Propagación radial, Propagación en el espacio libre, Modos, Medición de propagación HF

Propagación de radio es el comportamiento de las ondas de radio cuando se transmiten o de propagación de un punto de la Tierra a otro, o en varias partes de la atmósfera. Como una forma de radiación electromagnética, como las ondas de luz, ondas de radio se ven afectados por los fenómenos de reflexión, refracción, difracción, absorción, polarización y dispersión.

Propagación radial se ve afectada por los cambios diarios de vapor de agua en la troposfera y la ionización en la atmósfera superior, debido al sol. La comprensión de los efectos de variar las condiciones de propagación de radio tiene muchas aplicaciones prácticas, desde la elección de frecuencias para las emisoras internacionales de onda corta, para el diseño de sistemas de telefonía móvil fiables, a la navegación por radio, a la operación de los sistemas de radar.

Propagación radial también se ve afectada por otros factores determinados por su ruta de punto a punto. Esta trayectoria puede ser una línea directa de la trayectoria de la vista o un horizonte sobre el camino con la ayuda de la refracción en la ionosfera, que es una región entre aproximadamente 60 y 600 km. Factores que influyen en la propagación ionosférica señal de radio pueden incluir esporádica-E, spread-F, las erupciones solares, las tormentas geomagnéticas, la capa ionosférica se inclina, y eventos de protones solares.

Las ondas de radio se propagan a diferentes frecuencias en diferentes maneras. A bajas frecuencias adicionales y las frecuencias muy bajas, la longitud de onda es mucho mayor que la separación entre la superficie de la tierra y la capa D de la ionosfera, así que las ondas electromagnéticas se pueden propagar en esta región como una guía de ondas. En efecto, para frecuencias por debajo de 20 kHz, la onda se propaga como un único modo de guía de onda con un campo magnético horizontal y campo eléctrico vertical. La interacción de las ondas de radio con las regiones ionizadas de la atmósfera hace que la propagación de radio más complejas de predecir y analizar que en el espacio libre. Propagación radioeléctrica ionosférica tiene una fuerte conexión con el clima espacial. Una perturbación ionosférica repentina o de onda corta fadeout se observa cuando los rayos X asociados a una erupción solar ionizan el D-región ionosférica. Ionización mejorada en esa región aumenta la absorción de señales de radio que pasan a través de él. Durante los más fuertes solares llamaradas de rayos x, la absorción completa de prácticamente todo ionospherically propaga señales de radio en el hemisferio iluminado puede ocurrir. Estas erupciones solares pueden interrumpir la propagación de radio HF y afectar la precisión del GPS.

Dado que la propagación de radio no es totalmente predecible, los servicios tales como transmisores de localización de emergencia, la comunicación durante el vuelo con el océano-travesía aviones, y algunas emisiones de televisión han sido trasladados a los satélites de comunicaciones. Un enlace por satélite, aunque caro, puede ofrecer la línea altamente predecible y estable de la cobertura de la vista de un área determinada.

Propagación en el espacio libre

En el espacio libre, todas las ondas electromagnéticas obedecen la ley del inverso del cuadrado, que establece que la densidad de potencia de una onda electromagnética es proporcional a la inversa del cuadrado de la distancia de una fuente o punto:

La duplicación de la distancia de un transmisor significa que la densidad de potencia de la onda radiada a esta nueva ubicación se reduce a un cuarto de su valor anterior.

La densidad de potencia por unidad de superficie es proporcional al producto de las intensidades de campo eléctrico y magnético. Por lo tanto, la duplicación de la distancia de la trayectoria de propagación desde el transmisor reduce cada uno de sus intensidades de campo recibidas a través de una ruta de acceso en el espacio libre por la mitad.

Modos

Modos de superficie

Las frecuencias más bajas tienen la propiedad de seguir la curvatura de la tierra a través de la propagación de onda de tierra en la mayoría de los sucesos.

En este modo de la onda de radio se propaga a través de la interacción con la superficie semi-conductora de la tierra. La onda "se aferra" a la superficie y por lo tanto sigue la curvatura de la tierra. La polarización vertical se utiliza para aliviar cortocircuitar el campo eléctrico a través de la conductividad del suelo. Dado que la tierra no es un conductor eléctrico perfecto, ondas terrestres se atenúan rápidamente a medida que siguen la superficie de la tierra. La atenuación es proporcional a la frecuencia haciendo de este modo principalmente útil para frecuencias LF y VLF.

Hoy LF y VLF se utiliza sobre todo para las señales horarias y para las comunicaciones militares, especialmente transmisiones unidireccionales a los buques y submarinos, aunque los radioaficionados tienen una asignación de 137 kHz en algunas partes del mundo. La radiodifusión mediante la propagación de ondas de superficie utiliza la parte superior de la gama LF en Europa, África y Oriente Medio.

Servicios de radio temprana comerciales y profesionales se basó exclusivamente en la onda larga, las bajas frecuencias y la propagación por onda de superficie. Para evitar interferencias con estos servicios, los transmisores de aficionados y experimental fueron restringidos a las frecuencias más altas, se sentía ser inútil, ya que su rango de onda de superficie fue limitado. Tras el descubrimiento de los otros modos posibles en onda media y las frecuencias de onda corta de propagación, las ventajas de HF con fines comerciales y militares se hicieron evidentes. A continuación, la experimentación amateur se limitaba sólo a los segmentos de frecuencias autorizadas en ese rango.

Modos directos

La línea de visión directa es la propagación de las ondas de radio entre antenas que son visibles el uno al otro. Este es probablemente el más común de los modos de propagación de radio en VHF y frecuencias más altas. Dado que las señales de radio pueden viajar a través de muchos objetos no metálicos, la radio puede ser recogido por las paredes. Esto sigue siendo la línea de la propagación de la vista. Los ejemplos incluyen la propagación entre un satélite y una antena terrestre y recepción de señales de televisión desde una emisora local de televisión.

Efectos de reflexión plano del suelo son un factor importante en la línea de VHF de la propagación de la vista. La interferencia entre la línea de luz directa de la vista y el suelo refleja haz menudo conduce a una relación inversa entre la cuarta potencia efectiva de la ley, es decir ^ 4 para la radiación limitada plano de tierra.

Modos ionosféricos

Propagación Skywave, también referido como saltar, es cualquiera de los modos que dependen de refracción de las ondas de radio en la ionosfera, que se compone de una o más capas ionizadas en la atmósfera superior. F2-capa es la capa ionosférica más importante para la larga distancia, de varios saltos HF propagación, aunque F1, E, y D-capas también juegan un papel importante. El D-capa, cuando están presentes durante los períodos de luz solar, provoca cantidad significativa de pérdida de señal, al igual que la capa E cuya máxima frecuencia utilizable puede elevarse a 4 MHz y por encima de y por lo tanto bloquear las señales de frecuencia más alta de llegar a la F2-capa. Las capas, o más apropiadamente "regiones", se ven directamente afectados por el sol en un ciclo diurno a diario, un ciclo estacional y el ciclo de manchas solares de 11 años y determinar la utilidad de estos modos. Durante el máximo solar, las manchas solares o altos y picos, toda la gama de alta frecuencia hasta 30 MHz puede utilizarse por lo general durante todo el día y la propagación F2 hasta 50 MHz se observa con frecuencia en función de los valores de radiación 10.7cm flujo solar diaria. Durante mínimos solares o manchas solares mínimas cuenta regresiva a cero, la propagación de las frecuencias por encima de 15 MHz es generalmente disponible.

A pesar de la afirmación de que comúnmente se hace de dos vías HF propagación a lo largo de una trayectoria dada es recíproca, es decir, si la señal desde la ubicación A alcanza ubicación B a una buena resistencia, la señal de la ubicación B será similar en la estación A debido a que la misma camino es atravesado en ambas direcciones. Sin embargo, la ionosfera es demasiado complejo y en constante cambio para apoyar el teorema de reciprocidad. El camino nunca es exactamente la misma en ambas direcciones. En resumen, las condiciones en los dos Terminii de un camino generalmente causan cambios de polarización diferentes, disímiles se divide en rayos ordinarios y de rayos extraordinarias o Pedersen que son erráticas y imposiblemente idéntico o similar debido a las variaciones en la densidad de ionización, cambiando ángulos cenitales, los efectos de la tierra de contornos dipolo magnético, los patrones de radiación de la antena, las condiciones del terreno y otras variables.

Previsión de modos de ondas espaciales es de gran interés para los operadores de radio aficionados y de las comunicaciones marítimas y aeronaves comerciales, así como a las emisoras de onda corta. Propagación en tiempo real puede ser evaluada por la escucha de las transmisiones de los transmisores de baliza específicos.

 Dispersión Meteor

Dispersión de meteoros se basa en reflejar las ondas de radio de las columnas intensamente ionizadas de aire generado por los meteoros. Si bien esta modalidad es de muy corta duración, a menudo sólo de una fracción de segundo a dos segundos por evento, Meteor comunicación digital ráfaga permite a las estaciones remotas se comuniquen a una estación que puede ser de cientos de kilómetros hasta más de 1.000 kilómetros de distancia, sin el gasto requerido para un enlace por satélite. Este modo es más generalmente útil en las frecuencias de VHF entre 30 y 250 MHz.

 Retrodispersión Aurora

Columnas intensos de ionización de Aurora a 100 kilometros altitudes dentro de las ondas de radio de retrodispersión óvalo auroral, quizás especialmente en HF y VHF. Retrodispersión es el ángulo sensible-rayo incidente vs línea del campo magnético de la columna debe estar muy cerca del ángulo derecho. Movimientos aleatorios de los electrones en espiral alrededor de las líneas del campo crean un Doppler-spread que amplía el espectro de la emisión de más o menos similar al ruido, dependiendo de cómo se utiliza la frecuencia de radio de alta. La radio-auroras se observan sobre todo en las latitudes altas, y rara vez se extienden a latitudes medias. La aparición de la radio-auroras depende de la actividad solar y el año de los acontecimientos son más numerosos durante el ciclo solar maxima. Radio aurora incluye la tarde llamada de radio aurora que produce señales más fuertes, pero más distorsionada y después de la Harang-mínimos, los nocturnos de radio aurora vuelve con fuerza de la señal variable y menor doppler propagación. El rango de propagación de este modo predominantemente retrodispersión se extiende hasta cerca de 2000 kilómetros en el plano de este a oeste, pero las señales más fuertes se observan con mayor frecuencia en el norte, en lugares cercanos a mismas latitudes.

Rara vez, un fuerte de radio-aurora es seguido por Aurora-E, que se asemeja a los dos tipos de propagación de alguna manera.

E propagación esporádica se puede observar en las bandas de HF y VHF. No debe confundirse con la propagación de la capa E ordinaria HF. Esporádica-E en las latitudes medias se produce sobre todo durante la temporada de verano, de mayo a agosto en el hemisferio norte y de noviembre a febrero en el hemisferio sur. No hay una causa única para este modo de propagación misterioso. La reflexión se lleva a cabo en una hoja fina de ionización alrededor del 90 km de altura. Los parches de ionización deriva hacia el oeste a una velocidad de unos cientos de kilómetros por hora. Hay una periodicidad débil señaló durante la temporada y por lo general se observa Es en 1 a 3 días sucesivos y permanece ausente por unos días para volver a ocurrir de nuevo. Es no ocurren durante la madrugada, los eventos por lo general comienzan en la madrugada, y hay un pico de la tarde y un segundo pico de la tarde. Es propagación generalmente desaparece antes de la medianoche local.

Observación de propagación radiobalizas operan alrededor de 28,2 MHz, 50 MHz y 70 MHz, indica que la frecuencia máxima observada para Es se encuentra para estar al acecho alrededor de 30 MHz en la mayoría de los días durante la temporada de verano, pero a veces MOF puede disparar hasta 100 MHz o incluso más de diez minutos a disminuir lentamente durante las próximas horas. El pico de fase incluye oscilación de MOF con una periodicidad de aproximadamente 5 ... 10 minutos. El rango de propagación de Es solo salto es típicamente 1000-2000 km, pero con multi-hop, se observa una doble rango. Las señales son muy fuertes pero también lento desvanecimiento profundo.

Modos troposférico

 Dispersión troposférica

En ondas métricas y frecuencias más altas, pequeñas variaciones en la densidad de la atmósfera a una altura de alrededor de 6 millas puede dispersión algunos de los normalmente línea de haz de la vista de la radio frecuencia de la energía de vuelta hacia el suelo, lo que permite la comunicación sobre el horizonte entre las estaciones de medida de lo 500 millas de distancia. El ejército desarrolló el Sistema de Comunicaciones Blanco Alicia cubriendo todos Alaska, con este principio de dispersión troposférica.

Los cambios bruscos de humedad vertical de la atmósfera y los perfiles de temperatura pueden hacer que en ocasiones al azar microondas y señales UHF y VHF propagar cientos de kilómetros hasta unos 2.000 kilometros y para el modo de conductos aún más lejos, más allá de la radio del horizonte normal. La capa de inversión es principalmente observado en regiones de alta presión, pero hay varias condiciones climáticas troposféricos que crean estos modos de propagación que se producen al azar. Altura de capa de inversión para los no-conducto se encuentra típicamente entre 100 metros a aproximadamente 1 kilómetro recorrido y para la canalización a unos 500 metros a 3 kilometros, y la duración de los eventos son típicamente de varias horas hasta varios días. Las frecuencias más altas experimentan el más dramático aumento de potencia de la señal, mientras que en baja VHF y HF, el efecto es insignificante. Atenuación del trayecto de propagación puede ser inferior a la pérdida en el espacio libre. Algunos de los tipos de inversión menores relacionados con la tierra caliente y más frío el contenido de humedad del aire se producen regularmente en ciertas épocas del año y la hora del día. Un ejemplo típico podría ser el final del verano, las primeras mejoras en la troposfera mañana que traen señales desde distancias de hasta unos pocos cientos de kilómetros por un par de horas, hasta el deshecho por efecto de calentamiento del sol.

 Retraso troposférico

Esta es una fuente de error en técnicas que van de radio, tales como el Sistema de Posicionamiento Global. Ver también la página de GPS meteorología.

 Dispersión de Lluvia

Dispersión de lluvia es puramente un modo de propagación de las microondas y se observa mejor en torno a 10 GHz, sino que se extiende hacia abajo a unos pocos gigahercios-siendo el límite del tamaño del tamaño de partícula de dispersión de longitud de onda vs. Este modo se dispersa principalmente señales de hacia delante y hacia atrás cuando se utiliza la polarización horizontal y lateral de dispersión con la polarización vertical. Forward-dispersión normalmente produce rangos de propagación de 800 km. Dispersión de los copos de nieve y hielo granulado también ocurre, pero la dispersión de hielo sin superficie acuosa es menos eficaz. La aplicación más común de este fenómeno es la lluvia de radar de microondas, pero la lluvia la propagación por dispersión puede ser una molestia causando señales no deseadas que se propagan intermitentemente en el que no se prevé o se desee. Reflexiones similares también pueden ocurrir por insectos, aunque a menor altura y alcance más corto. La lluvia también provoca la atenuación de un punto a otro y de satélite enlaces de microondas. Atenuación valora hasta 30 dB se han observado en 30 GHz en caso de lluvia tropical pesada.

 Dispersión Avión

Dispersión avión se observa en VHF a través de microondas y, además de retrodispersión, produce la propagación momentánea de hasta 500 kilometros, incluso en terrenos montañosos. Las aplicaciones más comunes de retrodispersión son radares de tráfico aéreo, biestática dispersión frontal de misiles guiados y avión detección radar viaje hilos, y el radar espacial de EE.UU..

 Dispersión de rayos

Dispersión de rayos veces se ha observado en VHF y UHF con la distancia de unos 500 km. El canal del rayo caliente dispersa las ondas de radio durante una fracción de segundo. El ruido de RF de estallar el rayo hace que la parte inicial del canal abierto inutilizable y la ionización desaparece pronto, porque de combinación a baja presión atmosférica elevada altitud. Aunque el canal del rayo caliente es observable brevemente con radar de microondas, ningún uso práctico para este modo se ha encontrado en las comunicaciones.

Otros efectos

 Difracción

Difracción en filo de cuchillo es el modo de propagación que se doblan las ondas de radio alrededor de los bordes afilados. Por ejemplo, este modo se utiliza para enviar señales de radio a través de una cadena de montañas en una línea de camino de la vista no está disponible. Sin embargo, el ángulo no puede ser demasiado fuerte o que la señal no se difractan. El modo de difracción requiere mayor potencia de la señal, por lo que una mayor potencia o se necesitan mejores antenas que para una línea equivalente a paso visible.

Difracción depende de la relación entre la longitud de onda y el tamaño del obstáculo. En otras palabras, el tamaño del obstáculo en longitudes de onda. Las frecuencias más bajas difractan en torno a grandes obstáculos como colinas suaves con mayor facilidad. Por ejemplo, en muchos casos en los que la comunicación de VHF no es posible debido al sombreado por una colina, se encuentra que todavía es posible para comunicarse utilizando la parte superior de la banda de HF, donde la onda de superficie es de poca utilidad.

Los fenómenos de difracción por obstáculos pequeños también son importantes a altas frecuencias. Las señales de telefonía celular urbana tienden a estar dominados por los efectos plano de tierra a medida que viajan a través de los tejados del entorno urbano. Luego difractan sobre los bordes del techo a la calle, donde los fenómenos de propagación multitrayecto, absorción y difracción dominan.

 Absorción

Las ondas de radio de baja frecuencia viajan fácilmente a través de ladrillo y piedra y VLF incluso penetra el agua de mar. A medida que la frecuencia aumenta, los efectos de absorción se vuelven más importantes. En microondas o frecuencias más altas, la absorción por resonancia molecular en la atmósfera es un factor importante en la propagación de radio. Por ejemplo, en la banda de 58-60 GHz, hay un pico de absorción importante que hace que esta banda inútil para el uso de larga distancia. Este fenómeno fue descubierto por primera vez durante la investigación del radar durante la Segunda Guerra Mundial. Más allá de unos 400 GHz, los bloques de la atmósfera de la Tierra algunos segmentos de espectros mientras que todavía pasa algo-esto es cierto hasta la luz ultravioleta, que es bloqueada por el ozono, pero se transmite la luz visible y parte del infrarrojo cercano.

Las fuertes lluvias y la nieve también afectan a la recepción de microondas.

Medición de propagación HF

HF condiciones de propagación se pueden simular mediante modelos de propagación de radio, como la voz del Programa de Análisis de Cobertura América, y las mediciones en tiempo real se puede hacer uso de transmisores chirrido. Para los radioaficionados del modo WSPR proporciona mapas con las condiciones de propagación en tiempo real entre una red de transmisores y receptores. A partir de hoy, incluso sin balizas especiales de las condiciones de propagación en tiempo real se puede medir: una red mundial de receptores decodifica señales de código Morse en frecuencias de radio aficionados en tiempo real y ofrece sofisticadas funciones de búsqueda y mapas de propagación para cada emisora recibida.