Propagatie (radio)
Propagatie betekent voortplanting van elektromagnetische straling, kortom: van radiogolven en radiosignalen, waaronder alle signalen die met behulp van radiotechniek worden verzonden en ontvangen. Deze wordt beïnvloed door al deze onderstaande factoren:
- de kromming van de aarde
- elektrisch geladen lagen in de ionosfeer en daarmee samenhangend de zonnestand en de klimaatzones
- de sterkte van het signaal, dus het vermogen van de radiozender
- poollicht
- hemellichamen
- fysieke geografische omstandigheden
- atmosferische omstandigheden = het weer
- activiteiten die een elektromagnetisch veld opwekken: storing
- interferentie door een andere zender
Propagatie verschilt bovendien per golflengte dus per frequentie. De toekenning van radio-omroepbanden door de WARC aan radio- en televisiestations, radioamateurs en communicatiesatellieten en van het toegestane frequentiebereik van elektrische apparatuur houdt rekening met de propagatieverschijnselen in het algemeen en die ter plekke.
Inhoud |
[bewerk] De kromming van de aarde
Radiogolven planten zich in een rechte lijn voort, tenzij ze gereflecteerd of afgebogen worden. Daar de aarde bolvormig is verwijderen radiogolven zich dus per definitie van de aarde af.
[bewerk] Propagatie via de ionosfeer
De ionosfeer wordt over het algemeen opgedeeld in drie, soms vier lagen.
[bewerk] D-laag
De D-laag is de onderste laag en valt ongeveer samen met de mesosfeer. Deze laag absorbeert de radiostraling meer dan het reflecteert. Radiosignalen met een frequentie van 30 tot 300 kiloHertz (kHz) (de lange golf) en ten dele ook de middengolfsignalen worden door deze laag weerkaatst. Daar deze laag het dichtst bij de aarde ligt worden de radiogolven over ongeveer duizend kilometer verspreid door deze weerkaatsing. 's Nachts valt de D-laag geheel weg waardoor de ontvangst van lange golfuitzendingen moeilijker wordt. De lager gelegen E-laag neemt de functie dan over.
[bewerk] E-laag
De E-laag (ook wel: Kennelly-Heaviside-band) is de middelste laag en valt samen met het onderste deel van de thermosfeer. De radiogolven met een frequentie van 300 kHz tot 3 megahertz (MHz) worden honderden kilometers ver (middengolf en visserijband) en nog verder (tropenband en korte golf) weerkaatst. 's Nachts verandert de geladenheid van de E-laag waardoor ineens signalen van verder weg beter ontvangen kunnen worden, die van dichtbij echter slechter.
| Laag | Hoogte | Opmerking |
|---|---|---|
| D | ca. 60 - 80 km | overdag aanwezig, ionisatie overeenkomstig met zonnestand |
| E | ca. 100 - 130 km | overdag aanwezig, ionisatie overeenkomstig met zonnestand |
| Es | ca. 100 km | treedt sporadisch in de zomer op |
| F1 | ca. 200 km | overdag aanwezig, versmelt 's nachts met de F2-laag |
| F2 | ca. 250 - 400 km | overdag en 's nachts aanwezig |
Op een hoogte van 90 tot 120 km treedt sporadisch de Es-laag (sporadicE) op. Deze treedt op willekeurige tijden, in midden-Europa meestal overdag in de zomermaanden op en ontstaat als verschillende fysieke processen tegelijk optreden. Het wordt vermoed dat sporen van ioniserende gassen uit in de atmosfeer verbrandende meteorieten bijdragen aan het ontstaan van deze laag. Als de ionisatie in de Es-laag te sterk wordt dan kunnen de korte golven niet meer bij de F2-laag raken en daar teruggekaatst worden. Dit kan tijdelijk een volledige verstoring van signalen in de hele kortegolfband veroorzaken. Deze als Mögel-Dellinger-Effect bekende toestand wordt ook het dode vierde uur genoemd. In de ultrakorte golf (de FM-band) kunnen radiosignalen tijdelijk buiten hun normale bereik vallen omdat ultrakorte golven door de Es-laag gereflecteerd worden.
Aangezien de mate van ionisatie van de ionosfeer verandert met de zonnestand en deze per seizoen en per breedtegraad verschilt is de voor intercontinentale communicatie bestemde korte golf verdeeld in:
- de tropenbanden. Deze banden worden om verderop genoemde redenen door radiozenders in de tropen gebruikt.
- wereldwijde banden.
| Meterband | Frequentiebereik | Doel |
|---|---|---|
| 120 m | 2300 - 2.495 kHz | Tropen- en visserijband |
| 90 m | 3200 - 3.400 kHz | Tropen- en visserijband |
| 75 m | 3900 - 4000 kHz | niet in Amerika |
| 60 m | 4750 - 5.060 kHz | Tropenband |
| 49 m | 5900 - 6.200 kHz | wereldwijd |
| 41 m | 7100 - 7.300 kHz | wereldwijd |
| 41 m | 7300 - 7.350 kHz | wereldwijd |
| 31 m | 9400 - 9.900 kHz | wereldwijd |
| 25 m | 11.600 - 12.100 kHz | wereldwijd |
| 22 m | 13.570 - 13.870 kHz | wereldwijd |
| 19 m | 15.100 - 15.800 kHz | wereldwijd |
| 16 m | 17.480 - 17.900 kHz | wereldwijd |
| 15 m | 18.900 - 19.020 kHz | wereldwijd |
| 13 m | 21.450 - 21.850 kHz | wereldwijd |
| 11 m | 25.600 - 26.100 kHz | wereldwijd |
[bewerk] F-laag
De meest reflecterende laag en dus verantwoordelijk voor de mogelijkheid om voorbij de horizon toch radiosignalen te ontvangen is de F-laag. Deze laag is dikker als de straling van de zon er overdag mee in aanraking komt, en is in de winter dunner dan in de zomer. Daarnaast wordt bij daglicht de F-laag in twee delen gescheiden; de F1- en F2-laag. De F1-laag is overdag aanwezig, 's nachts niet. De F-laag refelecteert en heeft daardoor invloed op de ontvangst van korte golfsignalen: 's nachts zal de ontvangst van verder gelegen radiostations beter zijn dan overdag.
Aangezien de dag- en nachtlengte per seizoen varieert variëren de propagatieverschijnselen met de seizoenen mee.
Aangezien de weerkaatsing van radiogolven kan veroorzaken dat een signaal uiteenvalt in meerdere golven die ongelijktijdig ontvangen worden, kan de ontvangssterkte gaan verschillen en treedt fading op, een Dopplereffect.
[bewerk] De sterkte van het radiosignaal
Het vermogen dat een zender aan een signaal meegeeft is van belang daar radiogolven geabsorbeerd worden door om het even welk voorwerp. Alleen heel laagfrequente golven, in de zogenaamde ULF-band, hebben er geen last van.
Dit nadelig verschijnsel wordt steeds groter naarmate de radiofrequentie toe- en dus de golflengte afneemt. Daarnaast is het benodigde inputvermogen omgekeerd evenredig aan de lengte van de golven die worden gegenereerd. Een lange golfzender heeft daardoor per definitie een groter zendvermogen nodig dan een FM-zender die op de Ultrakorte golf uitzendt. Bovendien maken langegolfzenders gebruik van grondgolfzenders, omdat dat hun zendbereik aanzienlijk vergroot.
De veldsterkte wordt bepaald door alle in dit artikel genoemde factoren.
[bewerk] Poollicht
Tijdens uitbarstingen van de zon (de zogenaamde zonnevlammen en -vlekken tijdens een zonnestorm) dringen geladen zonnedeeltjes de aardatmosfeer binnen en veroorzaken een verstoring van het aardmagnetisch veld zowel als van de ionosfeer. Tijdens zonne-uitbarstingen valt de ontvangst van de korte golf geheel weg.
[bewerk] Hemellichamen
Een meteorietenzwerm kan propagatieverschijnselen teweeg brengen die gelijken op de veranderingen in veldsterkte (dus de ontvangssterkte van de radiosignalen) als gevolg van de absorptie door aardse voorwerpen.
Vliegtuigen lijken een FM-uitzending soms mee te zuigen, zoals velen die onder de aanvlieg- of opstijgroutes van vliegvelden wonen zullen herkennen. Radiosignalen worden door het aluminium vliegtuig weerkaast waardoor een soort van fading ontstaat. Dit is in feite een Dopplereffect: de weerkaatste radiosignalen komen niet allemaal gelijktijdig aan.
De maan wordt bij radio-uitzendingen op SHF-banden door radioamateurs gebruikt voor het zogenaamde moonbouncing: men zendt met een richtantenne radiosignalen onder een tevoren berekende hoek naar de maan en bereikt zodoende met een zwak radiosignaal van een kwetsbare radiofrequentie toch een ontvanger op een bij normale radio-uitzending onbereikbare afstand.
[bewerk] Fysieke geografische omstandigheden
De mate van absorptie door de aarde wordt meebepaald door het reliëf: in een vlak landschap staan minder obstakels die de radiosignalen absorberen of weerkaatsen. Een wateroppervlak absorbeert ook minder: water geleidt elektriciteit en dus ook elektromagnetische straling beter dan aarde.
Ook de plek van de zender ten opzichte van de ontvanger kan een rol spelen. Indien een zender geen grondgolf uitzendt (die zich langs het aardoppervlak voortplant) is er tussen de zender en de plek waar het radiosignaal via de ionosfeer (of de maan, zie hierboven) gereflecteerd door de antenne ontvangen wordt een radiostille afstand, de zogenaamde skipdistance.
[bewerk] Atmosferische omstandigheden
Het weer heeft enkele verrassingen in petto voor radio-ontvangst. Per golfbereiken zijn het:
- (middengolf): bliksem veroorzaakt een elektromagnetisch veld, hetgeen tot op een afstand van 100 km als een knetterend geluid te horen is. Vanwege het vele onweer in de tropen zenden radiostations daar niet op de middengolf maar op de tropenbanden uit.
- (ultrakorte golf): Temperatuurinversies veroorzaken een verschil in propagatie vanwege het verschil in luchtsoort waarbij de mate van elektrische geleiding verandert, veroorzaakt door:
- grondinversies als gevolg van mist of nevel
- hogedrukinversie als gevolg van dalende luchtbewegingen in een hogedrukgebied, die botsen op stijgende warme lucht vanaf het warme aardoppervlak
- frontinversie bij een passage van front.
[bewerk] Storing
Elektrostatische ontladingen oftewel vonken veroorzaken een kortdurend elektromagnetisch veld hetgeen de ontvangst van radiosignalen verstoord. Bekende vonkbronnen zijn:
- alle elektromotoren, generatoren en transformatoren
- magnetrons, televisieschermen, computers
- bromfietsmotoren
- TL-buizen en gasontladingslampen
- boormachines
- te hoog belaste elektriciteitsleidingen.
[bewerk] Interferentie
Er kan een radiosignaal uitgezonden worden op dezelfde radiofrequentie. De ontvangst wordt dan verstoord. Bij amplitudemodulatie veroorzaakt de ontvangst van twee dichtbij elkaar gelegen draaggolven een fluittoon. Bij frequentiemodulatie hoort men de zenders door elkaar heen. Mobiele telefoons interfereren met radiosignalen in het bereik van de ultrakorte golf en hoger (UHF en hoger) en ook op computers.
DX-ers (luisteramateurs) bestuderen de propagatieveschijnselen en rapporteren deze door middel van QSL-kaaarten en e-mailberichten naar de zendstations. Dat gebeurt standaard met behulp van de RST-code. De voorloper van deze code is de SINPO-code. In deze code wordt de propagatie (P) aangegeven met een waarderingstal van 1 (zeer slecht) tot en met 5 (geen verstoring).
