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      

HF (KV) radiokomunikace využívá ionosféru a šíření ionosférického rádia, aby bylo možné získat celosvětové pokrytí.

Potíž je v tom, že podmínky šíření ionosférického rádia se neustále mění. Někdy může být možné slyšet stanice z druhé strany zeměkoule, zatímco jindy může být rádiová komunikace možná pouze na relativně krátké vzdálenosti.

Tyto změny způsobuje mnoho faktorů: různé frekvence, denní doba, roční období, poloha na zeměkouli, stav Slunce a řada dalších problémů.

Zatímco samotné podmínky šíření rádiového signálu jsou mimo naši kontrolu, existují způsoby, jak nejlépe využít převládající podmínky a pravděpodobnost dosažení výsledků lze zvýšit jednoduchou volbou položek, jako jsou antény, vysílací a přijímací zařízení, výběr správné frekvence, správná denní a roční doba atd. To vše může mít velký vliv na dosažení požadovaných výsledků rádiové komunikace.

Výběr správných frekvencí

Jedním z hlavních faktorů ovlivňujících rádiovou komunikaci přes ionosféru je frekvence signálu. Z tohoto důvodu je vyžadován pečlivý výběr frekvence nebo pásma, aby bylo možné navázat požadovanou rádiovou komunikaci.

Aby bylo možné vidět, jak ionosféra reaguje na signály na různých frekvencích, je užitečné vzít v úvahu signál nejprve na spodním konci spektra a sledovat změny, jak se frekvence postupně zvyšuje.

Je třeba si uvědomit, že toto shrnutí je třeba vnímat pouze jako velmi hrubého průvodce, protože povaha ionosféry se neustále mění. Nicméně frekvenční závislost je jedním z klíčových problémů a vysvětlení pomáhá stanovit některé důležité koncepty za používáním šíření ionosférického rádia.

Je užitečné vzít signál na spodním konci rádiového spektra, který je ovlivněn ionosférou, a pak pracovat směrem nahoru ve frekvenci, abyste viděli, co se stane.

Dobrým příkladem může být signál v MF části rádiového spektra, jako je vysílání středních vln. Během dne bude signál absorbován oblastí D a žádné detekovatelné úrovně signálu nejsou schopny dosáhnout vyšších oblastí ionosféry a vrátit se na Zemi. Pokrytí bude typicky dosaženo pomocí signálu pozemních vln.

V noci se úroveň ionizace v oblasti D velmi výrazně snižuje, protože záření, které způsobuje ionizaci, je odstraněno. Je to proto, že vzduch není ve výšce oblasti D příliš řídký, ionty se rekombinují a tvoří stabilní molekuly.

Výsledkem je, že signály MF jsou schopny dosáhnout mnohem redukované oblasti E oblasti F a odrážet se zpět na Zemi. Stojí za zmínku, že úrovně ionizace v oblasti E a F oblasti klesají, ale ne do stejné míry jako v oblasti D, protože vzduch je mnohem méně hustý a rekombinace trvá mnohem déle.

Přestože rádiové signály stále procházejí určitým útlumem procházejícím spodní částí oblasti E, jsou stále slyšitelné, a z tohoto důvodu se úrovně rušení na pásmu středních vln v noci dramaticky zvyšují, protože lze slyšet stanice ze vzdálenějších oblastí.

Jak se frekvence signálu během dne zvyšuje, je zjištěno, že úroveň útlumu zaváděného oblastí D začíná klesat. Typicky kolem frekvencí 2 - 3 MHz a výše začnou signály pronikat do oblasti D stále více, jak frekvence stoupají.

Rádiové signály jsou nakonec schopny projít přímo skrz a dosáhnout oblasti E, kde se odrážejí zpět na Zemi. Když k tomu dojde, jsou slyšitelné na mnohem větší vzdálenosti, než je možné prostřednictvím zemské vlny. Je třeba poznamenat, že signály jsou utlumeny během každého průchodu oblastí D.

Jak se frekvence dále zvyšuje, je zjištěno, že úroveň útlumu zaváděného oblastí D klesá a síly signálů signálů odražených oblastí E začínají stoupat. Signály navíc proniknou dále do oblasti E a nakonec projdou a dosáhnou oblasti F1. Zde se opět odrazí zpět na Zemi a poté, jak frekvence dále stoupá, dosáhnou oblasti F2.

Zvyšuje-li se frekvence ještě dále, signál pronikl do oblasti F ještě dále a nakonec prošel. Signály na těchto frekvencích a výše nejsou schopny odrazit ionosférou a putují dále do vesmíru.

Úhel dopadu a dosažitelné vzdálenosti

Úhel, pod kterým signál opouští vyzařovací anténu vzhledem k Zemi a poté dosáhne ionosféry, je velmi důležitý. Signály, které dosáhnou ionosférické oblasti téměř rovnoběžné s obrysy, budou potřebovat malý lom, aby se vrátily na Zemi. Ty, které se dostanou do oblastí s téměř vertikálním dopadem, budou vyžadovat mnohem větší stupeň lomu.

Bylo také zjištěno, že signály, které jsou zeslabeny oblastí D, dosahují nižšího stupně zeslabení, pokud je délka dráhy v oblasti D co nejkratší. To znamená, že signály vstupující do oblasti D téměř rovnoběžně s ní budou utlumeny více než signály, které vstupují s úhlem blíže k vertikále.

Vzdálenosti, kterých lze dosáhnout, závisí také na úhlech, pod kterými se signály pohybují. Ze základní trigonometrie je vidět, že pokud signál opustí anténu pod nízkým úhlem vyzařování, tedy téměř rovnoběžně s povrchem Země, pak dosažené vzdálenosti budou větší než u signálů odcházejících s velkým úhlem vyzařování, tj. mnohem strmější úhel směrem vzhůru k ionosféře. Čím vyšší je ionosférická oblast, která se použije, tím větší vzdálenosti budou dosaženy.

Bylo zjištěno, že i relativně malé změny v úhlu, pod kterým signál opouští anténu, mohou značně snížit vzdálenosti, které lze překonat. Maximální vzdálenost, kterou lze dosáhnout pomocí vrstvy E, je obecně považována za 2000 km (1250 mil), ale je snížena na pouhých 400 km (250 mil), pokud je úhel vyzařování antény 20°. Podobně se maximální vzdálenost dosažitelná pomocí vrstvy F2 snižuje z přibližně 4000 km (2500 mil) na necelých 1000 km (600 mil) při stejném úhlu vyzařování. Je třeba poznamenat, že úhel vyzařování antény je brán jako úhel mezi zemí a směrem maximálního vyzařování z antény.

Aby bylo možné umístit maximální množství energie tam, kde je potřeba, je nutné mít směrovou anténu.

Všechny antény vyzařují v některých směrech více energie než jiné – skutečný izotropní zdroj, který vyzařuje všemi směry, ve skutečnosti neexistuje. Vyzařovací diagram antény lze vykreslit v tom, co se nazývá polární diagram.

Pro zajištění optimálního výkonu by měla být anténa orientována správným směrem a měla by mít také správný úhel vyzařování, tj. úhel mezi směrem maxima záření a zemským povrchem.

V mnoha aplikacích, kde je vyžadována maximální vzdálenost, je zapotřebí anténa s nízkým úhlem vyzařování, i když zejména pro nízké frekvence, které mohou být ovlivněny útlumem oblasti D, to znamená, že se touto oblastí pohybuje déle a bude trpět více. úrovně ztráty. Ne všechny aplikace vyžadují nízký úhel vyzařování. Výběrem frekvencí a denních dob lze útlum D oblasti minimalizovat tak, aby signály mohly cestovat na požadované vzdálenosti.

Zejména vysílací stanice zařídí, aby jejich antény měly správný úhel vyzařování tak, aby signál měl optimální elevaci pro dosažení požadované cílové oblasti.

Pochopením různých efektů, ke kterým dochází v ionosféře během dne, ročního období a aktivity Slunce atd., je možné získat dobrou představu o tom, kdy je možná radiová komunikace z různých oblastí zeměkoule. Je také možné optimalizovat libovolné antény tak, aby poskytovaly požadovaný tvar vyzařovacího úhlu, směrovosti atd. tak, aby byl vyzařovaný signál využit tam, kde je to nejefektivnější.