Propagazione troposferica

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I Paesi della Nato fin dagli anni sessanta iniziarono una sperimentazione (a cui lo scrivente ha partecipato come Supervisore al turno di servizio) sulla propagazione sia Ionosferica che Troposferica di cui lo scrivente ha operato su entrambi i sistemi. Lo Ionoscatter fu abbandonato in quanto lavorando a frequenze piu' basse del Troposcatter permetteva un numero di canali telegrafici (RTTY) inferiore rispetto al Troposcatter, questo sistema e' tuttora operativo e serve per collegare in ponte radio i Paesi della NATO, su alcuni monti degli appennini si possono notare delle enormi Parabole di dieci metri di diametro costruite dalla Krupp le cui antenne fanno parte appunto del sistema Troposcatter. La propagazione mediante segnali deflessi nella bassa atmosfera, detta propagazione troposferica, puo' consentire la ricezione su una distanza molto maggiore di quella che si avrebbe se la bassa atmosfera fosse omogenea. In un'atmosfera omogenea, detta normale, vi e' una graduale ed uniforme diminuzione dell'indice di rifrazione con 'altezza. Questo effetto e' dovuto agli effetti combinati di una diminuzione di temperatura, di pressione e di contenuto di vapor acqueo, con l'altezza. Questa diminuzione graduale con la altezza dell'indice di rifrazione causa una leggera deflessione verso il basso, in un percorso curvo, delle onde irradiate entro angoli molto bassi rispetto all'orizzonte. Ne risulta che tali onde si propagheranno oltre il "vero" o "geometrico" orizzonte. In una cosiddetta atmosfera normale l'effetto della traiettoria ricurva e' equivalente ad un aumento del diametro della terra di circa un terzo. Questa condizione estende l'orizzonte del 30% circa per la propagazione normale, e' l'orizzonte dilatato e' noto come "orizzonte della traiettoria radio". CONDIZIONI CHE GUIDANO LA STRATIFICAZIONE TROPOSFERICA Quando la temperatura, la pressione o il contenuto di vapore acqueo dell'atmosfera, non variano con continuita' col crescere dell'altezza, la discontinuita', o stratificazione, dara' luogo ad una riflessione o rifrazione di segnali incidenti ad altissima frequenza. Normalmente questa condizione ha speciale prevalenza nella notte e nell'estate. In certe zone come lungo la costa occidentale del Nord America, essa e' abbastanza frequente da potersi considerare normale. L'intensita' del segnale decresce lentamente con la distanza e se le condizioni favorevoli nella bassa atmosfera si estendono per un'area notevole, la portata e' limitata soltanto dalla potenza del trasmettitore, dal guadagno dell'antenna, e dal rapporto segnale/disturbo. Non esistono zone di silenzio. Usualmente, la trasmissione in tali condizioni e' accompagnata da deboli evanescenze, benche' queste posano essere molto nette nel punto in cui viene ricevuta anche l'onda diretta con intensita' pressoche' uguale. La inflessione nella troposfera e cioe' nella regione compresa entro i 10 KM dalla superficie terrestre, si verifica piu' facilmente nei giorni in cui vi sono strati nuvolosi, che in quelli sereni, freddi e con cielo azzurro intenso. La discontinuita' di temperatura o di umidita' possono essere provocate da correnti di convenzione verticale sopra il terreno nelle ore diurne, ma si verificano piu' facilmente durante il giorno sul mare. Questa condizione puo' essere prevista con alcuni giorni d'anticipo mediante le informazioni metereologiche. Esse non sembrano dipendere dai cicli delle macchie solari. Per le comunicazioni dirette i migliori risultati si ottengono con polarizzazione e orientamento simili ad entrambi gli estremi ricevente e trasmittente; invece nelle trasmissioni attraverso la riflessione della ionosfera (quella parte dell'atmosfera che e' compresa fra 50 e 500 KM d'altezza) il fatto che le antenne siano similmente polarizzate non porta altro che una minima differenza.

INTERFERENZA D'ONDA IN FUNZIONE DELL'ALTEZZA.

Quando la sorgente di un'onda di spazio e' polarizzata orizzontalmente e' sopra l'orizzonte, il segnale ricevuto in una localita' distante da luogo ad una variazione ciclica se l'altezza dell'antenna viene progressivamente aumentata. Questo e' dovuto alla differenza nella lunghezza totale dei percorsi dell'onda diretta e da l'onda riflessa dalla terra il fatto che questa differenza di lunghezza delle traiettorie e' tale che due onde arrivino sull'antenna ricevente con una differenza di fase multipla di 360 gradi, le due onde appaiono cosi' relativamente in fase all'antenna e ne risulta un segnale massimo. Quando invece l'altezza dell'antenna e' tale che la differenza di percorso per le due onde fa si che esse arrivino con una differenza di fase pari ad un multiplo dispari di 180 gradi, le due onde sostanzialmente si annullano e nessun segnale sara' ricevuto con l'antenna posizionata a quell'altezza. La differenza fra D1 e D2 + D e' la differenza di lunghezza dei percorsi. Si noti anche che vi e' uno spostamento di fase addizionale di 180 gradi nell'onda riflessa dalla terra nel punto in cui essa e' riflessa dal suolo. E' quest'ultimo spostamento di fase che determina il fatto che l'intensita' di campo dell'onda di spazio di un'onda polarizzata orizzontalmente sia nulla con l'antenna ricevente posizionata al livello del suolo.

CANALE ATMOSFERICO

Quando le condizioni di incurvamento sono particolarmente favorevoli esse possono dar luogo alla formazione di un canale che puo' propagare le onde con un'attenuazione molto piccola su grande distanza in modo molto simile a cio' che avviene in una guida d'onda. La propagazione guidata lungo un canale nell'atmosfera puo' dare condizioni di trasmissione del tutto eccezionali. Pero' questi canali si formano generalmente su percorsi sopra il mare. Lo spessore del canale sulla superficie del mare puo' essere di soli 6-15 metri, ma eccezionalmente puo' raggiungere anche uno spessore di 300 metri. I canali presentano una caratteristica frequenza inferiore di taglio analogamente alle guide d'onda. La frequenza di taglio e' determinata dallo spessore del canale e dalla entita' della discontinuita' nell'indice di rifrazione alla superficie superiore del canale. La piu' bassa frequenza che puo' essere propagata mediante tali canali raramente scende al di sotto dei 50 MHz e normalmente e superiore ai 100 MHz (come da sperimentazioni effettuate dallo scrivente in banda UHF per collegare il basso Lazio con la Sardegna nel periodo estivo il tutto con esito positivo).

RIFLESSIONE STRATOSFERICA

Le comunicazioni che si avvalgono della riflessione stratosferica possono essere interrotte durante tempeste magnetiche, boreali e piogge meteoriche. Le comunicazioni dx durante un'estesa pioggia meteorica sono caratterizzate da frequenti scoppi di grande intensita' nel segnale ricevuto seguiti da una rapida diminuzione di livello del segnale ricevuto. Il moto dei meteoriti forma una scia ionizzata di considerevole estensione che puo' dar luogo ad un'effettiva riflessione del segnale. Pero la regione ionizzata persiste soltanto per pochi secondi cosicche' e' necessaria una certa continuita' nella pioggia meteorica prima che la comunicazione diventi possibile. Il tipo di comunicazione che e' possibile durante l'apparizione visibile dell'aurora boreale e durante le piogge magnetiche e' stato chiamato "aurora dx". Queste condizioni raggiungono spesso un massimo dopo il massimo di un ciclo di macchie solari, forse perche' le macchie sul sole sono piu' vicine al suo equatore (e quindi piu' direttamente allineate con la terra). Le tempeste ionosferiche accompagnano le tempeste magnetiche. Gli strati normali della ionosfera possono essere agitati o interrotti rendendo difficili o impossibili le radio trasmissioni ad alta frequenza su grandi distanze. Condizioni anormali della ionosfera modulano talvolta le onde ad altissima frequenza cosicche' si nota un tono definito o una modulazione di disturbo anche sulle emissioni di trasmettitori posti a pochi KM di distanza. Una caratteriustica peculiare di questo tipo di propagazione "aurorale" dei segnali ad altissima frequenza nell'emisfero Nord e' che le antenne direttive devono essere normalmente orientate in direzione Nord per ottenere i migliori risultati di trasmissione e ricezione, indipendentemente dalla direzione dell'altra stazione con cui si deve comunicare. Distanze superiori ai 1000-1300 KM sono state coperte durante le tempeste magnetiche usando trasmettitori sintonizzati sulla frequenza di 30 o 50 MHz con modeste manifestazioni di zone di silenzio tra le stazioni in collegamento. Generalmente le trasmissioni a modulazione vocale risultano difficili o addirittura impossibili per la modulazione di disturbo del segnale. La maggioranza delle comunicazioni diu questo tipo e' stata sostituita con sistemi ad onde persistenti o ad onde modulate co nota acustica costante e manipolata sulla portante del tipo FSK.