Por Renato Dutra Pereira Filho
ABSORÇÃO IONOSFÉRICA
Até o momento mencionamos as características da ionosfera como um refletor de ondas de rádio. A ionização, no entanto, não somente causa que uma onda de rádio seja refletida, mas também pode causar a absorção da mesma. É a absorção ionosférica uma das principais razões para a força de um sinal de rádio se reduzido ao passar através da ionosfera, primariamente pela região D.
Quando uma onda de rádio passa através da camada D, parte da energia é transferida para os elétrons que existem nessa região eletrificada. Esses elétrons movimentam-se vibrando em “ritmo” (na mesma freqüência) que a onda de rádio, à medida que a mesma ultrapassa a região ionizada, chocando-se com as moléculas gasosas muito maiores, ainda presentes na altitude da camada D. Como resultados dessas colisões, os elétrons perdem parte da energia transferida pela onda de rádio.
De fato essa energia perdida não é propagada, e a quantidade de energia da onda de rádio que emerge da ionosfera é menor que aquela que entrou na camada D, resultando no decréscimo de potência do sinal. Simplesmente falando a camada D age como uma “esponja de RF” nas freqüências de ondas curtas. Tecnicamente também ocorrem perdas na camada F, mas essas são bem menores e desprezíveis comparadas a passagem dupla para cada salto através da camada D.
Exatamente quando dessa energia é perdida pela onda de rádio passando através da camada D depende do número de colisões por segundo entre os elétrons e as moléculas de gases. Esta quantidade, por sua vez, depende da freqüência das ondas de rádio e das moléculas presentes. À medida que a freqüência aumenta, o comprimento de onda decresce, e o número de colisões entre os elétrons e as moléculas de gás também decresce. Quanto mais alta a freqüência, menor a absorção.
A quantidade de absorção ionosférica varia inversamente com o quadrado da freqüência do sinal. Se a freqüência do sinal é dobrada, a absorção ionosférica cai 4 vezes. Por exemplo, a absorção na faixa dos 27-30 MHz (faixa de 10 m de radioamadores, 11 m faixa cidadão) é um quarto da absorção encontrada nos 14 MHz (banda dos 20 m). Quando ambas as faixas estão “abertas” ao mesmo tempo, será necessária muito mais potência para operar em 20 m com igual efetividade que observada numa transmissão nos 10 m.
Como a clássica MUF é a freqüência mais alta que pode ser usada em um dado horário e um dado caminho de transmissão, e como a absorção ionosférica decresce rapidamente com o aumento da freqüência, este tipo de absorção é mínima próximo ao valor de clássica MUF.A absorção ionosférica depende da intensidade de ionização da camada D.
Esse nível de ionização varia conforme o horário do dia, com a estação do ano, com a posição geográfica, sendo proporcional ao ângulo de zênite solar. Quanto mais alto o sol no céu, maior a absorção. A absorção é muito mais intensa em regiões equatoriais, do que em latitudes temperadas, e é geralmente maior durante o verão do que no inverno.
O melhor exemplo de absorção pode ser encontrado em transmissões na região das ondas médias. Esses sinais propagação por ondas de superfície (mais conhecidas como “ground waves”, ou ondas de solo). Mas durante o inverno, à noite, esses sinais propagam-se via ionosfera devido ao fato da absorção cair muito. Esse é o fato por que estações de ondas médias são ouvidos a milhares de quilômetros de sua fonte, durante as horas noturnas de inverno.
Um exemplo disso é a R. Globo do Rio ser ouvida na Europa, a uma distância em torno de 9.500 km.Como é de se esperar a absorção das ondas de rádio pela camada D também é influenciada pelo ciclo solar. Durante os anos de baixa contagem de manchas solares, quando a ionização diminui, a absorção atmosférica também é mínima.
Medidas de sinal feitas durante ciclos solares anteriores mostram que durante as horas diurnas, a absorção ionosférica na freqüência de 20 MHz é aproximadamente 25% menor em períodos de baixa atividade solar do que em períodos de alta atividade solar. A diferença em 10 MHz é próxima a 50% e em 5 MHz é de 75%.
Durante as horas de escuridão, quando a absorção ionosférica normalmente cai a valores muito baixos, existe uma redução entre 25 a 50% à medida que o ciclo solar declina do máximo até o mínimo de atividade, com reduções maiores tendo lugar em freqüências menores.
Uma absorção menor significa sinais mais fortes. Assim, a intensidade dos sinais de rádio, refletidos pela ionosfera durante os anos de baixa atividade solar, é maior que durante os anos de alta atividade solar, particularmente nas faixas de radioamadores de 40, 80 e 160 m, e nas correspondentes bandas de radiodifusão.
Menor freqüência utilizável (LUF, Lowest Usable Frequency)
A LUF, menor freqüência utilizável, é a menor freqüência que pode ser utilizada para comunicações satisfatórias para um dado caminho de transmissão em um determinado horário. A LUF é definida como a freqüência na qual a intensidade do sinal recebido é igual à mínima intensidade de sinal necessária para uma recepção satisfatória.
A intensidade do sinal recebido depende da potência do transmissor, do ganho e da diretividade das antenas de transmissão e de recepção, da distância do percurso e das perdas por absorção. De fato, a LUF é indicada através de uma relação entre sinal e ruído. Ou seja, a mínima intensidade de sinal requerido para uma recepção satisfatória depende do nível de ruído do local de recepção e do tipo de modulação utilizada. Ruído atmosférico ou estático, é geralmente o tipo predominante de ruído que o sinal deve sobrepujar.
Para uma recepção satisfatória de um sinal de CW (código Morse) é requerida uma relação entre sinal e ruído de cerca de 3:1; um sinal de voz em SSB (single side band, banda lateral única) com uma largura de banda de 3kHz, necessita de uma relação sinal/ruído de 7:1; e uma transmissão em qualidade voz em DSB (double side band, banda lateral dupla) com uma largura de banda de 6 kHz requer uma relação entre sinal/ruído de no mínimo 15:1.
Em freqüências abaixo da LUF, a recepção satisfatória não será possível devido ao sinal recebido ser perdido em meio ao ruído que prevalece. Quando a freqüência de operação aumenta acima da LUF, a relação entre sinal e ruído aumenta. Ótimas condições ocorrem próximo à MUF clássica, onde tanto a relação sinal-ruído e a propagação são máximas.
Diferentemente da MUF, a qual dependente inteiramente das características atmosféricas, a LUF pode ser controlada em algum grau por ajustes na potência efetiva de transmissão ou por mudanças na modulação utilizada. Além disso, novas técnicas de processamento digitais de sinais (DSP) têm a capacidade de “reduzir” a LUF.
Como a absorção ionosférica aumenta quando a atividade solar aumenta, espera-se que a LUF para um caminho particular seja maior durante um período de alta atividade solar do que durante um período de baixa atividade inferior.
No próximo “episódio”, conversaremos bastante sobre o SOL e suas influências na propagação em HF.
* Artigo publicado no Boletim @tividade DX produzido pelo DX Clube do Brasil
