Frage:
Warum kann VHF / UHF nicht mit Ionosphärenreflexion verwendet werden?
DarcyThomas
2015-06-21 12:29:12 UTC
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HF-Radio kann von der Ionosphäre reflektiert werden, was eine Kommunikation über sehr große Entfernungen ermöglicht. Warum kann VHF / UHF nicht mit Ionosphärenreflexion verwendet werden?

Liegt es an der Dämpfung der Atmosphäre über diese Entfernung mit VHF / UHF-Wellenlängen? Oder hat dies mit der Wechselwirkung der Ionosphäre bei den HF-Wellenlängen (gegenüber den VHF / UHF-Wellenlängen) zu tun? Oder aus einem anderen Grund?

Von Zeit zu Zeit erfahren 50 MHz eine E-Schicht-Brechung, selten 144 MHz, aber es passiert. Überwachen Sie [DXMaps 50Mhz] (http://www.dxmaps.com/spots/map.php?Lan=E&Frec=50&ML=M&Map=W2LN&DXC=N&HF=N&GL=N), insbesondere während der UKW-Wettbewerbsperioden, und Sie sehen möglicherweise Öffnungen.
Vier antworten:
Kevin Reid AG6YO
2015-06-21 23:57:25 UTC
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Die Ionosphäre reflektiert oder absorbiert normalerweise keine Wellen mit UKW oder höheren Frequenzen, sondern leitet sie in den Weltraum weiter. Es gibt keine Reflexionen zurück zum Boden, daher gibt es keine nützliche Ausbreitung zwischen Stationen am Boden.

Troposphärische Leitungen sind ein anderer Ausbreitungsmodus, der UKW-Signale gut überträgt wird tatsächlich für UKW-DX-Kontakte gesucht und verwendet. Dies hängt jedoch von bestimmten Wetterbedingungen ab, die nicht täglich auftreten, und ist daher weniger ein zuverlässiges Kommunikationsmittel als die Ionosphäre.

Möchte jemand bessere Links für diese Antwort vorschlagen? Wikipedia ist zu diesen Themen nicht besonders gut und ich hätte gerne eine gute zur oberen Frequenzgrenze der Ausbreitung von Himmelswellen.
Warum nicht auf einige ARRL-Artikel verlinken: http://www.arrl.org/propagation-of-rf-signals "HF Propagation: The Basics"
Oder vielleicht diese von derselben ARRL-Seite: "Electronics Technician Volume 7 - Antennas and Wave"
[Radio-electronics.com] (http://www.radio-electronics.com/info/propagation/ionospheric/maximum-lowest-critical-optimum-usable-working-frequency.php) hat eine gute Beschreibung dazu .
Hm, all dies ist die allgemeine Theorie der ionosphärischen Ausbreitung. Was ich suche, ist die empirische Aussage, dass "der MUF normalerweise \ _ \ _ MHz nicht überschreitet."
Ich würde auf einige sehr kurzfristige Vorhersagen für [VOACAP] (http://www.voacap.com/predictions/55879eba732c0/) zurückgreifen und sehen, was auf mich zukommt. Oder stöbern Sie in der Geschichte [einer Ionosonde] (http://www.tgo.uit.no/ionosonde/) - in dieser zeichnen sie nicht einmal über 9 MHz hinaus. [Ein anderer mit einer Animation] (https://www.ngdc.noaa.gov/stp/iono/ionogram.html)
M0LMK
2015-07-06 17:05:22 UTC
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Die maximal nutzbare Frequenz ändert sich mit der Tageszeit, der Jahreszeit, der Sonneneinstrahlung und vielen anderen Faktoren.

Die beste Ressource, die ich zur Überprüfung des aktuellen MUF und anderer Bedingungen gefunden habe, ist hier ... http://www.hamqsl.com/solar.html

AG5CI
2017-12-01 02:34:05 UTC
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Physik der ionosphärischen Reflexion

Wie Sie wahrscheinlich wissen, ionisiert Sonnenstrahlung Atome und Moleküle in der Atmosphäre in Höhen von etwa 50 km und mehr. Die Dichte der erzeugten freien Elektronen variiert je nach Höhe und Tageszeit zwischen einer Milliarde und einer Billion Elektronen pro Kubikmeter (siehe unten).

enter image description here

Verschiedene Regionen der Ionendichte sind mit Buchstaben (D, E, F) gekennzeichnet, aber die Grenzen zwischen Regionen sind nicht so klar definiert.

In erster Näherung sind die verschiedenen Ionenschichten "kann als eine Art von reflektierenden Spiegeln für HF angesehen werden, aber dies ist wirklich kein adäquates Modell, um zu beschreiben, warum unterschiedliche HF-Wellenlängen unterschiedlich reflektiert werden.

Im Allgemeinen die Reflexion eines elektromagnetischen (dh HF) ) Welle an jeder Grenze hängt ab von:

Eine vollständige Beschreibung, wie die Welle reflektiert wird, liefert das Fresnel-Gleichungen, die Ausdrücke für das Amou enthalten nt Energie, die von Wellen reflektiert wird, die senkrecht und parallel zum reflektierenden Medium polarisiert sind. Ein Beispiel für das Fresnel-Reflexionsvermögen (und die Durchlässigkeit) ist unten für eine Welle gezeigt, die sich im freien Raum bewegt und auf Glas auftrifft, mit einer Permittivität, die das 1,5-fache der des freien Raums beträgt:

enter image description here

Die Reflexion durch die Ionosphäre ist komplexer, da das reflektierende Medium im Gegensatz zu Glas freie Elektronen aufweist, die sich bewegen und miteinander kollidieren. Dies bewirkt, dass die Permittivität der Ionosphäre mit der Frequenz variiert. Eine detaillierte Ableitung, warum dies so ist, finden Sie hier, aber es genügt zu sagen, dass die Permittivität ($ \ epsilon $) an jedem Punkt in der Ionosphäre nicht konstant ist, sondern gegeben ist durch:

$$ \ epsilon = \ epsilon_0 \ left (1 - \ frac {f_p ^ 2} {f ^ 2} \ right) $$

wobei $ f_p $ als bezeichnet wird Die Plasmafrequenz und $ \ epsilon_0 $ ist die Permittivität des freien Raums. Die Plasmafrequenz hängt wiederum von den oben beschriebenen lokalen Ionendichten ab:

$$ f_p = \ frac {1} {2 \ pi} \ sqrt {\ frac {Ne ^ 2} {m_e \ epsilon_0} } \ ca. 9 \ sqrt {N} $$

wobei $ N $ die oben diskutierte Elektronendichte ist, $ e $ die Elektronenladung (in Coulomb) ist und $ m_e $ die Elektronenmasse ist ( in kg).

Mit diesen Modellen können wir einige Dinge beobachten:

  • Wenn $ f $ (unsere Betriebsfrequenz) zu einem bestimmten Zeitpunkt viel höher als die Plasmafrequenz ist Schicht in der Ionosphäre, diese Schicht "sieht aus wie" freier Raum. Daher setzt sich die Welle in der Richtung fort, in der sie sich bewegte. In der F-Schicht - der in Bezug auf die Elektronendichte dichtesten Schicht - liegt die Plasmafrequenz bei etwa 2 MHz, was eine effektive Permittivität ergeben würde, die nur einen kleinen Bruchteil niedriger ist als die des freien Raums bei 2 Metern, aber bei 80 Metern etwas ganz anderes. Denken Sie daran, dass es die Diskontinuität der Permittivität oder Permeabilität ist, die im Allgemeinen die Reflexion einer elektromagnetischen Welle antreibt.

  • Wenn die Plasmafrequenz größer als die Betriebsfrequenz ist, Die effektive Dielektrizitätskonstante wird negativ. Eine detaillierte Beschreibung dessen, was dies impliziert, finden Sie in der oben verlinkten Referenz. Es genügt jedoch zu sagen, dass dies dazu führt, dass die Welle mit der Entfernung exponentiell abfällt und nie wirklich irgendwo ankommt.

  • Zwischen den beiden Extremen tritt eine sinnvolle Reflexion auf, die durch die Fresnel-Gleichungen beschrieben wird.

Praktische Kommunikationstechnik

In der HF-Kommunikationstechnik das Plasma Die Frequenz wird als kritische Frequenz bezeichnet. Es gibt eine Reihe anderer Benchmark-Frequenzen, auf die sich die ITU bezieht:

Maximum Useable Frequency (MUF)

Es werden zwei verschiedene Arten von MUFs behandelt:

  • Ein "betriebsbereiter" MUF
  • Ein "grundlegender" MUF

Der betriebsbereite MUF, der angesichts der Besonderheiten der HF-Verbindung (Antennenverstärkung, Sendeleistung, Empfängerempfindlichkeit usw.) einen akzeptablen Dienst leisten kann.

Der Basis-MUF ist die höchste Frequenz, mit der sich eine Funkwelle fortbewegen kann Nur über die ionosphärische Ausbreitung, unabhängig von der Leistung.

Einige Definitionen von MUF beziehen sich darauf, dass der Kanal über einen bestimmten Prozentsatz des Monats zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbar ist (z. B. 90%). Eine übliche Faustregel besteht darin, den MUF auf etwa das Dreifache der kritischen Frequenz zu schätzen.

Die Karte unten (von spacew.com) zeigt eine Kontur von F2-Schicht-MUFs (in MHz) nach Position für die Uhrzeit und Datum angegeben (302015 UTC Nov 2017):

enter image description here

Niedrigste nutzbare Frequenz (LUF)

Die niedrigste nutzbare Frequenz für einen bestimmten Zeitraum ist die niedrigste Frequenz, die an 90% der Tage des Monats für die Kommunikation verwendet werden kann.

Frequenz der optimalen Übertragung (FOT) )

Der FOT bezieht sich auf die Verfügbarkeit eines bestimmten geografischen Pfads. Es ist die beste Arbeitsfrequenz, von der erwartet wird, dass sie für eine bestimmte Zeit (z. B. 2000UTC) für einen bestimmten Prozentsatz (z. B. 50%) der Tage des Monats verwendet werden kann.

Daniel Atnafu
2017-11-28 18:38:47 UTC
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Dies liegt an der Plasmafrequenz in der Ionosphäre. Wenn die Frequenz des Signals größer als Wpe ist, kann es nicht auf den Boden zurückgeworfen werden. Es geht einfach in den Weltraum. Wenn es kleiner als wpe ist, reflektiert die Ionosphäre das Signal.

Das ist unklar. Können Sie bitte "Plasma" und "WPE" erklären und eine Referenz angeben?
Daniel, willkommen bei Amateaur Radio Stack Exchange. Erlauben Sie mir bitte, für diese Antwort vorzuschlagen, dass Sie, um uns Sterblichen klar zu machen, möglicherweise in Bezug auf MUF anstelle von Wpe oder wpe sprechen möchten. MUF für maximal nutzbare Frequenz: https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_usable_frequency - Auch die Verwendung der Wörter "Plasmafrequenz" ist verwirrend. Das Plasma selbst hat weniger eine Frequenz als eine Ionisationsdichte, wie hier von der NASA erläutert: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/RoR_WWW/SWREDI/2017/Ngwira_CCMC_Bootcamp2017_Ionosphere&Thermosphere.pdf
@SDsolar - "Plasmafrequenz" ist ein Begriff aus der Elektromagnetik. Es bezieht sich auf einen Parameter (der von der Ionisationsdichte abhängt), der verwendet wird, um zu beschreiben, wie sich die Permittivität eines ionisierten Mediums mit der Frequenz ändert. Sie haben jedoch Recht - es ist kein Begriff, der unter Schinken häufig vorkommt. Dies entspricht * kritischer Frequenz *. Ich habe versucht, die Lücke mit meiner Antwort ein wenig zu schließen.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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