Dämpning av radiovågor i troposfären

Båda varianterna är beroende av bärvågens frekvens, och därmed också har begränsad bandbredd (överföringskapacitet = symbolhastighet = modulationstakt (datatakt)) samt att det för det mesta endast sker en (1) reflektion, egentligen avböjning, i jonosfären mellan sändare och mottagare. ”Ping-pong-varianten” på bilden är ett specialfall som kan ge extremt lång räckvidd när det ibland uppstår.
.
En tumregel säger att rymdvågsförbindelse via jonosfären normalt endast är möjlig för bärfrekvenser mellan 3-30 MHz = högfrekvens (HF) = kortvåg (KV). En annan tumregel säger att bandbredden maximalt är ca 10 % av bärvågens frekvens.
.
Varje överförd symbol kan sedan representera en eller många bitar (1 eller 0) beroende på förhållandet mellan nyttosignal (S) och brus (N) + störningar (J) hos mottagaren. Rymdvågsförbindelse via ”troposcatter” är också frekvensberoende. En tredje variant är också extremt långvågiga = lågfrekventa bärvågor, vilka så att säga ”stängs in” mellan jonosfären och jordytan (havet) och sedan utbreder sig mycket långt som om de vore inuti en vågledare.
.
Dämpning av radiovågor sker i troposfären på grund av gaser och nederbörd. Denna dämpning beror på vilken frekvens en våg har. Vid frekvenser över 10 GHz så kan dämpningen i troposfären ha stor betydelse. Dämpning på grund av gaser beror bland annat på halterna av syre och vattenånga. Syre dämpar till exempel mycket vid frekvenser runt 60 GHz medan dämpningen är betydligt lägre vid både högre och lägre frekvenser. Vid 60 GHz är dämpningen ca 30 ggr/km (15 dB/km) medan den vid 100 GHz är mindre än 0,04 dB/km. Under 20 GHz är dämpningen mindre än 0,01 dB/km. Vattenånga å andra sidan dämpar mycket vid cirka 22 GHz.
.
Vid frekvensplanering försöker man nyttja frekvenser med liten dämpning inom valt våglängdsområde. Där korta sändningsavstånd används så kan dock sändningar i områden med hög dämpning försvåra motståndarens försök att pejla, avlyssna eller störa våra sändningar.
Även nederbörd orsakar dämpning, men denna kan vara svårare att beräkna då nederbördens intensitet kan skilja över olika sträckor och variera över tid. 1,25 mm regn per timme dämpar ungefär lika mycket som dimma med 100 meter visuell sikt eller 2,5 mm snö per timme. Ökad nederbördsintensitet ger ökad dämpning, men också större påverkan på lägre frekvenser.
.
Radiovågor påverkas också av rymdväder. Hur denna påverkan sker beror på våglängden och hur sändningen sker. Sändningar med kortvågsradiosystem reflekteras olika i jonosfären (den så kallade rymdvågen) beroende på rymdvädret, medan sändningar från satellitkommunikationssystem och satellitnavigeringssystem påverkas vid transmissionen genom atmosfären, bland annat genom absorptionseffekter.
.
En effekt som kan uppstå är att intensiteten och fasen på signaler slumpmässigt varierar på signaler som penetrerar jonosfären. Detta beror på oregelbundenheter i jonosfärens plasma. Fenomenet uppstår vid polära områden (norrskens- och sydskensområdena) och vid ekvatorn – vanligtvis omedelbart efter skymningens infall. Jonosfären är beroende på vilken tid det är på dygnet med en övervikt av joniserade partiklar i atmosfären under solljusa timmar,  således även under natten under den arktiska sommaren!
.
Som nämns ovan så reflekteras vissa vågor i olika skikt i jonosfären. De radiovågor som reflekteras är vågor med lägre frekvens än den så kallade plasmafrekvensen, det vill säga kortvågssamband och system med ännu lägre frekvenser. De skikt som reflektion sker i finns på mellan 40 och 1 000 km höjd.
.
Den så kallade plasmafrekvensen är här mått på hur mycket fria elektroner som finns i de skikten. Detta varierar med tid på året, tid på dygnet samt solens aktivitet. De olika skikt som finns i jonosfären benämns D, E, F1 och F2. D- skiktet tenderar att försvinna nattetid samtidigt som F-skikten går ihop till ett skikt. Även E-skiktet avtar dock nattetid, men inte i samma omfattning som D-skiktet. Utav de olika skikten orsakar D-skiktet mest förluster för radiovågen vilket innebär att kortvågssamband kan fungera bättre nattetid.
.
Detta komplicera dock av att det är tidpunkten vid reflexionspunkten i jonosfären som avses vilket innebär att det kan vara dag vid sändarens position. Vid långa sambands avstånd kan flera reflexioner ske i jonosfären varvid det kan vara dag i en punkt och natt i en annan.105
.
För långvågssamband så kan D-skiktet medföra att rymdvåg inte är möjlig medan ytvåg fortfarande är möjlig
.
Störningar i jonosfären påverkar vågutbredningen. Med jonosfärstörningar menas här större avvikelser från de normala förhållandena i jonosfären. Jono-sfärstormar ändrar den kritiska frekvensen i jonosfärens F-skikt. Frekvensen kan först öka under en dag för att sedan minska kraftigt följande dygn. Under ett antal dagar återställs sedan egenskaperna. Under denna period kan absorptionen på de låga frekvenserna kraftigt öka.
.
Vid ökad ultraviolett strålning kan absorptionen också öka, men då bara på jordens solbelysta sida. Plötsliga ökningar i ultraviolett strålning kan vara under några minuter till enstaka timme. Under höga solfläckstal så kan en mycket hög absorption uppstå vid höga latituder. En annan störning uppstår särskild nattetid när elektrontätheten är låg. Denna störning beror på förtätningar och förtunningar av jonisationen i jonosfärens F-skikt. Störningarna orsakar variationer av gångväg samt dopplerförskjutning och dopplerspridning.106
.
Tabell 11. Utbredningsegenskaper vid olika frekvenser 107
Tillämpning Egenskaper och väderpåverkan
.
ELF
1000 km–100 km
3Hz–3 kHz
Underjordisk kommunikation
Mycket stor räckvidd och inträngning längs jordytan och i jordytan
med ytvågen.
.
VLF
100 km –10 km
3kHz–
30 kHz
Global navigering, kommunikation med ubåtar, sjöradio God inträngning, även i havsvatten. Stabil signal.
.
LF
10 km –1 km
30–300 kHz
Radionavigering, rundradio radiofyrar, sjöradio
Mer begränsad räckvidd för ytvågen. Mycket variabel jonosfärsvåg.
.
MF
1 km–100 m
300 kHz–3 MHz
Rundradio, sjöradio, fast och rörlig trafik, positioneringssystem
Nattetid stark, men variabel jonosfärsvåg. Ytvågsräckvidd cirka 100 km.
.
HF
100 m –10 m
3–30 MHz
Fast och rörlig trafik, rundradio, amatörband, privatradio, OTH-radar
**Mycket stor räckvidd med jonosfärsvåg. Ytvågen relativt betydelselös.
.
VHF
10 m–1 m
30–300 MHz
Rundradio, tv, flygradio, sjöradio, landmobil radio, landningssystem,
meteorspårsförbindelser Stabila markvågsförhållanden med begränsad räckvidd på
grund av bland annat terräng och stadsbyggnationer. Sporadiska jonosfärsreflexioner.
.
UHF
1 m–10 cm
300 MHz–3 GHz
TV, flygnavigering, landningssystem, radar, mikrovågsugn, sjöfartssatelliter
Markvåg med begränsad räckvidd på grund av bland annat terräng och stadsbyggnationer. Begynnande inverkan av meteorologiska förhållanden för troposfärsvåg.
.
SHF
10 cm–1 cm
3–30 GHz
Radar, radiolänk, kommunikations-och rundradiosatellit.
Tilltagande beroende av meteorologiska faktorer. Tidsvariabla värden på räckvidd, inmätningsnoggrannhet med mera.
.
EHF
1 cm–1 mm
30–300 GHz
Radar, satellit
I tillägg begränsning av räckvidd på grund av atmosfärs- och nederbördsdämpning.
.
Elektrooptiska sensorer påverkas också av vädret. För sensorer i det visuella våglängdsbandet påverkar väder på samma sätt som det gör för vår egen syn. För bildförstärkarsensorer är påverkan ungefär densamma med den skillnaden att sensorerna ”ser” mycket bättre än människor i mörker. Dimma, regn, snö och rök påverkar dock på samma sätt som de påverkar den egna synen. Exempel på konsekvenser är som i andra våglängdsband dämpning, men också försämrad  kontrast. För elektrooptiska sensorer i de termiska våglängderna så finns dock en del skillnader. För termisk infraröd strålning påverkar vattendimma i hög utsträckning mellan 5 och 8 μm, medan koldioxid till exempel påverkar över 14 μm. Både vattenånga och koldioxid, men även (marknära) ozon påverkar till del över hela det termiska våglängdsbandet, i varierande utsträckning.
.
Regn, snö, dimma och rök påverkar också i det termiska området, men kan i vissa fall påverka mindre i det termiska området än i det visuella. Dammupp kast från mynningskrevader kan till exempel helt förblinda i det visuella och nära infraröda våglängdsområdena, men termiska sensorer kan fortfarande ha viss sikt igenom dammuppkasten. Detta har att göra med partikelstorleken på det i luften förekommande ämnet. Tät dimma som har en partikelstorlek motsvarande det långvågiga infraröda våglängdsområdet kan påverka sensorer som nyttjar samma våglängd i relativt stor omfattning medan rök som har en mindre partikelstorlek inte alls påverkar i samma omfattning. På samma sätt kan hög absolut luftfuktighet påverka infraröda sensorer.
.
Gaser i atmosfären kan också orsaka försämrad kontrast och orsaka så kallad klotter. Detta beror på att gaser som absorberar en viss våglängd också emitterar i denna våglängd. En gas som absorberar i 3–5 μm skulle därmed också kunna försämra prestanda på mellanvågiga infraröda sensorer.
.
Ett annat fenomen som påverkar elektrooptiska och optiska sensorer är brytningsfel som orsakas av skiktningar i luftmassan. Turbulens i samma luftmassa kan ytterligare försämra prestanda på dessa sensorer. Ett exempel är en prickskytt som via sitt kikarsikte observerar ett mål över en mörk yta en solig dag. I kikarsiktet kan då en dallring synas i luften. Dessa skiktningar och dallringar kan orsaka skärpenedsättningar, men också vinkelfel och hägringar. I praktiken kan dessa fenomen för ovanstående
prickskytt innebära att denne skjuter ovanför målet.
Läs vidare på sidan 121