Radioformidling - Radio propagation

Del av en serie om
Antenner
Vanlige typer Dipol Fraktal Løkke Monopol Parabolantenne Fjernsyn Piske
Komponenter Balun Blokker upconverter Koaksialkabel Counterpoise (bakkesystem) Mate Matelinje Nedkonverter med lav støy Passiv radiator Mottaker Rotator Stubbe Sender Tuner Twin-bly
Systemer Antennegård Amatørradio Mobilnettverk Hotspot Kommunalt trådløst nettverk Radio Radiomaster og tårn Wi-Fi Trådløst
Sikkerhet og forskrifter Trådløs enhetstråling og helse Trådløse elektroniske enheter og helse International Telecommunication Union ( radioforskrift ) Verdens radiokommunikasjonskonferanse
Strålingskilder / regioner Kjedelig Fokal sky Bakken fly Hovedlob Nær og fjernt felt Sidelapp Vertikalt plan
Kjennetegn Array gevinst Direktivitet Effektivitet Elektrisk lengde Tilsvarende radius Faktor Friis overføringsligning Gevinst Høyde Strålingsmønster Strålingsmotstand Radioformidling Radiospekter Signal til støyforhold Rasende utslipp
Teknikker Bjelkestyring Bjelkehelling Stråleforming Liten celle Bell Laboratories Layered Space-Time (BLAST) Massive Multiple-input multiple-output (MIMO) Rekonfigurering Spredt spekter Wideband Space Division Multiple Access (WSDMA)
v t e

Radiospredning er oppførselen til radiobølger når de beveger seg, eller forplanter seg , fra ett punkt til et annet, eller inn i forskjellige deler av atmosfæren . Som en form for elektromagnetisk stråling , som lysbølger, påvirkes radiobølger av fenomenene refleksjon , brytning , diffraksjon , absorpsjon , polarisering og spredning . Å forstå virkningene av varierende forhold på radioforplantnings har mange praktiske anvendelser, fra velger frekvenser for amatørradio kommunikasjon, internasjonale kortbølge kringkastere , for å utforme pålitelige mobiltelefonsystemer, for radionavigering , til drift av radarsystemer.

Flere forskjellige former for forplantning brukes i praktiske radiooverføringssystemer. Med siktlinjeforplantning menes radiobølger som beveger seg i en rett linje fra sendeantennen til mottaksantennen. Siktlinjeoverføring brukes til mellomdistanse radiooverføring, for eksempel mobiltelefoner , trådløse telefoner , walkie-talkies , trådløse nettverk , FM-radio , fjernsynssendinger , radar og satellittkommunikasjon (for eksempel satellitt-TV ). Siktlinjeoverføring på jordens overflate er begrenset til avstanden til den visuelle horisonten, som avhenger av høyden på sende- og mottaksantenner. Det er den eneste formeringsmetoden som er mulig ved mikrobølgefrekvenser og over.

Ved lavere frekvenser i MF , LF , og VLF- band, diffraksjon tillater radiobølger til å bøyes over åsene og andre hindringer, og for utover horisonten, følger konturen av jorden. Disse kalles overflatebølger eller jordbølgeforplantning . AM -kringkasting og amatørradiostasjoner bruker bakkebølger for å dekke sine lytteområder. Etter hvert som frekvensen blir lavere, reduseres dempningen med avstand, så grunnbølger med svært lav frekvens (VLF) og ekstremt lav frekvens (ELF) kan brukes til å kommunisere over hele verden. VLF- og ELF -bølger kan trenge gjennom betydelige avstander gjennom vann og jord, og disse frekvensene brukes til gruvekommunikasjon og militær kommunikasjon med nedsenkede ubåter .

Ved mellom- og kortbølgefrekvenser ( MF- og HF -bånd) kan radiobølger brytes fra ionosfæren . Dette betyr at mellomstore og korte radiobølger som sendes i en vinkel inn i himmelen, kan brytes tilbake til jorden på store avstander utenfor horisonten - til og med transkontinentale avstander. Dette kalles ionosfærebølge forplantning . Den brukes av amatørradiooperatører til å kommunisere med operatører i fjerne land, og av kortbølget kringkastingsstasjoner for å sende internasjonalt.

I tillegg er det flere mindre vanlige radiospredningsmekanismer, for eksempel troposfærisk spredning (troposkjæring), troposfærisk kanalisering (kanalisering) ved VHF -frekvenser og nær vertikal forekomst skywave (NVIS) som brukes når HF -kommunikasjon er ønsket innen noen få hundre miles.

Frekvensavhengighet

Ved forskjellige frekvenser reiser radiobølger gjennom atmosfæren med forskjellige mekanismer eller moduser:

Radiofrekvenser og deres primære formering

Bånd		Frekvens	Bølgelengde	Formering via
ALV	Ekstremt lav frekvens	3–30 Hz	100 000–10 000 km	Guidet mellom jorden og D -laget i ionosfæren.
SLF	Super lav frekvens	30–300 Hz	10 000–1 000 km	Guidet mellom jorden og ionosfæren .
ULF	Ultra lav frekvens	0,3–3 kHz (300–3 000 Hz)	1.000–100 km	Guidet mellom jorden og ionosfæren .
VLF	Veldig lav frekvens	3–30 kHz (3000–30 000 Hz)	100–10 km	Guidet mellom jorden og ionosfæren .
LF	Lav frekvens	30–300 kHz (30 000–300 000 Hz)	10–1 km	Guidet mellom jorden og ionosfæren. Jordbølger .
MF	Middels frekvens	300–3000 kHz (300 000–3 000 000 Hz)	1000–100 m	Jordbølger . E, F lag ionosfærisk brytning om natten, når D -lagabsorpsjon svekkes.
HF	Høy frekvens ( kort bølge )	3–30 MHz (3 000 000–30 000 000 Hz)	100–10 m	E -lag ionosfærisk brytning. F1, F2 lag ionosfærisk brytning.
VHF	Veldig høy frekvens	30–300 MHz (30     000 000– 300 000 000 Hz)	10–1 m	Utbredelse av synsfelt . Sjeldent E ionosfærisk (E s ) brytning . Uvanlig F2 -lag ionosfærisk brytning under høy solflekkaktivitet opp til 50 MHz og sjelden til 80 MHz. Noen ganger kan troposfæriske kanaler eller meteor spre
UHF	Ultra høy frekvens	300–3000 MHz (300     000 000– 3 000 000 000 Hz)	100–10 cm	Utbredelse av synsfelt . Noen ganger troposfærisk kanalisering .
SHF	Super høy frekvens	3–30 GHz (3     000 000 000– 30 000 000 000 Hz)	10–1 cm	Utbredelse av synsfelt . Noen ganger spreder det regn .
EHF	Ekstremt høy frekvens	30–300 GHz (30     000 000 000– 300 000 000 000 Hz)	10–1 mm	Sikringsformidling , begrenset av atmosfærisk absorpsjon til noen få kilometer
THF	Utrolig høy frekvens	0,3–3 THz (300 000     000 000– 3 000 000 000 000 Hz)	1–0,1 mm	Sikringsformidling , begrenset av atmosfærisk absorpsjon til noen få meter.

Utbredelse av ledig plass

I fritt rom , alle elektromagnetiske bølger (radio, lys, røntgenstråler, etc.) adlyder den inverse kvadrat-lov , som sier at den effekttetthet av en elektromagnetisk bølge er proporsjonal med den inverse verdi av kvadratet av avstanden fra en punktkilde eller: ${\ displaystyle \ rho \,}$${\ displaystyle r \,}$

${\ displaystyle \ rho \ propto {\ frac {1} {r^{2}}} ~.}$

Ved typiske kommunikasjonsavstander fra en sender kan sendeantennen vanligvis tilnærmes av en punktkilde. Å doble avstanden til en mottaker fra en sender betyr at effekttettheten til den utstrålte bølgen på det nye stedet reduseres til en fjerdedel av den tidligere verdien.

Effektdensiteten per overflatenhet er proporsjonal med produktet av de elektriske og magnetiske feltstyrkene. Således reduserer fordobling av forplantningsbaneavstanden fra senderen hver av disse mottatte feltstyrker over en friplassbane med halvparten.

Radiobølger i vakuum reiser med lysets hastighet . Jordens atmosfære er tynn nok til at radiobølger i atmosfæren beveger seg nær lysets hastighet, men variasjoner i tetthet og temperatur kan forårsake en liten brytning (bøyning) av bølger over avstander.

Direkte modus (synsfelt)

Siktlinje refererer til radiobølger som beveger seg direkte i en linje fra sendeantennen til mottaksantennen. Det krever ikke nødvendigvis en ryddet siktsti; ved lavere frekvenser kan radiobølger passere gjennom bygninger, løvverk og andre hindringer. Dette er den vanligste formeringsmodusen ved VHF og nyere, og den eneste mulige modusen ved mikrobølgefrekvenser og over. På jordens overflate er siktforplantningen begrenset av den visuelle horisonten til omtrent 64 kilometer. Dette er metoden som brukes av mobiltelefoner , trådløse telefoner , walkie-talkies , trådløse nettverk , punkt-til-punkt- mikrobølgeradio-reléforbindelser , FM- og fjernsynssendinger og radar . Satellittkommunikasjon bruker lengre siktlinjer; for eksempel mottar parabolantenner hjemme signaler fra kommunikasjonssatellitter 35 000 km over jorden, og bakkestasjoner kan kommunisere med romfartøyer milliarder miles fra jorden.

Grunnplanet refleksjonseffekter er en viktig faktor i VHF line-of-sight forplantning. Forstyrrelsen mellom den direkte strålens siktlinje og den reflekterte strålen fra bakken fører ofte til en effektiv invers-fjerde-effekt ( 1 / distanse ⁴ ) lov for begrenset stråling fra grunnplan.

Overflatemodi (grunnbølge)

Lavere frekvens (mellom 30 og 3000 kHz) vertikalt polariserte radiobølger kan bevege seg som overflatebølger som følger jordens kontur; dette kalles jordbølgeforplantning.

I denne modusen formerer radiobølgen seg ved å samhandle med jordens ledende overflate. Bølgen "klamrer" seg til overflaten og følger dermed jordens krumning, slik at bakkebølger kan bevege seg over fjell og utover horisonten. Jordbølger forplanter seg i vertikal polarisering, så vertikale antenner ( monopoler ) kreves. Siden bakken ikke er en perfekt elektrisk leder, dempes bakkebølger når de følger jordens overflate. Demping er proporsjonal med frekvens, så bakkebølger er hovedformen for forplantning ved lavere frekvenser, i MF , LF og VLF bånd. Jordbølger brukes av radiosendingsstasjoner i MF- og LF -båndet, og for tidssignaler og radionavigasjonssystemer .

Ved enda lavere frekvenser, i VLF til ELF- båndene, tillater en jord-ionosfære bølgeledermekanisme enda lengre rekkevidde. Disse frekvensene brukes til sikker militær kommunikasjon . De kan også trenge ned til en betydelig dybde i sjøvann, og brukes derfor til enveis militær kommunikasjon til nedsenkede ubåter.

Tidlig langdistanse radiokommunikasjon ( trådløs telegrafi ) før midten av 1920-årene brukte lave frekvenser i langbølgebåndene og stolte utelukkende på bakkebølgeutbredelse. Frekvenser over 3 MHz ble sett på som ubrukelige og ble gitt til amatører ( radioamatører ). Oppdagelsen rundt 1920 av ionosfærisk refleksjon eller skywave- mekanisme gjorde mellombølgen og kortbølgefrekvensen nyttig for langdistanse kommunikasjon, og de ble tildelt kommersielle og militære brukere.

Ikke-synsfelt-modus

Ionosfæriske moduser (skywave)

Skywave -forplantning , også referert til som skip , er en av modusene som er avhengige av refleksjon og brytning av radiobølger fra ionosfæren . Ionosfæren er et område i atmosfæren fra omtrent 60 til 500 km (37 til 311 mi) som inneholder lag med ladede partikler ( ioner ) som kan bryte en radiobølge tilbake mot jorden. En radiobølge rettet i en vinkel inn i himmelen kan reflekteres tilbake til jorden utover horisonten av disse lagene, noe som tillater langdistanse radiooverføring. Det F2 lag er det viktigste ionosfæriske lag for langdistanse, multippel-hop HF forplantning, skjønt F1, E, og D-lagene også spille viktige roller. D-laget, når det er tilstede i sollysperioder, forårsaker betydelig signaltap, det samme gjør E-laget hvis maksimal brukbare frekvens kan stige til 4 MHz og over og dermed blokkere høyere frekvenssignaler fra å nå F2-laget. Lagene, eller mer passende "regioner", påvirkes direkte av solen på en daglig døgnsyklus , en sesongsyklus og den 11-årige solflekk-syklusen og bestemmer bruken av disse modusene. Under solmaksima, eller solflekkhøyder og -topper, kan hele HF -området opptil 30 MHz vanligvis brukes døgnet rundt, og F2 -forplantning opp til 50 MHz observeres ofte avhengig av daglige solstrømverdier . Under solar minima , eller minimum solflekk teller ned til null, er utbredelse av frekvenser over 15 MHz vanligvis utilgjengelig.

Selv om påstanden ofte gjøres at toveis HF-forplantning langs en gitt bane er gjensidig, det vil si at hvis signalet fra sted A når sted B med en god styrke, vil signalet fra sted B være likt på stasjon A fordi det samme banen krysses i begge retninger. Imidlertid er ionosfæren altfor kompleks og endrer seg stadig for å støtte gjensidighetsteoremet. Stien er aldri helt den samme i begge retninger. Kort oppsummert forårsaker forholdene ved de to endepunktene på en bane generelt forskjellige polarisasjonsskift, derav ulike ulikheter i vanlige stråler og ekstraordinære stråler ( Pedersen-stråler ) som har forskjellige formeringsegenskaper på grunn av forskjeller i ioniseringstetthet, skiftende zenitvinkler, effekter av jordens magnetiske dipolkonturer, antennestrålingsmønstre, grunnforhold og andre variabler.

Varsling av SkyWave modusene er av stor interesse for amatør radio operatører og kommersielle marine og fly kommunikasjon, og også til kortbølge kringkastere. Forplantning i sanntid kan vurderes ved å lytte etter overføringer fra spesifikke fyrtårnssendere .

Meteorspredning

Meteorspredning er avhengig av reflekterende radiobølger fra de intenst ioniserte luftsøylene som genereres av meteorer . Selv om denne modusen er veldig kort, ofte bare fra en brøkdel av sekund til par sekunder per hendelse, lar digital Meteor burst -kommunikasjon eksterne stasjoner kommunisere til en stasjon som kan være hundrevis av miles opp til over 1.600 km unna , uten utgiften som kreves for en satellittforbindelse. Denne modusen er mest generelt nyttig på VHF -frekvenser mellom 30 og 250 MHz.

Auroral backscatter

Intense søyler med Auroral ionisering i 100 km (60 mil) høyder innenfor de aurorale ovale tilbakespredende radiobølgene, inkludert de på HF og VHF. Tilbakestråling er vinkelsensitiv-innfallende stråle mot magnetfeltlinje i kolonnen må være veldig nær rettvinklet. Tilfeldige bevegelser av elektroner som spiraler rundt feltlinjene skaper en Doppler-spredning som utvider utslippsspektrene til mer eller mindre støylignende-avhengig av hvor høy radiofrekvens som brukes. Radio-auroraene observeres hovedsakelig på høye breddegrader og strekker seg sjelden ned til midtre breddegrader. Forekomsten av radio-auroras avhenger av solaktivitet ( bluss , koronale hull , CME-er ) og årlig er hendelsene flere i løpet av maksimal solsyklus. Radio-aurora inkluderer den såkalte ettermiddagsradio-auroraen som produserer sterkere, men mer forvrengte signaler, og etter Harang-minima kommer radio-auroraen om natten (sub-storming-fase) tilbake med variabel signalstyrke og mindre doppler-spredning. Utbredelsesområdet for denne overveiende back-scatter-modusen strekker seg opp til omtrent 2000 km (1250 miles) i øst-vest-flyet, men sterkeste signaler observeres hyppigst fra nord på steder i nærheten på samme breddegrader.

Sjelden blir en sterk radio-aurora fulgt av Auroral-E, som på noen måter ligner begge formeringstypene.

Sporadisk-E forplantning

Sporadisk E (Es) forplantning forekommer på HF- og VHF -bånd. Det må ikke forveksles med vanlig HF E-lag forplantning. Sporadic-E på midten av breddegrader forekommer hovedsakelig i sommersesongen, fra mai til august på den nordlige halvkule og fra november til februar på den sørlige halvkule. Det er ingen enkelt årsak til denne mystiske forplantningsmåten. Refleksjonen finner sted i et tynt ioniseringsark rundt 90 km (55 miles) høyde. Ioniseringslappene driver vestover med en hastighet på noen hundre kilometer i timen. Det er en svak periodisitet notert i løpet av sesongen, og Es blir vanligvis observert 1 til 3 påfølgende dager og forblir fraværende i noen dager for å komme igjen. Es forekommer ikke i små timer; hendelsene begynner vanligvis ved daggry, og det er en topp på ettermiddagen og en andre topp om kvelden. Es -forplantning er vanligvis borte ved lokal midnatt.

Observasjon av radiospredningssignaler som opererer rundt 28,2 MHz, 50 MHz og 70 MHz, indikerer at maksimal observert frekvens (MOF) for Es er funnet å lure rundt 30 MHz de fleste dager i sommersesongen, men noen ganger kan MOF skyte opptil 100 MHz eller enda mer på ti minutter for å synke sakte i løpet av de neste timene. Toppfasen inkluderer oscillasjon av MOF med periodisitet på omtrent 5 ... 10 minutter. Utbredelsesområdet for Es single-hop er vanligvis 1000 til 2000 km (600 til 1250 miles), men med multi-hop observeres dobbelt rekkevidde. Signalene er veldig sterke, men også med langsom dyp fading.

Troposfæriske moduser

Radiobølger i VHF- og UHF -båndene kan bevege seg noe utover den visuelle horisonten på grunn av brytning i troposfæren , det nederste laget av atmosfæren under 20 km (12 miles). Dette skyldes endringer i brytningsindeksen for luft med temperatur og trykk. Troposfærisk forsinkelse er en feilkilde i radioavstandsteknikker, for eksempel Global Positioning System (GPS). I tillegg kan uvanlige forhold noen ganger tillate forplantning på større avstander:

Troposfærisk kanalisering

Plutselige endringer i atmosfærens vertikale fuktighetsinnhold og temperaturprofiler kan ved tilfeldige anledninger få UHF- , VHF- og mikrobølgesignaler til å spre seg hundrevis av kilometer opp til omtrent 2000 kilometer - og for kanalmodus enda lenger - utover normal radio -horisont. Det inversjonssjikt er for det meste observert over høytrykksområder, men det finnes flere i troposfæren værforhold som skaper disse tilfeldig opptredende forplantningsmodi. Inversjonslagets høyde for ikke-kanalisering finnes vanligvis mellom 100 og 1000 meter (330 og 3280 fot) og for kanalisering rundt 500 til 3000 meter (1600 til 9 800 fot), og varigheten av hendelsene er vanligvis fra flere timer opp til flere dager. Høyere frekvenser opplever den mest dramatiske økningen av signalstyrker, mens effekten på lav-VHF og HF er ubetydelig. Formering av forplantningsbanen kan være under tap av ledig plass. Noen av de mindre inversjonstypene knyttet til varm bakke og kjøligere luftfuktighet forekommer regelmessig på bestemte tider av året og tidspunktet på dagen. Et typisk eksempel kan være sensommeren, troposfæriske forbedringer tidlig på morgenen som sender inn signaler fra avstander opp til noen hundre kilometer i et par timer, til de blir opphevet av solens oppvarmingseffekt.

Troposfærisk spredning (troposcatter)

Ved VHF og høyere frekvenser kan små variasjoner (turbulens) i tettheten av atmosfæren i en høyde på rundt 9,7 km spre noen av de normalt synlige strålene til radiofrekvensenergi tilbake mot bakken. I kommunikasjonssystemer i troposfærisk spredning (troposkatter) er en kraftig stråle av mikrobølger rettet over horisonten, og en antenne med høy forsterkning over horisonten rettet mot den delen av troposfæren som strålen passerer, mottar imidlertid det lille spredte signalet. Troposcatter-systemer kan oppnå kommunikasjon over horisonten mellom stasjoner 800 kilometer fra hverandre, og militæret utviklet nettverk som White Alice Communications System som dekker hele Alaska før 1960-tallet, da kommunikasjonssatellitter stort sett erstattet dem.

Regnspredning

Regnspredning er utelukkende en mikrobølgeutbredelsesmodus og observeres best rundt 10 GHz, men strekker seg ned til noen få gigahertz - grensen er størrelsen på spredningspartikkelstørrelse vs. bølgelengde . Denne modusen sprer signaler for det meste forover og bakover når du bruker horisontal polarisering og sidespredning med vertikal polarisering . Spredning fremover gir vanligvis forplantningsområder på 800 km. Spredning fra snøfnugg og ispelleter forekommer også, men spredning fra is uten vannaktig overflate er mindre effektiv. Den vanligste applikasjonen for dette fenomenet er mikrobølgeovnsregnradar, men spredning av regn kan være en plage som forårsaker at uønskede signaler intermitterende spre seg der de ikke er forventet eller ønsket. Lignende refleksjoner kan også forekomme fra insekter, men i lavere høyder og kortere rekkevidde. Regn forårsaker også demping av punkt-til-punkt- og satellittmikrobølgeovner. Dempningsverdier på opptil 30 dB er observert på 30 GHz under kraftig tropisk regn.

Spredning av fly

Spredning av fly (eller oftest refleksjon) observeres på VHF gjennom mikrobølger og gir, i tillegg til bakspredning, øyeblikkelig forplantning opp til 500 km (300 miles) selv i fjellterreng. De vanligste back-scatter-applikasjonene er lufttrafikkradar, bistatisk fremover-spredt guidet-missil og flydetekterende trip-wire radar og den amerikanske romradaren.

Lyn spredning

Noen ganger har lynspredning blitt observert på VHF og UHF over avstander på omtrent 500 km (300 miles). Den lynende kanalen sprer radiobølger i en brøkdel av et sekund. RF -støyen fra lynet gjør den første delen av den åpne kanalen ubrukelig og ioniseringen forsvinner raskt på grunn av rekombinasjon i lav høyde og høyt atmosfæretrykk. Selv om den lynende kanalen er kort observerbar med mikrobølge radar, er det ikke funnet praktisk bruk for denne modusen i kommunikasjon.

Andre effekter

Diffraksjon

Knivkantdiffraksjon er forplantningsmodus der radiobølger bøyes rundt skarpe kanter. For eksempel brukes denne modusen til å sende radiosignaler over en fjellkjede når en siktlinje ikke er tilgjengelig. Imidlertid kan vinkelen ikke være for skarp, eller signalet vil ikke bøye seg. Diffraksjonsmodus krever økt signalstyrke, så høyere effekt eller bedre antenner vil være nødvendig enn for en tilsvarende siktlinje.

Diffraksjon avhenger av forholdet mellom bølgelengden og størrelsen på hindringen. Med andre ord størrelsen på hindringen i bølgelengder. Lavere frekvenser sprer seg lettere rundt store glatte hindringer som åser. For eksempel, i mange tilfeller der VHF (eller høyere frekvens) kommunikasjon ikke er mulig på grunn av skygging ved en ås, er det fortsatt mulig å kommunisere ved hjelp av den øvre delen av HF -båndet der overflatebølgen er til liten nytte.

Diffraksjonsfenomener ved små hindringer er også viktige ved høye frekvenser. Signaler for urban mobiltelefoni har en tendens til å bli dominert av bakkeeffekter når de reiser over hustakene i bymiljøet. De bøyer seg deretter over takkantene inn i gaten, hvor fenomener for forplantning , absorpsjon og diffraksjon av flerbaner dominerer.

Absorpsjon

Lavfrekvente radiobølger beveger seg lett gjennom murstein og stein, og VLF trenger til og med inn i sjøvann. Etter hvert som frekvensen stiger, blir absorpsjonseffekter viktigere. Ved mikrobølge eller høye frekvenser, absorpsjon av molekylære resonanser i atmosfæren (for det meste fra vann, H ₂ O og oksygen, O ₂ ) er en viktig faktor i radio forplantning. For eksempel i 58–60 GHz-båndet er det en stor absorpsjonstopp som gjør dette båndet ubrukelig for langdistansebruk. Dette fenomenet ble først oppdaget under radarforskning i andre verdenskrig . Over 400 GHz blokkerer jordens atmosfære det meste av spekteret mens den fortsatt passerer noe - opp til UV -lys, som er blokkert av ozon - men synlig lys og noe av det nær -infrarøde overføres. Kraftig regn og snø faller også inn i mikrobølgeopptaket.

Måling av HF -forplantning

HF -formeringsbetingelser kan simuleres ved hjelp av radiospredningsmodeller , for eksempel Voice of America Coverage Analysis Program , og sanntidsmålinger kan utføres ved hjelp av chirp -sendere . For radioamatører gir WSPR -modus kart med sanntids forplantningsforhold mellom et nettverk av sendere og mottakere. Selv uten spesielle fyrtårn kan forplantningsforholdene i sanntid måles: Et verdensomspennende nettverk av mottakere dekoder morse -kodesignaler på amatørradiofrekvenser i sanntid og gir sofistikerte søkefunksjoner og forplantningskart for hver mottatt stasjon.

Praktiske effekter

Den gjennomsnittlige personen kan legge merke til effekten av endringer i radiospredning på flere måter.

I AM -kringkasting driver de dramatiske ionosfæriske endringene som skjer over natten i mellombølgebåndet en unik kringkastingslisensordning i USA, med helt forskjellige sendereffektnivåer og retningsbestemte antennemønstre for å takle skybølgeutbredelse om natten. Svært få stasjoner får kjøre uten modifikasjoner i mørketiden, vanligvis bare de på klare kanaler i Nord -Amerika . Mange stasjoner har ingen autorisasjon til å kjøre i det hele tatt utenom dagslyset.

For FM-kringkasting (og de få gjenværende lavbånds- TV-stasjonene ) er været den viktigste årsaken til endringer i VHF-forplantning, sammen med noen daglige endringer når himmelen stort sett er uten skydekke . Disse endringene er mest åpenbare under temperaturinversjoner, for eksempel sent på kvelden og tidlig morgen når det er klart, slik at bakken og luften i nærheten avkjøles raskere. Dette forårsaker ikke bare dugg , frost eller tåke , men forårsaker også et lite "drag" på bunnen av radiobølgene, og bøyer signalene ned slik at de kan følge jordens krumning over den normale radiohorisonten. Resultatet er vanligvis at flere stasjoner blir hørt fra et annet mediemarked - vanligvis et naboområde, men noen ganger noen fra noen hundre kilometer unna. Isstormer er også et resultat av inversjoner, men disse forårsaker vanligvis mer spredt spredning i alle retninger, noe som hovedsakelig resulterer i forstyrrelser, ofte blant værradiostasjoner . På slutten av våren og forsommeren kan en kombinasjon av andre atmosfæriske faktorer tidvis forårsake hopper som leder signaler med høy effekt til steder godt over 1000 km unna.

Ikke-kringkastede signaler påvirkes også. Mobiltelefonsignaler er i UHF-båndet, fra 700 til over 2600 MHz, et område som gjør dem enda mer utsatt for værinduserte forplantningsendringer. I urbane (og til dels forstads ) områder med høy befolkningstetthet motvirkes dette delvis av bruk av mindre celler, som bruker lavere effektiv utstrålt effekt og strålehelling for å redusere forstyrrelser, og derfor øker frekvensgjenbruk og brukerkapasitet. Siden dette imidlertid ikke ville være veldig kostnadseffektivt i mer landlige områder, er disse cellene større og derfor mer sannsynlig å forårsake interferens over lengre avstander når forplantningsforholdene tillater det.

Selv om dette generelt er gjennomsiktig for brukeren takket være måten mobilnettverk håndterer celle-til-celle- overleveringer , kan det være uventede kostnader for internasjonal roaming til tross for at de ikke har forlatt landet i det hele tatt når det er grenseoverskridende signaler . Dette skjer ofte mellom det sørlige San Diego og det nordlige Tijuana i den vestlige enden av grensen mellom USA og Mexico , og mellom østlige Detroit og vestlige Windsor langs grensen mellom USA og Canada . Siden signaler kan bevege seg uhindret over en vannmengde som er langt større enn Detroit -elven , og kjølige vanntemperaturer også forårsaker inversjoner i overflateluften, oppstår noen ganger denne "utkanten av roaming" over de store innsjøene og mellom øyene i Karibia . Signaler kan hoppe fra Den dominikanske republikk til en fjellside i Puerto Rico og omvendt, eller mellom USA og De britiske jomfruøyene , blant andre. Selv om utilsiktet roaming over landegrensene ofte blir fjernet automatisk av mobiltelefonselskapets faktureringssystemer, er roaming mellom øyer vanligvis ikke.

Empiriske modeller

En radiospredningsmodell , også kjent som radiobølgeutbredelsesmodellen eller radiofrekvensutbredelsesmodellen , er en empirisk matematisk formulering for karakterisering av radiobølgefortplantning som en funksjon av frekvens , avstand og andre forhold. En enkelt modell er vanligvis utviklet for å forutsi oppførselen for forplantning for alle lignende lenker under lignende begrensninger. Laget med mål om å formalisere måten radiobølger forplanter seg fra ett sted til et annet, slike modeller vanligvis forutsi banen tap langs en link eller effektive dekningsområdet for en sender .

Ettersom banetapet som oppstår langs en hvilken som helst radiokobling fungerer som den dominerende faktoren for karakterisering av forplantning for koblingen, fokuserer radiospredningsmodeller vanligvis på realisering av banetapet med tilleggsoppgaven å forutsi dekningsområdet for en sender eller modellere fordelingen av signaler over forskjellige regioner

Fordi hver enkelt telekommunikasjonslenke må møte forskjellige terreng, stier, hindringer, atmosfæriske forhold og andre fenomener, er det vanskelig å formulere det eksakte tapet for alle telekommunikasjonssystemer i en enkelt matematisk ligning. Som et resultat finnes det forskjellige modeller for forskjellige typer radiokoblinger under forskjellige forhold. Modellene er avhengige av å beregne medianbanetapet for en kobling under en viss sannsynlighet for at de vurderte forholdene vil oppstå.

Radioformidlingsmodeller er empiriske, noe som betyr at de er utviklet basert på store samlinger av data samlet inn for det spesifikke scenariet. For enhver modell må innsamlingen av data være tilstrekkelig stor til å gi nok sannsynlighet (eller nok omfang) til alle slags situasjoner som kan skje i det spesifikke scenariet. Som alle empiriske modeller påpeker ikke radiospredningsmodeller den eksakte oppførselen til en lenke, men forutsier snarere den mest sannsynlige oppførselen koblingen kan utvise under de angitte forholdene.

Ulike modeller har blitt utviklet for å dekke behovene for å realisere forplantningsatferden under forskjellige forhold. Typer modeller for radioformidling inkluderer:

Modeller for demping av ledig plass

• Fritt sti-tap
• Dipolfeltstyrke i ledig plass
• Friis overføringsligning

Modeller for utendørs demping

• Terrengmodeller
  • ITU terrengmodell
  • Egli modell
  • To-stråle bakrefleksjonsmodell
• Bymodeller
  • Okumura modell
  • Hata -modell for urbane områder
  • Hata -modell for forstadsområder
  • Hata -modell for åpne områder
  • COST Hata -modell

Modeller for innendørs demping

• ITU -modell for innendørs demping
• Logg-avstand bane tap modell

Se også

Fotnoter

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker

• Solar widget Forplantningswidget basert på NOAA -data. Også tilgjengelig som WordPress -plugin.
• ARRL Formering Page Den amerikanske Radio Relæ Liga side på radio forplantning.
• HF Radio and Ionospheric Prediction Service - Australia
• NASA Space Weather Action Center
• Online formeringsverktøy, HF -soldata og HF -formeringsopplæringer
• HF ionosfærisk forplantning flere sider