Propagação

PROPAGAÇÃO DE SINAIS DE RÁDIO PELA IONOSFERA

A propagação ionosférica é o principal modo de propagação de rádio usado nas porções MF e HF do espectro de rádio Os conceitos básicos por trás da propagação de HF usando a ionosfera são fáceis de entender e um estudo deles não é apenas fascinante, mas também muito útil para qualquer pessoa envolvida em comunicações de rádio em HF de qualquer forma.

Afinal o que é Ionosfera?

A ionosfera é uma parte da atmosfera superior situada entre 60 e 1000 quilômetros da Terra. Onde a radiação ultravioleta é extrema e a radiação solar de raios-x ioniza os átomos e moléculas, criando assim uma camada de elétrons.

Isso acontece porque a energia do Sol e dos raios cósmicos fazem com que os átomos percam seus elétrons, ou seja, sejam ionizados e, portanto, fiquem carregados positivamente.

Esses elétrons ionizados se comportam como partículas livres e formam uma camada atmosférica, essencial para o funcionamento de sistemas como o GPS e as ondas de rádio.

Camadas da atmosfera

Usando a propagação de HF através da ionosfera, os sinais de rádio podem ser ouvidos em todo o mundo – foi essa forma de comunicação que primeiro abriu muitos links globais para regiões inacessíveis, e também permitiu a transmissão internacional. Os radioamadores também fazem uso generalizado da propagação de HF via ionosfera, frequentemente comunicando-se com pontos distantes do globo com baixa potência e modestos sistemas de antenas.

Antena típica usada para comunicações HF

Saber como a propagação de HF varia e o que influencia a ionosfera permite que o usuário ganhe muito mais com esse modo de propagação. Um conhecimento básico pode ajudar consideravelmente para muitas pessoas.

Propagação HF e ondas do céu

Ao usar a propagação de HF através da ionosfera, os sinais de rádio deixam o transmissor na superfície da Terra e viajam em direção à ionosfera, onde alguns deles são devolvidos à Terra.

Conceito básico de propagação de rádio ionosférica Observe como o sinal é refratado ao entrar na camada ionosférica

Os sinais de rádio que viajam para longe da superfície da Terra são chamados de ondas do céu por razões óbvias. Se eles forem devolvidos à Terra, então a ionosfera pode (muito simplesmente) ser vista como uma vasta superfície refletora envolvendo a Terra que permite que os sinais viajem por distâncias muito maiores do que seria possível.

Naturalmente, isso é uma grande simplificação porque a frequência, hora do dia e muitos outros parâmetros governam a reflexão, ou mais corretamente a refração dos sinais de volta à Terra.

Propagação de HF e regiões ionosféricas

Dentro da ionosfera, os níveis de ionização que afetam as ondas de rádio variam. Existem algumas áreas onde os níveis de ionização são mais elevados do que outras.

Como resultado, é comumente afirmado que existem várias camadas dentro da ionosfera. Mais corretamente, há várias regiões, pois o nível de ionização não se reduz a zero, mas, em vez disso, há vários picos de ionização.

As principais regiões são detalhadas a seguir:

Região D: quando uma onda do céu deixa a superfície da Terra e sobe, a primeira região de interesse que atinge na ionosfera é chamada de região D. Essa região atenua os sinais à medida que eles passam. O nível de atenuação depende da frequência. As frequências baixas são mais atenuadas do que as mais altas.

Região E: uma vez que os sinais tenham passado pela região D, eles alcançam a região E. Embora ainda haja uma pequena atenuação dos sinais, essa região reflete, ou mais corretamente refrata os sinais, às vezes o suficiente para devolvê-los à terra. O nível de refração reduz com a frequência e, portanto, os sinais de frequência mais alta podem passar por esta região e para a próxima região. A região E é de grande importância para a propagação de HF na extremidade inferior do espectro de HF e até mesmo no espectro de MF.

Região F: A região ou camada F é aquela que permite a propagação de HF para fornecer comunicações em todo o mundo. Os sinais que conseguirem passar pelas regiões D e E chegarão à região F.

Novamente, isso atua para refratar os sinais e eles podem ser devolvidos à Terra. Durante o dia, essa região costuma se dividir em duas, conhecidas como regiões F1 e F2.

Camadas da ionosfera terrestre
As diferenças diurnas e noturnas nas camadas da ionosfera terrestre.

Distância de salto de propagação HF e zona de salto

Ao usar a propagação de HF, geralmente é conveniente definir algumas das distâncias envolvidas.

Distância de salto: a distância de salto para um sinal usando propagação HF através da ionosfera é a distância na superfície da Terra entre o ponto onde os sinais de rádio de um transmissor, transmitidos para a ionosfera e refratados para baixo pela ionosfera, até o ponto onde eles retornam terra e são recebidos.
Zona de salto: Quando os sinais são transmitidos na parte HF do espectro, eles se estendem apenas por um pequeno raio ao redor do transmissor por meio da onda terrestre. Além disso, eles não são audíveis até que a onda do céu retorne à terra. A zona de ignorar ou zona silenciosa é uma região onde uma transmissão de rádio não pode ser recebida. A zona está localizada entre regiões cobertas pela onda terrestre e onde a onda celeste retorna pela primeira vez à terra.

Propagação HF e seleção de frequência

Um dos principais aspectos da propagação de HF é usar a frequência certa. Pode ser possível que a propagação permita a existência de comunicações com uma área, mas não com outra. Como os sinais de frequência mais alta podem passar pelas regiões mais baixas, os sinais em frequências diferentes percorrerão distâncias diferentes. Ao usar a propagação de HF através da ionosfera. Como as frequências mais altas tendem a ser refletidas por regiões mais altas, elas são capazes de alcançar distâncias muito maiores como resultado da geometria. Existem algumas definições que são usadas nos círculos de propagação de HF: Freqüência mais baixa utilizável, LUF: O LUF é a freqüência mais baixa na qual a intensidade do campo recebido é suficiente para fornecer a relação sinal-ruído necessária em uma hora específica do dia. Frequência máxima utilizável MUF: O MUF é a frequência de sinal mais alta que pode ser usada para transmissão entre dois pontos através da reflexão da ionosfera em um determinado momento. Freqüência crítica: a freqüência crítica para uma determinada camada ou região na ionosfera é a freqüência mais alta na qual um sinal viajando verticalmente para cima é refletido de volta ao solo. Isso dá uma boa indicação do estado da ionosfera.Freqüência de trabalho ideal: A freqüência de trabalho ideal é a freqüência efetiva mais alta que se prevê que possa ser usada para um caminho e hora do dia especificados em 90% dos dias do mês.

Reflexão ionosférica pelas camadas D, E e F

Vários saltos

Embora seja possível alcançar distâncias consideráveis ​​usando a região F conforme já descrito, por si só isso não explica o fato de que os sinais de rádio são regularmente ouvidos de lados opostos do globo usando propagação de HF com a ionosfera. Isso ocorre porque os sinais são capazes de sofrer várias “reflexões”.

Uma vez que os sinais são devolvidos à Terra da ionosfera, eles são refletidos de volta para cima pela superfície terrestre e, novamente, são capazes de sofrer outra “reflexão” pela ionosfera. Naturalmente, a intensidade do sinal é reduzida a cada “reflexão” e também foi descoberto que diferentes áreas da Terra refletem os sinais de rádio de maneira diferente. Como pode ser antecipado, a superfície do mar é um refletor muito bom, enquanto as áreas desérticas são muito pobres.

Propagação de HF com múltiplas reflexões ionosféricas

Não é apenas a superfície da Terra que introduz perdas no caminho do sinal. Na verdade, a principal causa de perda é a região D, mesmo para frequências altas na porção HF do espectro. Uma das razões para isso é que o sinal tem que passar pela região D duas vezes para cada reflexão da ionosfera. Isso significa que para obter as melhores intensidades de sinal, é necessário que os caminhos de sinal habilitem o número mínimo de saltos a serem usados. Isso geralmente é obtido usando frequências próximas às frequências máximas que podem suportar comunicações usando a propagação ionosférica e, portanto, usando as regiões mais altas da ionosfera. Além disso, o nível de atenuação introduzido pela região D também é reduzido.

Propagação do Sol e HF

A ionização na ionosfera é causada principalmente pela radiação do sol. Como resultado, o estado do Sol e a radiação recebida dele governam o estado da ionosfera e a propagação de HF.

Existem vários tópicos importantes sobre o Sol e a radiação recebida dele.

O Sol: O Sol é uma estrela fascinante – descobrir tudo sobre ele é fascinante, por direito próprio.

Manchas solares e ciclo de manchas solares: As manchas solares são áreas na superfície do Sol que são um pouco mais frias do que as áreas circundantes. Sua presença leva a níveis mais elevados de radiação sendo emitida e, portanto, isso afeta a propagação de HF.

Perturbações solares: de vez em quando, ocorrem grandes perturbações na superfície do sol. Flares solares e ejeções de massa coronal, CMEs também dão origem a níveis aumentados de radiação que, por sua vez, afetam a propagação de HF.

Perturbação Ionosférica Súbita, SID: A Perturbação Ionosférica Súbita é normalmente o resultado de uma ejeção de massa coronal. Um CME tem um efeito importante nas condições de propagação de HF.

Mapa de propagação

A tabela acima mostra as condições de propagação para diversas bandas – HF e VHF. Mostra também informações e dados dos índices A, K, Fluxo Solar e outras informações uteis para podermos avaliar as possibilidades de contatos a curta ou longa distancia-DX. Vamos entender as principais e mais importantes informações e dados mostrados na tabela:

SFI: Mostra o Indice de Fluxo Solar (quantidade de energia recebida do sol). Quanto maior o valor, melhores condições para fazermos DX.

INDICE – SFI
CONDIÇÕES PARA O DX
60 a 120
Ruim
120 a 180
Moderada
180 a 240
Boa
Acima de 240
Excelente
SN: Contagem de manchas solares. – Esse valor aumenta quando estamos próximos do máximo solar (a cada 11 anos). A – Index:  Indica a quantidade de distúrbios magnéticos na Ionosfera. Para os valores, veja tabela abaixo. K – Index: Indica a atividade geomagnética na ionosfera baseado no índice A e se refere ao comportamento nas últimas 3 horas.
A
K
CAMPO MAGNÉTICO
0 – 3
0
Quiet (Quieto)
4 – 6
1
Quiet to unsettled (Quieto a perturbado)
7 – 14
2
Unsettled (Perturbado)
15 – 47
3 – 4
Active (Ativo)
48 – 79
5
Minor storm-Pequena tempestade
80 – 131
6
Major storm-Grande tempestade
132 – 207
7
Severe storm-Tempestade severa
208 – 400
8 – 9
Very major storm-Tempestade muito severa

X – Ray: Indica possíveis “blackouts” nas bandas de ondas curtas.
304A: Quantidade de raios ultravioleta emitidos pelo Sol.
Ptn Flx e  Elc Flx: Fluxos de Prótons e Elétrons. Mostram as possibilidades de ocorrerem “tempestades de radiação solar”.
Aurora: Possíveis tempestades geomagnéticas. Os valores variam entre 5 a 10 e quanto maior, pior para DX.
Condições de comunicações das bandas de radio HF  e  VHF:
Poor (ruim), Fair (média), Good (boa).
Geomag Field: Condição do Campo Geomagnético da Terra.
Sig Noise Lvl:  Relação sinal ruído.

DADOS SOLARES

Skip to content