera durante la sua discesa e, mentre lo fa, porzioni della radiazione vengono assorbite a diversi livelli, producendo ionizzazione nel processo. I raggi X molli sono la principale sorgente ionizzante dello strato E. I raggi X molli hanno lunghezze d'onda intorno a un nanometro rispetto ai raggi X duri che hanno lunghezze d'onda di appena una frazione di nanometro.
Lo strato E si estende da un'altitudine di 90–150 km. Si sviluppa anch'esso poco dopo l'alba ma scompare poche ore dopo il tramonto. La massima ionizzazione di questo strato viene raggiunta intorno a mezzogiorno. Gli ioni in questo strato sono principalmente O2+.
Lo sporadico strato E (Es) appare ad un'altitudine che può variare tra 80 e 120 km. Non è ancora noto come si sviluppi effettivamente questo strato, ma può comparire in qualsiasi momento della giornata, con preferenza per la tarda mattinata e la prima serata, soprattutto durante i mesi estivi e brevemente in pieno inverno, con il picco che si verifica nelle ore notturne. inizio estate.
In questa illustrazione, nessuna delle due nubi di Es è sufficientemente ionizzata per restituire un segnale a salto singolo alla Terra. Tuttavia, quando le due nubi “deboli” lavorano insieme, gli angoli di rifrazione di ciascuna nube Es vengono essenzialmente sommati. Ciò avrebbe l’effetto di aumentare l’apparente frequenza massima utilizzabile e, infine, di restituire il segnale alla Terra ad una distanza Es maggiore della “normale” distanza Es. Questa è una configurazione della nuvola Es un po’ più semplice (e quindi più probabile) rispetto a quella della teoria della nuvola “inclinata”. Ciò spiegherebbe le distanze di percorso variabili che rientrano tra quelle delle distanze di percorso E sporadiche “normali” a salto singolo e doppio.
La distanza massima per un segnale E propagato sporadico a salto singolo è di circa 2.500 chilometri. Tuttavia, se esistono più macchie sufficientemente ionizzate in linea lungo un particolare percorso del segnale, è possibile che un dato segnale si rifletta sulla superficie della Terra dopo il primo salto e venga rifratto sulla Terra da una seconda nube E sporadica. Ciò può estendere la portata dei segnali propagati dallo strato E fino a 5.000 chilometri e oltre.
Questa illustrazione mostra tre nubi E sporadiche. La nuvola n. 1 è ionizzata più intensamente ed è quindi in grado di rifrangere i segnali con un angolo più acuto, producendo una distanza di salto più breve per una data frequenza. I segnali rifratti dalla Nuvola n. 2 vengono restituiti alla Terra con un angolo minore, producendo così distanze di salto più lunghe. Con le nuvole n. 2 e n. 3 allineate lungo il percorso del segnale, può verificarsi un salto "doppio salto". Con questo allineamento della nuvola i segnali provenienti sia dal "trasmettitore" che dalla "zona a salto singolo" verrebbero ascoltati nella posizione del ricevitore.
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