ANTENAS APONTADAS PARA CIMA - NVIS (Near Vertical Incidence Skywave)

ANTENAS NVIS - NOTAS DE AULA

Lei de Snell (Fonte: Angeloleithold, disponível no site:

http://www.angeloleithold.hpg.com.br/ciencia_e_educacao/6/angeloleithold-3-fl_album4.gif de 1998 a 2011 migrado para: LEI DE SNELL 2011

ANTENA YAGI PARA SONDAGEM IONOSFÉRICA, A reflexão ionosférica e a Máxima Frequência Utilizável MUF. (Fonte: Angeloleithold, disponível no site:http://www.oocities .org/br /atmo sfera_ionosfera/muf_maxima_frequencia_utilizavel_py5aal.gif , 1995)

(c) py5aal Os experimentos foram realizados na banda da onda curta (HF) explorando a utilização do conceito NVIS (Near Vertical Incidence Sky wave), ou utilização da ionosfera como meio refletor das ondas utilizando ângulos perto da incidência vertical, com distâncias desde as dezenas de quilômetros até às centenas de quilômetros, dependente do ângulo de emissão.

A propagação de ondas eletromagnéticas no plasma ionosférico, se comporta analogamente como ondas sônicas dentro de fluídos de diferentes densidades. Ora refletindo, ora refratando, ora sem oferecer resistência alguma. Num plasma com "N" colisões elétron - partículas (íons, átomos, moléculas,elétrons, neutrinos, etc), levando-se em conta o movimento térmico dos elétrons, pode-se dizer que tem ora características fluidas, ora características sólidas, pois o plasma não é líquido, nem sólido, tampouco gasoso, portanto, comporta-se de maneira anômala. A densidade iônica pode ser definida como uma quantidade de elétrons e íons por metro cúbico, ou seja, tem uma determinada densidade. Para observar o efeito da reflexão pode-se desprezar os efeitos térmicos e gravitacionais, pois são desprezíveis para efeito dos mecanismos de reflexão ionosférica [3].

Dependendo da hora do dia ou da insolação, a quantidade de energia eletromagnética provinda do Sol, principalmente nas bandas de raios-X e ultra-violeta, conforme já visto, a ionosfera separa-se em camadas, assim, é possível ocorrer condutividade e permissividade elétrica, em alguns momentos o seu comportamento é semelhante a um condutor elétrico, por exemplo, como se fosse uma placa metálica, porém sintonizada em determinadas freqüências, onde uma vez se comportando como tal, pode perfeitamente refletir determinados comprimentos de onda sem problema algum, e praticamente sem perdas, também absorver outros comprimentos de onda inutilizando totalmente a propagação destas. A reflexão ionosférica é exatamente uma das propriedades exploradas para transmissão e recepção se sinais de radiofrequência. Durante o dia o aumento de densidade é significativo e a elevação das camadas durante a noite, propicia um aumento da propagação a longa distância, pois a RF refletirá mais acima.

Existe também, durante o dia, uma atenuação maior do sinal pelo aumento da densidade e consequentemente a absorção, contudo, também poderá ocorrer uma reflexão maior, o que contradiz a hipótese da absorção, justamente devido à este aumento da densidade e alteração do comportamento das regiões iônicas.

Também pode ocorrer a canalização, o espalhamento e reflexão, algumas vezes estes três fatores concorrem entre si, outras vezes se somam. A reflexão ionosférica é explorada por sistemas de radiodifusão com as antenas de transmissão em ângulo baixo. As propriedades operacionais das ionossondas (sistemas compostos de transmissores, receptores e antenas direcionais apontadas diretamente para a ionosfera) propiciam um conhecimento do comportamento da região. O princípio da reflexão ionosférica em ângulos altos é utilizado há muitos anos para pesquisas, porém pouco utilizado nas comunicações. O efeito ocorre sobre uma faixa de alturas estreita e em baixas freqüências, onde, ou os raios refratam, ou refletem. No caso da refração a distância atingida por estes é apreciável, chegando a milhares de quilômetros. No caso da reflexão direta, esta não ultrapassa a algumas centenas de quilômetros. O espalhamento fraco e incoerente de energia ocorre devido às flutuações térmicas e aleatórias da densidade eletrônica no plasma ionosférico. Este espalhamento tem sua eficiência aumentada pelas irregularidades ionosféricas e pelo aumento da densidade iônica.

Outro fenômeno interessante sobre a reflexão ionosférica é a cintilação, ocorre devido à atuação dos sinais perante as irregularidades ionosféricas que atuam como uma tela de fase variável nos sinais transionosféricos. Esta tela eletrônica dá origem à efeitos de difração com cintilação em amplitude, e variação do ângulo de chegada e fase. Portanto, num meio variável onde ocorrem densidades variáveis, ocorre o fenômeno da reflexão, refração e difração dos sinais de radiofreqüência que pode ser simultâneo ou não.

Acima: As camadas ionosféricas e ionogramas, a Lei da Secante e a Máxima Frequência Utilizável. (Fonte: Angeloleithold disponível em:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/05/IonogramasAngeloleithold1975.jpg)

A Anomalia Magnética do Atlântico Sul influencia substancialmente na propagação em HF, notadamente devido a grandes variações iônicas na região. Quando foi realizada a pesquisa acerca da propagação de rádio através de medidas na faixa de HF, não foi possível a análise simultânea dos erros das coordenados obtidos com GPS. A implementação de um enlace HF de baixa potência (1 W) em que o sinal medido entre Curitiba e a Estação Antártida Comandante Ferraz (20 m) e a estação onde se encontrava um SDR em Pardinho-SP (40 m), propiciou a observação da travessia do sinal contínuo e suas variações. A análise comparativa dos dados obtidos mostrou uma forte correlação entre as variações dos sinais de HF e a "densidade de ruído" particularmente no período de 18:00 às 21:00h. São claras as alterações de comporta-mento iônico e é possível a criação de ferramentas computacionais que prevejam a detecção antecipada de irregularidades iônicas para usos em radiociência. A utilização da faixa de HF é economicamente viável embora ainda hajam limitações do ferramental apropriado com maior número de bases HF e implementação HF de receptores GPS. Num futuro próximo serão desenvolvidos algoritmos que permitirão inclusive maior precisão no funcionamento de radares, GPS etc na região da AMAS. Já é possível a partir da análise do sinal HF a previsão de períodos de turbulência iônica.

Vantagens das comunicações por efeito NVIS:

• Cobertura de áreas remotas, elevações/depressões devido ângulo de emissão/recepção elevado das antenas;

• Desnecessária infraestrutura de apoio, repetidores, satélites, etc;

• Estações NVIS se comunicam sem suporte ou sistemas

• Antenas são dipolos simples, que operam a poucos metros de altura do solo, ou utilizando refletores artificiais;

• Simplicidade de operação, um único operador conseguem erguer uma antena NVIS;

• O sinal emitido/recebido via ionosfera percorre pouco espaço;

• As perdas por atenuação em espaço livre, (path loss) são menores;

• A metodologia NVIS tem baixo ruído e interferências, melhor relação sinal/ruído;

• A potência de emissão na ordem pode ser na ordem de 20 W,

REFERÊNCIAS

1 - Russel THE MAGNETOSPHERE PY5AAL.pdf - 272 KB Visualizar

2 - COUTINHO INTROÇÃO ÀS PARTICULAS PRESAS AMAS

3 - CHEN Francis F Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion Plasma Physics PY5AAL -. .pdf - 9010 KB Visualizar

IONOSFERA, LEITHOLD, ANGELO ANTONIO datilografado em 1987.pdf - documentado e armazenado em pdf em 1995 - 273 KB DOCUMENTO

Plasma ionosferico datilografa do em 1987 py5aal leithold a a.documentado e salvo em 1995 pdf - 157 KB DOCUMENTO

REFLEXAO IONOSFERICA A LEI DE SNELL, LEITHOLD, A. A. - PY5AAL pdf 408 KB DOCUMENTO