Ionosphäre - Wellenausbreitung

Präsentation zum Thema: "Ionosphäre - Wellenausbreitung"—  Präsentation transkript:

1 Ionosphäre - Wellenausbreitung
1 2017/12/8 Ionosphäre - Wellenausbreitung SUCHOMEL Christoph 2017/12/8

2 Inhaltsverzeichnis Entstehung der Ionosphäre Schichten der Ionosphäre
2017/12/8 Inhaltsverzeichnis Entstehung der Ionosphäre Schichten der Ionosphäre MUF LUF FOT Ausbreitungsarten elektromagnetischer Wellen Bodenwelle Raumwelle Direkte Welle

3 Entstehung der Ionosphäre
2017/12/8 Entstehung der Ionosphäre Obersten Teil der Erdatmosphäre → energiereiche Sonneneinstrahlung ,großer Teil der neutralen Luftmoleküle ständig ionisiert. Durch diese Strahlen → Elektronen aus den Atomverbänden gelöst→ Ionosphäre aus freien Elektronen und positiv geladenen Ionen besteht. Kosmische Hintergrundstrahlung und Meteoritenströme, die pausenlos in der Erdatmosphäre verglühen→ ebenfalls Beitrag zur Ionisation. Auf ihrem Weg nach unten wird die solare UV- und Röntgenstrahlung mehr und mehr absorbiert. In großen Höhen → Strahlung am energiereichsten, trifft jedoch nur auf wenige ionisierbare Gasmoleküle. Je dichter die Atmosphäre nach unten wird, desto größer örtliche Ionisation. Durch die Absorption → sinkt Strahlungsintensität. Die Zunahme der atmosphärischen Dichte → verringert mittlere freie Weglänge der Gasteilchen→ beschleunigten Rekombination. Gleichgewicht zwischen Ionisation und Rekombination bestimmt die örtliche Elektronendichte. Erkennbare Schichtung der Elektronendichte→mit D, E, F1 und F2 gekennzeichnet. Größte Ionisationsdichte → F2-Schicht in etwa 300 km Höhe . Die Elektronendichten der ionisierten Schichten schwanken tages- und jahreszeitlich , Aktivität der Sonnenflecken abhängig. Bei Sonneneinstrahlung → bilden sich alle vier Schichten mehr oder weniger stark aus, wobei sie die UV Sonnenstrahlen weitgehend absorbieren. Hindurchtretende Rest an UV-Strahlung → vom Ozongürtel (Stratosphäre) festgehalten. In der Nacht verschwinden die Schichten D, E und F1 verschwindet fast vollständig. Von der tagsüber stark ionisierten Schicht F2 bleiben auch nachts noch Reste bestehen.

4 Schichten der Ionosphäre
2017/12/8 Schichten der Ionosphäre Die D-Schicht reflektiert elektromagnetische Wellen im Längstwellenbereich um 50 kHz. Kürzere Wellenlängen werden durch die D-Schicht gedämpft. Höhenbereich zwischen 70 und 90 km. Die E-Schicht bildet sich bei Sonnenaufgang, erreicht mittags ein Maximum an Elektronendichte, verschwindet aber nachts nicht ganz. Oft kann über ihr eine E2 -Schicht festgestellt werden. Höhe zwischen 90 und 130 km Die Es –Schicht (sporadische E-Schicht) tritt nachts im Zusammenhang mit Polarlichtern unregelmäßig in Form wandernder Ionenwolken auf. Sie ermöglicht oft unerwartete und eventuell ungewollte Funkverbindungen. Die F2 –Schicht hat besondere praktische Bedeutung, da sie sich in Folge der sehr langsamen Wiedervereinigung der Elektronen und der positiv geladenen Ionen auch während der Nacht aufrecht hält. Sie hängt stark von der Sonnenaktivität ab.

5 Maximum Usable Frequency (MUF)
2017/12/8 Maximum Usable Frequency (MUF) Höchste für Kurzwellen-Funkverbindung zwischen zwei Orten verwendbare Frequenz Erst Sprungweite bestimmt konkrete Frequenz In min. 50% der Empfangszeit → zuverlässige Verbindung Frequency of optimum transmission (FOT) definiert → 15% niedriger als MUF MUF höchste für eine Kurzwellen-Funkverbindung zwischen zwei Orten verwendbare Frequenz. Erst Sprungweite zwischen Sender und Empfänger bestimmt konkrete Frequenz. MUF→ höchste Frequenz, bei der eine Reflexion an der Ionosphäre möglich ist. Ermöglicht in min. 50 % der Empfangszeit eine zuverlässige Verbindung. DaherFrequency of optimum transmission definiert→ 15 % niedriger als MUF. FOT gewährt in 90 % der Zeit eine verlässliche Funkverbindung. MUF ändert sich in Abhängigkeit von der Tages- und Jahreszeit, Sonnenaktivität und der Sonnenfleckenzyklus starken Einfluss auf die MUF.

6 Lowest Usable Frequency (LUF)
2017/12/8 Lowest Usable Frequency (LUF) Gegenstück zur MUF Untere Grenzfrequenz für verlässliche Funkverbindung LUF untere Grenzfrequenz für verlässliche Funkverbindung . Aus beiden ergibt sich → Frequenzfenster. Dieses kann geschlossen sein, wenn LUF höher als MUF liegt, (X-Ray Event). Dann lässt aus dem Ausbruch folgende Dämpfungszunahme in der D-Schicht → LUF so stark ansteigen → Strahlen, die die D-Schicht noch zu durchdringen vermögen, nicht mehr von der darüberliegenden F-Schicht reflektiert werden können, da ihre Frequenz über der MUF liegt. Als Short-Wave Fade bezeichnet

7 Ausbreitungsarten elektromagn. Wellen
2017/12/8 Ausbreitungsarten elektromagn. Wellen Ausbreitungsarten elektromagnetischer Wellen: Man unterscheidet bei der Übertragung von elektromagnetischen Wellen im Bereich der Erdatmosphäre drei Arten der Ausbreitung die Boden-, die Raum- und die direkte Welle.

8 2017/12/8 Bodenwelle Verlaufen abgestrahlte Wellen parallel zur Erdoberfläche→ Bodenwelle. Bodenwellen breiten sich mit zunehmendem Halbkugelradius in alle Richtungen aus. Erdoberfläche keine unendlich gute Leitfähigkeit besitzt, entzieht der Boden dem Strahlungsfeld Energie. Reichweite von Bodenwellen umso kleiner, je geringer die Leitfähigkeit der Erdoberfläche ist. Mit steigender Frequenz die Reichweite verringert.

9 2017/12/8 Raumwelle Raumwelle → elektromagnetische Welle , die im Gegensatz zur Bodenwelle nicht der Krümmung der Erdoberfläche folgt, sondern sich geradlinig wie Licht „in den Raum“ ausbreitet. In gewissen Frequenzbereich → nach großer Distanz durch Reflexionen an der Ionosphäre wieder zur Erde zurückgelangen. Da die Ionosphäre keine harte reflektierende Oberfläche hat→ nicht von Reflexion sondern von Brechung sprechen.

10 2017/12/8 Direkte Welle Elektromagnetischen Wellen über 100MHz→ keine Reflexion mehr an der Ionosphäre . Direkte Welle zwischen Sender und Empfänger von Interesse, → Wellen ab dieser Wellenlänge relativ geradlinig ausbreiten . Auf Grund der Erdkrümmung ist die mögliche Reichweite → Höhe der Antennen von Sender und Empfänger abhängig. Theoretisch ist die Reichweite auf die sogenannte Radiosichtweite begrenzt.

11 2017/12/8 Danke für Ihre Aufmerksamkeit