מֵידָע

התפשטות טרופוספרית

התפשטות טרופוספרית

בתדרים מעל 30 מגה-הרץ נמצא כי לטרופוספירה השפעה הולכת וגוברת על אותות רדיו ומערכות תקשורת רדיו. אותות הרדיו מסוגלים לעבור מרחקים גדולים יותר ממה שהוצע על ידי חישובי קו ראייה. לעיתים התנאים משתנים וניתן לזהות אותות רדיו לאורך מרחקים של 500 ואפילו 1000 ק"מ ויותר. זה בדרך כלל על ידי סוג של שיפור טרופוספרי, המכונה לעתים קרובות בקיצור "טרופו". לעיתים אותות עשויים אפילו להילכד בצינור מוגבה בצורה של התפשטות אות רדיו המכונה צינור טרופוספרי. זה יכול לשבש קישורי תקשורת רדיו רבים (כולל קישורי תקשורת רדיו דו כיווניים) מכיוון שעלולים להיתקל בהפרעות שבדרך כלל אינן קיימות. כתוצאה מכך בעת תכנון קישור רדיו או רשת, יש להכיר בצורת הפרעה זו כדי שניתן יהיה לנקוט בצעדים למזער את השפעותיה.

לאופן שבו האותות עוברים בתדרים של VHF ומעלה יש חשיבות רבה עבור מי שמתבונן בכיסוי רדיו של מערכות כמו טלקומוניקציה סלולרית, תקשורת רדיו ניידת ומערכות אלחוטיות אחרות, כמו גם למשתמשים אחרים כולל רדיו.

תקשורת רדיו עם קו ראייה

אפשר לחשוב שרוב קישורי תקשורת הרדיו ב- VHF ומעלה עוקבים אחר קו ראייה. זה לא נכון בהחלט ונמצא שגם בתנאים רגילים אותות רדיו מסוגלים לנוע או להתפשט על פני מרחקים גדולים מקו הראייה.

הסיבה לעלייה במרחק שעברו אותות הרדיו היא שהם נשברים על ידי שינויים קטנים שקיימים באטמוספירה של כדור הארץ קרוב לאדמה. נמצא שמדד השבירה של האוויר קרוב לקרקע גבוה מעט יותר מזה הגבוה יותר. כתוצאה מכך אותות הרדיו מכופפים לעבר אזור אינדקס השבירה הגבוה יותר, הקרוב יותר לקרקע. בכך מרחיב את טווח אותות הרדיו.

אינדקס השבירה של האטמוספירה משתנה בהתאם למגוון גורמים. טמפרטורה, לחץ אטמוספרי ולחץ אדי מים כולם משפיעים על הערך. אפילו שינויים קטנים במשתנים אלה יכולים לחולל הבדל משמעותי מכיוון שאותם רדיו ניתנים לשבירה לאורך כל נתיב האות וזה עשוי להתארך לאורך קילומטרים רבים.

יחידות N

נמצא כי הערך הממוצע לאינדקס השבירה של אוויר בגובה הקרקע הוא סביב 1.0003, אך הוא יכול להשתנות בקלות בין 1.00027 ל- 1.00035. לנוכח השינויים הקטנים מאוד שנראים, הונהגה מערכת המאפשרת לציין את השינויים הקטנים ביתר קלות. לעתים קרובות משתמשים ביחידות המכונות יחידות "N". יחידות N אלה מתקבלות על ידי הפחתת 1 ממדד השבירה ומכפילות את השאר במיליון. באופן זה מתקבלים מספרים ניתנים לניהול.
N = (mu-1) x 10 ^ 6

איפה mu הוא אינדקס השבירה

נמצא כי כמדריך מחוספס מאוד בתנאים רגילים באזור טמפרטורה, מקדם השבירה של האוויר נופל בכ- 0.0004 לכל עליית גובה של קילומטר, כלומר 400 N / ק מ. זה גורם לאותות הרדיו לעקוב אחר העקמומיות של כדור הארץ ולעבור מעבר לאופק הגיאומטרי. הערכים בפועל מאריכים את אופק הרדיו בכשליש. גורם זה משמש לעתים קרובות ברוב חישובי כיסוי תקשורת הרדיו עבור יישומים כגון משדרי רדיו משודרים, ומשתמשי תקשורת רדיו דו-כיווניים אחרים כגון תקשורת רדיו ניידת, תקשורת סלולרית וכדומה.

תנאים משופרים

בתנאים מסוימים תנאי התפשטות הרדיו הניתנים על ידי הטרופוספירה הם כאלה שהאותות עוברים מרחקים גדולים עוד יותר. צורה זו של "הרמה" בתנאים פחות בולטת בחלקים התחתונים של ספקטרום ה- VHF, אך ניכרת יותר בחלק מהתדרים הגבוהים יותר. בתנאים מסוימים אותות רדיו עשויים להישמע למרחקים של 2000 ק"מ או יותר, כאשר מרחקים של 3000 ק"מ יתאפשרו במקרים נדירים. זה יכול להוליד רמות הפרעה משמעותיות לפרקי זמן.

מרחקים מורחבים אלה נובעים משינויים גדולים בהרבה בערכי אינדקס השבירה לאורך נתיב האות. זה מאפשר לאות להשיג כיפוף רב יותר וכתוצאה מכך לעקום את העקמומיות של כדור הארץ למרחקים גדולים יותר.

בנסיבות מסוימות השינוי במדד השבירה עשוי להיות מספיק גבוה בכדי לכופף את האותות חזרה אל פני כדור הארץ בנקודה שבה הם משתקפים שוב כלפי מעלה על ידי כדור הארץ. באופן זה האותות עשויים לנוע סביב עיקול כדור הארץ, ומשתקפים על ידי פני השטח שלו. זוהי צורה אחת של "צינור טרופוספרי" שיכולה להתרחש.

יתכן גם צינורות טרופוספריים להתרחש מעל פני כדור הארץ. צינורות טרופוספריים מוגבהים אלה מתרחשים כאשר מסה של אוויר עם אינדקס שבירה גבוה כוללת מסה של אוויר עם אינדקס שבירה נמוך יותר מתחתיה ומעליו כתוצאה מתנועת אוויר שיכולה להתרחש בתנאים מסוימים. כאשר תנאים אלה מתרחשים האותות עשויים להיות מוגבלים בתוך שטח האוויר המוגבה עם אינדקס השבירה הגבוה והם אינם יכולים לברוח ולחזור לארץ. כתוצאה מכך הם עשויים לנסוע כמה מאות קילומטרים ולקבל רמות נמוכות יחסית של הנחתה. יתכן שהם גם לא נשמעים לתחנות שמתחת לצינור ובדרך זו יוצרים אזור דלג או אזור מת דומה לזה שחווה התפשטות יונוספרית של HF.

מנגנון שמאחורי התפשטות טרופוספרית

השפעות התפשטות טרופוספרית מתרחשות קרוב יחסית לפני האדמה. אותות הרדיו מושפעים מהאזור שנמצא מתחת לגובה של כ -2 ק"מ. מכיוון שאזורים אלה הם אלה המושפעים מאוד ממזג האוויר, קיים קשר חזק בין תנאי מזג האוויר לתנאי התפשטות הרדיו לכיסוי.

בתנאים רגילים a יש שיפוע קבוע של מקדם השבירה עם הגובה, האוויר קרוב ביותר לפני כדור הארץ עם אינדקס השבירה הגבוה ביותר. זה נגרם על ידי כמה גורמים. אוויר בעל צפיפות גבוהה יותר וזו המכילה ריכוז גבוה יותר של אדי מים מובילים שניהם לעלייה באינדקס השבירה. כיוון שהאוויר הקרוב ביותר לפני כדור הארץ הוא צפוף יותר (כתוצאה מהלחץ שמפעילים הגזים שמעליו) ויש לו ריכוז גבוה יותר של אדי מים מזה הגבוה יותר פירושו שמדד השבירה של האוויר הקרוב ביותר לכדור הארץ המשטח הוא הגבוה ביותר.

בדרך כלל טמפרטורת האוויר הקרובה ביותר לפני כדור הארץ גבוהה מזו בגובה גדול יותר. השפעה זו נוטה להפחית את שיפוע צפיפות האוויר (ומכאן שיפוע אינדקס השבירה) מכיוון שאוויר עם טמפרטורה גבוהה יותר הוא פחות צפוף.

עם זאת, בנסיבות מסוימות מתרחש מה שמכונה היפוך טמפרטורה. זה קורה כאשר האוויר החם קרוב לכדור הארץ עולה ומאפשר לאוויר צפוף יותר קר להיכנס קרוב לכדור הארץ. כאשר זה קורה זה מוליד שינוי גדול יותר במדד השבירה עם הגובה והתוצאה היא שינוי משמעותי יותר במדד השבירה.

היפוך טמפרטורה יכול להיווצר במספר דרכים. אחד הדרמטיים ביותר מתרחש כאשר קיים אזור של לחץ גבוה. אזור לחץ גבוה פירושו שתנאי מזג אוויר יציבים יהיו, ובמהלך הקיץ הם קשורים למזג אוויר חם. משמעות התנאים היא שאוויר קרוב לאדמה מתחמם ועולה. כשזה קורה זורם אוויר קר מתחתיו וגורם להיפוך הטמפרטורה. בנוסף נמצא כי השיפורים הגדולים ביותר נוטים להתרחש כאשר אזור הלחץ הגבוה מתרחק והלחץ רק מתחיל לרדת.

היפוך טמפרטורה עלול להתרחש גם במהלך מעבר חזית קרה. חזית קרה מתרחשת כאשר אזור של אוויר קר פוגש אזור של אוויר חם. בתנאים אלה האוויר החם עולה מעל האוויר הקר ויוצר היפוך טמפרטורה. חזיתות קרות נוטות לנוע במהירות יחסית וכתוצאה מכך השיפור בתנאי התפשטות נוטה להיות קצר מועד.

דוֹהֶה

כאשר האותות מופצים למרחקים ארוכים כתוצאה מתנאי התפשטות טרופוספרית משופרים, האותות בדרך כלל נתונים לדהייה עמוקה איטית. זה נגרם על ידי העובדה כי האותות מתקבלים באמצעות מספר נתיבים שונים. כאשר הרוחות באטמוספירה מזיזות את האוויר סביב זה פירושו שהנתיבים השונים ישתנו לאורך זמן. בהתאם לכך האותות המופיעים במקלט ייפלו זה מזה ושלבים כתוצאה מאורכי הדרך השונים והמשתנים, וכתוצאה מכך עוצמת האות המתקבל תשתנה.

כל אותות ארציים שיתקבלו ב- VHF ומעלה יהיו כפופים לתנאי התפשטות הרווחים הנגרמים על ידי הטרופוספירה. בתנאים רגילים יש לצפות כי אותות יוכלו להתקבל מעבר לקו הראייה הרגיל. עם זאת, בנסיבות מסוימות מרחקים אלו יוגדלו במידה ניכרת וייתכן שישנה רמות הפרעה משמעותיות.


צפו בסרטון: רק יחד נעצור את התפשטות הנגיף (אוֹקְטוֹבֶּר 2021).