La propagazione


Cenni sulla Propagazione

 

Le onde radio si propagano dall’antenna trasmittente a quella ricevente, permettendo l’ascolto.

Conoscere il meccanismo propagativo, significa aumentare la possibilità di ascolti migliori.

Spesso capita che l’ascoltatore alle prime armi provi ad ascoltare certe frequenze ad ore sfavorevoli, traendo la conclusione che il proprio ricevitore sia muto o non funzioni a dovere.

Occorre invece scegliere il momento giusto, l’ora giusta e la banda giusta.

 

Tutto ciò si acquisisce con l’esperienza e con tante e tante ore d’ascolto; per accorciare i tempi e per poter trarre la maggior soddisfazione possibile dall’hobby del radioascolto, occorre acquisire una conoscenza perlomeno generale della propagazione delle onde radio, che avviene in due modalità differenti: per onda di terra e per onda riflessa.

 

Scopo di queste righe è dare una minima spiegazione di cosasiano la propagazione per onda di terra e quella per onda riflessa o ionosferica.

 

PROPAGAZIONE PER ONDA DI TERRA

 

Onda di terra è quella onda che si propaga sulla superficie terrestre.

Ha più importanza nella propagazione delle onde medie che in quella delle onde corte.

Le distanze raggiungibili grazie a tale tipo di propagazione sono relativamente grandi e dipendenti da molti parametri.

Il principale è il tipo di superficie che il segnale deve attraversare per giungere al nostro ricevitore: deserti, zone aride e secche sono pessime superfici per questo tipo di propagazione, tuttaltro che conduttivi; invece mari, oceani e terreni umidi sono ottimi conduttori di segnale.

Tutti i segnali in onda media che riceviamo durante le ore luminose sono segnali di terra, in quanto durante l’irraggiamento solare il meccanismo di propagazione ionosferica in onde medie è compromesso da altri fattori, che vengono affrontati più oltre.

Per quanto riguarda le onde corte, sostanzialmente non avviene propagazione per onda di terra. Anzi il suolo molte volte assorbe le onde radio piuttosto che rifletterle.

Per tale motivo i sistemi radianti in onda media sono nettamente differenti da quelli in onda corta, essendo nei primi molto curatala componente di terra (si arriva spesso ad interrare o reti metalliche o migliaia di fili per rendere “conduttivo” il terreno).

 

 

PROPAGAZIONE PER ONDE IONOSFERICHE O RIFLESSE

 

Per poter comprendere tutti i fenomeni legati a questo tipo di propagazione occorre avere una visione generale della ionosfera, delle sue parti e del loro singolo comportamento.

La ionosfera è una parte della nostra atmosfera.

Si individua fra i 50 ed i 300 Km circa dalla superficie terrestre con una larga tolleranza in eccesso.

 

Si divide in 3 regioni o strati.

 

LO STRADO D

 

Lo strato D si estende, approssimativamente, da 50 a 90 Km, con una concentrazione elettronica che cresce rapidamente con l’altezza.

La concentrazione elettronica nello stato D presenta una variazione diurna importante: raggiunge il suo massimo poco mezzogiorno solare locale, mentre conserva valori estremamentebassi nelle ore notturne.

In inverno, nonostante che la distanza zenitale dal sole sia molto grande, si osservano spesso concentrazioni elettroniche molto elevate, sempre tra 70 e 90 Km, dovute probabilmente alla natura e alla concentrazione dei gas che compongono l’atmosfera. L’influenza dell’attività solare sulla concentrazione elettronica nello strato D si differenzia alle diverse altezze: tra 70 e 90 Km i raggi X di origine solare sono la principale fonte di ionizzazione e questa è massima quando il ciclo solare sulla concentrazione elettronica nello strato D si differenzia alle diverse altezze: tra 70 e 90 Km i raggi X di origine solare è al suo massimo; al si sotto dei 70 Km le radiazioni più attive sono quelle cosmiche e la concentrazione massima si presenta quando l’attività solare è al suo minimo, per cui la dispersione interplanetaria dei raggi cosmici di origine galattica tende a ridursi.

Durante una perturbazione geomagnetica la densità elettronica tra 75 e 90 Km, tende a rinforzarsi alle latitudini subauroralied inferiori. Per l’apporto di elettroni ad alto contenuto energetico.

Lo strato D può raggiungere una densità massima di 10 miliardi di per metro cubo a quote tra 50 e 90 Km, con alta densità di particelle neutre.

Questo strato non ha, a causa della relativamente bassa densità elettronica, grande rilevanza per la riflettività nei riguardi delle onde usate nei radiocollegamenti via ionosfera, mentre invece assume notevole importanza nei riguardi dell’assorbimento, per tanto che lo strado D può essere considerato lo strato assorbente per eccellenza.

 

LO STRADO E

 

Tra 90 e 130 Km si colloca lo strato E, che comprende lo strato E normale e lo strato E sporadico.

Lo strato E normale è uno strato molto regolare e si trova ad un’altezza nella quale la temperatura ha una escursione da -80 a +80 gradi °C.

La concentrazione elettronica dipende strettamente dalla distanza zenitale dal sole.

Vi è un massimo stagionale in estate.

 

Il massimo della concentrazione elettronica si colloca intorno ai 110 Km ed è circa di 100 miliardi di elettroni per metro cubo. Con questa concentrazione il plasma elettronico una sua propria frequenza di riflessione (MUF) di circa 3 Mhz. Durante la notte la ionizzazione dello strato E si riduce drasticamente e la MUF del plasma a valori tra 4 e 6 Khz.

La concentrazione elettronica è massima al massimo del ciclo solare. Nell’arco del ciclo solare si hanno variazioni della frequenza del plasma intorno al 30%.

Una parte dello strato E, a circa 120 Km, viene chiamata Es o ESPORADICO, proprio per il fatto che la sua presenza è aleatoria e sporadica.

Pare che la sua ionizzazione sia dovuta a meteoriti e fenomeni cosmici non legati all’attività solare.

La sua presenza è più frequente d’estate che d’inverno.

 

LO STRADO F

 

Lo strato F inizia ad un’altezza di circa 130 Km.

Durante la notte lo strato F si comporta in modo diverso che di giorno, quando si divide in due differenti strati: F1 ed F2, nasce se la concentrazione elettronica non presenta stratificazioni molto nette.

 

Lo strato F1 è la zona compresa tra 130 e 21 Km di altezza e laconcetrazione elettronica è dell’ordine di 200 miliardi di elettroni per metro cubo.

 

Lo strato F2, il più alto degli strati ionosferici, è quello in cui la concentrazione degli elettroni è generalmente la più densa: i suoi valori sono compresi tra 1000 miliardi di elettroni per metro cubo di giorno e 50 miliardi di elettroni per metro cubo di notte.

Lo strato F2 non risponde al modello matematico di CHAPMAN, perché a quelle altezze vi sono notevoli venti (correnti ioniche), diffusione ed altri fenomeni dinamici.

Quandoinizialmente si applicava la teoria CHAPMAN anche nello strato era considerato tra le anomalie.

Oggi si sa che questo termine è improprio.

 

L’” ANOMALIA DIURNA” consiste nel fatto che il massimo della concentrazione elettronica dello strato F2 si produce spesso un’ora dopo il mezzogiorno solare, in genere tra le 13 e le 15 ora locale.

Si sono notate sperimentalmente altre due variazioni durante il giorno, i cui massimi si collocano intorno alle ore 10-11 locali e tra le ore 22-23, sempre locali.

Nell’emisfero nord l’”ANOMALIA STAGIONALE”consiste in una tendenza alla concentrazione elettronica dello strato F2, intornoalle 12 locali, e ad essere più alta d’inverno che d’estate.

L’ANOMALIA EQUATORIALE”, consiste nel fatto che nelle zone comprese tra 20 e 30 gradi, sia a Nord che a Sud dell’equatore, l’influenza della distanza zenitale del sole sulla concentrazione elettronica dello strato F2, è notevolmente diversa da quella che ci si aspetta. Nelle latitudini elevate si osservano alcune “anomalie” nelle caratteristiche dello strato F2, probabilmente associate alla caduta di particelle di alto valore energetico.

Vi è infatti una depressione pronunciata nella concentrazione elettronica dello strato F2, dovuta alla linee di forza della magnetosfera e che si estende su 2-10 gradi in direzione dell’equatore, subito dopo l’ovale aurorale e da mezzogiorno a tutta la notte.

Alcune osservazioni sulle concentrazioni elettroniche, al di sopra dell’altezza in cui avviene il suo massimo, sono state effettuate con radar a diffusione incoerente, con missili e sonde installate a bordo di satelliti.

Queste osservazioni mostrano come la concentrazione elettronica decresce in modo approssimativamente esponenziale con l’altezza.

Intorno a 100 Km si ha una variazione del gradiente della concentrazione elettronica causata dalla presenza di una passaggio da ioni di ossigeno a ioni di idrogeno; l’altezza alla quale avviene questa transizione aumenta con la latitudine.

A 1000 Km la concentrazione elettronica è normalmente dell’ordine di 10 miliardi di elettroni per metro cubo.

Le onde radio vengono riflesse dagli strati ionizzati.

Se il sole ha un certo comportamento, la ionosfera avrà una certa densità e struttura; ad altri comportamenti del sole invece corrisponderanno altrettanti caratteri di densità e struttura.

Per cui possiamo comprendere che le variazioni di propagazione sono legate ai seguenti fenomeni:

Ø Alternarsi del giorno e della notte (variazione diurna)

Ø Alternarsi delle stagioni (variazione stagionale)

Ø Alternarsi di periodi di alta attività solare con periodi di calma (variazioni del ciclo solare)

Ø Variazioni dovute alla differente posizione geografica.

 

LA PROPAGAZIONE

 

Le onde elettromagnetiche, una volta irradiate dall'antenna trasmittente, possono raggiungere l'antenna ricevente in quattro modi, come:

 

  • onda terrestre o onda di superfice
  • onda spaziale diretta
  • onda spaziale riflessa dalla ionosfera
  • onda spaziale riflessa dai satelliti


 

Onda terrestre o onda di superfice

 

L'onda terrestre si ha quando le antenne Tx e Rx si trovano vicino al suolo, ad altezza relativamente piccola nei confronti della lunghezza d'onda della frequenza emittente ed entrambe le antenne sono polarizzate verticalmente.
Questo tipo di onde si propaga rasente al suolo, seguendo la curvatura della superfice terrestre.
Il percorso che esse possono compiere è essenzialmente limitato dall'assorbimento di energia esercitato dal suolo.
Il suolo in parte assorbe ed in parte riflette le onde che si propagano lungo di esso.
L'attenuazione subita da queste onde è tanto maggiore quanto più è elevata la frequenza del segnale e pertanto l'onda terrestre viene impiegata per la radiodiffusione ad onde lunghe e medie.
Le onde lunghe (a bassa frequenza) possono compiere percorsi anche di 1500 Km.

 


 

 

Onda spaziale diretta

 

L'onda spaziale diretta si ha quando le antenne Tx e Rx si trovano ad una altezza superiore rispetto alla lunghezza d'onda del segnale trasmesso. L'altezza sarà tale che le antenne si potranno considerare a "distanza ottica" (nel senso che quella tx "vede" quella rx ). Le onde dirette vengono di solito impiegate per frequenze superiori ai 30 MHz (detta frequenza critica ), cioè con lunghezza d'onda inferiore a 10 metri e quindi nelle trasmissioni TV e radio FM.

 

 

 

 

 

Onda spaziale riflessa dai satelliti

 

L'onda spaziale riflessa dai satelliti si ha quando (come nel caso della curva 5 ma, questa volta, volutamente) un segnale viene inviato nello spazio con un angolo incidente molto piccolo ed indirizzato in punto preciso dello spazio in cui è allocato un "satellite geostazionario" .
Il satellite, mantenendo rigorosamente costante la posizione nei confronti della terra, si comporta come se fosse un'antenna di enorme altezza (circa 36.000 Km ) capace di "riflettere" il segnale verso la terra.
Il satellite si comporta in effetti come antenna ricevente RX per i segnali che giungono da Terra e da antenna trasmittente Tx per i segnali che da essa vengono poi irradiati verso Terra.
La ricezione a terra dei segnali radiotelevisi irradiati da satelliti da parte di impianti fissi è possibile solo se i satelliti appaiono immobili nello spazio. Ciò accade quando essi descrivono orbite di rivoluzione circolari e caratterizzate da una velocità angolare corrispondente a quella terrestre.
Una tale orbita, detta geostazionaria (vedere figura sotto), è caratterizzata da un raggio di circa 42.106 Km dal centro della terra, vale a dire circa 35.800 Km dalla superficie terrestre. Su quest'orbita, la forza di attrazione esercitata dalla terra sul satellite è perfettamente bilanciata dalla forza centrifuga conseguente alla velocità angolare di 1 giro/giorno; la velocità di spostamento del satellite sull'orbita geostazionaria è pari a circa 11.000 Km/h.
La posizione del satellite sull'orbita geostazionaria, detta "fascia di Clark" (dal nome dello scienziato che per primo, nel 1945, ipotizzò la possibilità di un servizio radiotelevisivo "mondiale" tramite tre satelliti distanti 120°), è misurata in gradi rispetto al meridiano di Greenwich, con segno negativo a Ovest e positivo a Est di questo.

 

 

 

Onda spaziale riflessa dalla ionosfera

 

Le onde ionosferiche non raggiungono direttamente l'antenna Rx, ma provengono dall'alto dopo essere state riflesse dalla ionosfera. La riflessione avviene perchè queste onde hanno frequenza inferiore alla frequenza critica di 30 MHz.

 


 

 

I raggi che partono con angoli sempre maggiori, rispetto all'orizzontale, tornano a terra a distanze sempre più piccole, fino a quel particolare angolo, in corrispondenza del quale il raggio non torna più a terra, bucando la ionosfera e perdendosi nello spazio.

 

Esiste una distanza dal trasmettitore detta zona di silenzio non raggiunta dalle onde che invece si presentano a distanza maggiore.

 

Inoltre è possibile talora che le onde spaziali, provenienti dalla ionosfera, toccando terra si riflettano ancora una volta dando luogo ad un altro salto a distanza anche se con maggiore attenuazione.

 


 

scattering troposferico:

 

La diffusione è un fenomeno fisico in base al quale il pulviscolo, le disomogeneità dell'aria, dovute a diversità di pressione, di temperatura, di umidità, e le turbolenze meteorologiche, determinano variazioni dell'indice di rifrazione e quindi la ritrasmissione del segnale in una direzione diversa da quella di provenienza,come indicato nell'animazione seguente, che descrive i ponti radio a diffusione troposferica.

 

In questo tipo di trasmissione, però, che consente collegamenti a distanze dell'ordine di 400 Km, a causa del fading alquanto discontinuo, è necessario, per avere una continuità di esercizio, trasmettere con potenze dell'ordine dei KW .