معلومات

انتشار الموجات الراديوية والغلاف الجوي

انتشار الموجات الراديوية والغلاف الجوي

تتجمع التأثيرات المختلفة مثل الانعكاس والانكسار والانعراج وما إلى ذلك بطريقة حقيقية حيث تنتشر الإشارات الراديوية عبر الغلاف الجوي. تتأثر الإشارات بمجموعة متنوعة من العوامل التي تمكن من اكتشاف الإشارات القريبة والبعيدة التي تعتمد على مجموعة متنوعة من العوامل.

تعتبر الطريقة التي تنتشر بها الإشارات اللاسلكية ، أو تنتقل من جهاز الإرسال اللاسلكي إلى جهاز الاستقبال اللاسلكي ، ذات أهمية كبيرة عند التخطيط لشبكة أو نظام اتصالات لاسلكية.

في كثير من الحالات ، يخضع الانتشار الراديوي الأرضي إلى حد كبير لمناطق الغلاف الجوي التي تمر الإشارات من خلالها. بدون تأثير الغلاف الجوي ، لن يكون من الممكن لإشارات الاتصالات الراديوية السفر حول العالم على نطاقات الموجات القصيرة ، أو السفر لمسافة أكبر من خط الرؤية فقط عند الترددات الأعلى.

في الواقع ، تعتبر الطريقة التي يؤثر بها الغلاف الجوي على الاتصالات اللاسلكية ذات أهمية كبيرة لأي شخص مرتبط بالاتصالات اللاسلكية ، سواء كانت تتعلق بروابط اتصالات لاسلكية ثنائية الاتجاه ، أو اتصالات لاسلكية متنقلة ، أو بث إذاعي ، أو اتصالات لاسلكية من نقطة إلى نقطة أو أي راديو آخر.

نظرًا لأهمية الغلاف الجوي للاتصالات اللاسلكية ، يتم تقديم لمحة عامة عن تركيبته هنا.

طبقات الغلاف الجوي

يمكن تقسيم الغلاف الجوي إلى طبقات مختلفة وفقًا لخصائصها.

على الرغم من وجود عدد من الطرق المختلفة لتصنيف مناطق الغلاف الجوي المختلفة - عادةً ما يكون للإزاحات العلمية المختلفة تسمياتها الخاصة نتيجة اهتمامها بخصائص مختلفة.

يشار إلى أدنى منطقة في نظام الأرصاد الجوية باسم التروبوسفير. يمتد هذا إلى ارتفاعات تبلغ حوالي 10 كيلومترات فوق سطح الأرض. وفوق هذا توجد طبقة الستراتوسفير التي تمتد من ارتفاعات تتراوح بين 10 و 50 كم. وفوق هذا على ارتفاعات تتراوح بين 50 و 80 كيلومترًا يوجد الغلاف الجوي الأوسط وفوق هذا الغلاف الجوي: سُمي بسبب الارتفاع الكبير في درجات الحرارة هنا.

من وجهة نظر الانتشار الراديوي ، هناك مجالان رئيسيان للاهتمام:

  • تروبوسفير: كقاعدة تقريبية للغاية ، تميل هذه المنطقة من الغلاف الجوي إلى التأثير على الإشارات التي تزيد عن 30 ميجاهرتز أو نحو ذلك.
  • الأيونوسفير: الأيونوسفير هو المنطقة التي تمكن الإشارات على نطاقات الموجات القصيرة من اجتياز مسافات كبيرة. يعبر حدود الأرصاد الجوية ويمتد من ارتفاعات حوالي 60 كم إلى 700 كم. تكتسب المنطقة اسمها لأن الهواء في هذه المنطقة يتأين بإشعاع الشمس بشكل أساسي. تؤثر الإلكترونات الحرة في هذه المنطقة على الإشارات اللاسلكية وقد تكون قادرة على انكسارها مرة أخرى إلى الأرض اعتمادًا على مجموعة متنوعة من العوامل.

تروبوسفير

تسمى أدنى طبقات الغلاف الجوي طبقة التروبوسفير. يمتد التروبوسفير من مستوى الأرض إلى ارتفاع 10 كم.

يحدث ما نطلق عليه الطقس في منطقة التروبوسفير. تحدث السحب المنخفضة على ارتفاعات تصل إلى 2 كم وتمتد السحب المتوسطة إلى حوالي 4 كم. توجد أعلى السحب على ارتفاعات تصل إلى 10 كم بينما تحلق الطائرات النفاثة الحديثة فوق هذا على ارتفاعات تصل إلى 12 كم.

يوجد داخل هذه المنطقة من الغلاف الجوي عمومًا انخفاض ثابت في درجة الحرارة مع الارتفاع. يؤثر هذا على الانتشار الراديوي لأنه يؤثر على معامل انكسار الهواء. يلعب هذا دورًا مهيمنًا في انتشار الإشارات الراديوية وتطبيقات الاتصالات الراديوية التي تستخدم انتشار الموجات الراديوية التروبوسفيرية. هذا يعتمد على درجة الحرارة والضغط والرطوبة. عندما تتأثر إشارات الاتصالات اللاسلكية ، يحدث هذا غالبًا على ارتفاعات تصل إلى 2 كم.

الأيونوسفير

الأيونوسفير هو المنطقة التي يُعتقد تقليديًا أنها توفر الوسائل التي يمكن من خلالها إجراء الاتصالات لمسافات طويلة. له تأثير كبير على ما يُعتقد عادة أنه نطاقات الموجة القصيرة ، مما يوفر وسيلة تظهر بها الإشارات وكأنها تنعكس مرة أخرى على الأرض من طبقات عالية فوق الأرض.

يحتوي الأيونوسفير على مستوى عالٍ من الإلكترونات والأيونات الحرة - ومن هنا جاء اسم الأيونوسفير. لقد وجد أن مستوى الإلكترونات يزداد بشكل حاد عند ارتفاعات حوالي 30 كم ، ولكن لم يتم الوصول إلى ارتفاعات حوالي 60 كم حتى تصبح الإلكترونات الحرة كثيفة بدرجة كافية للتأثير بشكل كبير على الإشارات الراديوية.

يحدث التأين نتيجة للإشعاع ، وخاصة من الشمس ، حيث يضرب جزيئات الهواء بطاقة كافية لإطلاق الإلكترونات وترك أيونات موجبة.

من الواضح أنه عندما تلتقي الأيونات والإلكترونات الحرة ، فمن المرجح أن تتحد ، لذلك يتم إنشاء حالة من التوازن الديناميكي ، ولكن كلما ارتفع مستوى الإشعاع ، سيتم تحرير المزيد من الإلكترونات.

يحدث الكثير من التأين بسبب الأشعة فوق البنفسجية. عندما تصل إلى أعلى مستويات الغلاف الجوي ، ستكون في أقوى حالاتها ، ولكن عندما تصطدم بجزيئات في الروافد العليا حيث يكون الهواء رقيقًا للغاية ، فإنها ستؤين الكثير من الغاز. عند القيام بذلك ، يتم تقليل شدة الإشعاع

في المستويات الدنيا من طبقة الأيونوسفير ، تؤدي شدة الضوء فوق البنفسجي إلى انخفاض كبير في الإشعاع الأكثر اختراقًا بما في ذلك الأشعة السينية والأشعة الكونية مما يؤدي إلى حدوث الكثير من التأين.

نتيجة للعديد من العوامل ، وجد أن مستوى الإلكترونات الحرة يختلف عبر الأيونوسفير وهناك مناطق تؤثر على الإشارات اللاسلكية أكثر من غيرها. غالبًا ما يشار إلى هذه الطبقات على أنها طبقات ، ولكن من المحتمل أن يتم التفكير في المناطق بشكل صحيح لأنها غير واضحة تمامًا من نواح كثيرة. يتم إعطاء هذه الطبقات التسميات D و E و F1 و F2.

وصف مناطق الغلاف المتأين

  • المنطقة D: الطبقة D أو المنطقة D هي أدنى المناطق التي تؤثر على إشارات الراديو. يوجد على ارتفاعات تتراوح بين حوالي 60 و 90 كم. إنه موجود خلال النهار عندما يتم تلقي الإشعاع من الشمس ، ولكن بسبب كثافة الجزيئات في هذا الارتفاع ، تتجمع الإلكترونات والأيونات الحرة بسرعة بعد غروب الشمس عندما لا يكون هناك إشعاع للاحتفاظ بمستويات التأين. يتمثل التأثير الرئيسي للمنطقة D في توهين الإشارات التي تمر عبرها ، على الرغم من انخفاض مستوى التوهين مع زيادة التردد. وفقًا لذلك ، تكون آثاره واضحة جدًا على نطاق بث الموجة المتوسطة - خلال اليوم الذي توجد فيه المنطقة D ، يتم سماع إشارات قليلة تتجاوز تلك التي توفرها تغطية الموجة الأرضية. في الليل عندما لا تكون المنطقة موجودة ، تنعكس الإشارات من الطبقات العليا ويتم سماع الإشارات من مناطق أبعد بكثير.
  • المنطقة E: فوق المنطقة D ، المنطقة التالية هي المنطقة E أو الطبقة E. يوجد هذا على ارتفاع يتراوح بين 100 و 125 كم. يتمثل التأثير الرئيسي لهذه المنطقة في انعكاس الإشارات الراديوية على الرغم من أنها لا تزال تخضع لبعض التوهين.

  • نظرًا لارتفاعها وكثافة الهواء ، تتحد الإلكترونات والأيونات الموجبة بسرعة نسبيًا. هذا يعني أنه بعد غروب الشمس عند إزالة مصدر الإشعاع ، تقل قوة الطبقة بشكل كبير للغاية على الرغم من بقاء بعض التأين المتبقي.
  • المنطقة F: المنطقة F أو الطبقة F أعلى من منطقتي D و E وهي المنطقة الأكثر أهمية للاتصالات عالية التردد لمسافات طويلة. خلال النهار تنقسم غالبًا إلى منطقتين تعرفان باسم F1 و F2 المناطق ، و1 الطبقة هي الجزء السفلي من الاثنين.

    في الليل تندمج هاتان المنطقتان نتيجة لانخفاض مستوى الإشعاع لإعطاء منطقة واحدة تسمى المنطقة F. تختلف ارتفاعات مناطق F بشكل كبير. الوقت من اليوم والموسم وحالة الشمس كلها رائد التأثيرات على المنطقة F. ونتيجة لذلك ، فإن أي أرقام للارتفاع متغيرة للغاية ويجب استخدام الأرقام التالية فقط كدليل تقريبي للغاية. الارتفاعات الصيفية النموذجية لـ F1 قد تكون المنطقة حوالي 300 كم مع F2 طبقة على ارتفاع حوالي 400 كم أو أعلى. قد تشهد أرقام الشتاء انخفاض الارتفاعات إلى حوالي 200 كم و 300 كم. قد تتراوح ارتفاعات الليل بين 250 و 300 كيلومتر.

    مثل المنطقتين D و E ، ينخفض ​​مستوى التأين للمنطقة F في الليل ، ولكن نظرًا لانخفاض كثافة الهواء كثيرًا ، تتحد الأيونات والإلكترونات ببطء أكبر وتتحلل الطبقة F ببطء أكبر. ونتيجة لذلك ، فهي قادرة على دعم الاتصالات اللاسلكية في الليل ، على الرغم من حدوث تغييرات بسبب انخفاض مستويات التأين.

تعتبر الطريقة التي تؤثر بها المناطق المختلفة في الغلاف الجوي على انتشار الموجات الراديوية والاتصالات الراديوية دراسة رائعة. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على الانتشار الراديوي وروابط الاتصالات الراديوية الناتجة التي يمكن إنشاؤها. إن توقع الطرق التي يحدث بها ذلك أمر معقد وصعب ، ولكن من الممكن الحصول على فكرة جيدة عن الظروف المحتملة للاتصالات اللاسلكية باستخدام بعض المؤشرات البسيطة. توضح الصفحات الإضافية في هذا القسم من الموقع العديد من هذه الجوانب.


شاهد الفيديو: لمحة عن أنظمة الاتصالات اللاسلكية HF,VHF,UHF (قد 2021).