Disturbi nella propagazione radio

Evanescenze

Il percorso di un'onda radio può essere perturbato da diversi fattori, tra i quali la riflessione e la rifrazione delle onde elettromagnetiche. Questi generano rotazioni di fase e ritardi nel segnale.

Se nel tragitto esistono più percorsi dovuti a riflessioni, nel luogo di ricezione il segnale risultante sarà la somma vettoriale delle varie componenti.

Questo significa che se arrivano in fase, otterremo un aumento del segnale. Se arrivano in controfase, otterremo invece un annullamento del segnale.

Ostacoli in movimento, riflessioni troposferiche e ionosferiche generano di continuo percorsi che contribuiscono all'effetto dell'evanescenza.

E' sempre possibile il collegamento bidirezionale?

Quando ascoltiamo una chiamata radio, siamo portati alla conclusione che possiamo sicuramente rispondere e venire ascoltati, in pratica che il collegamento radio teoricamente dovrebbe essere possibile.

Talvolta però succede che ciò non è vero.

Banalmente, può essere dovuto alla scarsa efficienza di una o di entrambe le stazioni, come ad esempio una potenza troppo bassa in trasmissione, oppure per la scarsa sensibilità del ricevitore o per l'uso di antenne inadeguate allo scopo.

Il tragitto dei segnali radio potrebbero avere direzioni diverse, oppure anche essere influenzati da diverse condizioni di MUF e LUF rispetto al percorso. Lo strato riflettente potrebbe avere una posizione inclinata rispetto alla superficie terrestre ma anche, nei salti per mezzo dello strato F2, ci potrebbe essere uno strato Es su un estremo del percorso.

Una cosa è chiara: di solito questo avviene quando una delle stazioni corrispondenti è sull'emisfero diurno e l'altra in quello notturno.

Disturbi da strato E-sporadico (Es)

Può essere ovvio che cos'è un disturbo nella propagazione. Segnali che normalmente riceviamo o collegamenti ritenuti "facili" non sono fattibili, se non con difficoltà. Ma potremmo notare anche il contrario: riuscire a collegare la stazione "troppo" vicina o "troppo" lontana.

Questo può essere dovito per esempio quando si forma uno strato Es con una MUF elevata. Avremmo un DX facile anche in bande che normalmente risultano chiuse.

Ma per i collegamenti normali, lo strato Es rimane un fattore di disturbo. Questo perchè i segnali, normalmente riflessi da uno degli strati F, vengono deviati ad opera dello strato Es, normalmente più basso, così da accorciare di molto la portata del segnale.

Ne consegue che sono necessari più salti per raggiungere il corrispondente, richiedendo un uso maggiore di potenza di trasmissione. Come se non bastasse, le zone che riflettono il segnale non sono fisse, disturbando la ricezione con fenomeni di fading e distorsione di fase.

Possiamo quindi dire che l'effetto di disturbo dello strato Es dipende dal percorso che fa il nostro segnale.

Per segnali che attraversano l'Equatore, i disturbi si manifestano quasi esclusivamente di giorno e tutto l'anno, poichè nella zona dell'Equatore gli strati Es sono spesso presenti e non influenzati dalle stagioni.

Contrariamente alle zone equatoriali, nelle zone polari gli strati Es sono presenti normalmente di notte; in questo modo i percorsi dei segnali vengono influenzati principalmente durante la notte polare.

Nella zona temperata, essi sono tipicamente stagionali, con i massimi in gennaio, tra maggio e luglio ed in dicembre, di giorno.

Disturbi da attività solare

Questi sono disturbi che si formano quasi senza interruzioni, con intensità molto diverse, colpendo in zone diverse e tempi diversi.

Particolarmente colpiti sono i percorsi dei segnali che attraverso le zone polari durante la notte. Invero, i tragitti alle medie latitudini geografiche sono interessati con minore intensità.

I percorsi dei segnali che attraverso invece la fascia equatoriale sono anch'essi disturbati moderatamente, ma per tutto l'anno.

Tutti questi disturbi si manifestano con un fading più o meno profondo.

Se il fattore di attenuazione dello strato D assume valori molto alti, non riusciremo più ad attraversarlo anche con l'uso di potenze maggiori.

Lo strato D è influenzato da tre disturbi:

• la Sudden Ionospheric Disturbance (SID; tempesta ionosferica);
• due tipologie di Polar Blackout (PB).

La SID si manifesta solo di giorno, colpendo contemporaneamente tutta la superficie esposta. Essa dura da alcuni minuti ad alcune ore: si manifesta improvvisamente e termina in modo lento e progressivo.

Le SID possono chiudere totalmente le bande radio se molto forti, anche se quelle più coinvolte sono le onde medio/corte e le basse onde corte.

I PB invece si manifestano soprattutto durante i massimi di macchie solari, presentandosi diverse volte  al giorno; durante i minimi invece possono passare mesi senza disturbi.

Il primo tipo di PB è piuttosto raro e lo avremo quasi esclusivamente durante i massimi di macchie solari, durando di solito per parecchi giorni.

Il secondo tipo è più frequente e coincide soprattutto con le fasi principali delle aurore polari (in marzo e settembre) e dura da alcune ore fino ad alcuni giorni.

Con i PB si ha la chiusura totale dei collegamenti radio solo se una parte del percorso dei segnali attraversa latitudini piuttosto elevate (60° e oltre).

Le onde lunghe e lunghissime sono un ottimo indicatore di SID e PB, in quanto si ha un forte aumento dell'intensità di campo.

La Grey Line e le onde terrestri

Le onde terrestri consentono normalmente un collegamento radio, su breve distanza, molto stabile. Ma durante le fasi locali dell'alba e del crepuscolo, quando lo strato D si sta formando oppure sciogliendo, coesistono sia le onde di terra che quelle riflesse dalla ionosfera.

Per effetto della somma delle fasi dei segnali che arrivano al ricevitore, ne deriva un'evanescenza più o meno profonda.

Questo effetto è molto sfavorevole, soprattutto nella ricezione delle stazioni commerciali sulle onde medie.

L'effetto Lussemburgo

Questo disturbo della propagazione è stato notato per la prima volta negli anni trenta quando, sintonizzata una stazione francese (Radio Paris), si poteva ascoltare in sottofondo la potente emissione di Radio Lussemburgo, che trasmetteva su di una frequenza alquanto distante dalla prima.

La differenza di frequenza era tale da escludere fenomeni di intermodulazione nel ricevitore stesso.

Da prove effettuate in quegli anni, il disturbo doveva essere causato da fattori esterni al ricevitore.

La causa poi teorizzata è l'interazione non lineare tra il plasma di elettroni negli strati riflettenti della ionosfera e le onde radio.

Quando due segnali a frequenza diversa vengono mescolati da un mezzo non lineare, il risultato è la formazione di diversi segnali a frequenze multiple tra loro dovute al prodotto tra i due.

Questo fenomeno è noto come intermodulazione. E' usato per esempio dai circuiti di conversione nei ricevitori supereterodina, ma è provocato anche dagli stessi quando forti segnali indesiderati "battono in frequenza" con quelli utili, generando sia spurie di modulazione che veri e propri segnali "fantasma" (frequenze immagine).

73 de Andy IV3ONZ

Link utili e bibliografia:

• ARRL, "The ARRL Handbook for Radiocommunications", ARRL 2011
• G. Gerzelka, "Manuale dell'operatore DX", (C) 1979 Franco Muzzio & C. Editore
• M. Martinucci, "Elementi di propagazione ionosferica", (C) 1993 C&C Edizioni Radioelettroniche
• I. Poole, "Radio Propagation Principles & Practice", RSGB 2013