Propagatie deel IV

Uitgezonden op 21 oktober 2016

Deel 10
Bij de kortegolfcondities waren we gebleven bij de variaties tussen de seizoenen. De hoogste frequenties rond het middaguur worden doorgaans gereflecteerd op de punten waar de aarde zich in het midden tussen zomer en winter in bevindt, dat is dus in de maanden maart en september.

Wat gisteren in mijn verhaal niet helemaal uit de verf kwam was dat in de zomer de frequenties die gereflecteerd worden rond het middaguur het hoogst zijn, althans, in het zonnevlekkenminimum. In het zonnevlekkenmaximum zijn het juist de wintermaanden waar de hoogste frequentiebanden nog worden gereflecteerd.

Ook met de breedtegraad varieert de propagatie. zoals ik gisteren al zei, het maakt uit of je dichter bij de pool zit of dichter bij de evenaar.

Hoe noordelijker je zit, hoe meer de zon de ionosfeer onder een invalshoek raakt, dus overdag zul je zien dat er zich rond de evenaar veel meer vrije elektronen bevinden dan aan de polen.

In de voorgaande dagen ging het over de levensduur van de vrije elektronen. Toen werd gesteld dat die vrije elektronen in de E-laag slechts 20 seconden blijven bestaan, voordat ze opnieuw combineren met een ion om er een neutraal atoom of molecuul van te maken. In de F1 laag is dat 1 minuut, en in de F2 laag is dat 20 minuten.

De oplettende luisteraar heeft misschien gedacht ‘hoe kan het dan toch dat die F2-laag ’s nachts zonder zonlicht dan nog steeds bestaat?’ Die vrije elektronen hadden dan natuurlijk allang verdwenen moeten zijn.

Nou, ja en nee.

Zo hoog in de ionosfeer is de lucht bijzonder ijl. En er heersen heel andere omstandigheden dan hier. Het waait in die bovenste lagen bijzonder hard. Zodanig dat de vrije elektronen in het door de zon verlichte deel van de aarde binnen die twintig minuten levensduur van de F2-laag terecht kunnen komen aan de donkere kant van de aarde. En dat is dus wat er op grote schaal gebeurt en waarom er ook aan de donkere kant van de aarde 24 uur per dag een F2-laag  aanwezig blijft.

Deel 11
Het propagatieonderwerp ging gisteren onder andere over de verschillen in breedtegraad, en dat de maximale ionisatie zich rond de evenaar bevindt. Dit laatste is overigens maar ten dele juist, er bevinden zich twee maxima, elk zo’n 15 tot 20 graden noordelijk en zuidelijk vanaf de evenaar gezien.

Exact bij de evenaar is de maximaal bruikbare frequentie hierdoor overdag dus lager dan bij die maxima noordelijker en zuidelijker.

De stations die daar last van hebben zitten overigens niet noodzakelijkerwijs bij de evenaar. Het zijn de stations, van wie het signaal gereflecteerd wordt in de buurt van de evenaar.

Ook ’s nachts is er zo’n strook waar de ionisatie duidelijk minder is. Dat is tijdens de donkere uren bij een breedtegraad van 60 graden.

Behalve zo’n variatie over de seizoenen, breedtegraden, elfjaarlijkse zonnevlekkencyclus, is er dus ook een variatie over het etmaal gezien.

Gereflecteerde frequenties liggen overdag een stuk hoger dan ’s nachts. Het maximum ligt ruwweg gezegd wanneer de zon het hoogst staat.

Gedurende de nacht zakt de maximale frequentie geleidelijk aan ook nog enigszins tot aan het moment dat de zon dus weer opkomt.

Het gaat hier dan om de werking van de F-laag, die 24 uur aanwezig is.

De D-laag varieert overigens ook. Daar gaan we morgen verder op in.

Deel 12
Gisteren voor een keer geen propagatie-onderwerp. Zoals vrijdag al aangekondigd gaat het dit keer over de variaties in de absorberende D-laag, nadat het de afgelopen keren over variaties in de reflecterende E- en F-lagen ging.

Allereerst is er de al genoemde invloed van zonnevlammen op de D-laag, die de absorptie sterk kan doen toenemen. Waar die absorptie, het afzwakken van signalen door de D-laag extreem groot is tijdens zo’n zonne-uitbarsting, dempt de D-laag voortdurend.

Die absorptie die dus zorgt voor de veel kortere afstanden op de lage kortegolfbanden zoals 80 en 40 meter, dan op de hogere banden vanaf 14 MHz, is om te beginnen groter (dikker) bij het zonnevlekkenmaximum dan bij het zonnevlekkenminimum. Ook in de zomer is de demping van signalen door de D-laag groter dan in de winter. Hierdoor heb je op de lagere kortegolfbanden dus ’s zomers meer zendvermogen nodig dan ’s winters. Verder is de demping midden op de dag het grootst, en ’s nachts het kleinst.

Ook bij deze absorptie, de demping in de D-laag dus maakt het uit of je je nabij een van de polen bevindt of nabij de evenaar. En ook hier levert het meeste zonlicht op een zeker moment of een zekere plaats de meeste demping op. Anders dus dan bij de afbuiging van signalen, die ingewikkelder was dan alleen te reageren op het meeste zonlicht. Zoals gezegd, de hoogst bruikbare frequentie is overdag niet bij de evenaar het grootst maar zo’n 15 tot 20 graden ten noorden en ten zuiden daarvan, en ’s nachts is er een band op 60 graden noorder- en zuiderbreedte waar de maximaal gereflecteerde frequentie sterk in elkaar kukelt.

Eigenlijk is het vrij eenvoudig: het is altijd het best om een zo hoog mogelijke frequentie te kiezen die nog werkt. Je hebt dan te maken met de F-laag, die de grootste afstanden garandeert bij de hoogste frequentie. En je hebt de minste last van de absorberende D-laag. Het ingewikkelde daaraan is alleen dat die hoogst bruikbare frequentie telkens varieert, en dat je misschien ook wel eens tegen de lagere E-laag wilt reflecteren, omdat de skipafstand daarvan korter is…

Tot zover de propagatierubriek vandaag.

Over de nu uitgezonden serie Propagatie…

Alle al uitgezonden afleveringen van de serie over propagatie, zoals uitgezonden vanaf oktober 2016, kan in zijn geheel op de onderstaande URL worden gelezen. Propagatie II

N.b. de nummering is mogelijk enigszins verwarrend. De afleveringen van nu zijn een stuk langer dan die in 2015. De delen van nu hebben een Romeins cijfer. De oorspronkelijke delen uit 2015 worden aangegeven met Arabische cijfers (bijv. deel 1, deel 2, deel 3). Een reden om de oorspronkelijke delen aan te geven is dat  ik de afleveringen niet herschrijf. Er komen dus eerste zinnen voor in de oorspronkelijke hoofdstukken als “gisteren ging het propagatie-onderwerp over”.

Bronvermelding: het propagatie-onderwerp is losjes gebaseerd op ‘Introduction To HF Radio Propagation’ van IPS Radio and Space Services van de Australian Government. Andere gebruikte bronnen (onder andere): Wikipedia in verschillende talen, Rothammel en verschillende ARRL-publicaties.

Propagatie deel III

Uitgezonden op 20 oktober 2016

Deel 7
Het propagatie-onderwerp ging gisteren onder meer over het meten aan de ionosfeer dat vaak gebeurt met een zogenaamde ionosonde, een soort kortegolfradar, dat recht omhoog golven tegen de lagen in de ionosfeer laat botsen.

Tegenwoordig wordt naast de ionosonde ook vaak een systeem gebruikt waarbij zender en ontvanger op een afstand uit elkaar staan waarbij ze schuin omhoog stralen. Dit type sounder kan de propagatie meten op een specifiek traject, en kan daarbij verschillende mode’s van propagatie in de ionosfeer zichtbaar maken zodat deze bestudeerd kunnen worden.

Er bestaan daarnaast nog zogenaamde backscatter sounders. Hierbij wordt een signaal over de horizon gestuurd, en dan wordt daarbij gekeken of het signaal terugkeert. Zender en ontvanger hoeven daarbij niet op dezelfde plaats te staan.

Een over-the-horizon-radar zoals de oude woodpecker en modernere versies daarvan zijn ook backscatter sounders, zij het met een enigszins ander doel dan propagatie-onderzoek.

De ionosfieer is overigens niet bepaald een stabiel medium. Zoals amateurs ook weten, het is niet gegarandeerd dat een verbinding op een bepaald tijdstip  lukt, ook al is er een voorspeling van een goede propagatie voor zo’n verbinding. En een kwartier of een half uur later kan het allemaal alweer heel anders zijn.

Behalve een bepaalde instabiliteit die er ook altijd in aanwezig is, varieert de ionosfeer, zoals ook al eerder aangehaald met de cyclus van de zonnevlekken, met de seizoenen en ook met de tijd van de dag.

Deel 8
Het onderwerp over ionsoferische propagatie ging gisteren onder andere over de variaties die de ionosfeer kent.

De zon gaat telkens door een periode van toename en dan weer afname in de activiteit. Dit heeft invloed op de communicatie op de kortegolf.

Een zonnecyclus, waarvan we voor het gemak zeggen dat hij 11 jaar duurt, varieert in werkelijkheid in lengte tussen 9 en 14 jaar. 11 jaar is een gemiddelde.

Bij het zonnevlekkenminimum worden alleen de laagste amateurbanden op HF door de ionsofeer gereflecteerd, terwijl bij het maximum frequenties tot aan 30 MHz of hoger worden gereflecteerd.

Dit is een rechtstreeks gevolg van een grotere hoeveelheid straling vanuit de zon bij het zonnevlekkenmaximum, wat direct resulteert in meer vrije elektronen in de ionosfeer.

Er zijn nog meer gevolgen van de variatie in zonneaciviteit. Zonnevlammen, dat wil zeggen enorme explosies op de zon, die met name een gevolg hebben voor de absorberende D-laag zijn bij het zonnevlekkenmaximum bijvoorbeeld veel waarschijnlijker. Tijdens zo’n uitbarsting op de zon kan na enige tijd het verkeer op de kortegolf grotendeels stil vallen. Dat is overigens alleen bij afstanden die via gebieden waar het dag is het geval, omdat de D-laag sowieso alleen overdag aanwezig is.

Deel 9
Het propagatie-onderwerp werd gisteren besloten met de zonnevlammen die met name bij het zonnevlekkenmaximum soms de D-laag zeer versterken, waarna het verkeer op HF grotendeels kan stilvallen.

Een dergelijk fenomeen wordt overigens in het Engels een short-wave fade-out genoemd.

Fade-outs gebeuren plotseling en hebben het grootste effect op de lagere kortegolffrequenties. Het kan als je vermoedt dat je te maken hebt met een fade-out dus zinnig zijn om op een hogere band te gaan zitten waar communicatie dan nog wèl mogelijk is.

De tijdsduur van zo’n fade-out varieert tussen slechts 10 minuten en enkele uren, dit afhankelijk van de sterkte van de zonnevlam.

De seizoenen hebben ook een grote invloed op de propagatie. De E-laag bijvoorbeeld is vaak sterker aanwezig in de zomer dan in de winter. De variaties in de F laag of lagen zijn gecompliceerder. Op de beide halfronden worden de hoogste frequenties gereflecteerd in het midden van het voorjaar of het najaar, in maart dus en september. Die frequenties zijn hoger dan die in de zomer of de winter.

Dit geldt overigens zowel in het zonnevlekkenminimum als in het maximum. Gereflecteerde frequenties zijn daarnaast in de winter ook nog weer hoger dan in de zomer.

Daarnaast zijn er geografische verschillen, bijv. hoe noordelijker je op het noordelijk halfrond zit, en hoe zuidelijker op het zuidelijk halfrond.

Propagatie deel II

Uitgezonden op 19 oktober 2016

Deel 5
Eergisteren ging het over de verschillende lagen, waarvan de F2-laag de belangrijkste is, omdat die er altijd is, hij is de hoogste en reflecteert ook de hoogste frequenties.

Verder is de D-laag een laag die niet reflecteert, maar wel heel belangrijk is, omdat hij er bijvoorbeeld overdag op de lagere banden voor zorgt, dat het maximale bereik nogal gereduceerd wordt.

De vrije elektronen ¨leven¨ in de F2-laag het langst. Dat is ook de reden waarom deze laag ook ’s nachts van betekenis blijft.

In de E-laag blijven atomen en moleculen het kortst geïoniseerd, cq. leven de vrije elektronen, eenmaal ontstaan, het kortst. Dat is daar slechts 20 seconden, in de F1-laag is dat één minuut en in de F2-laag is dat 20 minuten.

Bij beschouwingen over propagatie wordt vaak de F1-laag weggelaten, omdat deze er niet altijd is, en vaak versmelt in de F2-laag. Daarom wordt vaak gesproken over een F-laag, maar in dat geval wordt eigenlijk de F2-laag, al dan niet versmolten met de F1-laag bedoeld.

Het is de straling van de zon die het proces van ionisatie in de lagen van de ionosfeeer veroorzaakt. Elektronen worden vrije elektronen waneer de straling van de zon ongeladen atomen en moleculen raakt.

Omdat er bij dit proces dus zonlicht nodig is, vindt de aanmaak van vrije elektronen alleen plaats, daar waar dit zonlicht aanwezig is.

Deel 6
In het onderwerp over kortegolfpropagatie gingen we gisteren onder andere in op het feit dat het het licht van de zon is dat ervoor zorgt, dat via ionisatie van moleculen en atomen er vrije elektronen in de ionosfeer terechtkomen die wij op hf kunnen gebruiken om grote afstanden te overbruggen.

Na verloop van bepaalde tijd, het kortst in de lagere lagen in de ionosfeer, het langst in de hogere, verdwijnen de vrije elektronen weer. Dit proces van het verlies van vrije elektronen is een proces dat zowel gebeurt bij aanwezigheid van zonlicht als wanneer dat licht afwezig is. Wat er dan gebeurt is dat de elektronen terugkeren bij een geioniseerd molecuul, dat daarmee opnieuw neutraal wordt, dat wil zeggen. opnieuw niet-geioniseerd.

Voor radiocommunicatie is de belangrijkste eigenschap van de ionosfeer de mogelijkheid om signalen te reflecteren, cq. af te buigen.

Deze mogelijkheid om de golven te reflecteren varieert met de frequentie van het betreffende signaal. En het werkt ook alleen voor bepaalde frequenties, waarbij het ook weer verschilt over de tijd gezien.

Om vast te stellen hoe de ionosfeer deze signalen reflecteert zijn verschillende methoden bedacht. Het meest gebruikte instrument hiervoor is echter een ionosonde. Dit is een soort van HF-radar, dat zeer korte pulsen met radiogolven recht naar boven straalt, de ionosfeer in. Wanneer de frequentie niet te hoog is, komt het signaal vanuit de ionosfeer terug naar aarde. De ionosonde legt hierbij de tijdsduur vast die de signalen erover doen om naar aarde terug te komen met de frequentie waarmee op dat moment werd gemeten.