Uma visão geral ou tutorial sobre a ionosfera, e como isso afeta a propagação de onda de rádio e comunicações de rádio.
PARTE 2
Como as ondas eletromagnéticas, e, neste caso, os sinais de rádio viajam, eles interagem com os objetos e os meios de comunicação em que viajam. Como eles fazem isso, os sinais de rádio pode ser refletida, refratada ou difratado. Estas interacções fazem com que os sinais de rádio para mudar de direção, e para chegar a áreas que não seriam possíveis se os sinais de rádio viajou em uma linha direta.
A ionosfera é uma região particularmente importante no que respeita à propagação do sinal de rádio e comunicações de rádio em geral. Suas propriedades governar as maneiras pelas quais as comunicações de rádio, particularmente nas bandas HF de comunicação de rádio ocorrem.
A ionosfera é uma região da atmosfera superior, onde há grandes concentrações de íons e elétrons livres. Enquanto os íons dar a ionosfera seu nome, mas são os elétrons livres que afetam as ondas de rádio e comunicações de rádio. Em particular, a ionosfera é amplamente conhecido por afetar os sinais nas bandas de rádio de ondas curtas em que "reflete" sinais que permitem estes sinais de radiocomunicações a ser ouvido através de grandes distâncias. As estações de rádio têm utilizado as propriedades da ionosfera para que possam fornecer cobertura comunicações de rádio em todo o mundo. Embora hoje em dia, os satélites são amplamente utilizados, comunicações de rádio HF usando a ionosfera ainda desempenha um papel importante no fornecimento de cobertura de rádio em todo o mundo.
A ionosfera se estende ao longo de mais do que uma das áreas meteorológicas, englobando o mesosphere e thermosphere, é uma área que é caracterizado pela existência de iões positivos (e mais importante para os sinais de rádio electrões livres) e é a partir da existência do íons que ele ganha o seu nome.
Basics
Os electrões livres não aparecem sobre a totalidade da atmosfera. Em vez disso, verifica-se que o número de elétrons livres começa a subir a altitudes de aproximadamente 30 km. No entanto, não é, até altitudes de cerca de 60 a 90 km são atingidos que a concentração é suficientemente alta para começar a ter um efeito significativo sobre os sinais de rádio e, consequentemente, sobre os sistemas de comunicação de rádio. É a este nível que a ionosfera pode ser dito para iniciar.
A ionização na ionosfera é causada principalmente pela radiação do Sol Além disso, as temperaturas muito elevadas e o resultado de baixa pressão nos gases nos alcances superiores da atmosfera existente principalmente em um formulário monatomic em vez de existir como moléculas. A altitudes menores, os gases são na forma molecular normal, mas como a altitude aumenta as formas monoatômicos são mais em abundância, e em alturas de cerca de 150 km, a maior parte dos gases são de uma forma monoatômico. Isto é muito importante, pois verificou-se que as formas de monoatômicos os gases são muito mais fácil do que para ionizar as formas moleculares.
Ionização
O sol emite radiação de vastas quantidades de todos os comprimentos de onda e este se desloca em direcção a terra, em primeiro lugar alcançar as áreas exteriores da atmosfera. Ao criar a ionização verifica-se que, quando a radiação de intensidade suficiente atinge um átomo ou uma molécula, a energia pode ser removida a partir da radiação e um electrão removido, produzindo um electrão livre e um ião positivo. No exemplo apresentado a seguir, o exemplo de um simples átomo de hélio é dar, embora outros gases, incluindo oxigénio e azoto são muito mais comuns.
A radiação do Sol cobre um vasto espectro de comprimentos de onda. No entanto, em termos do efeito que tem sobre os átomos de moléculas que podem ser consideradas como fotões. Os elétrons nos átomos ou moléculas podem ser considerados como orbitando o núcleo central constituído por prótons e nêutrons. Os elétrons são amarrada ou ligada à sua órbita ao redor do núcleo por forças eletro-estática, o elétron é negativamente carregada e o núcleo é carregado positivamente. Há um número igual de elétrons e prótons em qualquer molécula e, como resultado, é eletro-estaticamente neutra.
Quando um fóton atinge o átomo, molécula ou, o fóton transfere sua energia ao elétron como o excesso de energia cinética. Em algumas circunstâncias, este excesso de energia pode exceder a energia de ligação no átomo ou molécula de electrões e a escapa a influência da carga positiva do núcleo. Isto deixa um núcleo ou iões carregados positivamente e de electrões de carga negativa de um, embora, como há o mesmo número de iões positivos e electrões negativos todo o gás continua com uma carga global neutra.
A maior parte da ionização na ionosfera os resultados a partir de luz ultravioleta, embora isto não significa que outros comprimentos de onda não têm algum efeito. Além disso, cada vez que um átomo ou molécula ionizada é uma pequena quantidade de energia é usado. Isto significa que à medida que a radiação passa ainda para a atmosfera, a sua intensidade diminui. É por esta razão que a radiação ultravioleta faz com que a maior parte da ionização nos trechos superiores da ionosfera, mas em altitudes mais baixas do que a radiação é capaz de penetrar ainda causar mais da ionização.Por conseguinte, extremo ultra-violeta e Raios-X dar origem a mais do ionização em altitudes mais baixas. Esta redução destas formas de radiação nos protege na superfície da Terra contra os efeitos nocivos desses raios.
O nível de ionização varia ao longo da extensão da ionosfera, longe de ser constante. Uma razão é que o nível de radiação diminui com a diminuição da altura. Além disso, a densidade dos gases varia.Em adição a isso, há uma variação nas proporções de formas monoatômicos e moleculares dos gases, as formas monoatômicos de gases, sendo muito maior em altitudes mais elevadas. Estes e uma variedade de outros fenômenos significam que existam variações no nível de ionização com a altitude.
O nível da ionização na ionosfera também muda com o tempo. Ela varia com a hora do dia, época do ano, e de acordo com muitas outras influências externas. Uma das principais razões pelas quais a densidade de elétrons varia é que o Sol, que dá origem à ionização é visível apenas durante o dia.Enquanto a radiação do Sol faz com que os átomos e moléculas se dividir em elétrons livres e íons positivos. O efeito inverso também ocorre. Quando um electrão negativa corresponde a uma de ião positivo, o facto de atrair cargas dissemelhantes significa que eles serão puxados um para o outro e que podem combinar-se. Isto significa que dois efeitos opostos da divisão e recombinação estão ocorrendo. Isto é conhecido como um estado de equilíbrio dinâmico. Por conseguinte, o nível de ionização é dependente da taxa de ionização e recombinação. Isso tem um efeito significativo sobre a comunicações via rádio.
Outros efeitos como a estação e o estado da Sun também ter um efeito importante. As manchas solares e as perturbações solares têm um grande impacto sobre o nível de radiação recebida, e esses efeitos são abordados em outros artigos neste site sobre manchas solares e as perturbações solares.A estação também tem um efeito. Novamente, isto é coberto em outros artigos no site da Radio-Electronics.Com. No entanto, muito brevemente, a radiação recebida do Sol varia da mesma maneira que o calor do sol varia de acordo com a estação, e, consequentemente, o grau de ionização e electrões livres alterações. No entanto, esta é uma visão muito simplificada como outros fatos também entram em jogo.
Camadas ionosféricas
A visão tradicional da ionosfera indica uma série de camadas distintas, cada um que afetam as comunicações de rádio em formas ligeiramente diferentes. De facto, as primeiras descobertas da ionosfera indicaram que um certo número de camadas estavam presentes. Embora esta seja uma forma conveniente de retratar a estrutura da ionosfera não é exactamente correcto. Ionização existe ao longo de toda a ionosfera, variando o seu nível com a altitude. Os picos de nível podem ser consideradas como as diferentes camadas ou, possivelmente, mais correctamente, regiões. Estas regiões são dados designações da letra: D, E, e F regiões. Há também uma região C abaixo das outras, mas o nível de ionização é tão baixo que não tem nenhum efeito de sinais de rádio e de comunicações de rádio, e raramente é mencionado.
As diferentes camadas ou regiões na ionosfera têm características diferentes e afectam as comunicações de rádio de diferentes maneiras. Há também diferenças na forma exata que eles são criados e sustentados. Em vista disso, vale a pena dar uma olhada mais de perto cada um em detalhe ea forma como eles variam ao longo do dia completo durante a luz e as trevas.
D Região
A região D é o mais baixo das regiões dentro da ionosfera que afeta os sinais de comunicação de rádio em qualquer grau. Ela está presente em altitudes entre cerca de 60 e 90 km ea radiação dentro dele só está presente durante o dia de uma forma que afeta as ondas de rádio visivelmente. Ele é sustentado pela radiação do Sol e os níveis de ionização queda rapidamente ao entardecer, quando a fonte de radiação é removido. É, principalmente, tem o efeito de absorver ou atenuar os sinais de comunicação de rádio em particular nas partes LF e MF do espectro de rádio, reduzindo seu efeito com frequência. À noite, tem pouco efeito sobre a maioria dos sinais de comunicação de rádio, embora haja ainda um nível suficiente de ionização para que refratam sinais de VLF.
A camada é gerado principalmente pela acção de uma forma de radiação conhecida como Lyman radiação que tem um comprimento de onda de 1215 Angstroms e ioniza o óxido nítrico presente em gases da atmosfera. Rígidos Raios-X também contribuem para a ionização, especialmente em direção ao pico do ciclo solar.
E Região
A região acima da região D é região E. Ela existe em altitudes entre cerca de 100 e 125 quilômetros.Em vez de atenuar os sinais de comunicação de rádio esta camada refrata-los, principalmente, muitas vezes, até um ponto onde eles são devolvidos para a terra. Como tal, eles parecem ter se refletido por esta camada. No entanto, esta camada ainda actua como um atenuador para um certo grau.
Como a região D, o nível de ionização cai de forma relativamente rápida após escuro como os elétrons e íons re-combinar e praticamente desaparece na noite. No entanto, o tempo de ionização noite residual na parte inferior da região da E provoca alguma atenuação dos sinais nas porções inferiores da parte HF do espectro de rádio comunicações.
A ionização nesta região resulta de um número de tipos de radiação. Suaves raios X produzem muito da ionização, embora extremo ultra-violeta (EUV) raios (muito curto comprimento de onda de luz ultra-violeta) também contribuem. De modo a que produz radiação de ionização nesta região tem comprimentos de onda entre cerca de 10 e 100 Angstroms. O grau em que todos os constituintes contribuir depende do estado do Sol e da latitude em que as observações são feitas.
F Região
A região mais importante na ionosfera para comunicações de rádio HF de longa distância é a região F.Durante o dia, quando a radiação está sendo recebida do Sol, que muitas vezes se divide em dois, um menor sendo a região de F1 eo um, maior a região F2. Destes região F1 é mais do que um ponto de inflexão na curva de densidade de electrões (visto de cima) e que, geralmente, só existe no verão.
Tipicamente, a camada F1 é encontrada em cerca de uma altitude de 300 quilômetros com a camada F2 acima dela a cerca de 400 quilômetros. A camada F combinada pode, então, ser centrada em torno de 250 a 300 quilômetros. A altura das todas as camadas nas camadas da ionosfera varia consideravelmente e a camada de M varia mais. Como resultado, os valores apresentados só deve ser tomado como um guia. Sendo o maior das regiões ionosféricas é muito afectada pelo estado da Sun, bem como outros fatores, incluindo a hora do dia, o ano e assim por diante.
Os F camada age como um "refletor" de sinais na porção HF do espectro de rádio que permite comunicações de rádio mundiais a ser estabelecida. É a principal região associada com a propagação de sinal HF.
Como as camadas D e E o grau de ionização da região F varia ao longo do dia, caindo a noite como a radiação do sol desaparece. No entanto, o nível de ionização continua a ser muito mais elevado. A densidade dos gases é muito mais baixa e, como resultado da recombinação dos iões e electrões realiza-se mais lentamente, a cerca de um quarto da taxa que ocorre na região da E. Como um resultado desta ainda tem um efeito sobre os sinais de rádio durante a noite sendo capaz de retornar para muitos Terra, embora tenha um efeito reduzido em alguns aspectos.
A região F é a região mais alta na ionosfera e, como tal experimenta a radiação mais energia solar.Grande parte dos resultados de ionização de luz ultra-violeta no centro do espectro, bem como as porções do espectro com comprimentos de onda muito curtos. Tipicamente, a radiação que provoca a ionização é entre os comprimentos de onda de 100 e 1000 Angstroms, embora extremo luz ultra-violeta é responsável por cerca de ionização nas áreas inferiores da região F.
Resumo
A ionosfera é uma área em constante mudança da atmosfera. Estendendo-se desde altitudes de cerca de 60 quilômetros a mais de 400 quilómetros que contém íons e elétrons livres. Os elétrons livres afetar as maneiras em que as ondas de rádio se propagam na região e eles têm um efeito significativo sobre as comunicações de rádio HF.
A ionosfera podem ser categorizadas num número de regiões que correspondem aos picos de densidade de electrões. Estas regiões são denominadas regiões D, E, e F. Em vista do facto de que a radiação do sol é absorvido à medida que penetra na atmosfera, diferentes formas de radiação para dar origem a ionização nas diferentes regiões conforme delineado na tabela de sumário a seguir:
Resumo das formas de radiação, causando ionização na ionosfera.
| REGIÃO | FORMAS PRIMÁRIAS RADIAÇÕES IONIZANTES |
|---|---|
| C | Cósmico |
| D | Lyman alfa, rígidos Raios-X |
| E | Suaves Raios-X e alguns Extrema Ultra-Violeta |
| F1 | Extrema Ultra-violeta, e alguns Ultra-Violeta |
| F2 | Ultravioleta |
A ionosfera é uma área em constante mudança. Ele é obviamente afetado pela radiação do Sol, e isso muda como um resultado incluindo aspectos da hora do dia, a área geográfica do mundo, eo estado da Sun. Como um resultado comunicações de rádio que utilizam a mudança ionosfera de um dia para o outro, e até mesmo uma hora para a outra. Prever como o que será possível comunicações de rádio e os sinais de rádio podem propagar é de grande interesse para uma variedade de usuários de comunicações de rádio que vão de emissoras de rádio amadores e bidirecionais usuários sistemas de rádio comunicação para aqueles com sistemas de rádio comunicação móvel marítimo e muitos mais.
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