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Monday, December 10, 2018 ..::  Propagazione » Analisi della Ionosfera » Digisonda DPS-4 ROMA ::..   Login
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Ionogramma di Roma - Digisonda DPS-4

La ionosonda DPS-4 è prodotta dal "Center for Atmospheric Research" della "Lowell University of Massachusetts (USA)"; è dotata di un software in grado di interpretare lo ionogramma automaticamente. Viene usata sia per scopi di ricerca che per i radiosondaggi verticali di "routine".

 

NOTA OPERATIVA

Le ionosonde rilevano la Frequenza Critica fo di un determinato strato ionosferico, di norma viene preso a riferimento l'F2, il più importante ai fini delle radiocomunicazioni skywave. Quindi si parla di foF2 ed è definibile come la frequenza critica verticale dello strato F2 ovvero la frequenza per la quale la ionosonda, irradiando sulla sua verticale, non avverte più nessun eco di ritorno dalla ionosfera in quanto in segnale trasmesso non viene riflesso a Terra. Come noto, la rifrazione e successiva riflessione da parte della ionosfera dipende sia dalla frequenza che dall'angolo di incidenza su di essa, per cui anche se la ionosfera non riflette più una data frequenza sul piano verticale, essa verrà riflessa ad una certa distanza, detta skip zone.

Questo ionogramma, interpretato in modo automatico dal software ARTIST, fornisce un interessante panorama del profilo ionosferico e contiene tutti i parametri fondamentali necessari a valutare le condizioni propagative per le comunicazioni radio a corta distanza (NVIS). Infatti, oltre ad essere aggiornato ogni 15 minuti, in basso a sinistra è rappresentata una scala dove la MUF (Maximum Usable Frequency) in MHz viene rapportata alla distanza chilometrica D in km; con questo strumento si evince immediatamente la Massima Frequenza Utilizzabile a seconda della distanza kilometrica tra le due stazioni radio.

Come noto, la frequenza MUF dipende sia dalle condizioni ionosferiche che all'angolo di incidenza (quindi dalla distanza tra le stazioni) e viene calcolata con la "legge della Secante", la quale mette appunto in relazione tra loro la frequenza critica verticale foF2 rilevata dalle ionosonde con l'angolo di incidenza che il segnale mostra quando viene riflesso dalla ionosfera a metà distanza tra le due stazioni, denominate RADIO 1 e RADIO 2:

 

 

 

La frequenza critica verticale foF2 viene semplicemente rilevata dalla ionosonda più vicina alle due stazioni. Supponiamo per semplicità che la superficie della Terra sia piatta (cosa molto prossima alla realtà per le brevi distanze) e da una mappa rileviamo la distanza in Km tra le due stazioni. Prendiamo dallo Ionogramma l'altezza dello strato F2 (hmF2) e vediamo una semplice procedura per calcolare la MUF.

Per prima cosa dobbiamo conoscere l'angolo di incidenza ø, ovvero l'angolo con cui il segnale arriva alla Ionosfera e da questa viene riflesso a Terra.

Per trovare l'angolo di incidenza ø si deve prima calcolare l'angolo di partenza (take-off) ß del segnale trasmesso applicando la seguente proprietà al triangolo ABC:

 

  ß = arcotan(d/h)

 

dove;

h = hmF2

d = metà distanza tra le stazioni.

 

A questo punto ø sarà uguale per differenza a :

 

ø = 90 - ß


Trovato ø, si può calcolare finalmente la MUF relativa alle due stazioni, applicando la legge della secante:


F(muf) = foF2 ♦ sec ø

 

ovvero

 

 

Dove d uguale alla distanza tra le stazioni e h è l'altezza virtuale dello strato ionosferico.

 

Ottenuta la MUF, che ovviamente vale solo ed esclusivamente per le due stazioni  e relativa al 50% dei giorni del mese, si può operare una radio comunicazione operando su una frequenza inferiore alla MUF. Per convenzione, la Frequenza ottimale di lavoro (FOT), che permette il collegamento radio per il 90% dei giorni del mese, è ritenuta pari all'85% della MUF.

 

FOT = 0.85 ♦ MUF

 

Tuttavia, con percentuali di affidabilità nettamente inferiori, sarà possible operare alcuni giorni anche a frequenze pari o leggermente superiori alla MUF.

Dalla formula si evince che per le brevissime distanze ( > 50 km) c'è poca differenza tra la foF2 e la MUF, per cui si può assumere per la NVIS la seguente relazione:

 

F (MUF) = foF2

 

Per i collegamenti NVIS non c'è bisogno di nessun calcolo per determinare la MUF ma basta prendere uno ionogramma relativo all'Italia e leggere la foF2. Come premesso, lo ionogramma rappresentato in questa pagina contiene già la MUF calcolata per distanze comprese tra 100 km e 3000 km.

 


Tengo a precisare che le formule applicate in questa pagina sono estremamente semplificate. La fisica ionosferica, se trattata adeguatamente e nella sua completezza, implica dei calcoli piuttosto complessi che trovano certamente ampia giustificazione in ambito accademico e professionale, ma che risultano piuttosto difficili nel contesto amatoriale nel quale operiamo. I passaggi matematici sono stati quindi ridotti e i parametri sono stati semplificati per una facile e intuitiva comprensione da parte del radio dilettante. Lo scopo di questa pagina è infatti quella di introdurre l'amatore alla conoscenza dei meccanismi che regolano la ionosfera, non certamente quello di costituire un esaustivo trattato della materia che, come già premesso, è piuttosto complessa. Rimando i lettori più curiosi alla consultazione del seguente testo:

Davies, Kenneth (1990). Ionospheric Radio. IEE Electromagnetic Waves Series #31. London, UK: Peter Peregrinus Ltd/The Institution of Electrical Engineers. ISBN 0-86341-186-X


Fabio Bonucci, IK0IXI


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