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Propagação Troposférica

Propagação Troposférica

Em frequências acima de 30 MHz, verifica-se que a troposfera tem um efeito crescente sobre os sinais de rádio e sistemas de comunicação de rádio. Os sinais de rádio são capazes de viajar por distâncias maiores do que seria sugerido por cálculos de linha de visão. Às vezes, as condições mudam e os sinais de rádio podem ser detectados em distâncias de 500 ou até 1000 km e mais. Isso normalmente ocorre por uma forma de aumento troposférico, freqüentemente chamado de "tropo" para abreviar. Às vezes, os sinais podem até mesmo ficar presos em um duto elevado em uma forma de propagação de sinal de rádio conhecida como duto troposférico. Isso pode interromper muitos links de comunicação de rádio (incluindo links de comunicação de rádio bidirecional) porque pode ser encontrada interferência que normalmente não existe. Como resultado, ao projetar um link ou rede de comunicação de rádio, esta forma de interferência deve ser reconhecida para que medidas possam ser tomadas para minimizar seus efeitos.

A forma como os sinais viajam em frequências de VHF e superiores é de grande importância para aqueles que procuram a cobertura de rádio de sistemas como telecomunicações celulares, comunicações de rádio móvel e outros sistemas sem fio, bem como outros usuários, incluindo radioamadores.

Comunicações de rádio de linha de visão

Pode-se pensar que a maioria dos links de comunicação de rádio em VHF e acima seguem uma linha de visão. Isso não é estritamente verdadeiro e descobriu-se que mesmo em condições normais os sinais de rádio são capazes de viajar ou se propagar por distâncias maiores do que a linha de visão.

A razão para o aumento da distância percorrida pelos sinais de rádio é que eles são refratados por pequenas mudanças que existem na atmosfera da Terra perto do solo. Verifica-se que o índice de refração do ar próximo ao solo é ligeiramente mais alto do que na parte superior. Como resultado, os sinais de rádio são direcionados para a área de maior índice de refração, que está mais próxima do solo. Assim, amplia o alcance dos sinais de rádio.

O índice de refração da atmosfera varia de acordo com uma variedade de fatores. Temperatura, pressão atmosférica e pressão de vapor d'água influenciam o valor. Mesmo pequenas mudanças nessas variáveis ​​podem fazer uma diferença significativa porque os sinais de rádio podem ser refratados por todo o caminho do sinal e isso pode se estender por muitos quilômetros.

N unidades

Verifica-se que o valor médio do índice de refração do ar ao nível do solo é em torno de 1,0003, mas pode facilmente variar de 1,00027 a 1,00035. Em vista das mudanças muito pequenas que são vistas, foi introduzido um sistema que permite que as pequenas mudanças sejam notadas mais facilmente. As unidades chamadas unidades "N" são freqüentemente usadas. Essas unidades N são obtidas subtraindo 1 do índice de refração e multiplicando o restante por um milhão. Desta forma, números mais gerenciáveis ​​são obtidos.
N = (mu-1) x 10 ^ 6

Onde mu é o índice de refração

Verificou-se que, como um guia muito aproximado em condições normais em uma zona de temperatura, o índice de refração do ar cai cerca de 0,0004 para cada aumento de quilômetro na altura, ou seja, 400 unidades N / km. Isso faz com que os sinais de rádio tendam a seguir a curvatura da Terra e viajar além do horizonte geométrico. Os valores reais estendem o horizonte do rádio em cerca de um terço. Este fator é freqüentemente usado na maioria dos cálculos de cobertura de comunicações de rádio para aplicações como transmissores de rádio de transmissão e outros usuários de comunicações de rádio bidirecionais, como comunicações de rádio móveis, telecomunicações celulares e similares.

Condições aprimoradas

Sob certas condições, as condições de propagação de rádio fornecidas pela troposfera são tais que os sinais viajam por distâncias ainda maiores. Esta forma de "elevação" em condições é menos pronunciada nas porções mais baixas do espectro VHF, mas é mais aparente em algumas das frequências mais altas. Em algumas condições, os sinais de rádio podem ser ouvidos em distâncias de 2.000 ou mais quilômetros, com distâncias de 3.000 quilômetros sendo possíveis em raras ocasiões. Isso pode dar origem a níveis significativos de interferência por períodos de tempo.

Essas distâncias estendidas resultam de mudanças muito maiores nos valores do índice de refração ao longo do caminho do sinal. Isso permite que o sinal atinja um grau maior de curvatura e, como resultado, siga a curvatura da Terra em distâncias maiores.

Em algumas circunstâncias, a mudança no índice de refração pode ser suficientemente alta para desviar os sinais de volta para a superfície da Terra, ponto em que eles são refletidos para cima novamente pela superfície da Terra. Desta forma, os sinais podem viajar ao redor da curvatura da Terra, sendo refletidos por sua superfície. Esta é uma forma de "duto troposférico" que pode ocorrer.

Também é possível que os dutos troposféricos ocorram acima da superfície da Terra. Esses dutos troposféricos elevados ocorrem quando uma massa de ar com um alto índice de refração tem uma massa de ar com um índice de refração mais baixo abaixo e acima dela, como resultado do movimento do ar que pode ocorrer em algumas condições. Quando essas condições ocorrem, os sinais podem ser confinados dentro da área elevada do ar com alto índice de refração e eles não podem escapar e retornar à terra. Como resultado, eles podem viajar por várias centenas de milhas e receber níveis comparativamente baixos de atenuação. Eles também podem não ser audíveis para as estações embaixo do duto e, dessa forma, criar um salto ou zona morta semelhante à experimentada com a propagação ionosférica de HF.

Mecanismo por trás da propagação troposférica

Os efeitos de propagação troposférica ocorrem comparativamente perto da superfície da Terra. Os sinais de rádio são afetados pela região que fica abaixo de uma altitude de cerca de 2 quilômetros. Como essas regiões são as mais afetadas pelo clima, há uma forte ligação entre as condições climáticas e as condições de propagação de rádio e cobertura.

Sob condições normais, existe um gradiente constante do índice de refração com a altura, sendo o ar mais próximo da superfície da Terra com o índice de refração mais alto. Isso é causado por vários fatores. O ar com maior densidade e o que contém maior concentração de vapor d'água levam a um aumento no índice de refração. Como o ar mais próximo da superfície da Terra é mais denso (como resultado da pressão exercida pelos gases acima dele) e tem uma concentração de vapor d'água maior do que aquela mais alta significa que o índice de refração do ar mais próximo ao da Terra superfície é a mais alta.

Normalmente, a temperatura do ar mais próximo da superfície da Terra é mais alta do que em uma altitude maior. Este efeito tende a reduzir o gradiente de densidade do ar (e, portanto, o gradiente do índice de refração), pois o ar com uma temperatura mais alta é menos denso.

No entanto, em algumas circunstâncias, ocorre o que é denominado inversão de temperatura. Isso acontece quando o ar quente próximo à Terra sobe, permitindo que o ar mais frio e denso entre na Terra. Quando isso ocorre, dá origem a uma mudança maior no índice de refração com a altura e isso resulta em uma mudança mais significativa no índice de refração.

As inversões de temperatura podem surgir de várias maneiras. Um dos mais dramáticos ocorre quando uma área de alta pressão está presente. Uma área de alta pressão significa que condições climáticas estáveis ​​estarão presentes e, durante o verão, estão associadas a um clima quente. As condições significam que o ar próximo ao solo se aquece e sobe. À medida que isso acontece, o ar mais frio flui por baixo, causando a inversão de temperatura. Além disso, descobriu-se que as maiores melhorias tendem a ocorrer à medida que a área de alta pressão está se afastando e a pressão está apenas começando a cair.

Uma inversão de temperatura também pode ocorrer durante a passagem de uma frente fria. Uma frente fria ocorre quando uma área de ar frio encontra uma área de ar quente. Sob essas condições, o ar quente sobe acima do ar frio, criando uma inversão de temperatura. Frentes frias tendem a se mover com relativa rapidez e, como resultado, a melhoria nas condições de propagação tende a ter vida curta.

Desbotando

Quando os sinais são propagados por distâncias estendidas como resultado de condições aprimoradas de propagação troposférica, os sinais normalmente estão sujeitos a um desvanecimento profundo lento. Isso é causado pelo fato de que os sinais são recebidos por vários caminhos diferentes. Como os ventos na atmosfera movem o ar, isso significa que os diferentes caminhos mudarão com o tempo. Consequentemente, os sinais que aparecem no receptor ficarão em fase e fora de fase uns com os outros como resultado dos comprimentos de caminho diferentes e mutáveis ​​e, como resultado, a força do sinal recebido geral mudará.

Quaisquer sinais terrestres recebidos em VHF e acima estarão sujeitos às condições de propagação predominantes causadas pela troposfera. Em condições normais, deve-se esperar que os sinais possam ser recebidos além da linha de visão normal. No entanto, em algumas circunstâncias, essas distâncias serão consideravelmente aumentadas e podem ocorrer níveis significativos de interferência.


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