Propagação Ionosférica - Radioamadorismo

Propagação Ionosférica

Introdução
1 - A Ionosfera
2 - Comunicações em HF
3 - Os efeitos dos distúrbios solares
Resumo Técnico da Propagação Ionosférica
Glossário

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Introdução

Existem instituições de pesquisa que são normalmente financiados por governos e universidades, que se dedicam ao estudo em tempo real das condições do espaço sideral, do Sol, da ionosfera e do campo magnético da Terra, que são críticos para o mapeamento da qualidade das comunicações através das ondas do rádio. Devemos lembrar que as ondas de rádio são responsáveis pelas comunicações vitais do mudo atual, se iniciando pela radio difusão até os sofisticados sistemas de navegação baseados em satélite como o GPS, estão sujeitos aos fenômenos da atividade solar e propagação das ondas eletromagnéticas.

O descritivo da propagação ionosférica, é baseado nas informações publicadas do instituto IPS Radio & Space Services da Austrália.

Glossário ( clique nas figuras)

1 - A Ionosfera

    1.1 - As regiões da ionosfera

    Em uma região que se estende de uma altitude de aproximadamente 50 km até mais de 500 km, algumas das moléculas da atmosfera são ionizadas pela radiação do Sol para produzir um gás ionizado. Esta região é chamada de ionosfera.

    A ionização é o processo no qual elétrons, os quais são carregados negativamente, são removidos ( ou anexados ) de átomos neutros ou moléculas para formar íons carregados positivamente ( ou negativamente ) e elétrons livres. São estes íons que fornecem o nome a ionosfera, mas são os muito mais leves e livres elétrons em mutação que são importantes em termos de propagação de ondas de radio de alta freqüência ( HF : 3 à 20 MHz ). Geralmente, quanto maior o numero de elétrons, mais altas freqüências podem ser usadas.

Durante o dia podem existir quatro regiões presentes chamadas : D, E, F1 e F2. As regiões e suas faixas de alturas aproximadas são :

D	de 50 a 90 km
E	de 90 a 140 km
F1	de 140 a 210 km
F2	acima de 210 km

     Durante o dia, a "Esporádica E ( seção 1.6 ), é algumas vezes observada na região E, e em algumas determinadas vezes durante o ciclo solar a região F1 pode não ser distinta de F2, e sim, se juntarem para formar a região F. À noite, as regiões D, E e F1 se tornam muito vazias de elétrons livres, deixando apenas a região F2 disponível para comunicações; entretanto não é raro ocorrer a região Esporádica E durante a noite.

    Apenas a E, F1 e Esporádica E quando presentes, e a região F2 refratam ondas de alta freqüência ( HF ). A região D também é importante, porque apesar de não refratar ondas de radio, ela absorve ou as atenuam ( seção 1.5 ). A região F2 é a mais importante para a propagação das ondas de rádio HF devido a :

• está presente 24 horas do dia;

• sua alta altitude permite os mais longos caminhos de comunicação;

• geralmente refrata as mais altas freqüências na faixa de HF

    O tempo de vida dos elétrons é maior na região F2 o qual é uma razão de porque estar presente a noite. Tempos típicos de vida de elétrons nas regiões E, F1 e F2 são 20 segundos, 1 minuto e 20 minutos, respectivamente.

Estrutura diurna e noturna da ionosfera

    1.2 - Produção e perda de elétrons na ionosfera

    A radiação solar causa a ionização no que chamamos de ionosfera. Os elétrons são produzidos quando esta radiação colide com átomos e moléculas não carregadas ( neutras eletricamente ). Desde que este processo requer radiação do Sol, a produção de elétrons apenas ocorre durante o hemisfério iluminado de dia da ionosfera.

Produção (topo) e perdas (em baixo)

    1.3 - Observando a ionosfera

    A mais importante característica da ionosfera em termos de radio comunicação é sua habilidade de refletir ondas de radio. Entretanto, apenas aquelas ondas dentro de determinados intervalos de freqüência serão refletidas. O intervalo de freqüências neste caso dependera de um numero de fatores ( seção 1.4 ). Vários métodos tem sido usados para investigar a ionosfera e o instrumento mais amplamente usado  para este propósito é a "ionosonda". Note que muitas referencia a comunicações ionosféricas falam de reflexão de ondas. É, entretanto, um processo de refração.

    A ionosonda é um radar de alta freqüência que envia para a ionosfera pulsos muito curtos de energia de radio  verticalmente. Se a freqüência de radio não for tão alta, os pulsos são refratados de volta direcionados para o chão. A ionosonda registra o retardo entre a transmissão e recepção de pulsos. Através da variação da freqüência dos pulsos, um registro é obtido do tempo de atraso em diferentes freqüências. 

Operação da Ionosonda

    Freqüências menores do que 1.6 MHz são interferidas por estações de radio difusão AM locais. Com o aumento na freqüência, aparecem ecos primeiro da região baixa E e subseqüentemente, com maior atraso de tempo, das regiões F1 e F2. É claro, que à noite os ecos são retornados apenas da região F2 e possivelmente pela Esporádica E, considerando que as outras regiões já perderam a maioria de seus elétrons livres.

    Atualmente, a ionosfera é "iluminada" não apenas por sinais enviados com incidência vertical. Sinais oblíquos  de energia de radio são enviados à ionosfera ( o transmissor e receptor são separados por alguma distancia ). Este tipo de sinal pode monitorar a propagação em um circuito particular e fazer as observações dos vários modos sendo suportados pela ionosfera. Os ionosondas de "retro dissipação" ( backscatter ) se baseiam nos ecos refletidos a partir do chão e retornados ao receptor, o que pode ou não ser do mesmo lugar que o transmissor. Este tipo de pesquisa é usado para radar além-do-horizonte.

    1.4 - Variação da ionosfera

    A ionosfera não é o meio estável o qual permite o uso de uma freqüência ao longo do ano, ou até durante 24 horas. O ionosfera varia com o ciclo solar, as estações, o circuito e durante qualquer dia em questão. Então, uma freqüência poder prover propagação com sucesso agora, e pode não ser o mesmo uma hora depois.

        1.4.1 - Variações devidas ao ciclo solar

        O Sol passa através de um período de elevação e queda em sua atividade o qual afeta as comunicações em HF; o ciclo solar varia em duração de 9 a 14 anos. Na atividade mínima, apenas as freqüências mais baixas da banda de HF serão suportadas pela ionosfera, enquanto na máxima as freqüências mais altas serão propagadas com sucesso. Isto se deve a existência de mais radiação emitida pelo Sol no período de pico, o que produz mais elétrons na ionosfera o que permite o uso de freqüências mais altas.

O ciclo solar e a dependência sazonal das freqüências da Região E e F para uma incidência vertical de uma onda celeste no hemisfério sul.

        Existem outra conseqüências para o ciclo solar. Em torno do pico máximo solar existem maiores incidências de labaredas solares. As labaredas são grandes explosões no Sol que emitem radiações e ionizam a região D causando maior absorção de ondas de HF. Considerando que a região D é presente apenas durante o dia, apenas os caminhos de comunicação que passam através do dia serão afetados. A absorção de ondas de HF que viajam através da ionosfera depois da ocorrência das labaredas é chamada de desvanecimento das ondas curtas ( seção 3.1 ). Desvanecimentos ocorrem instantaneamente e afetam baixas freqüências em sua maioria. As freqüências mais baixas são as ultimas a se recuperarem. Se for suspeitado ou confirmado que um desvanecimento aconteceu, pode ajudar tentar usar uma freqüência mais alta. Entretanto, se uma labareda é muito grande, o espectro inteiro da HF pode se tornar inutilizado. A duração de desvanecimentos pode variar entre 10 minutos até uma hora dependendo da intensidade e duração da labareda.

Veja a foto de uma labareda

        1.4.2 - Variações sazonais

        As freqüências da região E são maiores no verão do que no inverno, Entretanto, a variação nas freqüências da região F são mais complicadas. Em ambos hemisférios, as freqüência de fim de tarde da região F geralmente atingem picos em torno dos equinócios (Março e Setembro). Em torno do mínimo solar, as freqüências dos fins de tarde no verão são, como esperadas, geralmente maiores do que as do inverno, mas, em torno do máximo solar, as freqüências de inverno em alguns locais, podem ser maiores do que as do verão. Adicionalmente, freqüências próximo aos equinócios (Março e Setembro) são maiores do que aquelas no verão ou inverno para ambas situações de máximo e mínimo solar. A observação das  tardes, das freqüências de inverno serem geralmente maiores do que as de verão é chamado de anomalia sazonal ( isto não está observado na figura ).

        1.4.3 - Variações com a latitude

        A figura indica as variações nas freqüências das regiões E e F a tarde e meia noite a partir dos pólos ao equador geomagnético. Durante  o dia e com a crescente latitude, a radiação solar ataque a atmosfera mais obliquamente, logo a intensidade da radiação e a produção de densidade de elétrons decaem em direção aos pólos.

Representação de variações de latitude

        Note na figura como os picos de freqüência da região F diurna não se localizam no equador magnético, e sim, ao redor de 15 a 20 graus norte e ao sul deste. Isto é chamado de anomalia equatorial. À noite, as freqüências alcançam um mínimo de 60 graus latitude norte e sul do equador geomagnético. Grandes distúrbios podem ocorrer na proximidade destes fenômenos os quais podem levar a variações no intervalo das ondas celestes que tem pontos de reflexão próximos.

        1.4.4 - Variações diurnas

        As freqüências de operação são normalmente maiores durante o dia e menores a noite. Com o amanhecer, a radiação solar causa a produção de elétrons na ionosfera e as freqüências aumentar alcançando o seu máximo próximo da tarde. Durante a tarde, as freqüências começam a cair devido a perda de elétrons e com o anoitecer, as regiões D, E e F1 se tornam insignificantes. As comunicações de HF em ondas celestes durante a noite é entretanto através da região F2 e a absorção de ondas de radio é menor por causa da falta da região D. Através da noite, as freqüências diminuem alcançando o mínimo imediatamente antes do amanhecer.

Freqüências das camadas E e F para o circuito de Singapura a Ho Chi Minh durante um ciclo solar

    1.5 - Variações na absorção

    A região D, a qual se torna insignificante a noite, atenua as ondas quando estas passam através desta. A absorção foi discutida na seção 1.4.1 quando foi descrito como as labaredas solares podem causar distúrbios ou degradações aos caminhos de comunicação os quais passam através durante a luz do dia. A absorção na região D também varia com o ciclo solar, sendo maior em torno do máximo solar. A absorção de sinal é maior no verão e durante o meio do dia. Existe uma variação na absorção conforme a latitude, com mais absorção ocorrendo próximo ao equador e diminuindo na direção dos pólos, sendo que certos eventos solares poderão significativamente aumentar a absorção nos pólos. Freqüências menores são absorvidas em uma extensão maior, logo, é aconselhável usar a mais alta freqüência possível.

Exemplo de variações diurnas e sazonais na absorção em Sydney, Austrália, em 2.2 MHz

    Ao redor das regiões polares a absorção podem afetar as comunicações dramaticamente as vezes. Algumas vezes prótons de alta energia ejetados do Sol durante grandes labaredas solares se moverão para as linhas do campo magnético da Terra e as regiões polares. Estes prótons podem causar acréscimo na absorção de ondas de radio de HF quando passam através da região D. Esta absorção elevada pode durar um numero de dias que é um evento chamado de Absorção da Calota Polar - Polar Cap Absorption  PCA, seção 3.2.

    1.6 - Esporádica E

    A Esporádica E pode se formar a qualquer momento. Ocorre a altitude entre 90 a 140 km ( dentro da região E ), e pode se espalha a uma grande área ou ser confinada a uma pequena região. É difícil saber onde e quando ocorrera e quanto tempo irá persistir. A Esporádica E poder ter uma densidade de elétrons comparada com a região F, implicando que pode refratar freqüências comparáveis a região F. A Esporádica E entretanto pode ser usada para comunicações de HF em freqüências mais das altas que seriam normalmente usadas para a comunicação para as camadas E eventualmente. Algumas vezes uma camada Esporádica E é transparente e permite que a maioria das ondas de radio a atravessem até a região F, entretanto, em outras vezes a camada Esporádica E obscurece a região F totalmente e o sinal não alcança o receptor . Se a camada Esporádica E é parcialmente transparente, a onda de radio parece ser refratada as vezes da região F e em outras ocasiões da Esporádica E. Isto pode conduzir a transmissões parciais do sinal ou desvanecimento.

Alguns caminhos possíveis quando a Esporádica E está presente

- - - - Sinal parcialmente transmitido pela Esporádica E e parcialmente pela camada F. Qualquer sinal recebido pode ser fraco ou irregular
------ Ondas passam através da Esporádica E e são refratadas pela camada F

    A Esporádica E nas baixas e medias latitudes ocorrem com mais freqüência durante o dia e no inicio da noite, e se prevalece mais durante os meses de verão. Em altas latitudes, a Esporádica E tende a se formar a noite.

    1.7 - Espalhamento F

    O espalhamento F ocorre quando a região F se torna difusa devido a irregularidades naquela região que dispersa a onda de radio. O sinal recebido é a superposição de um numero de ondas refratadas de diferentes alturas e localizações na ionosfera em curtos momentos diferentes. Em baixas latitudes, o espalhamento F ocorre principalmente durante as horas noturnas e próximo aos equinócios. Em medias latitudes, o espalhamento F é menos propenso a ocorrer que em baixas e altas latitudes. Aqui é mais propicio a ocorre a noite e no inverso. Em latitudes maiores que 40 graus aproximadamente, o espelhamento F tende a ser um fenômeno do período noturno, aparecendo mais próximos aos equinociais, enquanto em torno dos pólos magnéticos, o espalhamento F é geralmente observado tanto de dia quanto à noite. Em todas as latitudes existe uma tendência para a espalhamento F ocorrer quando existe um decréscimo nas freqüências da região RF. Isto é, o espalhamento F está geralmente associado com tempestades ionosféricas ( seção 3.3 ).

2 - Comunicações em HF

    2.1 - Tipos de propagação de HF

    Os sinais de radio de alta freqüência ( 3 a 30 MHz ) podem se propagar a um receptor distante, através de :

• onda terrestre : próximo ao chão para distancias curtas, em torno de 100 km sobre a terra e 300 km sobre o mar. Este alcance da onda depende da altura da antena, polarização, freqüência, tipo de solos, vegetação, estado do terreno/mar;

• onda direta ou de linha-de-visada : esta onda pode interagir com a onda refletida de terra em separação terminal, freqüência e polarização;

• ondas celestes : refratadas pela ionosfera, todas as distancias.

Tipos de propagação de HF

    2.2 - Limites de freqüência das ondas celestes

    Nem todas as ondas de HF são refratadas pela ionosfera, existem limites superiores e inferiores de freqüências para comunicações entre dois terminais. Se a freqüência é muito alta, a onda ira penetrar na ionosfera, e se for muito baixa, a potencia do sinal será atenuada devido a absorção da região D. O intervalo de freqüências utilizáveis poderá variar :

• ao longo do dia;

• com as estações;

• com o ciclo solar

• de lugar para lugar

• depende na região da ionosfera usada para comunicações.

    Enquanto o limite superior das freqüências variam principalmente com estes fatores, os limites inferiores são também dependentes do ruído do lugar de recepção, a eficiência da antena, potencia do transmissor, entelamento da camada E ( seção 2.6 ) e absorção pela ionosfera.

    2.3 - O intervalo de freqüências utilizáveis

    Para qualquer circuito existe uma Máxima Freqüência Utilizável - Maximum Usable Frequency (MUF) - a qual é determinada pelo estado da ionosfera na proximidade da área(s) de refração e comprimento do circuito. A MUF é  refratada a partir da área da máxima densidade de elétrons. Entretanto, freqüências mais altas que a MUF para uma região em particular irá penetrar naquela região. Durante o dia é possível se comunicar com ambas camadas E e F usando diferentes freqüências. A mais alta freqüência suportada pela camada E é a EMUF, enquanto aquela suportada pela camada F é denominada FMUF.

    A MUF da região F  em particular varia durante o dia, sazonalmente e com o ciclo solar. Dados de coletados ao longo do tempo indicam um intervalo de freqüências observadas e algumas predições espelham as observações. Um intervalo MUF da região F é provido nas previsões e este intervalo se estende a partir do mais baixo décimo percentil do MUF ( denominado de Ótima Freqüência de Operação - OWF ) através da MUF mediana até o percentil superior da MUF. Estas MUFs tem chances de 90%, 50% e 10% respectivamente de serem suportadas pela ionosfera, respectivamente as predições geralmente cobrem um período de um mês, logo, a OWF deve prover propagação com sucesso 90% do tempo ou 27 dias no mês. A MUF mediana deve prover comunicações 50% ou 15 dias do mês e o percentil superior da MUF 10% ou 3 dias no mês. O percentil superior da MUF é a mais alta freqüência do intervalo das MUFs e se parece mais propicia a penetrar na ionosfera.

Intervalo de freqüências utilizáveis. Se a freqüência, f, é próxima a ALF então a onda pode sofrer absorção na região D. Se a freqüência é acima da MUF então a propagação é através da região F. Acima da FMUF a onda normalmente penetra na ionosfera.

    As chances de propagação bem sucedida discutida acima dependem das previsões mensais da atividade solar da IPS serem corretas. Algumas vezes eventos não previstos ocorrem no Sol resultando em predições mensais incorretas. Um dos papeis do Australian Space Forecast Centre ( ASFC ) - Centro de Previsão de Espaço Australiano - é prover correções as previsões mensais, alertando clientes de mudanças nas condições de comunicação.

    A região D não permite que todas as freqüências sejam usadas devido as freqüências mais baixas serem mais propicias a serem absorvidas. A Freqüência Limitante de Absorção - Absorption Limiting Frequency (ALF ) é provida como um guia para o limite inferior da banda de freqüência utilizável. O ALF é significante apenas para circuitos com pontos de refração no hemisfério iluminado pelo Sol. À noite, o ALF é zero, permitindo freqüências que não são utilizáveis durante o dia se propagarem com sucesso.

    2.4 - Comprimento do pulo

    O comprimento do pulo é a distancia no chão coberta por um sinal de radio apos ter sido refratado a partir da ionosfera e retornado a Terra. O limite superior do comprimento do pulo é determinado pelo comprimento da ionosfera e a curvatura da Terra. Para as alturas de 100 km e 300 km das regiões E e F, os comprimentos máximos dos pulos com um angulo de elevação de 4 graus, são 1800 km e 3200 km, respectivamente. Distancias maiores que estas irão requerer mais que um pulo. Por exemplo, a distancia de 6100 km iriam requerer um mínimo de 4 pulos pela região E e 2 pulos via região F com tal angulo de elevação. Mais pulos podem ser necessários com ângulos de elevação de antenas maiores.

Comprimento de pulos baseados no angulo de elevação da antena de 4 graus e alturas de 100 km e 30 km, respectivamente para as camadas E e F

    2.5 - Modos de propagação

    Existem muitos caminhos ou modos por onde uma onda celeste pode viajar do transmissor para o receptor. O modo para uma camada em particular a qual requer o menor numero de pulos entre o receptor e o transmissor é denominado "modo de primeira ordem". O modo que requer mais um pulo extra é chamado de "modo de segunda ordem". Para um circuito com comprimento de caminho de 5000 km, o modo de primeira ordem de F irá requerer pelo menos dois pulos ( 2F ), enquanto o modo de segunda ordem de F irá requere três pulos ( 3F ). O modo de primeira ordem de E possui o mesmo numero de pulos que o modo de primeira ordem de F. Se isto resultar em um comprimento de pulo maior que 2050 km, o que corresponde a um angulo de elevação de 0 graus, o modo E não é possível. Isto também se aplica ao modo de segunda ordem de E.  É claro, que os modos da região E estarão apenas disponíveis em circuitos durante a luz do dia.

    Modos simples são aqueles propagados por uma região, digamos a região F na figura abaixo. Modos mais complicados consistindo de combinações de refrações das regiões E e F, modos de tubulação e arco são também possíveis, conforme mostra a figura na seqüência.

Exemplos de simples modos de propagação

    Modos de arco e tubulação envolvem um numero de refrações da ionosfera sem reflexões intermediários vindos do chão. Existe uma tendência a se pensar que as regiões da ionosfera como sendo homogêneas, entretanto, a ionosfera move e se ondula, com ondas passando através desta o qual pode afetar a refração do sinal. As regiões da ionosfera podem falhar e quando isto acontece os modos de arco e tubulação podem acontecer. Falhas na ionosfera são mais comuns na proximidade da anomalia equatorial, através da latitude mediana e nos setores de por do sol e nascer do sol. Quando estes tipos de modos ocorrem efetivamente, os sinais podem ser fortes devido as ondas gastam menos tempo transpassando a região D e sendo atenuadas durante as reflexões de chão.

Alguns outros modos de propagação

    Por causa da alta densidade da ionosfera diurna na proximidade de 15 graus do equador magnético ( próximo a anomalia equatorial ), os caminhos trans equatoriais podem usar estes aprimoramentos para propagar em freqüências mais altas. Qualquer falha da atmosfera pode resultar em modos de arco, produzem sinal com boa intensidade através de longas distancias.

    A tubulação pode resultar se falhas ocorrem e as ondas se tornam capturadas entre as regiões de refração da ionosfera. Isto é mais comum de ocorrer na ionosfera equatorial, perto da zona aurora e através da latitude mediana. Distúrbios à ionosfera, tais quais distúrbios de viagem de ionosfera ( seção 2.9 ), também podem contabilizar propagação de modo de arco e tubulação.

    2.6 - Entelamento da camada E

O entelamento da camada E ocorre se as comunicações requeridas pelo modo 1F e a freqüência de operação são próximas ou abaixo da EMUF para o modo 2E. Repare nos caminhos através da região de absorção D.

    Uma Esporádica E pode também transportar uma onda a partir da região F. Algumas vezes a Esporádica E pode ser discretamente transparente, permitindo que quase a onda inteira passe através desta. Em outras ocasiões irá parcialmente entelar a região F levando a uma situação de sinal fraco ou desvanecendo, enquanto outras vezes a Esporádica E pode obscurecer totalmente a região F com o resultado possível de que o sinal não atinja o receptor ( seção 1.6 ).

    2.7 - Freqüência, alcance e angulo de elevação

    Para propagação obliqua, existem três variáveis dependentes :

• freqüência

• alcance ou comprimento do caminho

• angulo de elevação da antena

    O diagrama abaixo ilustra as mudanças nos raios dos caminhos quando cada um deles é fixo em voltas.

Angulo de elevação fixo

    Angulo de elevação fixo :

• conforme a freqüência aumenta em direção ao MUF, a onda é refratada mais alta dentro da ionosfera  e o alcance aumenta; caminho 1 e 2;

• na MUF para o determinado angulo de elevação, o alcance máximo é alcançado, caminho 3;

• acima da MUF, a onda penetra a ionosfera, caminho 4.

Comprimento do caminho fixo

    Comprimento do caminho fixo ( circuito ponto-a-ponto ) :

• Conforme a freqüência é aumentada em direção ao MUF, a onda é refratada a partir de mais alto dentro da ionosfera. Para manter o circuito de comprimento fixo, o angulo de elevação deve ser por sua vez aumentado, caminhos 1 e 2;

• Na MUF, o angulo de elevação critico é alcançado, caminho 3. O angulo de elevação critico é o angulo de elevação para uma freqüência em particular, a qual, se aumentada, poderia causar penetração na ionosfera;

• acima da MUF, o raio penetra na ionosfera, caminho 4.

Freqüência fixa

    Freqüência fixa :

• em ângulos de elevação baixos os comprimentos dos caminhos é maior, caminho 1;

• conforme o angulo de elevação é incrementado, o comprimento do caminho decresce e o raio é refratado a partir de mais alto na ionosfera, caminhos 2 e 3;

• se a freqüência irá retornar quando enviada verticalmente acima para a ionosfera, então a distancia de pulo ( zona de silencio ou zona de sombra ) é zero . Entretanto, se este não é o caso, então, conforme o angulo de elevação aumenta, o alcance diminui. Se o angulo de elevação é aumentado abaixo do angulo de elevação critico para aquela freqüência, então a onda penetra na ionosfera e existe uma área em torno do transmissor na qual nenhuma comunicação  de onda celeste pode ser recebida, caminho 4. Para se comunicar dentro da zona de pulo , a freqüência deve ser abaixada.

    2.8 - Zonas de pulo ( Zona de sombra )

    Uma caminho de propagação irá consistir de raios de ângulos altos e baixos correspondendo a propagação de ondas a partir da antena transmissora em um alcance de ângulos. O raio alto é transmitida em um angulo alto a partir da antena. Estes raios podem viajar por diferentes caminhos através da ionosfera. A fronteira da zona de pulo corresponde aos raios altos e baixos pegando o mesmo caminho através da ionosfera, com o sinal resultante sendo geralmente mais forte. Dentro da zona de pulo o sinal se desvanece devido as ondas penetrarem na ionosfera.

    Na figura anterior, o caminho 3 corresponde aos raios altos e baixos pegando o mesmo caminho através da ionosfera, isto corresponde ao MUF. Conforme aumenta a freqüência em direção ao MUF, a altura da refração do raio de angulo baixo aumenta e a altura da refração do raio de angulo alto diminui até que ambos sejam refratados no mesmo ponto dentro da ionosfera.

    As zonas de pulo podem ser comumente usadas para se obter vantagens, se é desejado que as comunicações não sejam ouvidas por um receptor em particular. Selecionado uma freqüência diferente irá alterar o comprimento  da zona de pulo e se o receptor estiver dentro desta zona e fora do alcance da onda terrestre, então, é pouco provável que este irá receber a comunicação. Entretanto, fatores tais como espalhamento lateral, onde os resultados da reflexão a partir da Terra fora da zona de pulo na transmissão da onda dentro da zona de pulo pode afetar a confiabilidade desta.

    As zonas de pulo variam em comprimento durante o dia, com as estações, e com a atividade solar.  Durante o dia, o Maximo solar e ao redor do s equinócios, as zonas de pulo geralmente são menores em área. A ionosfera nestas horas apresentam densidade de elétrons elevada e assim é capaz de suportar freqüências mais altas.

    2.9 - Desvanecimento

    Os desvanecimentos de múltiplos caminhos resultam da dispersão do sinal pela antena transmissora. Um número de modos propagam-se os quais apresentam variações em fase e amplitude. Estas ondas podem interferir entre si se as mesmas alcançam o receptor.

Desvanecimento de múltiplos caminhos. O sinal pode viajar par um numero de caminhos os quais, se eles chegam ao receptor e são similares em amplitude com atraso de tempo, podem interferir e causa desvanecimento.

  Distúrbios conhecidos como "Distúrbios Ionosféricos Viajantes" - TID Travelling Ionospheric Disturbances - pode causar a falha de uma região, resultando no sinal sendo focado ou desfocado, figura abaixo.  Períodos de desvanecimento da ordem de 10 minutos ou mais podem estar associados com estas estruturas. As TIDs viajam horizontalmente de 5 a 10 km/minuto com uma bem definida direção afetando freqüências mais altas primeiro. Alguns se originam nas zonas de aurora seguindo um evento no Sol e estes podem viajar por grandes distancias. As TIDs podem causar variações em fase, amplitude, polarização e angulo de chegada de uma onda.

    O desvanecimento da polarização resulta de mudanças na polarização da onda ao longo co caminho de propagação. A antena receptor é incapaz de receber partes do sinal; este tipo d desvanecimento pode durar por uma fração de segundos até alguns segundos.

    O desvanecimento de pulo pode ser observado em torno do nascer do sol e por do sol em particular, quando a freqüência de operação é próxima ao MUF, ou quando a antena de recepção é posicionada próxima à fronteira da zona de silêncio.  Nestas horas do dia, a ionosfera é instável e a freqüência pode oscilar acima e abaixo da MUF causando o desvanecimento para cima e para baixo do sinal. Se o local de recepção for próximo da fronteira da zona de silencio, conforme a ionosfera oscilar, as fronteiras da zona de silencia também flutuam.

Efeitos de foco e fora de foco causados por falhas e distúrbios na ionosfera.

    2.10 - Ruído

    O ruído de radio chega a partir de origens internas e externas. O ruído interno ou térmico é gerado dentro do sistema de recepção e é geralmente desprezível quando comparado as fontes externas de ruído. O ruído de radio externo se origina na natureza ( atmosfera e espaço sideral ) e nas fontes gerada pelo homem ( ambiente ).

    O ruído atmosférico, o qual é causado por tempestades, é normalmente o maior contribuinte para o ruído de radio na banda de HF e irá degradar em especial os circuitos passando através do terminador dia-noite. O ruído atmosférico é maior nas regiões equatoriais do planeta e diminuem com a latitude crescente. Seu efeito é também maior em freqüências menores, assim se apresenta geralmente como um problema maior em torno do mínimo solar e à noite quando freqüências mais baixas são necessárias.

    Os ruídos cósmicos chegam vindo da galáxia. As antenas de recepção são mais afetadas nas altas freqüências.

    Os ruídos gerados pelo homem incluem ruídos de ignição, sinais de néon, cabos elétricos, linhas de transmissão de potencia e maquinas em geral. Este tipo de ruído depende da tecnologia usada pela sociedade e sua população. A interferência pode ser de alta intensidade, tal qual "jamming" - forte ruído continuo parecido com serra elétrica -conforme as condições de propagação ou como resultado de outros trabalhando na mesma freqüência.

    Os ruídos gerados pelo homem tendem a ser verticalmente polarizados,  logo, selecionando uma antena polarizada horizontalmente ( com um lóbulo na direção da fonte de transmissão e o nulo na direção da force indesejada de ruído ), irá também auxiliar na redução dos efeitos do ruído. A escolha do local de recepção de baixo ruído e a determinação das principais fontes de ruído são importantes fatores no estabelecimento de um sistema de comunicações.

     2.11 - VHF e propagação de 27 MHz

    A faixa de VHF e 27 MHz são usadas para linha-de-visada ou comunicações de ondas diretas, por exemplo, navio-a-navio ou navio-a-costa. As bandas de freqüência são divididas em canais e um canal é normalmente tão bom quanto o próximo. Isto é um contraste em relação a média freqüência ( 200 kHz a 3 MHz ) e a HF onde a escolha do canal de freqüência pode ser crucial para as boas comunicações.

    Porque VHF e 27 MHz operam principalmente através da linha-de-visada, é importante montar a antena o mais alto possível e livre de obstruções. Estações terrestres são geralmente localizadas no topo de colinas para prover o Maximo alcance, mas mesmo o mais alto lugar não prove cobertura muito maior que 80 km devido a curvatura da Terra.

    As antenas para VHF e 27 MHz devem concentrar a radiação em ângulos baixos ( em direção ao horizonte ) devido a radiação direcionada a altos ângulos serem normalmente passados acima das antenas de recepção, exceto quando ocorre comunicação com aeronaves. VHF e 27 MHz não sofrem normalmente de ruídos com exceção durante tempestades elétricas severas. A interferência pode resultar de muitos usuários que desejam usar o numero limitado de canais, o que pode ser um problema em áreas densamente povoadas.

    Em 27 MHz e em freqüências mais baixas na faixa de VHF, pode-se, de vez em quando, se propagar através de longas distancias, bem acima das limitações da linha-de-visada. Existem três formas que isto pode ocorrer :

• em torno do Maximo solar e durante o dia, a região F da ionosfera irá comumente suportar comunicações de ondas celestes de longa distancia em 27 MHz e acima;

• as camadas Esporádicas E podem geralmente suportar propagação de 27 MHz e mais baixas freqüências de VHF através de circuitos de aproximadamente 1000 a 2000 km em comprimento. Este tipo de propagação é mais comum ocorrer em latitudes médias, durante o dia no verão;

• Os 27 MHz e VHF podem também se propagar através de inversão de temperatura em altitudes de poucos quilômetros. Sob estas condições, as ondas são gradualmente curvadas pela inversão de temperatura para acompanhar a curvatura da Terra. Distancias de diversas centenas de quilômetros podem ser cobertos desta forma.

    2.12 - Propagação de ondas celestes em Freqüência Média ( MF )

    Ambas as faixas de  medias freqüências (MF) e HF podem ser usadas para comunicações de longa distancia em ondas celestes à noite. Durante a noite a região D desaparece, logo a absorção cai para níveis muito baixos. Este é o motivo das estações de radio difusão que operam nas bandas de MF e 4 MHz serem ouvidas à noite.

    2.13 - Ondas terrestre de Freqüências Medias ( MF ) e propagação de Alta Freqüência ( HF )

    É possível se comunicar até a distancias de diversas centenas de quilômetros em bandas de MF/HF no mar através do uso da propagação de onda terrestre.

A onda terrestre segue a curvatura da Terra e seu alcance não depende da altura da antena. Entretanto, o alcance depende efetivamente do potencia do transmissor e também da freqüência de operação. As baixas freqüências viajam mais longe que as altas freqüências. Logo em condições ideais de baixo ruído, é possível se comunicar até distancias de aproximadamente 800 quilômetros em 2 MHz através do uso de um transmissor de 100 W. Em 8 MHz, sob as mesmas condições e usando a mesma potencia de transmissão, o alcance Maximo é reduzido a aproximadamente 250 quilômetros.

Repare que a propagação de onda terrestre é muito menos eficiente acima da terra do que acima do mar por causa da menor condutividade do chão e outros fatores. Conseqüentemente, alcances através da terra são enormemente reduzidos em comparação com alcances acima da água do mar.

As comunicações de onda terrestre variam dia a dia com as estações. Excelente alcances de comunicação são atingidas durante a hora do dia no inverno devido aos menores níveis de ruídos de fundo durante estas horas.

As comunicações bem sucedidas de ondas terrestres através de centenas de quilômetros podem ser apenas atingidas se as antenas transmissoras e receptores foram escolhidas para direcionar e receber radiações em ângulos baixos. Antenas verticais altas são ideais para este propósito.

3 - Os efeitos dos distúrbios solares

    3.1 - Desvanecimento total das ondas curtas (SWF - Short Wave Fade-out )

    Também chamados de afegão diurno ou distúrbios repentinos da ionosfera.  A radiação do Sol durante as grandes labaredas solares causam aumento na ionização da região D o que resulta em maior absorção de ondas de radio de HF, figura abaixo. Se a labareda é grande o bastante, o espectro inteiro da HF pode se tornar inutilizável por um período de tempo. Estes desvanecimentos totais são mais comuns de acontecerem em torno do Maximo solar e na primeira parte do declínio do mínimo solar.

Desvanecimento afeta apenas aqueles circuitos onde as ondas passam através da região D. Isto é, circuitos com setores diurnos. Circuitos noturnos não são afetados pelos desvanecimentos.

    As principais características dos SWF são :

• apenas circuitos com setores diurnos serão afetados;

• afagues geralmente duram a partir de poucos minutos para algumas vezes duas horas, com o estabelecimento rápido e recuperação demorada. A duração do afegão dependera da intensidade e duração da labareda;

• a magnitude do afegão ira depender do tamanho da labareda e da posição do Sol relativa ao ponto onde a onda de radio passe através da região D. O mais alto que Sol esteja em relação aquele ponto, maior a quantidade da absorção;

• a absorção é maior em freqüências mais baixas, as quais são as primeiras a serem afetadas e as ultimas a se recomporem. As freqüências mais altas são normalmente menos afetadas e podem permanecer usáveis, figura abaixo.

Desvanecimentos afetam freqüências mais baixas primeiro e são as ultimas a se recuperarem. Freqüências mais altas são menos afetadas.

   3.2 - Eventos de absorção de calota polar (PCA)

    Os PCAs são atribuídos aos prótons de alta energia os quais escapam do Sol quando grandes labaredas ocorrem e se movem ao longo das linhas do campo magnético da Terra para as regiões polares. Lá ionizam a região D, causando atenuação das ondas de HF passando através da região polar D. Os PCAs são mais comuns de ocorrerem em torno do Maximo solar, entretanto, eles não são tão freqüentes quando os desvanecimentos totais.

• os PCAs podem começar tão logo passem 10 minutos após as labaredas e durar até 10 dias;

• os efeitos dos PCAs podem algumas vezes se sobreporem através da entrega de mensagem em circuitos os quais não requerem pontos de refração polar;

• mesmo a zona polar de inverno ( uma região de sombra ) pode sofrer de efeitos dos PCAs. As partículas do Sol podem realmente produzir uma região D noturna.

    3.3 - Tempestades ionosféricas

    Devido aos eventos no Sol, algumas vezes o campo magnético da Terra se torna perturbado. O campo geomagnético e a ionosfera são interligados em formas complexas e os distúrbios no campo magnético podem freqüentemente causar um distúrbio na ionosfera.

    Estes tempestades ionosféricas algumas vezes começam com elevada densidade de elétrons permitindo freqüências mais altas serem suportadas, seguidos por um decréscimo na densidade de elétrons levando ao uso com sucesso de apenas freqüências mais baixas que as normais para a região F. Um aprimoramento normalmente não irá considerar  o comunicador em HF, mas a depressão pode causar que as freqüências normalmente usadas para comunicação sejam muito altas com os resultados que levam a onda a penetrar na ionosfera.

    As tempestades na ionosfera podem durar uma numero de dias e noites e as altas latitudes são afetadas mais que as baixas latitudes, geralmente. Diferente de desvanecimentos, freqüências mais altas são mais afetadas por estas tempestades. Para reduzir estes efeitos, uma freqüência mais baixo deve ser usada quando possível.

    As tempestades ionosféricas podem ocorrer através do ciclo solar e estão relacionadas as ejeções de massa coronal e buracos coronais no Sol. A figura abaixo mostra como uma tempestade ionosférica causou as freqüências principais serem deprimidas em Canberra, Austrália. As freqüências mais altas teriam provavelmente tido sucesso ao longo desta hora.

Canberram Australia - Depressões significantes nas freqüências da região F ocorridas entre 24 e 28 de setembro de 1998 devido a atividade solar.