Re: ARLA/CLUSTER: Efeitos das camadas nas transmissões

[GUY CALDAS]

CARO COLEGA AGRADECIA QUE POR ENQUANTO NAO ME ENVIE MAIS E-MAILS DADO QUE
ESTOU COM PROBLEMAS NO SERVIDOR
73 E OBRIGADO



Em 24/11/06, Roland Gonçalves Gomes <Roland.Goncalves  oni.pt> escreveu:
>
>
>
> Pela sua estrutura, podemos considerar que a atmosfera pode ser vista como
> um conjunto de camadas de gases, de formato esférico. Estas estão dispostas
> concentricamente à Terra. Sua estrutura se relaciona com parâmetrosdiversos. Estes são, a grosso modo, variações térmicas,
> composições químicas variáveis e efeitos físicos diversos, tais como
> eletromagnéticos, etc. No conjunto, todos os parâmetros variam
> sensivelmente, pois dependem da hora, época do ano, latitude e longitude,
> além da atividade solar, que atua decisivamente em todo o sistema
> atmosférico local e global. Com respeito à propagação de radiofreqüência, a
> atmosfera é dividida em troposfera e ionosfera, isto ocorre devido fato de
> condições peculiares entre as duas regiões. A troposfera se situa entre a
> superfície da Terra até aproximadamente 50 km de altitude. Pode-se dizer que
> esta região é neutra no que tange propagação de radiofreqüência. Nela, o
> vapor d'água, a pressão atmosférica e sua temperatura são fatores
> determinantes, porém a refração de RF, desde que a mesma seja abaixo de 30
> Ghz, independe da freqüência do sinal transmitido, pois praticamente
> inexiste devidas colisões eletrônicas. Quanto à influência sobre a
> propagação de RF em freqüências mais baixas, esta se dá acima dos 50 Km até
> aproximadamente 1.000 km. Portanto, é nesta altitude que devemos
> concentrar as nossas atenções, pois, é nesta região, chamada ionosfera,
> formada principalmente por partículas livres carregadas, ou partículas
> ionizadas, que o sinal de rádio ao se propagar depende da freqüência e sofre
> importantes influências do meio plasmático.
>
>
> A atmosfera, neste caso, não pode ser enxergada como um todo, pois tem
> regiões que podem ser vistas como se fossem camadas diversas, cujas
> características diferem de maneira bastante particular. Acima da camada de
> ozônio, em torno de 50 km de altitude, surgem as regiões, distribuídas de
> forma bastante distinta, em camadas de partículas ionizadas (Ver figura ao
> lado). Estas são resultado da radiação solar, em especial da absorção de luz
> ultravioleta e raio-X pelas partículas neutras. A energia contida pela
> radiação solar, em especial ondas eletromagnéticas de alta freqüência,
> causam a fotoionização na alta atmosfera, criando assim, as ditas regiões
> parcialmente ionizadas. Por este motivo, esta região da atmosfera é chamada
> ionosfera. As camadas, ou regiões de ionização, estão contidas entre os 50
> até 1.000 km acima do solo. Porém é sabido que em seu topo, isto é, para
> além da última camada, os íons se estendem para o espaço, misturando-se
> assim ao vento solar e ao plasma interplanetário interpenetrando na
> magnetosfera. É durante a face diurna da Terra, que se estendem e se separam
> as diversas camadas (ou regiões) ionosféricas. Particularmente arbitra-se
> que a densidade iônica forma três regiões básicas. A estas se dá o nome:
> ''regiões D, E e F'', as divisões destas não são de maneira tão distinta
> quanto mostrada por algumas literaturas, pois entre si (Nas camadas) não
> deixam de existir íons, o que ocorre é uma variação da densidade iônica,
> isso, de certa forma, delimita uma tênue fronteira que pode ser interpretada
> como a separação entre diferentes camadas. Esse tipo de descrição, por
> ''camadas'', é necessário para que se possa entender e fazer o estudo das
> ditas separadamente, pois, numa descrição tosca, não se separam como a água
> e o óleo, ou seja, não existe uma fronteira distinta e precisa que as
> delimitadam entre si, e sim uma diferenciação de absorção e variações da
> refração da RF e ressonância que variam conforme a altura, ou seja, de uma
> maneira muito mais sutil, por exemplo: podemos visualizar água limpa,
> translúcida, num recipiente transparente, derramamos um pouco de tinta
> nanquim, haverá um determinado momento em que a tinta se misturará à água,
> mas haverá uma determinada ''fronteira'' entre a ''água mais escura'' e a
> ''água mais clara'', nesta região fronteiriça que se forma, a variação de
> densidade da água é mínima, pois na ''fronteira entre a água tinta e a água,
> ainda é água''. Porém, apesar das ''duas águas'', uma totalmente translúcida
> e outra menos, devida diluição, se banhado de luz o recipiente, o
> comprimento de onda da luz absorvido pela água varia, digamos, há uma
> espécie de ''sintonia'', onde determinados comprimentos de onda de luz
> simplesmente passam pela água, e outros são absorvidos de acordo com a
> variação da ''quantidade'' de tinta diluída na região fronteiriça. Desta
> forma, na ionosfera as tais ''camadas'' se comportam, embora não possam ser
> definidas como ''camadas'' pura e simplesmente, e sim como ''regiões'',
> pois, cada região ionosférica, pode estar contendo, muitas vezes, diversas
> camadas em si. Mas, por uma questão de aceitação de conceitos através dos
> anos, e devidas utilizações do termo que variam conforme a região e as
> pessoas, atualmente aceita-se que as regiões ionosféricas sejam denominadas
> ''camadas ionosféricas''. Um exemplo bastante ilustrativo é a região F, em
> que, nas épocas de ocorrência de grande ionização, no período diurno, no
> verão, se divide em duas *ou mais* sub-regiões (ou camadas), chamadas F1 e
> F2. A região F após atingir o pico máximo de concentração
> eletrônica/iônica, tem a sua densidade decrescida e funde-se ao vento solar
> à medida em que subimos em direção ao espaço exterior.
>
>
> A distribuição em camadas nas regiôes iônicas tem uma variação de
> densidade de elétrons durante o dia, por isso diferentes tipos de ondas tem
> a sua propagação e absorção facilitada ou dificultada, conforme as
> ressonâncias destas concomitantes à absorção energética ou fotoionização. O
> gráfico disponibilizado embaixo, mostra com bastante propriedade o fenômeno
> da ''reflexão'' ionosférica, segundo o comprimento de onda e fotoionização.
>
>
> *Fato que chama a atenção (Nada a ver com o assunto tratado, mas bastante
> importante do ponto de vista ambiental) neste gráfico, é a importância da
> ozonosfera quanto à penetrância dos Raios-gama, Raios Ultravioleta e
> Raios-X.
>
>
> Camada D
>
>
> A camada D, é a que se situa mais próxima à superfície terrestre, sua
> altitude máxima está em torno dos 85 km, mas é na altitude de 80 Km que
> ocorre a máxima concentração eletrônica. Esta gira em torno de 10.000 elétrons/cm
> cúbico (el/cm3). A região D não permanece ativa durante a noite, isso
> ocorre devida falta de ionização e recombinação iônica, sua importância
> reside na propagação de RF, ou na absorção da energia eletromagnética,
> principalmente MF (Freqüência Média, -não confundir com freqüência
> modulada-), HF (Alta freqüência), e de VHF (Freqüência muito alta). Embora
> algumas literaturas não citem, esta região é refletora dos comprimentos de
> onda de LF (Freqüência baixa) e VLF (Freqüência muito baixa). As colisões
> eletrônicas nesta camada se dão de forma muito intensa, isso ocorre devida
> sua baixa altitude, portanto, alta densidade gasosa. Quando anoitece, a
> densidade iônica diminui, assim, a absorção diminui e fica facilitada a
> propagação eletromagnética devida diminuição da absorção energética.
>
>
> Camada E
>
>
> A camada E, se situa entre 85 e 140 km acima do solo, sua concentração
> eletrônica gira em torno de 100.000 el/cm3. A densidade iônica aumenta ao
> nascer do Sol, subindo gradativamente, atingindo o pico em torno do Sol a
> pino (Meio dia), tendo após um comportamento linear no decorrer do dia e
> desaparecendo ao anoitecer. Nas altitudes compreendidas entre 90 a 120 Km
> ocorrem variações na densidade eletrônica, quando isso ocorre, gera uma
> sub-camada (E esporádica) cuja espessura é de poucos quilômetros.
>
>
> Camada E esporádica
>
>
> A camada E esporádica, representada por Es, é uma perturbação que ocorre
> quando elétrons energizados provindos da magnetosfera, meteoros, etc,
> alteram a densidade iônica na altitude compreendida entre 90 a 120 Km.
> Muitas vezes esta se manifesta próxima ao equador magnético durante o dia, é
> regular e não possui muita sazonalidade. Seu comportamento se torna
> interessante para propagação eletromagnética, quando ocorre em altas
> latitudes durante a noite e durante o dia, na região próxima ao equador
> magnético. Quando ocorre nas médias latitudes, fica interessante a reflexão
> em torno das freqüências de 100 Mhz (Nas outras regiões também reflete as
> mesmas freqüências), o que possibilita a comunicação em VHF em longas
> distâncias, muitas vezes são captados, devido este fenômeno, canais de
> televisões a milhares de quilômetros. A aparição da esporádica, em geral, é
> mais frequante no verão do que no inverno.
>
>
> Camada F1
>
>
> A camada F1 ocorre em torno das altitudes de 140 km e 200 km, possui
> grande variabilidade eletrônica, cujos índices vão desde 250.000 el/cm3
> quando as manchas solares estão em seu índice mínimo até 400.000 el/cm3
> quando as manchas solares estão em seu índice máximo.
>
> Esta camada desaparece durante a noite refrata e difunde a RF.
>
>
> Camada F2
>
>
> A camada F2 se situa a partir dos 200 Km e vai até 1000 Km, podendo chegar
> aos 2000 Km. A determinação de seu limite inferior é dada pela distribuição
> e concentração eletrônica (Iônica). O seu limite superior é bastante
> variável, pois tem grande influência determinada pela densidade iônica, esta
> por sua vez, varia conforme o ciclo diário da sombra solar, que por sua vez
> é variável conforme o ângulo de incidência energética, que também é
> influenciado pela atividade solar. Portanto, além da hora do dia, a
> densidade eletrônica tem como variáveis o ciclo solar, as alterações
> magnetosféricas, a hora, e outras muitas variáveis químico-físicas da
> atmosfera baixa e da alta. Todas as alterações ocorrem segundo a altitude e
> são proporcionais à irradiação, que por sua vez, variam também conforme a
> longitude e latitude, portanto, uma previsibilidade do comportamento
> ionosférico em F2 torna-se bastante trabalhosa necessitando de modelos e
> sistemas de cálculos muito sofisticados, e, mesmo assim a margem de erro
> deve ser bastante elástica. Na camada F2, pode-se afirmar que seu
> comportamento, no que tange à concentração iônica, obedece a um padrão
> distributivo difuso. À este padrão se dá o nome de ''Spread F'', sua
> ocorrência é noturna, assim, conforme descrito, existe uma grande variação
> de densidade eletrônica, esta provoca o aparecimento da cintilação dos
> sinais de rádio que por ela se propagam, além da cintilação dos sinais de
> rádio, ainda faz ocorrer a cintilação da visualização de corpos celestes
> além de variações na recepção de toda e qualquer manifestalção
> eletromagnética provinda do outro lado da ionosfera, principalmente em VHF e
> HF.
>
>
> Variações comportamentais conforme o comprimento de onda.
>
>
> Devidas descrições traçadas, se pode afirmar que a ionosfera, dependendo
> da altitude, concentração de elétrons, etc, tem comportamentos diversos,
> muitos ocorrendo simultaneamente numa mesma região ou em regiões diferentes.
> Também, reforçando a imprevisibilidade de seu comportamento, sabe-se que a
> ionosfera ressona e reage de formas diversas em freqüências diferentes
> conforme a variação de sua altitude e/ou densidade de elétrons. As regiões
> ionosféricas (D,E,F) possuem a característica de reagir de maneiras
> diferentes conforme o comprimento de onda em si propagado. Isso ocasiona uma
> diferença de comportamento das freqüências críticas que variam conforme a
> camada, ou região. Ou seja, para cada região existe a sua própria freqüencia
> crítica, que nada mais é do que a Máxima Freqüência Utilizável, chamada de
> MUF (inglês) ou MFU (português) com sua própria incidência vertical que pode
> ocasionar a reflexão segundo a camada e sem ter influência do campo
> magnético da Terra diretamente.
>
>
> Assim, é sabido que o VHF atravessa todas as camadas da ionosfera, salvo
> em ocasiões raríssimas que ocorrem mais pelo efeito atmosférico ordinário
> (Inversões térmicas, etc), também se conhecem os efeitos dos sinais de LF,
> MF e HF, que são comprimentos de onda que tem as suas Máximas Freqüências
> Utilizáveis variáveis e dependentes da altitude, da densidade eletrônica que
> obedece aos ciclos solares diários, anuais, e periódicos (O ciclo dos 11
> anos) e variam ainda de forma distinta, isto é, cada região tem um
> comportamento diferente da outra no que tange a periodicidade, estes podem
> ocorrer ao mesmo tempo, no mesmo sentido ou não, conforme descrito no texto.
>
>
> MUF ou MFU
>
>
> De acordo com pesquisas elaboradas durante o passar do tempo, chegou-se
> então a uma sistematização na elaboração de conceitos e modelos matemáticos
> onde se pode ''prever'' o comportamento da ionosfera segundo a freqüência.
>
>
> Ver nas figuras embaixo.
>
> =>Incidência vertical
>
>
> => Incidência não vertical
>
>
> <http://br.geocities.com/atmosfera_ionosfera/muf_maxima_frequencia_utilizavel_py5aal.gif>
>
>
> +Lei da Secante
>
>
> => MUFF: Fator de Máxima Freqüência Utilizável.
>
>    *Existe uma grande diferença entre ceder conhecimento para se mostrar e
> esnobar e ceder conhecimento para simplesmente ajudar. Portanto,
> ajudemos....*
>
>
> Cordiais cumprimentos  --- CT2JHU
>
>
> *Roland Gomes*
>
> Gestor de Projectos/Consultor
>
> *OniTelecom/Infra-estruturas Cliente e Gestão de Projecto*
>
> **
>
> * <http://www.oni.pt/>*
>
>
>
> _______________________________________________
> CLUSTER mailing list
> CLUSTER  radio-amador.net
> http://radio-amador.net/cgi-bin/mailman/listinfo/cluster
>
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