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Propagation et atmosphère des ondes radio

Propagation et atmosphère des ondes radio

Les divers effets tels que la réflexion, la réfraction, la diffraction, etc. se conjuguent tous de manière réelle lorsque les signaux radio se propagent dans l'atmosphère. Les signaux sont affectés par une variété de facteurs permettant aux signaux d'être détectés de près et de loin en fonction de divers facteurs.

La manière dont les signaux radio se propagent ou se déplacent de l'émetteur radio au récepteur radio est d'une grande importance lors de la planification d'un réseau ou d'un système de radiocommunications.

Dans de nombreux cas, la propagation radio terrestre est régie dans une large mesure par les régions de l'atmosphère à travers lesquelles les signaux passent. Sans l'action de l'atmosphère, il ne serait pas possible pour les signaux de radiocommunications de voyager autour du globe sur les bandes d'ondes courtes, ou de voyager au-delà de la seule distance de la ligne de visée aux fréquences plus élevées.

En fait, la manière dont l'atmosphère affecte les communications radio est d'une importance capitale pour quiconque est associé aux communications radio, qu'il s'agisse de liaisons radio bidirectionnelles, de communications radio mobiles, de radiodiffusion, de communications radio point à point ou de toute autre radio.

Compte tenu de l'importance de l'atmosphère pour les communications radio, un aperçu de sa composition est donné ici.

Couches atmosphériques

L'atmosphère peut être divisée en différentes couches selon leurs propriétés.

Bien qu'il existe un certain nombre de façons différentes de classer les différentes régions atmosphériques - généralement, différents déplacements scientifiques peuvent avoir leur propre nomenclature en raison de leur intérêt pour différentes propriétés.

La zone la plus basse du système météorologique est appelée la troposphère. Cela s'étend à des altitudes d'environ 10 km au-dessus de la surface de la Terre. Au-dessus se trouve la stratosphère qui s'étend de 10 à 50 km d'altitude. Au-dessus, à des altitudes comprises entre 50 et 80 km se trouve la mésosphère et au-dessus se trouve la Thémosphère: nommée en raison de la hausse spectaculaire des températures ici.

Du point de vue de la propagation radio, il existe deux principaux domaines d'intérêt:

  • Troposphère: En règle générale très approximative, cette zone de l'atmosphère a tendance à affecter les signaux plus au-dessus de 30 MHz environ.
  • Ionosphère: L'ionosphère est la zone qui permet aux signaux sur les bandes d'ondes courtes de traverser de grandes distances. Il franchit les limites météorologiques et s'étend de 60 km à 700 km d'altitude. La région tire son nom du fait que l'air de cette région est ionisé par le rayonnement principalement du soleil. Les électrons libres de cette région affectent les signaux radio et peuvent être capables de les réfracter vers la Terre en fonction de divers facteurs.

Troposphère

La plus basse des couches de l'atmosphère s'appelle la troposphère. La troposphère s'étend du niveau du sol à une altitude de 10 km.

C'est dans la région troposphérique que se produit ce que nous appelons le temps. Les nuages ​​bas se produisent à des altitudes allant jusqu'à 2 km et les nuages ​​de niveau moyen s'étendent jusqu'à environ 4 km. Les nuages ​​les plus élevés se trouvent à des altitudes allant jusqu'à 10 km, tandis que les avions de ligne modernes volent au-dessus à des altitudes allant jusqu'à 12 km.

Dans cette région de l'atmosphère, il y a généralement une baisse régulière de la température avec la hauteur. Cela affecte la propagation radio, car il affecte l'indice de réfraction de l'air. Cela joue un rôle dominant dans la propagation des signaux radio et les applications de radiocommunications qui utilisent la propagation des ondes radio troposphériques. Cela dépend de la température, de la pression et de l'humidité. Lorsque les signaux de communication radio sont affectés, cela se produit souvent à des altitudes allant jusqu'à 2 km.

L'ionosphère

L'ionosphère est la zone qui est traditionnellement considérée comme fournissant les moyens par lesquels les communications longue distance peuvent être établies. Il a un effet majeur sur ce que l'on considère normalement comme les bandes d'ondes courtes, fournissant un moyen par lequel les signaux semblent être réfléchis vers la terre à partir de couches situées au-dessus du sol.

L'ionosphère a un niveau élevé d'électrons et d'ions libres - d'où le nom d'ionosphère. On constate que le niveau d'électrons augmente fortement à des altitudes d'environ 30 km, mais ce n'est qu'après avoir atteint des altitudes d'environ 60 km que les électrons libres sont suffisamment denses pour affecter significativement les signaux radio.

L'ionisation se produit à la suite d'un rayonnement, principalement du soleil, frappant des molécules d'air avec suffisamment d'énergie pour libérer des électrons et laisser des ions positifs.

Évidemment, lorsque les ions et les électrons libres se rencontrent, ils sont susceptibles de se recombiner, donc un état d'équilibre dynamique est mis en place, mais plus le niveau de rayonnement est élevé, plus les électrons seront libérés.

Une grande partie de l'ionisation est causée par la lumière ultraviolette. Lorsqu'il atteint les parties les plus élevées de l'atmosphère, il sera à son plus fort, mais lorsqu'il heurte les molécules dans les parties supérieures où l'air est très mince, il ionisera une grande partie du gaz. Ce faisant, l'intensité du rayonnement est réduite

Aux niveaux inférieurs de l'ionosphère, l'intensité de la lumière ultraviolette, son rayonnement beaucoup plus réduit et plus pénétrant, y compris les rayons X et les rayons cosmiques, donne lieu à une grande partie de l'ionisation.

En raison de nombreux facteurs, on constate que le niveau d'électrons libres varie dans l'ionosphère et qu'il existe des zones qui affectent les signaux radio plus que d'autres. Celles-ci sont souvent appelées couches, mais sont peut-être plus correctement considérées comme des régions car elles sont assez indistinctes à bien des égards. Ces couches reçoivent les désignations D, E et F1 et F2.

Description des régions ionosphériques

  • Région D: La couche D ou région D est la plus basse des régions affectant les signaux radio. Il existe à des altitudes comprises entre 60 et 90 km environ. Il est présent pendant la journée lorsque le rayonnement est reçu du soleil, mais en raison de la densité des molécules à cette altitude, les électrons libres et les ions se recombinent rapidement après le coucher du soleil lorsqu'il n'y a pas de rayonnement pour conserver les niveaux d'ionisation. L'effet principal de la région D est d'atténuer les signaux qui la traversent, bien que le niveau d'atténuation diminue avec l'augmentation de la fréquence. En conséquence, ses effets sont très évidents sur la bande de diffusion des ondes moyennes - pendant la journée, lorsque la région D est présente, peu de signaux sont entendus au-delà de ceux fournis par la couverture des ondes de sol. La nuit, lorsque la région n'est pas présente, les signaux sont réfléchis par les couches supérieures et les signaux sont entendus de beaucoup plus loin.
  • Région E: Au-dessus de la région D, la région suivante est la région E ou la couche E. Celui-ci existe à une altitude comprise entre 100 et 125 km. L'effet principal de cette région est de réfléchir les signaux radio bien qu'ils subissent encore une certaine atténuation.

  • Compte tenu de son altitude et de la densité de l'air, les électrons et les ions positifs se recombinent relativement rapidement. Cela signifie qu'après le coucher du soleil, lorsque la source de rayonnement est éliminée, la résistance de la couche diminue très considérablement bien qu'il reste une certaine ionisation résiduelle.
  • Région F: La région F ou couche F est plus élevée que les régions D et E et c'est la région la plus importante pour les communications HF longue distance. Pendant la journée, il se divise souvent en deux régions connues sous le nom de F1 et F2 régions, le F1 couche étant la plus basse des deux.

    La nuit, ces deux régions fusionnent à la suite de la réduction du niveau de rayonnement pour donner une région appelée région F. Les altitudes des régions F varient considérablement. L'heure, la saison et l'état du soleil ont tous Majeur effets sur la région F. En conséquence, tous les chiffres d'altitude sont très variables et les chiffres suivants ne doivent être utilisés qu'à titre indicatif. Altitudes estivales typiques pour le F1 la région peut être d'environ 300 km avec le F2 couche à environ 400 km ou même plus. Les chiffres hivernaux pourraient voir les altitudes réduites à environ 200 km et 300 km. Les altitudes nocturnes peuvent être d'environ 250 à 300 km.

    Comme les régions D et E, le niveau d'ionisation de la région F diminue la nuit, mais compte tenu de la densité de l'air beaucoup plus faible, les ions et les électrons se combinent beaucoup plus lentement et la couche F se désintègre beaucoup plus lentement. En conséquence, il est capable de prendre en charge les communications radio la nuit, bien que des changements soient ressentis en raison de la diminution des niveaux d'ionisation.

La manière dont les différentes régions de l'atmosphère affectent la propagation des ondes radioélectriques et les communications radio est une étude fascinante. Il existe de très nombreux facteurs qui influencent la propagation radio et les liaisons de radiocommunication qui en résultent qui peuvent être établies. Prédire la manière dont cela se produit est compliqué et difficile, mais il est possible de se faire une bonne idée des conditions probables des communications radio en utilisant quelques indicateurs simples. D'autres pages de cette section du site Web détaillent bon nombre de ces aspects.

Voir la vidéo: Radio Propagation 101 (Novembre 2020).