Kennelly-Heavisidova plast (E-plast ionosfere): odboj AM in radijskih valov
Kennelly-Heavisidova (E) plast ionosfere: kako odbija AM in radijske valove, vpliv na daljinski prenos signalov ter zgodovina odboja v radijski komunikaciji.
Kennellyjeva (Kennelly–Heavisideova) plast je dobila ime po znanstvenikih Arthurju Edwinu Kennellyju in Oliverju Heavisideu. Njen obstoj je eksperimentalno potrdil Edward V. Appleton leta 1924; Appleton je za svoje raziskave ionosfere prejel Nobelovo nagrado za fiziko leta 1947. Kennellyjeva težka plast ali območje E je v bistvu del ionosfere — sloj ioniziranih plinov, ki se običajno nahaja približno med 90 in 150 kilometri nad zemeljsko površino. Ta plast lahko odseva ali refraktira srednje- in dolge valovne dolžine radijskih valov, predvsem v območju okoli 300 kHz do približno 3 MHz (srednjevalovno oziroma AM področje).
Mehanizem delovanja ni enak kot pri optičnem popolnem notranjem odboju: ionizirani delci v plasteh ionosfere spreminjajo električno prevodnost in lomni količnik za radijske valove, kar povzroča močno refrakcijo oziroma zunanji odboj radijskih valov nazaj proti Zemlji. Učinek je odvisen od gostote elektronov v plasti in frekvence valovanja — višje frekvence prehajajo lažje skozi plast, pri nižjih frekvencah pa je odboj mogočen.
V poznih 1920‑ih je bila Kennelly–Heavisideova plast ključna za dolgo‑dosežne AM komunikacije: radijski signali so se »odražali« od plasti E in tako presegali razdalje, ki jih zemeljska povprečna površinska (groundwave) propagacija ne bi dosegla. Zaradi tega so se pojavile značilnosti, kot so:
- skip‑cone (preskočni pasovi), kjer na določenih razdaljah signal ni dosegljiv, medtem ko je na večji razdalji prisoten;
- nočno razširjanje AM signalov — pri mraku se lahko pogoji v ionosferi spremenijo in omogočajo bolj oddaljene sprejeme;
- fading in multipath, saj se odbiti in neposredni signali medsebojno motijo.
Ionizacijo območja E večinoma povzročata ultravijolično sevanje in rentgenski žarki Sonca; zato so lastnosti plasti močno odvisne od dneva in sončne aktivnosti. Poleg stalne E‑plasti obstaja tudi pojav t. i. sporadičnega E (sporadic E), kjer lokalne, začasno zelo goste plasti elektronov lahko odbijajo tudi višje frekvence — včasih celo VHF pas (do nekaj deset MHz). To pojasnjuje občasne nepričakovane dolge povezave FM radiev in televizijskih signalov.
Pri analizi propagacije radijskih valov se pogosto uporabljata pojma kritična frekvenca (f0), pod katero bo signal odsevan, in največja uporabna frekvenca (MUF), ki je odvisna od kota prihoda valovanja in gostote elektronov v plasti. Ti parametri določajo, katere frekvence so primerne za »skywave« prenos na določeni relaciji in v določenem času.
Sodobne telekomunikacije so v veliki meri prešle na satelitske in optična omrežja, vendar ima E‑plast še vedno praktičen pomen: vpliva na prenos AM radia, over‑the‑horizon radar, navigacijske sisteme in občasno povzroča motnje pri HF in VHF povezavah. Razumevanje Kennelly–Heavisideove plasti je zato še vedno pomembno za planiranje radijskih povezav, napovedovanje motenj in interpretacijo atmosferskih fenomenov v radiokomunikacijah.
Iskati