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Propagation troposphérique

Propagation troposphérique

Sur les fréquences supérieures à 30 MHz, on constate que la troposphère a un effet croissant sur les signaux radio et les systèmes de radiocommunications. Les signaux radio sont capables de voyager sur des distances plus grandes que celles suggérées par les calculs de ligne de visée. Parfois, les conditions changent et les signaux radio peuvent être détectés sur des distances de 500 ou même 1000 km et plus. Ceci est normalement par une forme de renforcement troposphérique, souvent appelé "tropo" pour faire court. Parfois, les signaux peuvent même être piégés dans un conduit surélevé sous une forme de propagation de signal radio connue sous le nom de conduit troposphérique. Cela peut perturber de nombreuses liaisons de communication radio (y compris les liaisons de communication radio bidirectionnelles) car des interférences peuvent être rencontrées qui ne sont pas normalement présentes. Par conséquent, lors de la conception d'une liaison ou d'un réseau de radiocommunications, cette forme d'interférence doit être reconnue afin que des mesures puissent être prises pour minimiser ses effets.

La manière dont les signaux voyagent à des fréquences VHF et supérieures est d'une grande importance pour ceux qui s'intéressent à la couverture radio de systèmes tels que les télécommunications cellulaires, les communications radio mobiles et autres systèmes sans fil, ainsi que pour d'autres utilisateurs, y compris les radioamateurs.

Communications radio en visibilité directe

On pourrait penser que la plupart des liaisons de radiocommunications en VHF et au-dessus suivent une trajectoire en ligne de visée. Ce n'est pas tout à fait vrai et on constate que même dans des conditions normales, les signaux radio sont capables de voyager ou de se propager sur des distances supérieures à la ligne de visée.

La raison de l'augmentation de la distance parcourue par les signaux radio est qu'ils sont réfractés par de petits changements qui existent dans l'atmosphère terrestre près du sol. On constate que l'indice de réfraction de l'air près du sol est très légèrement supérieur à celui plus haut. En conséquence, les signaux radio sont pliés vers la zone d'indice de réfraction plus élevé, qui est plus proche du sol. Il étend ainsi la portée des signaux radio.

L'indice de réfraction de l'atmosphère varie en fonction de divers facteurs. La température, la pression atmosphérique et la pression de vapeur d'eau influencent toutes la valeur. Même de petits changements dans ces variables peuvent faire une différence significative car les signaux radio peuvent être réfractés sur tout le trajet du signal et cela peut s'étendre sur plusieurs kilomètres.

N unités

On constate que la valeur moyenne de l'indice de réfraction de l'air au niveau du sol est d'environ 1.0003, mais elle peut facilement varier de 1.00027 à 1.00035. Au vu des très petits changements observés, un système a été introduit qui permet de noter plus facilement les petits changements. Des unités appelées "N" unités sont souvent utilisées. Ces unités N sont obtenues en soustrayant 1 de l'indice de réfraction et en multipliant le reste par un million. De cette manière, des nombres plus faciles à gérer sont obtenus.
N = (mu-1) x 10 ^ 6

Où mu est l'indice de réfraction

On constate qu'à titre indicatif très approximatif dans des conditions normales dans une zone de température, l'indice de réfraction de l'air diminue d'environ 0,0004 pour chaque kilomètre d'augmentation de hauteur, soit 400 unités N / km. Cela fait que les signaux radio ont tendance à suivre la courbure de la Terre et à se déplacer au-delà de l'horizon géométrique. Les valeurs réelles étendent l'horizon radio d'environ un tiers. Ce facteur est souvent utilisé dans la plupart des calculs de couverture de radiocommunications pour des applications telles que des émetteurs radio de diffusion et d'autres utilisateurs de radiocommunications bidirectionnelles telles que des radiocommunications mobiles, des télécommunications cellulaires et analogues.

Conditions améliorées

Dans certaines conditions, les conditions de propagation radio fournies par la troposphère sont telles que les signaux voyagent sur des distances encore plus grandes. Cette forme de "portance" dans les conditions est moins prononcée sur les parties inférieures du spectre VHF, mais est plus apparente sur certaines des fréquences plus élevées. Dans certaines conditions, les signaux radio peuvent être entendus sur des distances de 2000 kilomètres ou plus, des distances de 3000 kilomètres étant possibles en de rares occasions. Cela peut donner lieu à des niveaux d'interférence importants pendant des périodes de temps.

Ces distances étendues résultent de changements beaucoup plus importants des valeurs de l'indice de réfraction sur le trajet du signal. Cela permet au signal d'atteindre un plus grand degré de flexion et, par conséquent, de suivre la courbure de la Terre sur de plus grandes distances.

Dans certaines circonstances, le changement d'indice de réfraction peut être suffisamment élevé pour replier les signaux vers la surface de la Terre, point auquel ils sont à nouveau réfléchis vers le haut par la surface de la Terre. De cette manière, les signaux peuvent se déplacer autour de la courbure de la Terre, étant réfléchis par sa surface. C'est une forme de «conduit troposphérique» qui peut se produire.

Il est également possible que des conduits troposphériques se produisent au-dessus de la surface de la Terre. Ces conduits troposphériques élevés se produisent lorsqu'une masse d'air avec un indice de réfraction élevé a une masse d'air avec un indice de réfraction inférieur en dessous et au-dessus en raison du mouvement de l'air qui peut se produire dans certaines conditions. Lorsque ces conditions se produisent, les signaux peuvent être confinés dans la zone surélevée de l'air avec un indice de réfraction élevé et ils ne peuvent pas s'échapper et retourner à la terre. En conséquence, ils peuvent parcourir plusieurs centaines de kilomètres et recevoir des niveaux d'atténuation comparativement faibles. Ils peuvent également ne pas être audibles aux stations situées sous le conduit et créer ainsi un saut ou une zone morte similaire à celle rencontrée avec la propagation ionosphérique HF.

Mécanisme derrière la propagation troposphérique

Les effets de propagation troposphérique se produisent relativement près de la surface de la Terre. Les signaux radio sont affectés par la région qui se trouve sous une altitude d'environ 2 kilomètres. Comme ces régions sont celles qui sont fortement affectées par les conditions météorologiques, il existe un lien étroit entre les conditions météorologiques et les conditions et la couverture de propagation radio.

Dans des conditions normales a, il existe un gradient constant de l'indice de réfraction avec la hauteur, l'air étant le plus proche de la surface de la Terre ayant l'indice de réfraction le plus élevé. Cela est dû à plusieurs facteurs. L'air ayant une densité plus élevée et celui contenant une concentration plus élevée de vapeur d'eau conduisent tous deux à une augmentation de l'indice de réfraction. Comme l'air le plus proche de la surface de la Terre est à la fois plus dense (en raison de la pression exercée par les gaz au-dessus) et a une concentration de vapeur d'eau plus élevée que celle plus élevée, cela signifie que l'indice de réfraction de l'air le plus proche de la terre la surface est la plus élevée.

Normalement, la température de l'air le plus proche de la surface de la Terre est plus élevée que celle à une altitude plus élevée. Cet effet tend à réduire le gradient de densité de l'air (et donc le gradient d'indice de réfraction) car l'air avec une température plus élevée est moins dense.

Cependant, dans certaines circonstances, ce que l'on appelle une inversion de température se produit. Cela se produit lorsque l'air chaud près de la terre s'élève, permettant à l'air plus froid et plus dense de s'approcher de la Terre. Lorsque cela se produit, cela entraîne une plus grande variation de l'indice de réfraction avec la hauteur, ce qui entraîne une modification plus significative de l'indice de réfraction.

Les inversions de température peuvent se produire de plusieurs manières. L'un des plus dramatiques se produit lorsqu'une zone de haute pression est présente. Une zone de haute pression signifie que des conditions météorologiques stables seront présentes et, pendant l'été, elles sont associées à un temps chaud. Les conditions font que l'air près du sol se réchauffe et monte. Au fur et à mesure que cela se produit, de l'air plus froid entre en dessous, provoquant l'inversion de température. De plus, on constate que les améliorations les plus importantes ont tendance à se produire lorsque la zone de haute pression s'éloigne et que la pression commence tout juste à baisser.

Une inversion de température peut également se produire lors du passage d'un front froid. Un front froid se produit lorsqu'une zone d'air froid rencontre une zone d'air chaud. Dans ces conditions, l'air chaud monte au-dessus de l'air froid créant une inversion de température. Les fronts froids ont tendance à se déplacer relativement rapidement et, par conséquent, l'amélioration des conditions de propagation a tendance à être de courte durée.

Décoloration

Lorsque les signaux se propagent sur de longues distances en raison de conditions de propagation troposphérique améliorées, les signaux sont normalement sujets à un évanouissement profond lent. Cela est dû au fait que les signaux sont reçus via un certain nombre de chemins différents. Comme les vents dans l'atmosphère déplacent l'air, cela signifie que les différents chemins changeront au fil du temps. En conséquence, les signaux apparaissant au niveau du récepteur tomberont en phase et déphasés les uns par rapport aux autres en raison des longueurs de trajet différentes et changeantes, et en conséquence la force du signal reçu global changera.

Tous les signaux terrestres reçus en VHF et au-dessus seront soumis aux conditions de propagation dominantes causées par la troposphère. Dans des conditions normales, il faut s'attendre à ce que les signaux puissent être reçus au-delà de la distance de visibilité normale. Cependant, dans certaines circonstances, ces distances seront considérablement augmentées et des niveaux de brouillage importants peuvent être rencontrés.

Voir la vidéo: Radio Propagation 101 (Octobre 2020).