Почему радиосигналы движутся дальше ночью, чем днем?

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-10 00:00

Не все радиоволны движутся дальше ночью, чем днем, но некоторые, короткие и средние волны, которые попадают под радиосигналы АМ, определенно могут дать правильные условия. Основная причина, по которой это происходит, связана с сигналом, взаимодействующим с определенным слоем атмосферы, известным как ионосфера, и тем, как это взаимодействие меняется с ночного на дневное.

Ионосфера представляет собой слой верхней атмосферы на расстоянии от 50 до 600 миль над уровнем моря. Он получил свое название, потому что он последовательно ионизируется солнечной и космической радиацией. В очень простых терминах рентгеновские, ультрафиолетовые и более короткие длины волн излучения, выделяемого Солнцем (и из других космических источников), выделяют электроны в этом слое атмосферы, когда эти конкретные фотоны поглощаются молекулами. Поскольку плотность молекул и атомов в ионосфере довольно мала (особенно в верхних слоях), она позволяет свободным электронам существовать таким образом в течение короткого периода времени до окончательной рекомбинации. Ниже в атмосфере, где плотность молекул больше, эта рекомбинация происходит намного быстрее.

Что это связано с радиоволнами? Без помех радиоволны движутся по прямой линии от источника вещания, в конечном счете нанося удары по ионосфере. То, что происходит после, зависит от множества факторов, среди которых важна частота волн и плотность свободных электронов. Для волн AM, учитывая правильные условия, они будут, по существу, отскакивать назад и вперед между землей и ионосферой, распространяя сигнал все дальше и дальше. Так ясно, что ионосфера может играть важную роль в наземном радиопроцессе. Но это постоянно меняющийся характер ионосферы делает вещи действительно интересными. И для этого нам нужно получить немного больше технических, хотя мы, по крайней мере, пощадим вам математику, и мы оставим небольшую сложность, пытаясь не идти полным текстом на вас.

В любом случае, состав ионосферы наиболее резко меняется ночью, прежде всего потому, что, конечно, Солнце немного пропадает. Без столь же изобильного источника ионизирующих лучей уровни D и E (справа на рисунке) ионосферы перестают быть очень ионизированными, но область F (особенно F2) все еще остается довольно ионизированной. Кроме того, поскольку здесь здесь значительно менее плотная атмосфера, а затем E и D областей, это приводит к появлению большего количества свободных электронов (плотность которых здесь является ключевой).

Когда эти электроны сталкиваются с сильной радиоволной AM, они могут потенциально осциллировать на частоте волны, беря часть энергии от радиоволны в этом процессе. С достаточным количеством их, что может произойти в слое F (когда плотность встреченных электронов достаточна относительно конкретной частоты сигнала) и предполагая, что они не просто рекомбинируют с некоторым ионом (что гораздо более вероятно в E и D слоев в дневное время), это может очень эффективно преломлять сигнал обратно на Землю с достаточной силой, чтобы ее подхватили на вашем радио.

В зависимости от условий этот процесс может несколько раз повторяться с сигналом, подпрыгивающим на землю и резервным. Таким образом, используя эту skywave, а не только обычную дневную наземную волну, радиочастотные сигналы AM могут распространяться даже на тысячи миль.

Конечно, это может стать серьезной проблемой, учитывая, что существует только немногим более 100 разрешенных радиочастот AM (ограниченных, чтобы сигналы слишком мешали друг другу), но около 5000 AM радиостанций только в Соединенных Штатах. Учитывая, что ночью сигналы от этих станций могут путешествовать на большие расстояния, это всего лишь рецепт для станций, мешающих друг другу. В результате ночью станции AM в Соединенных Штатах обычно уменьшают свою мощность, полностью покидают воздух до восхода солнца на следующий день и / или, возможно, необходимы для использования направленных антенн, поэтому их конкретный сигнал не мешает другим станций на той же частоте. С другой стороны, FM-станции не должны делать ничего из этого, поскольку ионосфера не оказывает существенного влияния на их сигналы, что имеет побочное преимущество (или недостаток, в зависимости от вашей точки зрения), строго ограничивающий диапазон FM-сигналы, которые полагаются на распространение земной волны.

Бонусный факт: