Introdução à Propagação das Ondas de Rádio

Sol, Ionosfera e os Índices de Propagação das Ondas Curtas
Introdução à Propagação
SOL
Ionosfera
Índices de Propagação

Sol, Ionosfera e os Índices de Propagação das Ondas Curtas

O assunto propagação é muito interessante e apesar de normalmente ser baseado em preceitos puramente científicos, alguns temas se apresentam mais como ciência oculta como ciência propriamente dita. É intrigante refletir sobre o fato de que apesar dos princípios básicos terem sido regularmente bem articulados desde o inicio do século XX, diversos aspectos de propagação ainda não são completamente entendidos. Pelo contrário, descobertas relativamente recentes em física quântica tornaram mais difícil ainda descrever exatamente de que consiste a onda de radio.

A compreensão dos fenômenos básicos da propagação, se inicia pelo conhecimento do nosso planeta, em especial das características da atmosfera e da importância do Sol nos fenômenos da propagação das ondas de rádio. Através deste estudo, poderemos determinar as regras gerais necessárias para determinarmos quais faixas de ondas curtas devemos nos concentrar na pratica da escuta - em especial na prática de DX - dependendo da estação do ano, do ciclo solar, do horário desejado e mais alguns outros fatores a serem discutidos com mais detalhes.

Conforme as definições das ondas eletromagnéticas e em especial das ondas curtas, o espectro das Altas Freqüências (HF), está organizado em bandas, que são padronizadas internacionalmente, girando em torno da freqüência central correspondente ao seu comprimento de onda. A padronização das faixas e sua utilização, é efetuada pelo ITU - International Telecomunications Union. Desta forma, poderemos sintetizar quais bandas em metros são mais propícias a escuta dependendo das condições de propagação.

Bandas de radio difusão nas ondas curtas

Desta forma, poderemos sintetizar quais bandas em metros são mais propícias a escuta dependendo das condições de propagação. Considerando como regra geral, podemos sintetizar abaixo quais são as bandas que apresentam melhores resultados para a escuta, dependendo do período do dia e do ano.

Introdução à Propagação

A propagação das ondas de rádio na faixa de HF - Ondas Curtas - depende de diversos fatores. Para começar a compreendê-la, precisamos conhecer um pouco sobre a Ionosfera e como as condições atuais do Sol a afetam. Precisamos compreender os fundamentos da propagação das ondas de radio de alcance mundial, providas pelas ondas curtas.

SOL

O Sol não apenas permite a vida no nosso planeta Terra, mas também torna possível a propagação em longa distancia das ondas de radio. A radiação solar provoca ações interessantes nas regiões mais altas da atmosfera da Terra, conhecidas como Ionosfera. As regiões escuras da superfície solar, ou  simplesmente "manchas solares", são responsáveis pelo aumento da radiação proveniente do Sol. Esta radiação é o que fornece a Ionosfera os seus "íons" ( partículas carregadas ), as quais refratam certas ondas de radio. As manchas solares podem variar dia a dia mas são conhecidas como seguindo um ciclo de 11 anos de atividade solar.

O ciclo solar de 11 anos apresenta picos de atividade. Durante estes picos conhecidos como Maximo solar, até mesmo estações de baixa potencia podem ser captadas ao redor do mundo. O numero das manchas solares podem também variar nos 27 dias do ciclo correspondente a rotação do Sol.

É claro que a oscilação da Terra em relação ao seu eixo de rotação ( que é a causa das nossas 4 estações do ano ) afeta a propagação também, assim como a hora do dia. Como uma regra geral, freqüências acima de 10 MHz são úteis durante o dia e abaixo deste são boas durante a noite.

A predição da Máxima Freqüência Utilizável ( conhecida pela sigla MUF ) real é quase uma arte, quanto mais uma ciência, e depende de diversos fatores também. Basicamente, é através da determinação da MUF que as grandes estações de radio difusão realizam o seu planejamento de freqüências, dependendo da época do ano e das regiões do globo que desejam atingir.

Gráfico dos picos do ciclo solar de 11 anos.

As labaredas solares são explosões incríveis que ejetam grandes quantidades de partículas e energia eletromagnética através de um largo espectro de freqüências. As labaredas ocorrem próximos as manchas solares e geralmente durante um ou dois minutos. As labaredas são classificadas através da quantidade de Raios X que elas produzem ( fluxo de Raios X ). As maiores labaredas são denominadas Classe-X. As labaredas de Classe-M apresentam um décimo da energia e as de Classe-C apresentam por sua vez um décimo do fluxo de Raios X observados nas labaredas de Classe-M. Apesar de curta duração seu efeito na Ionosfera e nas comunicações de radio podem durar por vários dias.

Ionosfera

A radiação Solar se choca com átomos de oxigênio e nitrogênio e deslocam seus elétrons nas camadas superiores da atmosfera criando assim IONS, os quais são carregados positivamente. Existem quatro regiões distintas de gás ionizado no espaço compreendido entre 50 km até aproximadamente 500 km. Juntas, estas regiões formam o que denomina-se IONOSFERA.

A ionosfera refrata as ondas de radio de freqüências especificas, primariamente a faixa de HF ( conhecida como Ondas Curtas de 3 MHz a 30 MHz ). É esta refração da energia de radio que torna as comunicações de radio possíveis ao longo do mundo. Este fenômeno da refração é similar ao aparente "entortamento" de uma caneta quando submersa em um recipiente de água.

Representação das camadas especificas da Ionosfera.

As quatro regiões distintas da ionosfera são denominadas D, E, F1 e F2.

A camada D é a região mais baixa da Ionosfera. Alcança a máxima ionização durante a tarde mas os seus íons se dissipam rapidamente.  Esta camada é responsável por absorver as freqüências de radio, e não refratar. Quanto mais ionizada está a camada D, maior a absorção da energia do radio. As freqüências acima de 10 MHz não são prontamente absorvidas pela camada D, mas as bandas mais baixas são geralmente sem uso para a comunicação de longa distancia durante o dia, devido a este fenômeno.

Similar a camada D, a camada E dissipa seus íons rapidamente quando o Sol não esta brilhando sobre esta e assim é apenas um fator de maior relevância durante o dia. Porem, diferente da camada D que absorve o espectro mais baixo das Ondas Curtas até Ondas Medias e permite as freqüências mais altas passarem através desta, a camada E pode refratar sinais de radio e causar seu batimento de volta para a Terra. De noite, quando a camada E é muito fraca, os sinais de radio tendem a passar diretamente através dela. Algumas vezes, até sinais de VHF são refratados pela camada E, causando interessantes efeitos na propagação desta faixa.

As camadas F1 e F2 são agrupadas na chamada Região F. De fato, elas se combinam em um única camada durante a noite. A Região F é a mais importante para as comunicações de longa distancia em Ondas Curtas. Esta camada retém sua ionização por mais tempo que as outras camadas e permanece ionizada durante a noite, mesmo não sendo de forma tão densa. Sua intensa ionização durante as horas do dia refratam as altas freqüências mas á noite ela irá normalmente permitir que passem através dela. As baixas freqüências, abaixo de 10 Mhz serão refratadas de volta a Terra durante a noite.

À noite, a camada D desaparece e a E se torna muito fraca pois não podem permanecer ionizada por muito tempo.

Também, as camadas F1 e F2 se combinam para criar uma camada única. As freqüências mais baixas agora se tornam muito úteis já que a camada D não mais está presente para absorvê-las.

Este é o motivo porque podemos ouvir estações de radio em Ondas Medias e Ondas Curtas localizadas algumas vezes a milhares de quilômetros durante a noite.

Representação da propagação de HF durante a noite.

As mesmas altas freqüências que são úteis durante o dia podem passar direto através da Região F durante a noite. A freqüência mais alta que pode ser refratada denomina-se MUF - Maximum Usable Frequency - Freqüência Máxima Utilizável. É geralmente uma boa idéia usar um comprimento de onda próximo a MUF porque freqüências mais baixas podem estar mais suscetíveis a absorção e se tornarem degradadas. Algumas vezes a MUF cai abaixo de 5 MHz devido a região F fraca ou perturbada. As labaredas solares podem causar tais perturbações. Os pontos baixos do ciclo solar também não ajudam.

Comportamento da ionosfera durante o dia e noite nas altas freqüências.

Índices de Propagação

As condições correntes na ionosfera irão afetar enormemente como os sinais de radio em diferentes freqüências irão se propagar. As manchas solares ajudam a aumentar a habilidade da ionosfera em refratar as ondas de radio em HF enquanto as labaredas solares podem causar distúrbios na ionosfera conhecidos como tempestades geomagnéticas. Uma ionosfera com distúrbios irá absorver mais sinais de radio em HF do que propagá-los.

Numero de Manchas Solares : números elevados de manchas solares ( sunspots ) indicam acréscimo na radiação ionizante gerada pelo Sol a qual melhora a habilidade de refração de sinais de HF. O numero de manchas solares pode varia de zero até 200 durante o pico do ciclo de 11 anos de atividade solar.

Fluxo Solar : Similar ao numero de manchas solares, o valor do fluxo solar é realmente uma medida dos sinais de radio gerados pelo Sol. Este índice é tomado diariamente na freqüência de 2800 MHz ( 10,7 cm de comprimento de onda ). O aumento do ruído de radio do Sol significa mais radiação ionizante e se correlaciona com o numero de manchas solares. O valor do fluxo solar varia de 60 ( sem manchas solares ) até 300.

Índice A : o índice A descreve as condições geomagnéticas das ultimas 24 horas. Podem variar do intervalo de 0 até acima de 400 mas é raro observar valores acima de 100. Geralmente verificaremos índices A variando entre 4 e 50. Valores abaixo de 10 são desejáveis para as comunicações em Ondas Curtas e Medias. Números altos do índice A podem significar excessiva absorção das ondas de radio devido ao acréscimo das condições de tempestade na ionosfera.

Índice K : O índice K é similar ao índice A, mas reflete condições das ultimas 3 horas e seus valores variam de 0 até 9. Números baixos significam condições de ionosfera quieta. As tendências no índice K sao importantes a serem acompanhadas. Quando o índice K se eleva podemos esperar a degradação das condições de propagação, particularmente em direção as regiões polares.

Onde obter os índices solares e geomagnéticos ?

Pelas ondas curtas podemos sintonizar as estações de radio WWV do NIST - National Institute of Standards and Technology - aos 18 minutos apos cada hora ( WWV de Colorado ) e aos 45 minutos apos cada hora ( WWVH de Havai ).

Na Internet, podemos acompanhar os índices de atividade solar e geomagnética em tempo real. O instituto NOAA disponibiliza estas informações e explicações detalhadas sobre a metodologia e significado de cada conjunto de informação.

Neste sítio estão sintetizados os mais importantes índices e seu significado em tempo real, extraídos diretamente do NOAA.

NOAA Space Environment Center

Fontes

NOAA Space Environment Center
Propagation Primer - AE4RV

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