Informație

Propagarea troposferică

Propagarea troposferică

Pe frecvențe peste 30 MHz, se constată că troposfera are un efect din ce în ce mai mare asupra semnalelor radio și a sistemelor de comunicații radio. Semnalele radio pot călători pe distanțe mai mari decât ar fi sugerat de calculele liniei de vedere. Uneori condițiile se schimbă și semnalele radio pot fi detectate pe distanțe de 500 sau chiar 1000 km și mai mult. Acest lucru se întâmplă în mod normal printr-o formă de îmbunătățire troposferică, numită adesea „tropo” pe scurt. Uneori semnalele pot fi chiar prinse într-o conductă ridicată într-o formă de propagare a semnalului radio cunoscută sub denumirea de conducte troposferice. Acest lucru poate perturba multe legături de comunicații radio (inclusiv legături de comunicații radio bidirecționale), deoarece pot fi întâlnite interferențe care nu sunt în mod normal acolo. Ca urmare, la proiectarea unei legături sau a unei rețele de comunicații radio, această formă de interferență trebuie recunoscută, astfel încât să poată fi luate măsuri pentru a minimiza efectele acesteia.

Modul în care semnalele se deplasează la frecvențe VHF și mai mari este de o mare importanță pentru cei care privesc acoperirea radio a sistemelor precum telecomunicațiile celulare, comunicațiile radio mobile și alte sisteme fără fir, precum și pentru alți utilizatori, inclusiv radioamatori.

Comunicații radio pe linie de vedere

S-ar putea crede că majoritatea legăturilor de comunicații radio de la VHF și de mai sus urmează o linie de vedere. Acest lucru nu este strict adevărat și se constată că chiar și în condiții normale, semnalele radio sunt capabile să călătorească sau să se propage pe distanțe mai mari decât linia de vedere.

Motivul creșterii distanței parcurse de semnalele radio este că acestea sunt refractate de mici modificări care există în atmosfera Pământului aproape de sol. Se constată că indicele de refracție al aerului aproape de sol este foarte ușor mai mare decât cel mai sus. Ca urmare, semnalele radio sunt îndoite către zona cu un indice de refracție mai mare, care este mai aproape de sol. Prin aceasta extinde gama semnalelor radio.

Indicele de refracție al atmosferei variază în funcție de o varietate de factori. Temperatura, presiunea atmosferică și presiunea vaporilor de apă influențează valoarea. Chiar și mici modificări ale acestor variabile pot face o diferență semnificativă, deoarece semnalele radio pot fi refractate pe întreaga cale a semnalului și aceasta se poate extinde pe mai mulți kilometri.

N unități

Se constată că valoarea medie a indicelui de refracție al aerului la nivelul solului este de aproximativ 1.0003, dar poate varia cu ușurință de la 1.00027 la 1.00035. Având în vedere modificările foarte mici care se văd, a fost introdus un sistem care permite notarea mai ușoară a modificărilor mici. Unitățile numite unități „N” sunt adesea folosite. Aceste unități N se obțin scăzând 1 din indicele de refracție și înmulțesc restul cu un milion. În acest fel se obțin numere mai ușor de gestionat.
N = (mu-1) x 10 ^ 6

Unde mu este indicele de refracție

Se constată că, ca un ghid foarte dur în condiții normale într-o zonă de temperatură, indicele de refracție al aerului scade cu aproximativ 0,0004 pentru fiecare creștere de înălțime de un kilometru, adică 400 N unități / km. Acest lucru face ca semnalele radio să tindă să urmeze curbura pământului și să călătorească dincolo de orizontul geometric. Valorile reale extind orizontul radio cu aproximativ o treime. Acest factor este adesea utilizat în majoritatea calculelor de acoperire a comunicațiilor radio pentru aplicații cum ar fi emițătoare radio difuzate și alți utilizatori de comunicații radio bidirecționale, cum ar fi comunicații radio mobile, telecomunicații celulare și altele asemenea.

Condiții îmbunătățite

În anumite condiții, condițiile de propagare radio furnizate de troposferă sunt astfel încât semnalele să circule pe distanțe și mai mari. Această formă de "ridicare" în condiții este mai puțin pronunțată pe porțiunile inferioare ale spectrului VHF, dar este mai evidentă pe unele dintre frecvențele mai mari. În anumite condiții, semnalele radio pot fi auzite pe distanțe de 2000 sau mai mulți kilometri, cu distanțe de 3000 de kilometri fiind posibilă în rare ocazii. Acest lucru poate da naștere la niveluri semnificative de interferență pentru perioade de timp.

Aceste distanțe extinse rezultă din modificări mult mai mari în valorile indicelui de refracție pe calea semnalului. Acest lucru permite semnalului să obțină un grad mai mare de îndoire și, ca rezultat, să urmeze curbura Pământului pe distanțe mai mari.

În anumite circumstanțe, modificarea indicelui de refracție poate fi suficient de mare pentru a îndoi semnalele înapoi la suprafața Pământului, moment în care acestea sunt reflectate din nou în sus de suprafața Pământului. În acest fel, semnalele se pot deplasa în jurul curburii Pământului, fiind reflectate de suprafața acestuia. Aceasta este o formă de „canal troposferic” care poate apărea.

De asemenea, este posibil ca conductele troposferice să apară deasupra suprafeței Pământului. Aceste conducte troposferice ridicate apar atunci când o masă de aer cu un indice de refracție ridicat are o masă de aer cu un indice de refracție mai mic dedesubt și deasupra acestuia, ca urmare a mișcării aerului care poate apărea în anumite condiții. Când apar aceste condiții, semnalele pot fi limitate în zona ridicată a aerului cu un indice de refracție ridicat și nu pot scăpa și se pot întoarce pe pământ. Ca urmare, ei pot călători câteva sute de mile și pot primi niveluri relativ scăzute de atenuare. De asemenea, este posibil ca acestea să nu fie audibile pentru stațiile de sub conductă și, în acest fel, creează o săritură sau o zonă moartă similară cu cea experimentată cu propagarea ionosferică HF.

Mecanismul din spatele propagării troposferice

Efectele de propagare troposferică apar relativ aproape de suprafața Pământului. Semnalele radio sunt afectate de regiunea care se află sub o altitudine de aproximativ 2 kilometri. Deoarece aceste regiuni sunt cele care sunt foarte afectate de vreme, există o legătură puternică între condițiile meteorologice și condițiile de propagare radio și acoperire.

În condiții normale a există un gradient constant al indicelui de refracție cu înălțimea, aerul fiind cel mai apropiat de suprafața Pământului având cel mai mare indice de refracție. Acest lucru este cauzat de mai mulți factori. Aerul având o densitate mai mare și cel care conține o concentrație mai mare de vapori de apă duc la creșterea indicelui de refracție. Deoarece aerul cel mai apropiat de suprafața Pământului este atât mai dens (ca urmare a presiunii exercitate de gazele de deasupra acestuia), cât și are o concentrație mai mare de vapori de apă decât cea mai mare înseamnă că indicele de refracție al aerului cel mai apropiat de pământ suprafața este cea mai înaltă.

În mod normal, temperatura aerului cea mai apropiată de suprafața Pământului este mai mare decât cea la o altitudine mai mare. Acest efect tinde să reducă gradientul densității aerului (și, prin urmare, gradientul indicelui de refracție), deoarece aerul cu o temperatură mai mare este mai puțin dens.

Cu toate acestea, în anumite circumstanțe, apare ceea ce se numește inversiune a temperaturii. Acest lucru se întâmplă atunci când aerul fierbinte aproape de pământ crește permițând aerului mai dens și mai dens să intre aproape de Pământ. Când se întâmplă acest lucru, are loc o schimbare mai mare a indicelui de refracție cu înălțimea și acest lucru are ca rezultat o modificare mai semnificativă a indicelui de refracție.

Inversiile de temperatură pot apărea în mai multe moduri. Una dintre cele mai dramatice apare atunci când este prezentă o zonă de presiune ridicată. O zonă de înaltă presiune înseamnă că vor fi prezente condiții meteorologice stabile, iar în timpul verii sunt asociate cu vremea caldă. Condițiile înseamnă că aerul aproape de sol se încălzește și crește. Pe măsură ce acest lucru se întâmplă, curge aer mai rece în interiorul acestuia, provocând inversarea temperaturii. În plus, se constată că cele mai mari îmbunătățiri tind să apară, deoarece zona de înaltă presiune se îndepărtează și presiunea abia începe să scadă.

O inversare a temperaturii poate apărea și în timpul trecerii unui front rece. Un front rece apare atunci când o zonă de aer rece întâlnește o zonă de aer cald. În aceste condiții, aerul cald se ridică deasupra aerului rece, creând o inversare a temperaturii. Fronturile reci tind să se miște relativ repede și, ca rezultat, îmbunătățirea condițiilor de propagare tinde să fie de scurtă durată.

Decolorare

Când semnalele sunt propagate pe distanțe extinse ca urmare a condițiilor de propagare troposferică îmbunătățite, semnalele sunt în mod normal supuse unei decolorări profunde lente. Acest lucru este cauzat de faptul că semnalele sunt recepționate printr-o serie de căi diferite. Pe măsură ce vânturile din atmosferă mișcă aerul în jur, înseamnă că diferitele căi se vor schimba într-o perioadă de timp. În consecință, semnalele care apar la receptor vor cădea și vor fi defazate unele cu altele ca urmare a lungimilor diferite și variabile ale traseului și, ca urmare, puterea semnalului general primit se va modifica.

Orice semnal terestru primit la VHF și peste va fi supus condițiilor predominante de propagare cauzate de troposferă. În condiții normale, ar trebui să se aștepte ca semnalele să poată fi recepționate dincolo de distanța normală a liniei de vedere. Cu toate acestea, în anumite circumstanțe, aceste distanțe vor fi considerabil crescute și pot fi experimentate niveluri semnificative de interferență.


Priveste filmarea: Wave Propagation Physics Demonstration (Octombrie 2021).