Częstotliwość krytyczna

W telekomunikacji termin częstotliwość krytyczna ma następujące znaczenie:

W rozchodzeniu się fal radiowych przez jonosferę , graniczna częstotliwość , przy której lub poniżej której składowa fali odbija się od warstwy jonosfery i powyżej której przechodzi przez warstwę jonosfery.
Przy padaniu zbliżonym do pionowego, graniczna częstotliwość, przy której lub poniżej której padania składowa fali odbija się i powyżej której przenika przez warstwę jonosferyczną.

Częstotliwość krytyczna zmienia się wraz z porą dnia, warunkami atmosferycznymi i kątem padania fal radiowych przez antenę.

Istnienie częstotliwości krytycznej jest wynikiem ograniczenia elektronowego, czyli niedostateczności istniejącej liczby elektronów swobodnych do wspierania odbicia przy wyższych częstotliwościach.

W przetwarzaniu sygnałów częstotliwość krytyczna jest również inną nazwą częstotliwości Nyquista .

Częstotliwość krytyczna to najwyższa wielkość częstotliwości, powyżej której fale penetrują jonosferę i poniżej której odbijają się od jonosfery. Jest oznaczony przez „ fc _” . Jego wartość nie jest stała i zależy od gęstości elektronowej jonosfery.

równania

Częstotliwość krytyczna jako funkcja gęstości elektronów

Częstotliwość krytyczną można obliczyć za pomocą gęstości elektronowej określonej wzorem:

${\ Displaystyle f _ {\ tekst {c}} = 9 {\ sqrt {N _ {\ tekst {maks.}}}}$

gdzie Nmax to maksymalna gęstość elektronów na m3, ^a_f c jest _w Hz.

Częstotliwość krytyczna jako funkcja wzoru na maksymalną użyteczną częstotliwość

Częstotliwość krytyczną można obliczyć za pomocą:

$\ Displaystyle f _ {\ tekst {c}} = MUF * s \ theta}$

gdzie MUF to maksymalna użyteczna częstotliwość, a to kąt padania ${\ displaystyle \ theta}$

Związek z częstotliwością plazmy

Zależność częstotliwości krytycznej od gęstości elektronów można powiązać z koncepcją oscylacji plazmy, w szczególności z mechanizmem „zimnych” elektronów .

${\ Displaystyle \ omega _ {\ operatorname {pe}} = {\ sqrt {\ Frac {n_ {\ operatorname {e}} e ^ {2}}{m^{*}\varepsilon _{0}}}},\left[\mathrm {rad/s} \right]}$

mi $1,602 \ cdot 10 ^ {-19} kulombów}$ , masa elektronu ${\ Displaystyle m ^ {*} = 9,10938356 \ cdot 10 ^ {-31} kilogramów}$ i przenikalność wolnej przestrzeni ${ \displaystyle \epsilon _{o}=8,854187817\cdot 10^{-12}A^{2}s^{4}m^{-3}kg^{-1}} daje$ ,

${\ Displaystyle \ omega _ {\ operatorname {pe}} = 2 \ pi f = 56,415 {\ sqrt {n_ {e}}}}$

i rozwiązanie dla częstotliwości,

${\ Displaystyle f _ {\ tekst {c}} = 8,979 {\ sqrt {N _ {\ tekst {maks}}}} \ około 9 {\ sqrt {N _ {\ tekst {maks. }}}}}$

Związek ze współczynnikiem załamania światła

Współczynnik załamania ma wzór, który pokazuje zależność długości fali . $\ displaystyle n = {\ frac {c} {v}}}$ Wynik polegający na tym, że siła wywołana polem polaryzacji w zjonizowanym gazie o niskim stężeniu jest znoszona przez efekt zderzeń między jonami i elektronami, jest przywracany w prosty sposób, który wyraźnie pokazuje fizyczne podstawy tego efektu. Z powodu tego zniesienia wzór Sellmeyera , określa zależność między gęstością liczby elektronowej N , a współczynnikiem załamania n , w jonosferze, gdy zderzenia są zaniedbane.

${\ Displaystyle n ^ {2} -1 = {\ Frac {-Ne ^ {2}} {\ epsilon _ {o} m \ omega ^ {2} }}}$ .

Używając domyślnych wartości ładunku elektronu $oraz$ przenikalności elektrycznej wolnej przestrzeni i masy elektronu $w$ kątowej odniesieniu do częstotliwości ${\ displaystyle f}$ ${\ displaystyle e}$ to daje

${\ Displaystyle n ^ {2} -1 = {\ Frac {3182,607N} {(2 \ pi f) ^ {2}}}}$

i rozwiązanie dla współczynnika załamania n,

${\ Displaystyle n = {\ sqrt {1- {\ Frac {80,616N} {f ^ {2}}}}} \ około {\ sqrt {1 -{\frac {81N}{f^{2}}}}}}$

Częstotliwość krytyczna i warstwa F jonosfery

Wszystkie dalekosiężne połączenia radiowe HF wykorzystują sygnały radiowe HF, które są ukośnie padające na jonosferę. Jeśli częstotliwość HF jest wyższa niż częstotliwość krytyczna, sygnały radiowe przechodzą przez jonosferę pod kątem, a nie czołowo.
Częstotliwość krytyczna zmienia się w sposób ciągły, a warstwa F jonosfery jest głównie odpowiedzialna za odbijanie fal radiowych z powrotem na Ziemię,
Pozostałe warstwy (D) oddziałują na siebie w inny sposób - pochłaniają częstotliwość iw ciągu dnia tworzą się warstwy D, a warstwa F rozdziela się na warstwy F1 i F2.
Ze względu na zmiany jonosfery w ciągu dnia i nocy, w ciągu dnia najlepiej działają pasma o wyższej częstotliwości poniżej częstotliwości krytycznej, ale w nocy najlepiej działają pasma o niższej częstotliwości.
Warstwa D jest obecna w ciągu dnia i dobrze pochłania fale radiowe, zwiększając straty. Wyższe częstotliwości są mniej pochłaniane, więc wyższe częstotliwości zwykle działają lepiej w ciągu dnia.
Rzeczywiste łącze do mapy częstotliwości krytycznych warstwy F2, które jest odświeżane co pięć minut, można zobaczyć na tej stronie http://www.spacew.com/www/fof2.html
Link do mapy jonosfery i praktycznych maksymalnych częstotliwości użytkowych (MUF), który jest odświeżany co pięć minut, można zobaczyć na tej stronie http://www.sws.bom.gov.au/HF_Systems/6/9/1

Zobacz też

Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej z normy federalnej 1037C . Administracja usług ogólnych . (w celu wsparcia MIL-STD-188 ).