IU8HEP

Solar Terrestrial data

Meteo

Visitor Globe

PROPAGAZIONE VIA IONOSFERA

I collegamenti DX nelle onde medio/corte e corte e talvolta anche nelle onde ultracorte più lunghe si verificano mediante riflessioni del segnale sugli strati ionizzati della ionosfera. Tre strati su quattro sono utili per i collegamenti radio, e sono:


strato E a 100...115 km di altezza

strato F1 a circa 160 km di altezza

strato F2 a circa 210...420 km di altezza


ionosfera_01.jpg

Il quarto strato, che si trova tra i 60 ed i 90 km di altezza (strato D), non possiede praticamente caratteristiche di riflessione o rifrazione; attenua invece più o meno sensibilmente le onde più lunghe. Tutti questi strati sono dovuti all'irradiazione solare, quindi la presenza degli strati dipende dall'ora del giorno.

Gli strati E ed F sono presenti esclusivamente di giorno, il cui massimo d'intensità cade sul mezzogiorno locale.

Al contrario, lo strato F2 è attivo giorno e notte, anche se sviluppa la sua massima efficacia di giorno, con il massimo un po' dopo il mezzogiorno locale.

Lo strato attenuante D appare soltanto di giorno con il massimo dell'attività sul mezzogiorno locale.

Lo strato F2, oltre all'andamento giornaliero, ha una marcata dipendenza dalla stagione con un massimo dell'attività nei mesi invernali.

In assoluto però l'efficacia di propagazione degli strati è legata alla frequenza delle macchie solari, la quale segue un ritmo di circa 11 anni (da 9 a 13 anni). Gli anni di massima frequenza di macchie solari sono i migliori per i DX. La frequenza delle macchie viene indicata come numero relativo di macchie solari (R).

Per il DX'er il valore di questo numero è molto importante, poichè le possibilità dei DX sono direttamente proporzionali ad esso.

Da qualche tempo al posto del numero relativo è in uso la misura del fruscio solare per indicare la situazione DX. Come riferimento serve la potenza di fruscio dell'onda di 10,7 cm emessa dal Sole (frequenza 2800 MHz). Il valore è indicato come numero di fruscio.

Diverse stazioni di tempo e frequenza campione diffondono regolarmente bollettini sulle condizioni DX. Essi vengono annunciati come bollettini meteorologici radio e contengono informazioni sul numero relativo o di fruscio, disturbi nella propagazione, il prevedibile sviluppo delle condizioni di propagazione e altro. I bollettini vengono in parte emessi in codice, però possono essere facilmente decifrati.

Quali frequenze usare?

Le caratteristiche di riflessione degli strati hanno una propagazione marcatamente dipendente dalla frequenza. Per ogni strato si calcola una frequenza limite inferiore (LUF) e una frequenza limite superiore (MUF), e in teoria solo nel tratto compreso fra queste due frequenze limite è possibile il collegamento sicuro DX.

L'intervallo LUF - MUF comprende quelle frequenze che con direzione verticale di trasmissione e di ricezione:


riescono ad attraversare (due volte) lo strato attenuante D;

vengono riflesse da uno degli strati E, F,

arrivano al luogo di ricezione con sufficiente intensità di campo nonostante l'attenuazione dello strato D.


La frequenza LUF dipende esclusivamente dal fattore di attenuazione dello strato D; dato che quest'ultimo è presente soltanto di giorno, anche la LUF esiste soltanto di giorno. Essa può essere di 10...15 MHz, ma dipende notevolmente dalla potenza di trasmissione. Con un aumento di potenza è possibile abbassare la LUF verso frequenze più basse, ovviamente entro certi limiti. Con circa 100 W di potenza TX essa si aggira attorno ai 5...8 MHz, con una potenza dieci volte maggiore può essere ulteriormente abbassata fino alla metà circa; i valori dipendono a seconda dell'attività solare. Al di sotto della LUF, l'unico traffico possibile è quello per onde terrestri, oppure bisogna passare ad una frequenza più alta.

La MUF, considerando le sue oscillazioni legate al passare delle ore del giorno e della stagione, si trova per lo strato E sui 2...4 MHz, per lo strato F1 sui 3...6 MHz, e per lo strato F2 sui 3...14 MHz.

Tutti i segnali con frequenza più elevata non vengono riflessi, ma attraversano lo strato e, se non vengono respinti da uno strato superiore con MUF più alta, si perdono nello spazio.

Come già detto, questi intervalli LUF - MUF e le condizioni di propagazione ad esse collegate si riferiscono a tragitti verticali del segnale, non utili per un collegamento. Abbassando l'angolo di emissione del segnale in corrispondenza la MUF cresce sempre più. Questo spiega come nella pratica si possano effettuare dei DX anche con frequenze superiori alla MUF verticale.

Con angoli di irradiazione prossimi allo zero la MUF effettiva può elevarsi al triplo e quintuplo del suo valore relativo all'irradiazione verticale.

Quindi, quanto più piatto è l'angolo d'irradiazione, tanto più alta può essere la frequenza di esercizio.

ionosfera_02.jpg

La frequenza di lavoro ottima le (OWF) si aggira sull'85% dell'effettiva MUF corrispondente ad un certo angolo d'irradiazione.

Con angoli molto piatti sono stati effettuati nell'ambito della OWF collegamenti transoceanici con circa 1 W di potenza TX in CW e fonia. Questa potenza limitata è sufficiente, perché con angoli d'irradiazione piatti le perdite dovute alla riflessione sono molto basse; in tal caso lo strato ionosferico si comporta quasi come uno specchio. Tuttavia ciò vale a condizione che la frequenza non venga più influenzata dallo strato D.

Lo svantaggio dell'angolo di irradiazione piatto sta in una zona d'ombra più o meno estesa attorno al trasmettitore, nella quale non può essere ricevuto. Infatti il segnale che si propaga con un angolo piatto ritorna sulla superficie terrestre a distanza relativamente notevole dal suo punto di partenza, cosicché nella zona intercorrente qualsiasi tentativo di ricezione è per forza di cose perfettamente inutile se non entro l'orizzonte quasi-ottico o delle onde terrestri del trasmettitore.

Man mano che aumenta la frequenza con conseguente appiattimento dell'angolo d'irradiazione, la zona d'ombra si estende sempre di più e corrisponde pressappoco alla portata del salto. Se avvengono salti doppi o multipli, si formano ulteriori zone d'ombra fra i punti di riflessione sulla superficie terrestre, le quali però in pratica sono meno marcate della prima zona. La zona d'ombra non esiste per le frequenze fino alla MUF verticale, a patto che le antenne corrispondenti abbiano una caratteristica d'irradiazione sufficientemente ripida.

ionosfera_03.jpg

Che portata si ottiene?

La portata per riflessione dei segnali dipende dall'altezza degli strati e dell'angolo verticale d'irradiazione. Per più di un salto basta calcolare il relativo multiplo.

Tuttavia bisogna tener conto del fatto che l'angolo d'irradiazione del segnale è strettamente collegato con l'angolo d'irradiazione dell'antenna, che generalmente è attorno ai 15° di elevazione. Le portate per riflessione singola in pratica vanno raramente oltre i 2500 km (tramite lo strato F2). Distanze maggiori possono essere ottenute soltanto per mezzo di propagazione a doppio salto o salto multiplo.

La ricezione di un segnale riflesso presuppone che l'angolo d'irradiazione verticale dell'antenna ricevente sia approssimativamente simile a quello dell'antenna trasmittente; solo in questo modo il collegamento è sicuramente realizzabile.

ionosfera_04.jpg

Il DX in pratica

Con queste nozioni possiamo dedurre che:


Le onde medio/corte permettono i DX quasi esclusivamente di notte, quando cioè manca l'attenuante strato D e i segnali possono raggiungere lo strato F2 (unico esistente) che si trova più in alto. Le migliori possibilità si offrono nelle notti invernali sviluppando il traffico lungo l'emisfero notturno della terra. La pratica dimostra che nei periodi di numeri relativi bassi esistono le migliori condizioni, in quanto diverse componenti atmosferiche ed extraterrestri di fruscio registrano dei minimi. La zona d'ombra quasi non esiste.

Per la gamma bassa delle onde corte fino a circa 6 MHz valgono grosso modo le stesse considerazioni, però. occasionalmente si ottengono buone portate anche lungo tragitti in luce solare. La zona d'ombra ha fino a 200 km di raggio.

La gamma di frequenze da circa 6 a 10 MHz ha le caratteristiche della gamma più bassa delle onde corte, tuttavia le possibilità di lavoro lungo tragitti in luce solare sono più favorevoli. Durante l'alba e il crepuscolo si manifestano le migliori occasioni per DX su tutto il globo con i segnali che viaggiano lungo la parte buia della sfera terrestre. La zona d'ombra si fa molto estesa.

Le frequenze da circa 10 a 20 MHz permettono collegamenti con tutto il globo specialmente nei giorni d'estate e nelle notti d'inverno e in particolar modo per le stazioni che si trovano nella zona dell'alba e del crepuscolo, e negli anni con alti numeri relativi addirittura in tutte le 24 ore. I segnali viaggiano prevalentemente lungo la parte diurna della terra (l'influsso dello strato D è qui insignificante). La zona d'ombra ha spesso più di 1000 km di raggio.

La gamma di frequenze dai 20 ai 30 MHz ha importanza per i DX soltanto durante un massimo di macchie solari; in tale caso però è possibile, come nella gamma 10...20 MHz, effettuare collegamenti con tutto il globo. I segnali si propagano prevalentemente lungo la parte diurna della sfera terrestre. La zona d'ombra assume dimensioni molto grandi, talvolta intercontinentali.


Questi limiti di gamma e possibilità di lavoro devono essere considerati molto fluttuanti, in pratica si manifestano spesso notevoli divergenze e sovrapposizioni.

Si può ricordare come regola generale:

  • Le onde medio/corte e corte fino a circa 10 MHz sono onde notturne, che viaggiano lungo la parte notturna della sfera terrestre.
  • Le onde corte oltre i 10 MHz circa sono onde diurne, che viaggiano sulla parte diurna della sfera terrestre. Ciò avviene anche se il tragitto preferito, diurno o notturno, debba percorrere distanze maggiori fino alla destinazione, piuttosto che seguire la direzione opposta attorno al globo.

Riceviamo il corrispondente ma lui non ci ascolta

Un collegamento effettuato in una direzione porta alla conclusione che quel tragitto dovrebbe essere possibile anche in direzione opposta, cioè che dovrebbero essere date le condizioni per un QSO. In pratica però ci si accorge molto spesso che non sempre ciò è necessariamente vero. Probabilmente la ragione sta nel fatto che le due direzioni del collegamento non corrispondono.

Le cause di tale fenomeno possono essere le diverse condizioni di MUF e LUF rispetto al percorso, una posizione inclinata dello strato riflettente rispetto alla superficie terrestre e, nel traffico per mezzo dello strato F2, uno strato E su un estremo del percorso.

Una cosa però è certa, che i fenomeni a senso unico avvengono solamente quando una delle stazioni corrispondenti è sull'emisfero diurno, l'altrà invece su quello notturno.

Le suddette possibilità e condizioni considerano solamente il percorso. Però è sempre possibile che la ragione risieda nella scarsa efficienza di una o di entrambe le stazioni, ad esempio per la potenza troppo ridotta in trasmissione, per la scarsa sensibilità del ricevitore o per condizioni sfavorevoli delle antenne. Se è così però, il fenomeno può manifestarsi in qualunque momento.

Fare DX via E sporadico (Es)

Alle altezze dello strato E attorno ai 100 km occasionalmente e in uno spazio relativamente limitato si forma uno strato che riesce a riflettere le frequenze fino a circa 200 MHz. A causa della sua altitudine e della sua comparsa sporadica esso è chiamato strato E sporadico, e abbreviato strato Es. Non esiste un rapporto dimostrabile tra il ciclo delle macchie solari e la frequenza, intensità e durata di questo strato. Invece si manifesta chiaramente un andamento annuale e giornaliero con dei massimi nei mesi maggio ... luglio, dicembre e gennaio nella tarda mattinata e nelle prime ore serali.

Se risulta realizzabile un DX su breve distanza (zona d'ombra molto piccola) attorno ai 30 MHz, allora ci sono delle probabilità per lo strato Es fino a circa 60 MHz, e un DX su breve distanza a 60 MHz ci segnala delle possibilità fino a oltre 100 MHz; dunque si osserveranno le relative frequenze pilota. Comunque, il DX mediante strato Es oltre i 100 MHz è molto raro.

Le portate per riflessione dipendono dall'altezza dello strato e dall'angolo di irradiazione verticale dell'antenna. Attenzione a tenere un angolo di irradiazione più piatto possibile, perché con angoli più ripidi la MUF effettiva dello strato diminuisce velocemente. Talvolta avvengono collegamenti a doppio salto con la portata raddoppiata, mentre la propagazione per salti multipli non è probabile perchè lo strato non è sufficientemente esteso.

Fenomeni negativi alla propagazione

Qualche volta i disturbi nei collegamenti non vengono nemmeno notati e riconosciuti come tali e occasionalmente essi risultano addirittura vantaggiosi. Ciò si verifica ad esempio quando si forma uno strato Es che con la sua MUF elevata apre al DX anche quelle gamme sarebbero altrimenti rimaste precluse.

Per il traffico quotidiano lo strato Es è fattore di disturbo. I segnali che in altre condizioni vengono riflessi da uno degli strati F subiscono la riflessione ad opera dello strato Es che si trova ad altezza notevolmente più bassa, per cui le portate per riflessione si accorciano. Ciò significa un numero più elevato di salti per coprire una certa distanza e perciò maggiore potenza di trasmissione.

Inoltre i punti di riflessioni del segnale si spostano, cosicché la zona prescelta per il collegamento può rimanere esclusa dalla ricezione; d'altro canto però è possibile effettuare collegamenti con punti che normalmente si trovano in zona d'ombra.

L'effetto di disturbo dello strato Es dipende in forte misura dal percorso dei segnali. Su percorsi equatoriali gli effetti si manifestano quasi esclusivamente di giorno e indipendentemente dalla stagione, in quanto nella zona dell'Equatore strati Es si formano per tutto l'arco dell'anno. Al contrario gli strati Es delle zone polari sono ospiti della notte, cosicché i percorsi polari dei segnali vengono influenzati principalmente durante la notte polare. I disturbi su percorsi est-ovest nella zona temperata hanno tendenze stagionali con i massimi nei mesi maggio ... luglio, dicembre e gennaio durante le ore diurne.

Disturbi causati direttamente da effetti solari si manifestano quasi ininterrottamente, però la loro intensità è molto diversa sia localmente che temporalmente. Subiscono influsso particolare i percorsi dei segnali attraverso zone vicine ai poli durante le notti polari. In periodi analoghi, ma con minore intensità si manifestano disturbi lungo i tragitti alle medie latitudini geografiche.

Parimenti i tragitti dei segnali attraverso la fascia equatoriale sono disturbati moderatamente, ma per tutto l'anno. Tutti questi disturbi si manifestano mediante evanescenza più o meno profonda in ricezione.

Qualora il fattore d'attenuazione dello strato D assuma valori particolarmente alti, le onde non riescono più a superare lo strato nemmeno con alte potenze di trasmissione. Per tale effetto sono note tre cause: la Sudden Ionospheric Disturbance (SID; tempesta ionosferica) e due tipi di Polar Blackout (PB).

La SID si manifesta soltanto sull'emisfero esposto al sole, e ovunque contemporaneamente. La sua durata va da alcuni minuti ad alcune ore: il manifestarsi è molto veloce, mentre la fine è lenta e progressiva. Robuste SID cancellano totalmente i collegamenti e le gamme colpite più frequentemente sono quelle delle onde medio/corte e corte nella loro parte più bassa. Le tempeste ionosferiche si manifestano soprattutto negli anni dei massimi di macchie solari, con diversi « assalti » al giorno, mentre gli anni di minima possono talvolta esserne risparmiati per mesi.

Il primo tipo di PB si manifesta piuttosto raramente e quasi esclusivamente durante i massimi di macchie, però esso perdura di solito per parecchi giorni.

Il secondo tipo è abbastanza frequente e coincide soprattutto con le fasi principali delle aurore polari (in marzo e settembre) e dura delle ore fino a dei giorni.

Entrambi i tipi provocano il crollo totale dei collegamenti, se una parte essenziale del percorso dei segnali attraversa latitudini piuttosto elevate (60° e oltre).

È facile dimostrare la presenza della SID e del PB per mezzo delle onde lunghe e lunghissime, le quali in tale situazione fanno registrare un forte aumento dell'intensità di campo (ricezione con volume più forte).

Un particolare effetto di disturbo si manifesta rispetto ai segnali che si propagano per mezzo delle onde terrestri. Esso è.legato alle fasi locali dell'alba e del crepuscolo, nel periodo in cui lo strato D va formandosi oppure sciogliendosi. In questi periodi possono giungere al ricevitore sia le onde terrestri che quelle spaziali riflesse dalla ionisfera provenienti dallo stesso trasmettitore. Dato però che i tempi impiegati nel percorso non corrispondono, per cui ne derivano differenze di fase fra le due componenti nel punto di ricezione, ne deriva un'evanescenza più o meno profonda. Questo effetto molto sfavorevole soprattutto nella localizzazione di emittenti, è sufficientemente noto nella ricezione delle stazioni commerciali sulle onde medie.

L'effetto Lussemburgo

Questo disturbo della propagazione è stato notato per la prima volta nei primi anni trenta quando, sintonizzata una stazione francese (Radio Paris), si poteva ascoltare in sottofondo la potente emissione di Radio Lussemburgo per l'appunto, che trasmetteva su di una frequenza alquanto distante dalla prima. La differenza di frequenza era tale da escludere fenomeni di intermodulazione nel ricevitore stesso. Da prove effettuate in quegli anni, il disturbo doveva essere causato da fattori esterni al ricevitore. La causa poi teorizzata è l'interazione non lineare tra il plasma di elettroni negli strati riflettenti della ionosfera e le onde radio.

Quando due segnali a frequenza diversa vengono mescolati da un mezzo non lineare, il risultato è la formazione di diversi segnali a diverse frequenze dovute al prodotto trigonometrico tra i due. Questo fenomeno è noto come intermodulazione. E' usato per esempio dai circuiti di conversione nei ricevitori supereterodina, ma è provocato anche dagli stessi quando forti segnali indesiderati 'battono in frequenza' con quelli utili, generando sia spurie di modulazione che veri e propri segnali 'immagine' (frequenze immagine). Se il fenomeno avviene nella ionosfera, si ha la generazione di segnali a frequenza diversa da quelli originali.

up »