Rádióhullámok terjedése

A rádióhullámok terjedése a rádióhullámok egyik tulajdonsága. Mivel ezek az elektromágneses hullámok egyik fajtája, befolyásolva vannak a visszaverődés, refrakció, diffrakció, abszorpció, polarizáció és szórás jelenségek által.^[1]

A rádióhullámok terjedését a troposzférában levő vízgőz, illetve a Föld atmoszférájának ionizációja befolyásolja. Ugyancsak, a hullámok terjedését az adó és a vevő közötti útvonal számos tényezője befolyásolhatja. Ez az útvonal lehet közvetett (látóvonal) vagy közvetlen (megtörés a ionoszférában). A ionoszféra, mely a föld felszínétől 60-600 km távolságban van, nagyban befolyásolja a rádióhullám terjedését.^[2] A befolyásoló tényezők közé tartózik a sporadik-E, napfoltok (fler), geomágneses viharok, a ionoszféra rétegeinek eldőlése és a napkitörések.

Mivel a rádióhullámok terjedése nem teljesen kiszámítható, a katasztrófa jeladók, a hosszú távú repülő kommunikáció (óceán fölött haladó repülők), televízió/rádió és sok más fontos szolgáltatás áttért a műholdon keresztül történő kommunikációra, mivel az hosszú távon látóvonal terjedés segítségével működik.

Rádióhullámok vákuumban való terjedése

Vákuumban, minden elektromágneses hullám (rádió, fény, röntgen, stb.) betartja az inverz négyzetes törvényt, mely kimondja, hogy az elektromágneses hullám energiasűrűsége arányos a adótól való távolság négyzetének a inverzével.^[3]
${\displaystyle \rho _{0}\sim {\frac {1}{r^{2}}}}$
Megkétszerezve a távolságot az adó és a vevő között, a rádióhullám erőssége negyedére csökken.

Terjedési módok

Felületi hullám

Az alacsony frekvenciájú hullámok (30 – 3000 kHz) tulajdonsága az, hogy a hullámok két dielektrikum határfelületén haladnak és ezért követik a Föld felszínét. Mivel a föld nem tökéletes vezető, a hullám csillapítása nagy.

A csillapítás függ:

• a hullám frekvenciájától
• a talaj elektromos vezetőképességétől σ
• a talaj dielektromos állandójától ε

A gyakorlatbn 2MHz alatt lehet használni ezt a terjedést rádió-összeköttetések létesítésére. 300kHz alatt akár több száz km is áthidalható. 10kHz alatti frekvenciákon különösen nagy távolságú összeköttetések hozhatók létre, ugyanis ebben a tartományban mind az ionoszféra, mind a talaj jól vezet, viszont gyakorlati haszna nincs, mivel nagyon kis sávszélesség vihető át, és hatalmas méretű antennákra lenne szükség.

Direkt hullám

A hullám két egymástól rádióoptikai távolságra levő pont közötti közvetlen egyenes mentén terjed. Ez tipikusan a 30 MHz feletti frekvenciájú hullámok terjedési módja. A direkt hullámok terjedését a tereptárgyak kisebb-nagyobb mértékben befolyásolják.

• Minél kisebb a hullámhossz, annál kevésbé képes átjutni az épületek falain. GHz-es tartományban már a fák is jelentős csillapítást okoznak.
• Minél nagyobb a hullámhossz, az antenna talppontját annál magasabbra kell telepíteni. λ/2 magasság alatt a vertikális iránykarakterisztikát a talajreflexió már jelentősen deformálja, az antenna fő sugárzási irányát vertikálisan felfelé tolja, így a felszín felé sugárzott jel erőssége csökken. Belátható, hogy 30MHz alatti direkt sugárzáshoz már egy tetőantenna is a magasság alsó határán van. 27MHz-en, ahol a CB rádiósok forgalmaznak, a háztetőn, vagy egy kamion tetején elhelyezett antennával még jól ki lehetett használni a direkt terjedést.

Ionoszférikus hullám

A hullám terjedése azon alapszik, hogy visszaverődik az ionoszféra rétegeiről. Leggyakrabban az F2 rétegen verődik vissza és ez a legalkalmasabb a hosszú távú rövid-hullámú (1–30 MHz) terjedésre. A ionoszféra rétegén visszavert hullám visszaérve a föld felszínére ez visszaverődhet és újból a ionoszférához ér). A hullám így akár megkerülheti a Földet a jelenlevő csillapítás függvényében. A ionoszféra visszaverődéséhez a hullám frekvenciája nem kell meghaladja a Maximális Használható Frekvenciát (MUF).

${\displaystyle MUF={\frac {kritikusfrekvencia}{cos(\theta )}}}$,

ahol a kritikus frekvencia az a legnagyobb frekvencia, amit az ionoszféra visszaver és a θ hullám beesési szöge a ionoszféra rétegébe. A kritikus frekvenciát a napfoltok illetve a napkitörések befolyásolják.

A napfoltok 11.3 éves ciklusa leginkább a 12-30MHz-es frekvenciatartományban bírnak befolyásolással a terjedésre. Ebben a tartományban napfoltmentes időszakban nincs használható ionoszférikus terjedés. Ez 3-4 éves időszak, ilyenkor távolsági összeköttetések ezeken a sávokon nem hozhatók létre.

Az ionoszférára a napkitörések drasztikus hatást gyakorolnak. A rádióhullámok terjedésére a következő hatást gyakorolják:

1. Amikor a kidobódott anyag eléri a Földet, az ionoszférikus terjedés teljesen megszűnik. Ez az elhalkulás kihathat a teljes rövidhullámú sávra, akár 1-2 napig, a kidobódás mértékétől függően.
2. Ezután nagyon erős ionoszférikus terjedések következnek, több napig, a kidobódás mértékétől függően. Ez a felerősödés kihathat akár az URH tartományra is. Ilyenkor URH-n is létesíthetőek több ezer km-es összeköttetések, igaz, csak rövid ideig, instabil térerősséggel, és véletlenszerű irányokba.
3. Pár nap, maximum 1 hét alatt visszaállnak az időszakra jellemző terjedési viszonyok.

Meteor visszaverődés

A meteorok (hullócsillagok) nagyon nagy sebessége miatt ezek egy nagyon ionizált levegőréteget hagynak nyomukban, mely nagyon rövid illetve rövid (ms – s) hosszúságú visszaverődést okoz. Ez akár 400 MHz-es rádiójelek visszaverődését okozhatja maximum 2100-2200 km-es távolságba.

Sarki fényen való visszaverődés

A sarki fény (aurora borealis) tulajdonképpen ionizált levegő az északi illetve déli sarok körül. Az ionizált levegő visszaveri a különböző frekvenciájú hullámokat, mely elérheti akár az 1 GHz-es frekvenciát is.

Sporadik-E

A sporadik-E egy különleges és ritka ionizáció az ionoszférában, melynek okát nem ismerik. Ilyenkor a MUF elérheti a 250 MHz frekvenciát is. Ez előfordulhat bármikor, de általában a nyári időszakban jön létre.

Troposzférikus hullám

Egyik típusában a hullám a troposzféra sűrűségében levő kicsi változásokon szóródik szét, így kapcsolatot létesítve két, nem rádióoptikai távolságban levő pont közötti kapcsolatot. Másik típusa az, hogy a hullám elgörbül, mikor a ionoszférában levő magasabb hőmérsékletű szinthez jut (inverzió). Ilyenkor tengerszinthez mért alacsonyabb magasságon hidegebb van, mint egy nagyobb magasságnál.

A terjedés mérése

A rádióhullámok terjedése szimulálható különböző terjedési modelleket használva. Így lett meg az Amerika Hangja programja (VOACAP – Voice of America Coverage Analysis Program).

A különböző amatőr rádió jeladók automatikus vétele segítségével valós időben lehet feltérképezni a pillanatnyi rádióhullámok terjedését. Mivel egyelőre relatív kevés automatikus vevő található, ezért ez még nem teljesen pontos.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Radio_propagation című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Jegyzetek

1. Demetrius T Paris és F. Kenneth Hurd, Basic Electromagnetic Theory, McGraw Hill, New York 1969 ISBN 0-07-048470-8, 8. fejezet
2. Radiowave propagation, M.Hall és L.Barclay, 2. oldal, Peter Peregrinus Ltd., (1989), ISBN 0-86341-156-8
3. Westman Reference adat 26-19 oldal