Nejnižší a maximální použitelná frekvence, kritická frekvence
Definice a vysvětlení pro kritickou frekvenci, nejnižší použitelnou frekvenci, LUF a maximální použitelnou frekvenci, MUF a optimální pracovní frekvenci, OWF používané v rádiové komunikaci a šíření ionosférického signálu.
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
Existuje řada frekvencí, které jsou důležité při práci s šířením ionosférického rádia. Frekvence včetně kritické frekvence; Nejnižší použitelná frekvence, LUF; Maximální využitelná frekvence, MUF; a optimální pracovní frekvence, OWF, jsou všechny velmi důležité při určování, které frekvence poskytnou nejlepší výkon pro krátkovlnné rádio, vysokofrekvenční rádiové komunikační spojení.
Tyto frekvence jsou často zmiňovány v předpovědích šíření rádiových komunikací. Přehled těchto pojmů je proto důležitý pro každého, kdo používá vysokofrekvenční rádiovou komunikaci.
Kritická frekvence
Kritická frekvence je důležitý údaj, který udává stav ionosféry a výsledné šíření HF (KV). Získává se vysláním signálního impulsu přímo nahoru. To se odráží zpět a může být přijímáno přijímačem na stejném místě jako vysílač. Puls se může odrazit zpět k zemi a změřit čas, aby se dala určit výška vrstvy. Jak se frekvence zvyšuje, dosáhne se bodu, kdy signál projde přímo vrstvou a dále do další vrstvy nebo do vnějšího prostoru. Frekvence, při které k tomu dochází, se nazývá kritická frekvence.
Zařízení používané k měření kritické frekvence se nazývá ionosonda. V mnoha ohledech připomíná malou radarovou soupravu, ale pro KV pásma. Pomocí těchto sad lze vygenerovat graf odrazů proti frekvenci. To poskytne informaci o stavu ionosféry pro danou oblast světa
Maximální použitelná frekvence, MUF
Když je signál přenášen pomocí krátkýách vln, po dané cestě existuje maximální frekvence, kterou lze použít. To vyplývá ze skutečnosti, že jak se frekvence signálu zvyšuje, projde více vrstvami a nakonec se dostane do vesmíru. Při průchodu jednou vrstvou se může stát, že dojde ke ztrátě komunikace, protože se signál šíří na větší vzdálenost, než je potřeba. Také když signál projde všemi vrstvami, komunikace se ztratí.
Frekvence, při které rádiová komunikace právě začíná selhávat, je známá jako maximální použitelná frekvence (MUF). Jako orientační pravidlo je to obecně trojnásobek (pro oblast F) až pětinásobek (pro oblast E) kritický a platí to pro nízké úhly dopadu, i když pro stanovení tohoto čísla jsou k dispozici přesnější metody.
Je možné přesněji vypočítat vztah:
Kde:
MUF = maximální využitelná frekvence
CF = kritická frekvence
θ = úhel dopadu.
Faktor sec θ se nazývá faktor MUF a je funkcí délky dráhy, pokud je známa vrstva výšky. Použitím typických čísel pro výšky různých ionosférických oblastí lze určit faktory.
| Faktory MUF pro různé vzdálenosti za předpokladu reprezentativních výšek pro hlavní ionosférické oblasti |
||||
|---|---|---|---|---|
| Oblast nebo vrstva | Vzdálenost | |||
| 1000 km | 2000 km | 3000 km | 4000 km | |
| Sporadicky E | 4,0 | 5.2 | ||
| E | 3.2 | 4.8 | ||
| F1 | 2,0 | 3.2 | 3.9 | |
| F2 zima | 1.8 | 3.2 | 3.7 | 4,0 |
| Léto F2 | 1.5 | 2.4 | 3.0 | 3.3 |
Příležitostně lze také vidět "provozní" formát pro maximální použitelnou frekvenci. Jedná se o maximální použitelnou frekvenci, MUF, která by umožnila přijatelný provoz rádiové služby mezi danými terminály za specifických pracovních podmínek. Tato forma MUF má důraz na provozní přijatelnost obvodu. To znamená, že faktory, jako je anténa, výkonové úrovně a podobně, jsou brány v úvahu a napovídají o možnosti skutečné komunikace na dané stanici.
Nejnižší použitelná frekvence, LUF
Jak se frekvence přenosu snižuje, mohou být zapotřebí další odrazy od ionosféry a ztráty z D vrstvy se zvyšují. Tyto dva efekty znamenají, že existuje frekvence, pod kterou dojde ke ztrátě rádiové komunikace mezi dvěma stanicemi. Ve skutečnosti je nejnižší použitelná frekvence (LUF) definována jako frekvence, pod kterou signál klesne pod minimální sílu požadovanou pro uspokojivý příjem.
Z toho lze vidět, že LUF je závislý na stanicích na obou koncích cesty. Jejich antény, přijímače, výkony vysílačů, úroveň hluku v okolí a tak dále ovlivňují LUF. Vliv má také typ použité modulace, protože některé typy modulace lze kopírovat s nižší intenzitou než jiné. Jinými slovy, LUF je praktický limit, pod kterým nelze udržovat komunikaci mezi dvěma konkrétními radiokomunikačními stanicemi.
Pokud je nutné použít frekvenci pod LUF, pak jako hrubý vodítko musí být provedeno zesílení 10 dB, aby se LUF snížila o 2 MHz. Toho lze dosáhnout metodami zahrnujícími zvýšení výkonu vysílače, vylepšení antén atd.
Bylo zjištěno, že LUF se ve skutečnosti zvyšuje v obdobích vysoké sluneční aktivity. To je způsobeno zvýšenými úrovněmi slunečního záření, které vedou k vyšším úrovním ionizace v D vrstvě. To zase zvyšuje úroveň útlumu zaváděného touto vrstvou. To znamená, že na vrcholu cyklu slunečních skvrn dochází ke snížení výkonu nízkofrekvenčních pásem pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti.
Optimální pracovní frekvence
Aby bylo možné posílat signály do daného místa, je pravděpodobné, že bude možné použít několik různých cest. Někdy je možné použít buď E nebo F vrstvy a někdy se může signál odrazit nejprve od jedné a poté od druhé. Ve skutečnosti je obrázek zřídkakdy tak dobře definovaný, jak se může zdát z učebnic. Stále je však možné vybrat si frekvenci z různých možností, které pomohou navázat kontakt s danou oblastí.
Obecně platí, že čím vyšší frekvence, tím lépe. Je to proto, že útlum způsobený vrstvou D je menší. Ačkoli signály mohou být schopny šíření přes D vrstvu, mohou stále trpět významnými úrovněmi útlumu. Vzhledem k tomu, že se útlum sníží čtyřnásobně pro zdvojnásobení používané frekvence, ukazuje to, jak významné to může být.
Také zvýšením frekvence je pravděpodobné, že bude použita vyšší vrstva v ionosféře. To může mít za následek méně potřebných odrazů. Protože ztráty vznikají při každém odrazu a pokaždé, když signál prochází vrstvou D, použití vyšší frekvence samozřejmě pomáhá.
Při použití vyšších frekvencí je nutné zajistit, aby komunikace byla stále spolehlivá. S ohledem na neustále se měnící stav ionosféry je obecným pravidlem používat frekvenci, která je asi 20 % pod MUF. To by mělo zajistit, že signál zůstane pod MUF i přes krátkodobé změny. Je však třeba mít na paměti, že MUF se bude výrazně měnit podle denní doby, a proto bude nutné periodicky měnit frekvenci, aby se to vzalo v úvahu.
