IONOSFERA PÁGINA PRINCIPAL  01 CAPA 02 INTRODUÇÃO    03 COMO  OCORRE    A   REFLEXÃO    IONOSFÉRICA 04 COMPORTAMENTO DA IONOSFERA 05 FENÔMENO DA REFLEXÃO 06 REFLEXÃO 07 LEI DE SNELL 08 LEI DE SNELL - FORMALISMO 09 FORMALISMO 10 REFRAÇÃO  11 REFLEXÃO IONOSFÉRICA EQUAÇÕES 12 MÁXIMA FREQUÊNCIA UTILIZÁVEL MUF  13 IONOGRAMAS 14 REFERÊNCIAS 15 ANEXO I - MÁXIMA FREQUÊNCIA UTILIZÁVEL RADIOAMADORISMO

FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA - FIES

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE

CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO - CPGMEFC

(c)1995 Angelo Antonio Leithold Professor Angelo Antonio Leithold  - 08/2007 a 12/2010

#PY5AAL Pela sua estrutura, podemos considerar que a atmosfera pode ser vista como um conjunto de camadas de gases, de formato esférico. Estas estão dispostas concentricamente ao Planeta. Sua estrutura se relaciona com parâmetros diversos. Estes são, a grosso modo, variações térmicas, composições químicas variáveis e efeitos físicos diversos, tais como eletromagnéticos, etc. No conjunto, todos os parâmetros variam sensivelmente, pois dependem da hora, época do ano, latitude e longitude, além da atividade solar, que atua decisivamente em todo o sistema atmosférico local e global. Com respeito à propagação de radiofreqüência, a troposfera e a ionosfera assumem um papel importante. A troposfera se situa entre a superfície da Terra até aproximadamente 50 km de altitude. Pode-se dizer que esta região é neutra no que tange propagação de radiofreqüência. Nela, o vapor d’água, a pressão atmosférica e sua temperatura são fatores determinantes, porém a refração de RF, desde que a mesma seja abaixo de 30 Ghz, independe da freqüência do sinal transmitido, pois praticamente inexiste devidas colisões eletrônicas. Quanto à influência sobre a propagação de RF em freqüências mais baixas, esta se dá acima dos 50 Km até aproximadamente 1.000 km. Portanto, é nesta altitude que se deve observar os fenômenos da propagação com maior atenção, pois, é na região, chamada ionosfera, formada principalmente por partículas livres carregadas, ou partículas ionizadas, que o sinal de rádio ao se propagar depende da freqüência e sofre importantes influências do meio plasmático. A atmosfera, neste caso, não pode ser enxergada como um todo, pois tem regiões que podem ser vistas como se fossem camadas diversas, cujas características diferem de maneira bastante particular. Acima da camada de ozônio, em torno de 50 km de altitude, surgem as regiões, distribuídas de forma bastante distinta, em camadas de partículas ionizadas (Ver figura ao lado). Estas são resultado da radiação solar, em especial da absorção de luz ultravioleta e raio-X pelas partículas neutras. A energia contida pela radiação solar, em especial ondas eletromagnéticas de alta freqüência, causam a fotoionização na alta atmosfera, criando assim, as ditas regiões parcialmente ionizadas. Por este motivo, esta região da atmosfera é chamada ionosfera. As camadas, ou regiões de ionização, estão contidas entre os 50 até 1.000 km acima do solo. É sabido que em seu topo, isto é, para além da última camada, os íons se estendem para o espaço, misturando-se assim ao vento solar e ao plasma interplanetário interpenetrando na magnetosfera. É durante a face diurna da Terra, que se estendem e se separam as diversas camadas (ou regiões) ionosféricas. Particularmente arbitra-se que a densidade iônica forma três regiões básicas. A estas se dá o nome: ''regiões D, E e F'', as divisões destas não são de maneira tão distinta quanto mostrada por algumas literaturas. Entre si (Nas camadas) não deixam de existir íons, o que ocorre é uma variação da densidade iônica, isso, de certa forma, delimita uma tênue fronteira que pode ser interpretada como a separação entre diferentes camadas. Esse tipo de descrição, por ''camadas'', é necessário para que se possa entender e fazer o estudo das ditas separadamente. Numa descrição simplista, não se separam como a água e o óleo, ou seja, não existe uma fronteira distinta e precisa que as delimitam entre si. O que ocorre, é uma diferenciação de absorção e variações da refração da RF e ressonância que variam conforme a altura, ou seja, de uma maneira muito mais sutil. Por exemplo: podemos visualizar água limpa, translúcida, num recipiente transparente, derramamos um pouco de tinta nanquim, haverá um determinado momento em que a tinta se misturará à água, mas haverá uma determinada ''fronteira'' entre a ''água mais escura'' e a ''água mais clara'', nesta região fronteiriça que se forma (Digamos, numa espécie de degradeé) , a variação de densidade da água é mínima, pois na ''fronteira entre a água tinta e a água, ainda é água''. Porém, apesar das ''duas águas'', uma totalmente translúcida e outra menos, devida diluição, se banhado de luz o recipiente, o comprimento de onda da luz absorvido pela água varia. Digamos, há uma espécie de ''sintonia'', onde determinados comprimentos de onda de luz, simplesmente passam pela água, e outros são absorvidos de acordo com a variação da ''quantidade'' de tinta diluída na região fronteiriça. Da forma descrita acima, na ionosfera as tais ''camadas'' se comportam. Embora não possam ser definidas como ''camadas'' pura e simplesmente, e sim como ''regiões'', cada região ionosférica, pode estar contendo, muitas vezes, diversas camadas em si (Ou sub-camadas). Mas, por uma questão de aceitação de conceitos através dos anos, e devidas utilizações do termo que variam conforme a região e as pessoas, atualmente aceita-se que as regiões ionosféricas sejam denominadas ''camadas ionosféricas''. Um exemplo bastante ilustrativo é a região F, em que, nas épocas de ocorrência de grande ionização, no período diurno, no verão, se divide em duas ou mais sub-regiões (ou camadas), chamadas F1 e F2. A região F após atingir o pico máximo de concentração eletrônica/iônica, tem a sua densidade decrescida e funde-se ao vento solar à medida em que subimos em direção ao espaço exterior. A distribuição em camadas nas regiões iônicas tem uma variação de densidade de elétrons durante o dia. Por isso diferentes tipos de ondas tem a sua propagação e absorção facilitada ou dificultada, conforme as ressonâncias destas concomitantes à absorção energética ou fotoionização. O gráfico disponibilizado embaixo, mostra com bastante propriedade o fenômeno da ''reflexão'' ionosférica, segundo o comprimento de onda e fotoionização.

*A importância da ozonosfera quanto à penetrância dos Raios-gama, Raios Ultravioleta e Raios-X.

#PY5AAL Variações comportamentais conforme o comprimento de onda. Na ionosfera, dependendo da altitude, concentração de elétrons, etc, há comportamentos diversos, muitos ocorrendo simultaneamente numa mesma região ou em regiões diferentes (Camadas). Também, reforçando a imprevisibilidade de seu comportamento, sabe-se que a ionosfera ressona e reage de formas diversas em freqüências diferentes conforme a variação de sua altitude e/ou densidade de elétrons. As regiões ionosféricas (D,E,F) possuem a característica de reagir de maneiras diferentes conforme o comprimento de onda em si propagado. Isso ocasiona uma diferença de comportamento das freqüências críticas que variam conforme a camada, ou região. Ou seja, para cada região existe a sua própria freqüencia crítica, que nada mais é do que a Máxima Freqüência Utilizável, chamada de MUF (inglês) ou MFU (português) com sua própria incidência vertical que pode ocasionar a reflexão segundo a camada e sem ter influência do campo magnético da Terra diretamente.

#PY5AAL O VHF atravessa todas as camadas da ionosfera, salvo em ocasiões raríssimas que ocorrem mais pelo efeito atmosférico ordinário (Inversões térmicas, etc), também se conhecem os efeitos dos sinais de LF, MF e HF, que são comprimentos de onda que tem as suas Máximas Freqüências Utilizáveis variáveis e dependentes da altitude, da densidade eletrônica que obedece aos ciclos solares diários, anuais, e periódicos (O ciclo dos 11 anos) e variam ainda de forma distinta, isto é, cada região tem um comportamento diferente da outra no que tange a periodicidade, estes podem ocorrer ao mesmo tempo, no mesmo sentido ou não, conforme descrito no texto.

MUF ou MFU

#PY5AAL Durante o passar do tempo a uma sistematização na elaboração de conceitos e modelos matemáticos onde se pode ''prever'' o comportamento da ionosfera segundo a freqüência.

=> MUFF: Fator de Máxima Freqüência Utilizável.

Descrição breve das camadas ionosféricas:

Embora bastante repetitivo, é necessario sempre retornar ao assunto das camadas ionosféricas quando abordamos o assunto da propagação de radiofreqüência e sua reflexão nas altas altitudes da Terra.

#PY5AAL Camada D

#PY5AAL A camada D, é a que se situa mais próxima à superfície terrestre, sua altitude máxima está em torno dos 85 km, mas é na altitude de 80 Km que ocorre a máxima concentração eletrônica. Esta gira em torno de 10.000 elétrons/cm cúbico (el/cm3). A região D não permanece ativa durante a noite, isso ocorre devida falta de ionização e recombinação iônica, sua importância reside na propagação de RF, ou na absorção da energia eletromagnética, principalmente MF (Freqüência Média, -não confundir com freqüência modulada-), HF (Alta freqüência), e de VHF (Freqüência muito alta). Embora algumas literaturas não citem, esta região é refletora dos comprimentos de onda de LF (Freqüência baixa) e VLF (Freqüência muito baixa). As colisões eletrônicas nesta camada se dão de forma muito intensa, isso ocorre devida sua baixa altitude, portanto, alta densidade gasosa. Quando anoitece, a densidade iônica diminui, assim, a absorção diminui e fica facilitada a propagação eletromagnética devida diminuição da absorção energética.

#PY5AAL Camada E

#PY5AAL A camada E, se situa entre 85 e 140 km acima do solo, sua concentração eletrônica gira em torno de 100.000 el/cm3. A densidade iônica aumenta ao nascer do Sol, subindo gradativamente, atingindo o pico em torno do Sol a pino (Meio dia), tendo após um comportamento linear no decorrer do dia e desaparecendo ao anoitecer. Nas altitudes compreendidas entre 90 a 120 Km ocorrem variações na densidade eletrônica, quando isso ocorre, gera uma sub-camada (E esporádica) cuja espessura é de poucos quilômetros.

#PY5AAL Camada E esporádica

#PY5AAL A camada E esporádica, representada por Es, é uma perturbação que ocorre quando elétrons energizados provindos da magnetosfera, meteoros, etc, alteram a densidade iônica na altitude compreendida entre 90 a 120 Km. Muitas vezes esta se manifesta próxima ao equador magnético durante o dia, é regular e não possui muita sazonalidade. Seu comportamento se torna interessante para propagação eletromagnética, quando ocorre em altas latitudes durante a noite e durante o dia, na região próxima ao equador magnético. Quando ocorre nas médias latitudes, fica interessante a reflexão em torno das freqüências de 100 Mhz (Nas outras regiões também reflete as mesmas freqüências), o que possibilita a comunicação em VHF em longas distâncias, muitas vezes são captados, devido este fenômeno, canais de televisões a milhares de quilômetros. A aparição da esporádica, em geral, é mais frequante no verão do que no inverno.

#PY5AAL Camada F1

A camada F1 ocorre em torno das altitudes de 140 km e 200 km, possui grande variabilidade eletrônica, cujos índices vão desde 250.000 el/cm3 quando as manchas solares estão em seu índice mínimo até 400.000 el/cm3 quando as manchas solares estão em seu índice máximo. Esta camada desaparece durante a noite refrata e difunde a RF.

#PY5AAL Camada F2

#PY5AAL A camada F2 se situa a partir dos 200 Km e vai até 1000 Km, podendo chegar aos 2000 Km. A determinação de seu limite inferior é dada pela distribuição e concentração eletrônica (Iônica). O seu limite superior é bastante variável, pois tem grande influência determinada pela densidade iônica, esta por sua vez, varia conforme o ciclo diário da sombra solar, que por sua vez é variável conforme o ângulo de incidência energética, que também é influenciado pela atividade solar. Portanto, além da hora do dia, a densidade eletrônica tem como variáveis o ciclo solar, as alterações magnetosféricas, a hora, e outras muitas variáveis químico-físicas da atmosfera baixa e da alta. Todas as alterações ocorrem segundo a altitude e são proporcionais à irradiação, que por sua vez, variam também conforme a longitude e latitude, portanto, uma previsibilidade do comportamento ionosférico em F2 torna-se bastante trabalhosa necessitando de modelos e sistemas de cálculos muito sofisticados, e, mesmo assim a margem de erro deve ser bastante elástica. Na camada F2, pode-se afirmar que seu comportamento, no que tange à concentração iônica, obedece a um padrão distributivo difuso. À este padrão se dá o nome de ''Spread F'', sua ocorrência é noturna, assim, conforme descrito, existe uma grande variação de densidade eletrônica, esta provoca o aparecimento da cintilação dos sinais de rádio que por ela se propagam, além da cintilação dos sinais de rádio, ainda faz ocorrer a cintilação da visualização de corpos celestes além de variações na recepção de toda e qualquer manifestalção eletromagnética provinda do outro lado da ionosfera, principalmente em VHF e HF.

#PY5AAL Cinturão interno de Van Allen.

O anel de radiação interno de Van Allen, se estende de 700 até 10.000 km (0.1 a 1.5 raios terrestres aproximadamente), e contém altas concentrações de prótons enérgicos que excedem 100 MeV e elétrons na gama de 100 de KeV apanhados pelo forte (relativo aos cintos exteriores) campo magnético da região.

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Embaixo:

Páginas que estavam no Yahoo-Geocities (Podem estar fora do ar)

Ionosfera, uma breve descrição >Ionogramas >Reflexão Ionosférica>A Troposfera e a Ionosfera > Cinturão de Van Allen > Ciclo Solar=> Antenas => Antenas recém construídas  => Antena Yagi apontada para cima=> Antenas Compilação geraL => Antenas Teoria básica => Antenas Refletores e influência terra => Bazooka => Quadra com fio fino =>Tabelas de cabos coaxiais => Esquemas de rádios 1. =>Esquemas de rádios 2 => Esquemas de rádios 3 =>Gravações de colegas => Ganho de antenas => Ionosfera, uma breve descrição - py5aal => Ionosfera, reflexão: O que é? PY5AAL =>*Informática => Downloads => Linux => Servidor=> Músicas => Downloads (Somente para profissionais).=>*Eletrônica => Datasheets Transístores 1 =>Datasheets Transístores 2 => Datasheets Vacuum Tubes =>Tabelas de Transístores

 Bibliografia:

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*Brown, P.; Simek, M.; Jones, J. Radar observations of the Leonids: 1964-1995.

Astronomy and Astrophysics, v. 322, n. 2, p. 687-695, June 1997.

*Chamberlain, J. W. Theory of planetary atmospheres; an introduction to their

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*Lebedinet, V. N.; Shushkova V. B. Meteoric ionization. Geomagnetism and

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* Hargreaves, J. K., "The Upper Atmosphere and Solar-Terrestrial Relations". Cambridge University Press, 1992,

* Kelley, M. C, and Heelis, R. A., "The Earth's Ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics". Academic Press, 1989.

* K.Rawer and Y.V.Ramanamurty (eds) (1 January 1986). "International Reference Ionosphere - Status 1985/86". Advances in Space Research 5 (10). ISBN 0-08-034026-1 (Publisher: Pergamon Press), ISSN 0273-1177.

* Leo F. McNamara. (1994) ISBN 0-89464-804-7 Radio Amateurs Guide to the Ionosphere.

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