Frage:
Eingehender Winkel des von der Ionosphäre reflektierten Funksignals
BillDOe
2016-02-04 12:45:54 UTC
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Ich bin ungefähr 870 Meilen und 16 Grad westlich von WWVB in Ft. Collins, CO. WWVB sendet mit einer Frequenz von 60 kHz. In dieser Entfernung sollte das Signal von der Ionosphäre reflektiert werden. Wenn ich davon ausgehe, dass die Ionosphärenschicht, von der ich den Abpraller bekomme, zweiundsechzig Meilen hoch ist und es sich um eine gerade Linie zwischen hier und WWVB handelt, mit Tangent = Opposite ÷ Adjacent (T = 62 ÷ 435), erhalte ich einen Einfallswinkel von 8,1 °. Da ich 16 ° entfernt bin, bin ich 8 ° vom Mittelpunkt zwischen hier und WWVB weg geneigt, was mir einen Eingangswinkel von nur 0,1 ° gibt. Dies scheint nicht intuitiv zu sein.

Der Grund, warum ich dies frage, ist, dass ich auf meiner Küchentheke eine sogenannte Atomuhr habe, die kein Signal empfängt, es sei denn, ich bewege sie von der festen Terrassenabdeckung neben der Küche weg. Da sich das Signal jedoch in einem so niedrigen Winkel befindet, sollte die Terrassenabdeckung keine Rolle spielen. Ich muss es nur ein paar Meter bewegen, damit es ein Signal erhält.

Ist meine Mathematik also richtig oder fehlt mir etwas?

Bearbeiten: b> I. Ich bin mir nicht sicher, woher ich die 62-Meilen-Zahl habe, aber ein Wikipedia-Artikel, den ich gefunden habe, und ein PDF geben an, dass die Höhe der F-Schicht bei 93 Meilen beginnt. Wenn diese Zahl in die Formel eingesteckt ist, erhalte ich einen Einfallswinkel von etwas mehr als 4 °, was wahrscheinlich gerade ausreicht (kann nicht genau gemessen werden), damit die Terrassenabdeckung ins Spiel kommt.

Ich könnte durch ein nahe gelegenes Gerät gestört werden. Es gibt auch dieses Ding, das Fresnel-Zone genannt wird. Ich bin mir nicht sicher, wie sehr dies für sehr niedrige Frequenzen gilt.
@captcha, Wenn ich die Uhr nur sechs Zoll nach links bewege, erhält sie ein Signal. Ich denke, das reicht gerade für die Sichtlinie von der Uhr zur Ionosphäre, um die Aluminium-Terrassenabdeckung freizulegen. (Hmmm ... das ist noch sechs Zoll von der Basisstation unseres Telefons entfernt, obwohl das 2-GHz-Band verwendet wird.)
Es kann sich durchaus um Störungen durch das Netzteil Ihres Telefon-Basisstations-Wandwarzenschalters handeln. Sie schalten mit Frequenzen zwischen 50 kHz und 1 MHz und können sehr (rf) laut sein.
Die Wandwarze ist ziemlich weit vom Telefon entfernt. Wenn Sie die Uhr bewegen, wird sie tatsächlich viel näher (oder weiter) von der Wandwarze entfernt. Ich denke wirklich, das Problem war (ist), dass die Terrassenabdeckung die Sichtlinie blockiert.
cool. Sieht so aus, als hätten Sie das Problem gefunden! :-)
@BillOer: Für die Ausbreitung niedriger Frequenzen (60 kHz) durch Refektion / Brechung in der Ionosphäre ist nicht so wichtig wie bei SW. LF-Primariliy breitet sich als Bodenwelle aus: Die Wellen "biegen" sich nur um die Erdoberfläche. Das heißt, hier macht es wenig Sinn, über Reflexions- / Brechungswinkel nachzudenken. Wie aus Captcha hervorgeht, ist es wahrscheinlicher, dass Ihre Probleme durch sehr nahe (<3 m) Quellen verursacht werden.
@Curd, Die WWVB-Propagierungskarten finden Sie unter: http: //tf.nist.gov/stations/wwvbcoverage.htm. Angesichts der unterschiedlichen Abdeckungsbereiche im Vergleich zur Tageszeit scheint es, dass ein Teil des WWVB-Signals von der Ionosphäre reflektiert wird. Die Karten zeigen mein Gebiet als 24 Stunden am Tag abgedeckt, aber es war noch nie möglich, eine sogenannte Atomuhr zu erhalten, die tagsüber aktualisiert werden konnte.
Zwei antworten:
Hamsterdave
2016-02-15 21:36:23 UTC
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Die Berechnung des Winkels eines eingehenden Signals, das über Skywave übertragen wird, ist bei weitem nicht so einfach, wie Sie vielleicht annehmen, und es gibt zwei Hauptgründe.

Die Ionosphäre ist sehr variabel und existiert auch nicht als einzelne undurchlässige Schicht, sondern eine mehrere hundert Kilometer dicke diffuse Region. Zu jedem Zeitpunkt scheinen zwei Signale mit signifikant unterschiedlicher Frequenz wahrscheinlich aus zwei sehr unterschiedlichen Höhen zu "springen", abhängig von den ionosphärischen Bedingungen, den Eigenschaften der Senderantenne und der Frequenz der Wellen. Die Höhe, in der das Signal zu reflektieren scheint, wird als "virtuelle Höhe" bezeichnet.

In Wirklichkeit wird das Signal über eine relativ große physikalische Distanz gebrochen und biegt sich allmählich in Richtung Erde zurück, wenn es sich durch die Ionosphäre bewegt. Die Entfernung, über die die Brechung stattfindet, hängt hauptsächlich von der Frequenz ab, wobei eine höhere Frequenz einen längeren Weg erfordert. Dies bedeutet, dass wenn Sie einen 10-MHz- und einen 20-MHz-Sender mit identischen Antennen haben, das 20-MHz-Signal einen längeren Single-Hop-Bereich hat, solange die maximal nutzbare Frequenz an dem Punkt, an dem Ihr Signal auf die Ionosphäre trifft, größer als 20 MHz ist.

Die Dinge werden durch die sehr variable Natur der Ionosphäre noch komplizierter. Abhängig von der Tageszeit, den Sonnenbedingungen und dem Zustand des Erdmagnetfelds können die verschiedenen Schichten der Ionosphäre nicht nur die Höhe innerhalb eines einzigen Tages um mehr als 50% ändern, sondern auch Sie können sogar mit anderen Ebenen verschmelzen oder fast vollständig verschwinden. Die F1- und F2-Schichten verschmelzen während der lokalen Nacht zu einer einzigen Schicht, und die D- und E-Schichten sind beispielsweise dramatisch schwächer oder fehlen fast. Die F1-Schicht könnte heute um 10 Uhr bei 150 km beginnen, aber morgen um 10 Uhr irgendwo über 200 km.

Die genaue Reichweite eines einzelnen Hops hängt auch vom Startwinkel der Sendestation ab, da eine Welle mit einer Frequenz von beispielsweise 5 MHz wahrscheinlich zur Erde zurückkehren wird, selbst wenn sie fast gerade nach oben abgestrahlt wird, genau wie wenn es wurde bei 4 Grad über dem Horizont abgestrahlt. Wellen können auch mehrere Fahrten zwischen der Oberfläche und der Ionensphäre durchführen, und es gibt Zeiten, in denen zwei kurze Sprünge zu einem guten Empfang führen können, während ein einzelner längerer Sprung dies möglicherweise nicht tut.

In Ihrem Fall befinden Sie sich gut im Inneren Reichweite der Bodenwellenausbreitung (fast der gesamte Kontinent der USA ist für mindestens einen Teil des Tages). Bei 60 kHz und satten 70 kW ERP beträgt die nächtliche Grundwellenreichweite> 1.000 Meilen.

Die Ausbreitung von Skywave auf VLF ist heikel. Die Ionosphäre und die Erdoberfläche können einen Wellenleiter bilden, entlang dessen sich ein VLF-Signal recht gut ausbreitet. Dies kann jedoch je nach Tageszeit und ionosphärischen Bedingungen variieren, da manchmal die Höhe der Schichten für eine bestimmte Frequenz nicht optimal ist / p>

Wenn dies tatsächlich ein Fall von Skywave-Schatten von einer Veranda-Markise oder einem anderen Objekt in Ihrem Haus wäre, würde die Größe des Schattens von der elektrischen Größe des Objekts abhängen, das ihn für die Welle erzeugt dass es blockiert. Im Fall einer 60-kHz-Welle müsste ein Objekt absolut enorm sein, um eine nennenswerte Dämpfung zu erzeugen, da die Wellenlänge fast genau 3 Meilen lang ist. Dies bedeutet, dass für eine signifikante Abschattung möglicherweise ein Objekt mehrere hundert Fuß entlang mindestens einer Achse erforderlich ist.

Im Vergleich dazu beträgt das untere Ende der AM-Übertragung bei 500 kHz etwa 1 Meile und das FM-Radio bei 100 MHz nur 3 Meter.

Wenn Sie das Objekt nur ein oder zwei Fuß bewegen und eine deutliche Verbesserung feststellen, wie Sie in den obigen Kommentaren beschrieben haben, wird das Abschatten von Himmelswellen auf dieser Frequenz so gut wie ausgeschlossen. Es ist weitaus wahrscheinlicher, dass Sie ein Problem mit lokal abgestrahlten oder gekoppelten Interferenzen haben, das Ihren WWVB-Empfänger taub macht.

Tolle Erklärung. Es ist schon eine Weile her, dass ich die Avionikschule abgeschlossen habe, und ich erinnere mich, dass wir über die Ionosphäre gesprochen haben, aber nicht auf viele Details eingegangen sind.
BillDOe
2016-02-11 06:34:02 UTC
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Ich wollte nur eine Antwort posten, damit diese Frage nicht in einem unbeantworteten Suchergebnis angezeigt wird.

Ich habe bei meiner Berechnung die falschen Zahlen verwendet. Die Höhe der ersten F-Schicht beträgt laut einem Wikipedia-Artikel hier 150 km. Die Verwendung der richtigen Zahl ergibt einen Eingangswinkel von 12 ° für eine flache Ebene. Wenn ich den halben Winkel zwischen hier und WWVB subtrahiere (16 ° insgesamt, 8 ° halb), erhalte ich einen Eingangswinkel von 4 °.



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