Kurz troposférického šíření obsahuje:
Troposférické šíření     Komunikace troposférického rozptylu    

Na frekvencích nad 30 MHz bylo zjištěno, že troposféra má stále větší vliv na rádiové signály a radiokomunikační systémy. Rádiové signály jsou schopny šířit se na větší vzdálenosti, než by naznačovaly výpočty přímé viditelnosti. Občas se podmínky změní a rádiové signály mohou být detekovány na vzdálenost 500 nebo dokonce 1000 km a více. To se obvykle děje formou troposférického vylepšení, často nazývaného zkráceně „tropo“. Někdy se mohou signály šířit vy vyšších vrstvách troposféry ve formě šíření rádiového signálu známého jako troposférický duktí. To může narušit mnoho rádiových komunikačních spojů (včetně obousměrných rádiových komunikačních spojů), protože se může setkat s rušením, které tam normálně není.

Způsob, jakým se signály šíří na frekvencích VHF a vyšších, je velmi důležitý pro ty, kteří se zabývají rádiovým pokrytím systémů, jako jsou mobilní telekomunikace, mobilní rádiové komunikace a další bezdrátové systémy, stejně jako pro ostatní uživatele včetně radioamatérů.

Radiová komunikace v přímé viditelnosti

Mohlo by se zdát, že většina rádiových komunikačních spojení na VHF a výše sleduje linii viditelnosti. To není striktně pravda a bylo zjištěno, že i za normálních podmínek jsou rádiové signály schopny cestovat nebo se šířit na vzdálenosti, které jsou větší než přímka viditelnosti.

Důvodem nárůstu vzdálenosti, kterou urazí rádiové signály, je to, že se lámou malými změnami, které existují v zemské atmosféře blízko země. Bylo zjištěno, že index lomu vzduchu blízko země je velmi mírně vyšší než výše. V důsledku toho jsou rádiové signály ohnuty směrem k oblasti s vyšším indexem lomu, která je blíže k zemi. Tím se rozšiřuje dosah rádiových signálů.

Index lomu atmosféry se mění podle různých faktorů. Hodnotu ovlivňuje teplota, atmosférický tlak a tlak vodní páry. I malé změny v těchto proměnných mohou znamenat významný rozdíl, protože rádiové signály se mohou lámat po celé signálové cestě a to může trvat mnoho kilometrů.

index lomu N

Bylo zjištěno, že průměrná hodnota indexu lomu vzduchu na úrovni země je kolem 1,0003, ale může se snadno lišit od 1,00027 do 1,00035. S ohledem na velmi malé změny, které jsou vidět, byl zaveden systém, který umožňuje snazší zaznamenání malých změn. Často se používají jednotky nazývané jednotky "N". Tyto N-jednotky se získají odečtením 1 od indexu lomu a vynásobením zbytku milionem. Tímto způsobem lze získat lépe zvládnutelná čísla.

Kde mu je index lomu

Bylo zjištěno, že jako velmi hrubé vodítko za normálních podmínek v teplotní zóně index lomu vzduchu klesá asi o 0,0004 na každý kilometr nárůstu výšky, tj. 400 N jednotek/km. To způsobuje, že rádiové signály mají tendenci sledovat zakřivení Země a cestovat za geometrický horizont. Skutečné hodnoty prodlužují rádiový horizont zhruba o třetinu. Tento faktor se často používá ve většině výpočtů pokrytí rádiovými komunikacemi pro aplikace, jako jsou rádiové vysílače a další uživatelé dvoucestných rádiových komunikací, jako jsou mobilní rádiové komunikace, mobilní telekomunikace a podobně.

Vylepšené podmínky

Za určitých podmínek jsou podmínky šíření rádia poskytované troposférou takové, že signály se šíří na ještě větší vzdálenosti. Tato forma šíření v podmínkách je méně výrazná na nižších částech spektra VHF, ale je patrnější na některých vyšších frekvencích. Za určitých podmínek je možné slyšet rádiové signály na vzdálenost 2 000 nebo více kilometrů, přičemž ve vzácných případech je možná vzdálenost 3 000 kilometrů. To může po určitou dobu vést k významným úrovním rušení.

Tyto prodloužené vzdálenosti jsou důsledkem mnohem větších změn hodnot indexu lomu na trase signálu. To umožňuje signálu dosáhnout většího stupně ohybu a v důsledku toho sledovat zakřivení Země na větší vzdálenosti.

Za určitých okolností může být změna indexu lomu dostatečně vysoká na to, aby se signály ohnuly zpět na zemský povrch, v tomto bodě se od zemského povrchu opět odrážejí vzhůru. Tímto způsobem mohou signály cestovat kolem zakřivení Země a odrážet se od jejího povrchu. Toto je jedna z forem „troposférického kanálu“, který se může vyskytnout.

Je také možné, že se nad zemským povrchem vyskytnou troposférické kanály. K těmto zvýšeným troposférickým kanálům dochází, když hmota vzduchu s vysokým indexem lomu má pod a nad sebou hmotu vzduchu s nižším indexem lomu v důsledku pohybu vzduchu, který může za určitých podmínek nastat. Když nastanou tyto podmínky, signály mohou být omezeny ve vyvýšené oblasti vzduchu s vysokým indexem lomu a nemohou uniknout a vrátit se na zem. V důsledku toho mohou cestovat několik set mil a získat poměrně nízkou úroveň útlumu. Také nemusí být slyšitelné pro stanice pod duktem a tímto způsobem vytvářet pásmo ticha podobné tomu, které se vyskytuje při šíření krátkých vln.

Mechanismus šíření troposférou

Troposférické efekty šíření se vyskytují poměrně blízko povrchu Země. Rádiové signály jsou ovlivněny oblastí, která je pod nadmořskou výškou asi 2 kilometrů. Vzhledem k tomu, že tyto oblasti jsou velmi ovlivněny počasím, existuje silná vazba mezi povětrnostními podmínkami a podmínkami šíření rádia a pokrytím.

Za normálních podmínek a existuje stálý gradient indexu lomu s výškou, přičemž nejvyšší index lomu má vzduch nejblíže k zemskému povrchu. To je způsobeno několika faktory. Vzduch s vyšší hustotou a vzduch obsahující vyšší koncentraci vodní páry vedou ke zvýšení indexu lomu. Vzhledem k tomu, že vzduch nejblíže k zemskému povrchu je jednak hustší (v důsledku tlaku vyvíjeného plyny nad ním), jednak má vyšší koncentraci vodní páry, než je tomu výše, znamená to, že index lomu vzduchu nejblíže k zemskému povrchu povrch je nejvyšší.

Normálně je teplota vzduchu nejblíže k zemskému povrchu vyšší než ve větší výšce. Tento efekt má tendenci snižovat gradient hustoty vzduchu (a tudíž gradient indexu lomu), protože vzduch s vyšší teplotou je méně hustý.

Za určitých okolností však dochází k tomu, co se nazývá teplotní inverze. K tomu dochází, když horký vzduch v blízkosti Země stoupá a umožňuje, aby se do blízkosti Země dostal chladnější hustší vzduch. Když k tomu dojde, dojde k větší změně indexu lomu s výškou, což má za následek výraznější změnu indexu lomu.

Teplotní inverze mohou vznikat mnoha způsoby. Jeden z nejdramatičtějších nastává, když je přítomna oblast vysokého tlaku. Oblast vysokého tlaku znamená stabilní povětrnostní podmínky, které jsou v létě spojeny s teplým počasím. Podmínky znamenají, že vzduch v blízkosti země se zahřívá a stoupá. Při tom pod ním proudí chladnější vzduch a způsobuje teplotní inverzi. Navíc bylo zjištěno, že k největším zlepšením dochází, když se oblast vysokého tlaku vzdaluje a tlak právě začíná klesat.

K teplotní inverzi může dojít i při přechodu studené fronty. Studená fronta nastává, když se oblast studeného vzduchu setká s oblastí teplého vzduchu. Za těchto podmínek teplý vzduch stoupá nad studený vzduch a vytváří teplotní inverzi. Studené fronty mají tendenci se pohybovat relativně rychle a v důsledku toho má zlepšení podmínek šíření tendenci být krátkodobé.

Únik

Když se signály šíří na delší vzdálenosti v důsledku zvýšených podmínek troposférického šíření, signály normálně podléhají pomalému hlubokému úniku. To je způsobeno skutečností, že signály jsou přijímány řadou různých cest. Vzhledem k tomu, že větry v atmosféře pohybují vzduch kolem ní, znamená to, že různé cesty se budou v průběhu času měnit. V souladu s tím signály objevující se v přijímači budou vzájemně ve fázi, nebo v protifázi v důsledku různých a měnících se délek dráhy a v důsledku toho se změní síla celkového přijímaného signálu.

Jakékoli pozemní signály přijímané na VKV a vyšších budou podléhat převládajícím podmínkám šíření způsobeným troposférou. Za normálních podmínek by se mělo očekávat, že signály budou moci být přijímány za normální viditelnou vzdáleností. Za určitých okolností se však tyto vzdálenosti značně prodlouží a může docházet k významným úrovním rušení