La ionosfera,
come si struttura e quale effetto ha nelle comunicazioni radio VHF

L'ambiente dove si disperdono i segnali radio su media e grande scala è ben diverso dallo spazio libero in quanto i fenomeni di ionizzazione che si manifestano a varie altezze nell'atmosfera terrestre influenzano pesantemente le modalità e le caratteristiche della radiopropagazione. Conoscere la struttura dell'atmosfera significa pertanto comprendere i diversi aspetti che legano i fenomeni fisici che qui avvengono con i modi di propagazione che si ha modo di riscontrare. L'atmosfera viene divisa in relazione all'altitudine in diverse regioni, la troposfera che si estende tra la superficie e circa 10 km è la parte responsabile di tutti i fenomeni atmosferici che determinano le condizioni meteorologiche, tra 10 e 50 km si estende la stratosfera dove lo strato di ozono raggiunge la massima densità assorbendo i raggi ultravioletti emessi dal Sole. A partire dai 50 km e fino a circa i 650 km vi è la ionosfera, la parte più importante per i sui effetti sui segnali radio. In questa regione la radiazione ultravioletta ed X del Sole ionizza i gas presenti creando una zona dove gli ioni liberi, cioè particelle elettricamente cariche, sono in relativa abbondanza. La ionosfera non è omogenea, viene pertanto suddivisa in strati, si veda la figura 1, in relazione alla concentrazione degli ioni ed alla dinamica che ne caratterizza il comportamento:

[Figura 1]
La ionosfera, parte tra 50~650 km, viene suddivisa in strati convenzionalmente identificati da una lettera. Tale nomenclatura è progressiva, lo strado D è il più vicino alla superficie terrestre, lo strato E si trova più in alto, e così via

Le zone ionosferiche sono responsabili con il loro indice rifrattivo della curvatura dei segnali radio incidenti che in questo modo vengono rinviati verso il suolo ad una distanza che la curvatura terrestre altrimenti non consentirebbe di raggiungere per via diretta. A tutti gli effetti questo processo è assimilabile alla riflessione e per quantificarne la bontà come specchio in ambito radio si usa indicarne due parametri:

  • Frequenza critica
    Si tratta della più alta frequenza che può venire riflessa usando un angolo di incidenza verticale, ovvero con il segnale che dal suolo si propaga direttamente verso l'alto. Oltre questo valore di frequenza i segnali si disperdono nello spazio.
     
  • Massima frequenza usabile (MUF)
    Si tratta della più alta frequenza che può venire riflessa usando un basso angolo di incidenza, diciamo prossimo all'orizzontale. Si registra in questo caso la capacità da parte della ionosfera di riflettere anche segnali con frequenza superiore alla frequenza critica. Il termine MUF indica in sigla Maximum Usable Frequency.
Ogni strato si caratterizza in relazione a questi due parametri in modo diverso, la tabella ne riporta il valore tipico così da quantificarne a livello semplificato il comportamento - le condizioni ionosferiche difatti cambiano nel tempo:

Strato
Frequenza critica
(tipico valore massimo)
MUF
(tipico valore massimo)
D
Presente solo in ore diurne, responsabile nell'assorbire le frequenze basse
E
4 MHz
5 ~ 20 MHz
Es
30 MHz
20 ~ 200 MHz
F
6 MHz
6 ~ 60 MHz

Due osservazioni si impongono per quanto concerne l'interesse del radioascolto tramite scanner. La frequenza critica essendo sempre inferiore a 30 MHz non gioca praticamente alcun ruolo nella propagazione delle onde elettromagnetiche se non, talvolta, ai limiti estremi della banda HF. Nel concreto con una incidenza verticale i segnali non vengono riflessi a terra. Per un basso angolo di incidenza invece, di tipo radente, la situazione muta. Lo strato Es (E sporadico) può risultare un discreto specchio per riflettere i segnali anche in una porzione delle VHF, lo stesso può avvenire nello strato F sebbene per un intervallo più limitato di frequenze VHF.

Dunque la ionosfera condiziona in parte le ricezioni VHF, molto meno quelle UHF, con diversi fenomeni riconducibili alla riflessione dei segnali. L'ascolto di stazioni lontane, ciò che permette di captare trasmissioni originate ben oltre i confini nazionali, è possibile oltre i 30 MHz grazie soprattutto all'azione dello strato Es.

Alcune note tecniche di questo sito sono dedicate ai singoli fenomeni di radio propagazione legati alla ionosfera. Vi consigliamo di leggerle per approfondire l'argomento introdotto in questa pagina.

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