Výukový program ionosférického šíření zahrnuje . . . .
Ionosférické šíření     Ionosféra     Ionosférické vrstvy     Skywaves & skip     Kritická frekvence, MUF, LUF & OWF     Jak používat ionosférické šíření     Vícenásobné odrazy a skoky     Ionosférická absorpce     Únik signálu     Sluneční indexy     Propagační software     NVIS     Transekvatoriální šíření     Šíření po greyline    F spread        

Když se elektromagnetické vlny, a v tomto případě rádiové signály, šíří, interagují s předměty a médii, ve kterých se pohybují. Rádiové signály se přitom mohou odrážet, lámat nebo ohýbat. Tyto interakce způsobují, že rádiové signály změní směr a dosáhnou oblastí, které by nebylo možné, pokud by rádiové signály putovaly v přímé linii.

Ionosféra je zvláště důležitá oblast s ohledem na šíření rádiového signálu a rádiové komunikace obecně. Jeho vlastnosti určují způsoby, kterými probíhá rádiová komunikace, zejména v pásmech HF rádiové komunikace.

Ionosféra je oblast horní atmosféry, kde jsou velké koncentrace volných iontů a elektronů. Ionty sice dávají ionosféře jméno, ale jsou to volné elektrony, které ovlivňují rádiové vlny a rádiovou komunikaci. Zejména ionosféra je široce známá tím, že ovlivňuje signály na krátkovlnných rádiových pásmech, kde „odráží“ signály, což umožňuje, aby tyto signály rádiové komunikace byly slyšeny na velké vzdálenosti. Rozhlasové stanice již dlouho využívají vlastností ionosféry, aby mohly poskytovat celosvětové rádiové pokrytí. Ačkoli jsou dnes družice široce používány, HF radiokomunikace využívající ionosféru stále hraje hlavní roli při poskytování celosvětového rádiového pokrytí.Ionosféra se rozprostírá přes více než jednu z meteorologických oblastí, zahrnuje mezosféru a termosféru, je to oblast, která je charakterizována existencí kladných iontů (a co je důležitější pro rádiové signály volných elektronů), a to z existence ionty, které získaly své jméno.

Základy

Volné elektrony se neobjevují v celé atmosféře. Místo toho bylo zjištěno, že počet volných elektronů začíná stoupat ve výškách přibližně 30 kilometrů. Avšak až ve výškách kolem 60 až 90 kilometrů je koncentrace dostatečně vysoká na to, aby začala mít znatelný vliv na rádiové signály, a tedy na radiokomunikační systémy. Na této úrovni lze říci, že začíná ionosféra.

Ionizace v ionosféře je způsobena především zářením ze Slunce. Kromě toho velmi vysoké teploty a nízký tlak vedou k tomu, že plyny v horních tocích atmosféry existují spíše v monatomické formě než jako molekuly. V nižších nadmořských výškách jsou plyny v normální molekulární formě, ale s rostoucí výškou jsou monatomické formy více v hojnosti a ve výškách kolem 150 kilometrů je většina plynů v monatomické formě. To je velmi důležité, protože bylo zjištěno, že monatomické formy plynů se mnohem snáze ionizují než molekulární formy.

Ionizace

Slunce vyzařuje obrovské množství záření všech vlnových délek a to putuje směrem k Zemi, nejprve se dostane do vnějších oblastí atmosféry. Při vytváření ionizace bylo zjištěno, že když záření dostatečné intenzity zasáhne atom nebo molekulu, může být ze záření odstraněna energie a elektron odstraněn, čímž vznikne volný elektron a kladný iont. V níže uvedeném příkladu je uveden jednoduchý příklad atomu helia, i když jiné plyny včetně kyslíku a dusíku jsou mnohem běžnější.

Záření ze Slunce pokrývá široké spektrum vlnových délek. Nicméně z hlediska účinku, který má na atomy molekul, může být považováno za fotony. Elektrony v atomech nebo molekulách lze považovat za obíhající kolem centrálního jádra sestávajícího z protonů a neutronů. Elektrony jsou vázány nebo vázány na svou dráhu kolem jádra elektrostatickými silami, elektron je nabitý záporně a jádro kladně. V každé molekule je stejný počet elektronů a protonů a v důsledku toho je elektrostaticky neutrální.

Když foton narazí na atom nebo molekulu, foton předá svou energii elektronu jako přebytečnou kinetickou energii. Za určitých okolností může tato přebytečná energie převýšit vazebnou energii v atomu nebo molekule a elektron unikne vlivu kladného náboje jádra. To zanechává kladně nabité jádro nebo ionty a záporně nabitý elektron, ačkoliv protože existuje stejný počet kladných iontů a záporných elektronů, celý plyn stále zůstává s celkově neutrálním nábojem.

Většina ionizace v ionosféře pochází z ultrafialového světla, i když to neznamená, že jiné vlnové délky nemají nějaký účinek. Navíc se při každé ionizaci atomu nebo molekuly spotřebuje malé množství energie. To znamená, že jak záření proniká dále do atmosféry, jeho intenzita se snižuje. Z tohoto důvodu ultrafialové záření způsobuje většinu ionizace v horních tocích ionosféry, ale v nižších výškách záření, které je schopno pronikat dále, způsobuje větší ionizaci. Extrémní ultrafialové a rentgenové paprsky tedy způsobují většinu ionizace v nižších nadmořských výškách. Toto snížení těchto forem záření nás na povrchu Země chrání před škodlivými účinky těchto paprsků.

Úroveň ionizace se v rozsahu ionosféry mění a zdaleka není konstantní. Jedním z důvodů je, že úroveň radiace klesá s klesající nadmořskou výškou. Také hustota plynů se mění. Kromě toho existují rozdíly v poměrech monatomických a molekulárních forem plynů, přičemž monatomické formy plynů jsou mnohem větší ve vyšších nadmořských výškách. Tyto a řada dalších jevů znamená, že existují rozdíly v úrovni ionizace s nadmořskou výškou.

Úroveň ionizace v ionosféře se také mění s časem. Mění se s denní dobou, ročním obdobím a podle mnoha dalších vnějších vlivů. Jedním z hlavních důvodů, proč se hustota elektronů mění, je to, že Slunce, které vyvolává ionizaci, je viditelné pouze ve dne. Zatímco záření ze Slunce způsobuje štěpení atomů a molekul na volné elektrony a kladné ionty. Dochází také k opačnému efektu. Když se negativní elektron setká s kladným iontem, skutečnost, že se odlišné náboje přitahují, znamená, že budou přitahovány k sobě a mohou rekombinovat. To znamená, že probíhají dva opačné efekty štěpení a rekombinace. Toto je známé jako stav dynamické rovnováhy. Úroveň ionizace je tedy závislá na rychlosti ionizace a rekombinace.

Další efekty jako roční období a stav Slunce mají také velký vliv. Sluneční skvrny a sluneční poruchy mají velký vliv na úroveň přijatého záření a tyto účinky jsou popsány v jiných článcích na této webové stránce o Slunečních skvrnách a slunečních poruchách. Vliv má i sezóna. To je opět popsáno v jiných článcích na webu Radio-Electronics.Com. Velmi stručně se však záření přijímané ze Slunce mění stejným způsobem, jako se teplo ze Slunce mění podle ročního období, a podle toho se mění úroveň ionizace a volných elektronů. To je však velmi zjednodušený pohled, protože do hry vstupují i ​​jiná fakta.

Ionosféra je neustále se měnící oblast. Je zjevně ovlivněno zářením ze Slunce, což se mění v důsledku aspektů včetně denní doby, geografické oblasti světa a stavu Slunce. V důsledku toho se radiokomunikace využívající ionosféru mění ze dne na den a dokonce z jedné hodiny na další. Předvídání toho, jak bude možná rádiová komunikace a jaké se mohou šířit rádiové signály, je velmi zajímavá pro různé uživatele rádiové komunikace, od vysílatelů přes radioamatéry a uživatele dvoucestných rádiových komunikačních systémů až po ty, kteří používají námořní mobilní rádiové komunikační systémy a mnoho dalších.