Funkausbreitungs

Liane Pfeifer Dezember 24, 2016 F 16 0
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Funkausbreitung ist das Verhalten der Radiowellen, wenn sie übertragen werden, oder von einem Punkt zum anderen propagiert auf der Erde oder in verschiedenen Teilen der Atmosphäre. Als eine Form von elektromagnetischer Strahlung, wie Lichtwellen, Radiowellen werden durch die Phänomene der Reflexion, Brechung, Beugung, Absorption, Polarisation und Streuung beeinflusst.

Funkausbreitung durch die täglichen Veränderungen des Wasserdampfes in der Troposphäre und Ionisation in der oberen Atmosphäre beeinflußt, aufgrund der Sonne Das Verständnis der Auswirkungen von sich ändernden Bedingungen auf Funkausbreitung hat viele praktische Anwendungen, von der Auswahl-Frequenzen für den internationalen Kurzwellen-Rundfunksender, die Gestaltung zuverlässige Mobiltelefonsysteme, Funknavigation, zum Betrieb von Radarsystemen.

Funkausbreitung wird auch durch verschiedene andere Faktoren, die von seinem Weg von Punkt zu Punkt bestimmt betroffen. Dieser Weg kann eine direkte Sichtpfad oder ein Over-the-horizon Weg durch Brechung in der Ionosphäre unterstützt, die ein Bereich zwischen etwa 60 und 600 km ist sein. Einflussfaktoren auf ionosphärische Funksignalausbreitung können, gehören sporadischen-E, zu verbreiten-F, Sonneneruptionen, geomagnetische Stürme, ionosphärischen Schicht neigt, und Solarprotonenereignisse.

Funkwellen mit unterschiedlichen Frequenzen breiten sich in unterschiedlicher Weise. Gegen niedrige Frequenzen und sehr niedrigen Frequenzen die Wellenlänge ist sehr viel größer als der Abstand zwischen der Erdoberfläche und der Schicht D der Ionosphäre, also elektromagnetische Wellen in diesem Bereich als Wellenleiter ausbreiten. Zwar für Frequenzen unter 20 kHz, breitet sich die Welle als eine einzige Hohlleiter-Modus mit einem horizontalen Magnetfeld und vertikalen elektrischen Feldes. Die Wechselwirkung von Funkwellen mit dem ionisierten Regionen der Atmosphäre ermöglicht Funkausbreitungs komplizierter vorherzusagen und zu analysieren, als im freien Raum. Ionosphärische Funkausbreitung hat eine starke Verbindung zum Weltraumwetter. Ein plötzlicher ionosphärischen Störung oder Kurzwellen fadeout beobachtet wird, wenn die Röntgenstrahlen mit einer Sonneneruption assoziiert ionisieren das ionosphärischen D-Region. Verbesserte Ionisierung in diesem Bereich erhöht die Absorption von Funksignalen, die durch sie. Während der stärksten Sonnenröntgenleuchtkugeln, kann vollständige Absorption praktisch alle ionospherically propagiert Funksignale in der sonnenbeschienenen Hemisphäre kommen. Diese Sonneneruptionen können HF Funkausbreitung stören und beeinflussen GPS-Genauigkeit.

Da Funkausbreitung nicht vollständig vorhersagbar, Dienstleistungen wie Emergency Locator Transmitter, In-Flight-Kommunikation mit Ozean-Überquerung Flugzeuge, und einige Fernsehsendungen haben den Kommunikationssatelliten verschoben. Eine Satellitenverbindung, wenn auch teuer, kann in hohem Maße vorhersehbar und stabil Sichtlinie Berichterstattung über einem bestimmten Gebiet zu bieten.

Freiraumausbreitung

Im freien Raum, alle elektromagnetischen Wellen gehorchen dem invers-quadratischen Gesetz, das besagt, dass die Leistungsdichte einer elektromagnetischen Welle ist proportional zu dem Kehrwert des Quadrats der Entfernung von einer Punktquelle oder:

Verdoppeln der Abstand von einer Sendeeinrichtung, dass die Energiedichte des eingestrahlten Welle an die neue Position wird zu einem Viertel seines vorherigen Wertes reduziert.

Die Leistungsdichte pro Flächeneinheit ist proportional zu dem Produkt aus der elektrischen und magnetischen Feldstärken. Somit verdoppelt die Ausbreitungsweg Entfernung vom Sender reduziert jedem ihrer Empfangsfeldstärken über einen Freiraumpfad um die Hälfte.

Modes

Oberflächenmoden

Niedrigere Frequenzen haben die Eigenschaft, nach der Krümmung der Erde über Bodenwelle Ausbreitung in der Mehrzahl der Vorkommnisse.

In diesem Modus breitet sich die Funkwellen durch Zusammenwirken mit der halbleitenden Oberfläche der Erde. Die Welle "haftet" an der Oberfläche und damit der Krümmung der Erde. Die vertikale Polarisation verwendet wird, um Kurzschlüsse, das elektrische Feld durch die Leitfähigkeit des Bodens zu erleichtern. Da die Erde ist keine perfekte elektrische Leiter, sind Bodenwellen stark gedämpft, da sie die Erdoberfläche zu folgen. Dämpfung ist proportional zur Frequenz womit diese Art hauptsächlich für LF und VLF-Frequenzen.

Heute LF VLF und sind vor allem für Zeitsignale verwendet werden, und für die militärische Kommunikation, vor allem Einweg-Übertragungen an Schiffen und Unterseebooten, auch Funkamateure haben eine Allokation bei 137 kHz in einigen Teilen der Welt. Hörfunk unter Verwendung von Oberflächenwellenausbreitung verwendet den höheren Teil des NF-Bereich in Europa, Afrika und dem Mittleren Osten.

Frühe kommerzielle und professionelle Funkdiensten verlassen sich ausschließlich auf Langwelle, tiefe Frequenzen und Bodenwellenausbreitung. Um Störungen dieser Dienste, Amateur- und Experimentalsender wurden in den höheren Frequenzen beschränkt zu verhindern, fühlte sich nutzlos, da ihre Grundwellenbereich war begrenzt. Bei Feststellung der anderen Ausbreitungsmoden möglich Mittelwelle und Kurzwellenfrequenzen, wurden die Vorteile der HF für zivile und militärische Zwecke offensichtlich. Amateur Experimente wurde dann nur autorisierten Frequenzabschnitte in diesem Bereich beschränkt.

Direktklang-Modi

Line-of-sight ist die direkte Ausbreitung der Funkwellen zwischen den Antennen, die sichtbar zueinander sind. Dies ist wahrscheinlich die häufigste der Funkausbreitungsmoden bei VHF und höheren Frequenzen. Da Funksignale können durch viele nichtmetallische Gegenstände reisen, können Funk up durch Wände abgeholt werden. Dies ist immer noch line-of-sight Ausbreitung. Beispiele würden Ausbreitung zwischen einem Satelliten und einer Bodenantenne oder den Empfang von Fernsehsignalen von einem örtlichen Fernsehsender enthalten.

Grundebene Reflexionseffekte sind ein wichtiger Faktor in der VHF Sichtlinie Ausbreitung. Die Interferenz zwischen dem direkten Strahl line-of-sight und der Boden reflektierten Strahls führt oft zu einer wirksamen inverse Viertel-Potenzgesetz für die Grundebene begrenzt Strahlung.

Ionosphärische Arten

Raumwellenausbreitung, die auch als Sprung bezeichnet wird, ist eine der Betriebsarten, die auf Lichtbrechung der Funkwellen in der Ionosphäre, die aus einem oder mehreren ionisierten Schichten in der oberen Atmosphäre hergestellt wird verlassen. F2-Schicht ist die wichtigste ionosphärischen Schicht für Fern-, Multi-Hop-HF Ausbreitung, wenn F1, E und D-Schichten spielen eine wesentliche Rolle. Die D-Schicht, wenn während der Sonnenzeiten vorhanden, verursacht erhebliche Menge an Signalverlust, ebenso wie die E-Schicht, deren maximal nutzbare Frequenz kann bis 4 MHz und höher und damit steigen blockieren höheren Frequenzsignale von dem Erreichen der F2-Schicht. Die Schichten, oder besser "Regionen", werden direkt von der Sonne auf einer täglichen Tagesgang, einem saisonalen Zyklus und dem 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus beeinflusst und bestimmt die Nützlichkeit dieser Modi. Während Solar Maxima oder sunspot Höhen und Gipfeln, die gesamte HF-Reichweite von bis zu 30 MHz können in der Regel rund um die Uhr und F2 Ausbreitung bis zu 50 MHz verwendet werden beobachtet häufig, je nach Tages solaren Strahlungsflusses 10.7cm Strahlungswerte. Bei Sonnen Minima oder minimalen Flecken auf Null herunterzählt, Vermehrung von Frequenzen oberhalb 15 MHz ist in der Regel nicht zur Verfügung.

Obwohl der Anspruch wird häufig gemacht, dass Zwei-Wege-HF Ausbreitung entlang einer vorgegebenen Bahn ist gegenseitig, das heißt, wenn das Signal vom Standort A Standort B zu einem guten Festigkeit erreicht hat, wird das Signal vom Standort B wird ähnlich wie bei der Station A, weil die gleichen Pfad in beiden Richtungen durchlaufen wird. Jedoch ist die Ionosphäre zu komplex und sich ständig ändernden, das Reziprozitätsgesetz zu unterstützen. Der Pfad ist niemals exakt gleich in beiden Richtungen. Kurz gesagt, die Bedingungen an den beiden Termini eines Pfades verursachen in der Regel unterschiedliche Polarisationsverschiebungen, unähnlich teilt sich in ordentliche Strahlen und außerordentliche oder Pedersen Strahlen, die aufgrund von Variationen in Ionisationsdichte unberechenbar und unglaublich identisch oder ähnlich sind, verlagert Zenitwinkel, Auswirkungen von der Erde magnetischen Dipol Konturen, Antennenstrahlungsmuster, Bodenbedingungen und anderen Variablen.

Vorhersagen von Raumwellenarten ist von erheblichem Interesse an Funkamateure und kommerzielle Marine und Flugzeugkommunikation und auch Kurzwellensender. Echtzeit-Ausbreitung kann durch das Hören für Übertragungen von bestimmten Bakensender beurteilt werden.

Meteor-Streuung

Meteor-Streuung beruht auf reflektieren Funkwellen von den stark ionisierte Luftsäulen von Meteoren erzeugt. Während dieser Modus sehr kurzer Dauer, oft nur von einem Bruchteil einer Sekunde, um einige Sekunden pro Ereignis, ermöglicht die digitale Meteorscatter Remote-Stationen an eine Station, die Hunderte von Meilen bis zu mehr als 1.000 Meilen entfernt sein kann, zu kommunizieren, ohne die Kosten für eine Satellitenverbindung erforderlich. Dieser Modus ist am häufigsten auf VHF-Frequenzen zwischen 30 und 250 MHz nützlich.

Polarlichtrückstreuung

Intensive Spalten Auroral Ionisation bei 100 km Höhe werden innerhalb der Polarlicht oval Backscatter-Funkwellen, vor allem wohl auf HF und VHF. Backscatter ist Winkel empfindlichen einfallenden Strahl gegen Magnetfeldlinie der Säule muss ganz in der Nähe der rechten Winkel sein. Zufallsbewegungen der Elektronen spiralförmig um den Feldlinien schaffen eine Doppler-Spread, die Spektren der Emission um mehr oder weniger rauschartige, je nachdem wie hoch Funkfrequenz verwendet wird erweitert. Die Radio-Polarlichter sind meist in hohen Breiten beobachtet und selten reichen bis in mittleren Breiten. Das Auftreten von radioPolarLichter ist abhängig von der Sonnenaktivität und jährlich die Ereignisse während des Sonnenzyklus Maxima zahlreicher. Radio Aurora umfasst die so genannten Nachmittag Funk aurora, die stärker ist, aber mehr verzerrte Signale erzeugt und nach dem Harang-Minima, kehrt der Late-Night-Radio aurora mit variabler Signalstärke und geringere Dopplerspreizung. Die Ausbreitungsbereich für diesen überwiegend Rückstreumodus erstreckt sich bis etwa 2000 km in Ost-West-Ebene, aber stärksten Signalen werden am häufigsten aus dem Norden in den nahe gelegenen Stellen auf demselben Breitengraden beobachtet.

Selten wird eine starke Radio aurora durch Auroral-E, die beide Ausbreitungstypen in gewisser Weise ähnelt gefolgt.

Sporadische E-Ausbreitung

Sporadic-E auf HF- und VHF-Bands zu beachten. Es darf nicht mit gewöhnlichen HF E-Schicht Ausbreitungs verwechselt werden. Sporadische-E in mittleren Breiten tritt meist während der Sommersaison, von Mai bis August in der nördlichen Hemisphäre und von November bis Februar in der südlichen Hemisphäre. Es gibt keine einzelne Ursache für diese geheimnisvollen Ausbreitungsmodus. Die Reflexion findet in einer dünnen Folie aus Ionisation rund 90 km Höhe. Die Ionisation Patches driften nach Westen mit Geschwindigkeiten von einigen hundert Kilometern pro Stunde. Es ist eine schwache Periodizität während der Saison festgestellt und in der Regel Es wird auf 1 bis 3 aufeinander folgenden Tagen zu beobachten und bleibt fehlt für ein paar Tage, um wieder erneut auftreten. Es müssen nicht während der kleinen Stunden auftreten, die Ereignisse in der Regel in der Morgendämmerung beginnen, und es gibt einen Höhepunkt in den Nachmittag und eine zweite Spitze in den Abend. Es Ausbreitung wird in der Regel durch lokale Mitternacht gegangen.

Beobachtung der Funkausbreitungsbaken Betrieb rund 28,2 MHz, 50 MHz und 70 MHz, zeigt an, dass maximale beobachtete Häufigkeit für Es wird festgestellt, dass lauern rund 30 MHz an den meisten Tagen während der Sommersaison, aber manchmal kann MOF zu 100 MHz oder sogar schießen mehr in 10 Minuten langsam in den nächsten paar Stunden sinken. Der Spitze-Phase umfasst Schwingung MOF mit einer Periodizität von etwa 5 ... 10 Minuten. Die Ausbreitungsbereich für Es Single-Hop ist in der Regel 1000 bis 2000 km, aber mit Multi-Hop wird Doppelbereich beobachtet. Die Signale sind sehr stark, sondern auch mit langsamen tiefen Fading.

Troposphärenarten

Troposphärenstreuung

Bei VHF und höheren Frequenzen, kleine Schwankungen in der Dichte der Atmosphäre in einer Höhe von rund 6 Meilen können einige der in der Regel Line-of-sight Strahl von Radiofrequenzenergie zurück in den Boden zu streuen, so dass Over-the-horizon Kommunikation zwischen Stationen bis zu 500 Meilen voneinander entfernt. Das Militär entwickelt, das Weiße Alice Communications System, die alle von Alaska, mit diesen Troposphäre Streuungsprinzip.

Troposphärenführung

Plötzliche Änderungen der vertikalen Feuchtigkeitsgehalt und Temperaturprofile der Atmosphäre kann auf zufällige Gelegenheiten machen Mikrowelle und UHF & amp; VHF-Signale breiten sich über Hunderte von Kilometern bis zu etwa 2.000 Kilometer und zum Leiten Modus noch weiter über die normale Radio Horizont. Die Inversionsschicht wird meist über Hochdruck-Regionen beobachtet, aber es gibt mehrere troposphärische Wetterbedingungen, die diese zufällig auftretenden Ausbreitungsmoden zu erstellen. Die Inversionsschicht Höhe für nicht Führung ist typischerweise zwischen 100 m bis etwa 1 km und zum Leiten von etwa 500 m bis 3 km gefunden, und die Dauer der Ereignisse sind typischerweise von mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen. Höhere Frequenzen erleben Sie die dramatische Zunahme der Signalstärken, während auf Low-VHF und HF ist die Wirkung unerheblich. Ausbreitungsweg Dämpfung kann unter Freiraumverlust. Einige der weniger Inversionstypen warmen Boden und kühlere Luft Feuchtigkeitsgehalt bezogen treten regelmäßig zu bestimmten Zeiten des Jahres und Tageszeit. Ein typisches Beispiel könnte im Spätsommer, am frühen Morgen in der Troposphäre Verbesserungen, die in Signale von Distanzen zu bringen bis zu einige hundert Kilometer für ein paar Stunden, bis sie von der Sonne wärmenden Effekt rückgängig gemacht werden.

Troposphärischen Verzögerungs

Dies ist eine Fehlerquelle bei der Funkentfernungsmesstechniken, wie dem Global Positioning System. Siehe auch die Seite des GPS-Meteorologie.

Regen-Streuung

Regen Streuung ist eine reine Mikrowellenfortpflanzungsmodus und wird am besten ca. 10 GHz beobachtet wird, sondern erstreckt sich bis zu einigen Gigahertz wobei die Grenze der Größe der Streupartikelgröße als Funktion der Wellenlänge. Dieser Modus streut Signale meistens nach vorne und hinten bei Verwendung horizontaler Polarisation und Seitenstreuung mit vertikaler Polarisation. Vorwärtsstreuung ergibt typischerweise Ausbreitungsbereiche von 800 km. Streuung von Schneeflocken und Pellets tritt auch auf, aber Streuung von Eis ohne tränende Oberfläche ist weniger effektiv. Die häufigste Anwendung für dieses Phänomen ist Mikrowellen regen Radar, sondern regen Streuausbreitung kann ein Ärgernis verursachen unerwünschte Signale intermittierend zu verbreiten, wo sie nicht erwartet oder gewünscht. Ähnliche Überlegungen können auch von Insekten auftreten, wenn auch in tieferen Lagen und kürzere Reichweite. Regen verursacht auch Dämpfung von Punkt-zu-Punkt und einen Sat-Mikrowellenverbindungen. Dämpfungswerte bis zu 30 dB haben sich auf 30 GHz bei schweren tropischen regen beobachtet.

Airplane-Streuung

Airplane Streuung auf VHF durch Mikrowellen beobachtet und außerdem Rückstreuung, die Renditen momentane Ausbreitung bis zu 500 km auch in bergigem Gelände. Die häufigsten Backscatter-Anwendungen sind Luftverkehrsradar, bistatischen Vorwärtsstreulenkraketen und Flugerfassungs Reise-Leiter Radar, und die US-Weltraumradar.

Blitzstreuung

Blitzstreuung hat manchmal auf VHF und UHF über Entfernungen von über 500 km beobachtet. Die heiße Blitzkanal streut Funkwellen für einen Bruchteil einer Sekunde. Die RF-Rauschen von dem Blitz platzen macht den Anfangsteil der offenen Kanal unbrauchbar und die Ionisierung verschwindet schnell, weil der Rekombination in geringer Höhe und hoher Luftdruck. Obwohl die heißen Blitzkanals kurz beobachtbaren mit Mikrowellen-Radar ist, hat keine praktische Verwendung für diesen Modus in der Kommunikation gefunden.

Andere Effekte

Beugung

Messerkantenbeugung ist die Ausbreitungsmodus, wo Funkwellen um scharfe Kanten gebogen. Beispielsweise wird dieser Modus verwendet werden, um Funksignale über eine Bergkette zu senden, wenn ein Line-of-sight-Pfad ist nicht verfügbar. Allerdings kann der Winkel nicht zu scharf oder das Signal nicht zu beugen. Das Beugungs Modus erfordert erhöhte Signalstärke, so dass höhere Macht oder besser Antennen als für ein gleichwertiges line-of-sight Pfad benötigt.

Beugung hängt von der Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Größe des Hindernisses. Mit anderen Worten, die Größe des Hindernisses in Wellenlängen. Niedrigere Frequenzen beugen, um große glatte Hindernisse wie Hügel leichter. Zum Beispiel wird in vielen Fällen, in denen VHF Kommunikation nicht möglich ist aufgrund Abschattung durch einen Hügel, ist es noch möglich, unter Verwendung des oberen Teils der HF-Band, wo die Oberflächenwelle ist von geringem Nutzen, um zu kommunizieren.

Beugungserscheinungen durch kleine Hindernisse sind auch wichtig bei hohen Frequenzen. Signale für urbane Mobiltelefonie sind in der Regel durch die Grundflächeneffekte dominiert werden, wie sie über die Dächer der städtischen Umwelt zu reisen. Dann beugen über Dachkanten in die Straße, in der Mehrwegeausbreitung, Absorption und Beugungserscheinungen zu dominieren.

Absorption

Niederfrequenz-Funkwellen leicht durch Ziegel und Stein und VLF selbst dringt Meerwasser. Wenn die Frequenz steigt, beginnt die Absorptionseffekte wichtiger. Bei Mikrowellen oder höheren Frequenzen ist die Absorption durch Molekülresonanzen in der Atmosphäre ein wichtiger Faktor in der Funkausbreitung. Beispielsweise in der 58-60-GHz-Band, gibt es eine große Absorptionsspitze, die sie so nutzlos für Fern Gebrauch macht. Dieses Phänomen wurde zum ersten Mal während der Radar-Forschung im Zweiten Weltkrieg entdeckt. Oberhalb von etwa 400 GHz, Atmosphäre Blöcke der Erde Teil des Spektrum, während immer noch eine gewisse Durch - bis zu UV-Licht, das durch Ozon blockiert ist -, aber für sichtbares Licht und ein Teil des nahen Infrarot übertragen wird. Schwere regen und Schneefall auch Auswirkungen auf Mikrowellenabsorption.

Mess HF Ausbreitungs

HF Ausbreitungsbedingungen können unter Verwendung von Funkausbreitungsmodelle, wie beispielsweise die Voice of America Coverage Analysis Program simuliert werden, und Echtzeit-Messungen können mit Chirp-Sender durchgeführt werden. Für Funkamateure die WSPR Modus bietet Karten mit Echtzeit-Ausbreitungsbedingungen zwischen einem Netzwerk von Sendern und Empfängern. Auch ohne spezielle Baken die Echtzeit-Ausbreitungsbedingungen gemessen werden kann: ein weltweites Netzwerk von Empfängern decodiert Morsesignale auf Amateurfunkfrequenzen in Echtzeit und bietet hoch entwickelte Suchfunktionen und Ausbreitungskarten für jeden Sender empfangen.

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