Warum reisen Funksignale nachts weiter als am Tag?

Warum reisen Funksignale nachts weiter als am Tag?

Nicht alle Funkwellen breiten sich nachts weiter aus als tagsüber, aber einige Kurz- und Mittelwellen, unter die AM-Funksignale fallen, können durchaus die richtigen Bedingungen erfüllen. Der Hauptgrund dafür ist, dass das Signal mit einer bestimmten, als Ionosphäre bezeichneten Schicht der Atmosphäre interagiert, und wie sich diese Wechselwirkung von der Nacht zum Tag ändert.

Die Ionosphäre ist eine Schicht der oberen Atmosphäre etwa 50 bis 600 Meilen über dem Meeresspiegel. Es hat seinen Namen, weil es durch solare und kosmische Strahlung konsistent ionisiert wird. In sehr einfachen Worten setzen Röntgenstrahlen, ultraviolette und kürzere Wellenlängen der Strahlung, die von der Sonne (und von anderen kosmischen Quellen) abgegeben wird, Elektronen in dieser Schicht der Atmosphäre frei, wenn diese speziellen Photonen von Molekülen absorbiert werden. Da die Dichte von Molekülen und Atomen in der Ionosphäre (insbesondere in den oberen Schichten) recht niedrig ist, können auf diese Weise freie Elektronen für eine kurze Zeit existieren, bevor sie schließlich rekombinieren. In der Atmosphäre, in der die Dichte der Moleküle größer ist, erfolgt diese Rekombination viel schneller.

Was hat das mit Funkwellen zu tun? Ohne Interferenz bewegen sich die Radiowellen in einer geraden Linie von der Sendequelle und treffen schließlich auf die Ionosphäre. Was danach passiert, hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Frequenz der Wellen und die Dichte der freien Elektronen. Bei AM-Wellen werden sie unter den richtigen Bedingungen im Wesentlichen zwischen dem Boden und der Ionosphäre hin und her springen und das Signal immer weiter ausbreiten. Die Ionosphäre kann also offensichtlich eine wichtige Rolle im terrestrischen Radioprozess spielen. Aber es ist die ständig wechselnde Natur der Ionosphäre, die die Dinge wirklich interessant macht. Und dazu müssen wir uns etwas technisch auskennen, obwohl wir Ihnen zumindest die Rechnung sparen müssen, und wir werden ein wenig der Komplexität auslassen, um nicht das volle Lehrbuch auf Sie zu nehmen.

In jedem Fall ändert sich die Zusammensetzung der Ionosphäre nachts am drastischsten, hauptsächlich weil die Sonne natürlich etwas verschwindet. Ohne reichlich ionisierende Strahlenquellen sind die D- und E-Spiegel (Abbildung rechts) der Ionosphäre nicht mehr stark ionisiert, der F-Bereich (insbesondere F2) bleibt jedoch ziemlich ionisiert. Da die Atmosphäre hier deutlich weniger dicht ist als die E- und D-Bereiche, führt dies zu mehr freien Elektronen (hier ist die Dichte von entscheidender Bedeutung).

Wenn diese Elektronen auf eine starke AM-Radiowelle treffen, können sie möglicherweise bei der Frequenz der Welle schwingen, wobei sie einen Teil der Energie der Radiowelle während des Prozesses entziehen. Mit genug davon, wie dies in der F-Schicht der Fall sein kann (wenn die Dichte der angetroffenen Elektronen im Verhältnis zur spezifischen Signalfrequenz ausreicht), und vorausgesetzt, sie rekombinieren nicht einfach mit einem Ion (was im E viel wahrscheinlicher ist) und D-Schichten am Tag) kann das Signal sehr effektiv mit ausreichender Stärke auf die Erde zurückgelenkt werden, damit es von Ihrem Radio empfangen werden kann.

Abhängig von den Bedingungen kann sich dieser Vorgang möglicherweise mehrmals wiederholen, wobei das Signal auf den Boden und wieder zurückprallt. Mit dieser Skywave können AM-Funksignale statt nur der normalen Bodenwelle während des Tages sogar Tausende von Kilometern übertragen werden.

Natürlich kann dies zu einem großen Problem werden, da nur etwas mehr als 100 AM-Radiofrequenzen erlaubt sind (eingeschränkt, um Signale zu stark zu stören), aber allein in den Vereinigten Staaten rund 5.000 AM-Radiosender. Da die Signale dieser Stationen nachts große Entfernungen zurücklegen können, ist dies nur ein Rezept für Stationen, die sich gegenseitig stören. Nachts reduzieren AM-Stationen in den Vereinigten Staaten normalerweise ihre Leistung, gehen am nächsten Tag bis zum Sonnenaufgang vollständig aus und / oder müssen möglicherweise Richtantennen verwenden, damit ihr spezifisches Signal nicht mit anderen interferiert Sender auf der gleichen Frequenz. Andererseits müssen UKW - Sender dies nicht tun, da die Ionosphäre ihre Signale nicht stark beeinflusst. Dies hat den Nebeneffekt (oder den Nachteil, je nach Standpunkt), dass die Reichweite des UKW stark eingeschränkt wird FM-Signale, die sich auf die Ausbreitung der Bodenwelle verlassen.

Bonus Fact:

  • AM Radio (Amplitude Modulation) war die erste Art von Rundfunk, die von der Öffentlichkeit für den Massenverbrauch genutzt wird und wird bis heute weit verbreitet verwendet. (Obwohl der AM-Rundfunk in Amerika weniger verbreitet ist, ist er in einigen Ländern, wie Australien und Japan, immer noch die vorherrschende Art des terrestrischen Rundfunks.) Diese Art von Signal funktioniert, wenn der Empfänger Amplitudenänderungen in einer bestimmten Welle übersetzt und verstärkt Frequenz in die Töne, die Sie von Ihren Lautsprechern hören. FM-Radio (Frequency Modulation), das in den 1950er Jahren seine eigenen Stärken entwickelte, wird in etwa genauso ausgestrahlt wie AM, der Empfänger verarbeitet jedoch Änderungen in der Frequenz einer Welle im Gegensatz zur Amplitude.

Lassen Sie Ihren Kommentar