Tipi di propagazione delle onde elettromagnetiche
Figura 1: Onda spaziale, onda di superficie e onda diretta
Tipi di propagazione delle onde elettromagnetiche
Nella trasmissione delle onde elettromagnetiche nell’atmosfera terrestre si distinguono tre tipi di propagazione
- l’onda di superficie,
- l’onda spaziale e
- l’onda diretta.
Onda di superficie
Se le onde irradiate corrono parallele alla superficie terrestre, sono chiamate onde di superficie o onda di terra. Le onde di superficie si propagano in tutte le direzioni all’aumentare del raggio della semisfera. Tuttavia, poiché la superficie terrestre non ha una conduttività infinita, il terreno sottrae energia al campo irradiato (perdite di terra). Pertanto, minore è la conduttività della superficie terrestre, minore è la portata delle onde di superficie.
Al di sopra dell’acqua di mare, la portata dell’onda di superficie è notevolmente maggiore rispetto a quella della superficie terrestre, a causa della maggiore conducibilità specifica dell’acqua di mare.
Un altro fattore essenziale per la portata dell’onda di superficie è la sua gamma di frequenze. All’aumentare della frequenza, la profondità di penetrazione del campo elettrico nel terreno diminuisce, riducendo la sezione effettiva disponibile per la linea elettrica. Pertanto, la portata diminuisce con l’aumentare della frequenza. Pertanto, l’onda di superficie non ha alcun ruolo nell’intervallo di frequenza considerato per le apparecchiature radar.
Onda spaziale
Un'onda spaziale è quella parte di energia irradiata dall’antenna che viaggia nello spazio libero e non è influenzata dallo smorzamento e dalla curvatura del terreno. In un mezzo completamente uniforme e privo di interferenze (mezzo omogeneo), le onde spaziali si propagano in linea retta. Di seguito ci occuperemo delle onde spaziali che raggiungono l’antenna ricevente attraverso la rifrazione o la riflessione nell’atmosfera terrestre. A questo proposito è necessario fare una distinzione:
Rifrazione nella troposfera
I processi meteorologici possono causare bruschi cambiamenti di umidità e temperatura. Questo significa anche una brusca variazione della densità dell’aria. Poiché l’aria calda è otticamente più sottile di quella fredda, si forma uno strato di inversione.
Questo effetto è la causa di una possibile riflessione delle onde. Poiché uno strato di aria calda ad alta quota è un mezzo otticamente più sottile, l’onda viene riflessa verso la terra se l’incidenza è sufficientemente piatta.
Gli strati di inversione possono trovarsi a diverse altezze, con conseguenti diversi sbalzi.
Riflessione nella ionosfera
Per le frequenze da 3 MHz a 30 MHz („onde corte“), la ionosfera agisce come un riflettore. Le frequenze più alte penetrano nella ionosfera, mentre quelle più basse sono talmente attenuate dagli strati D ed E da essere riflesse solo temporaneamente (soprattutto di notte).
Poiché le transizioni tra i singoli strati sono fluide, la legge „angolo di incidenza uguale angolo di riflessione“ si applica solo in misura limitata. Inoltre, gli strati sono in movimento e fluttuano in intensità, per cui le condizioni di riflessione cambiano continuamente. Poiché l’onda spaziale viene riflessa anche dalla terra, la riflessione multipla determina portate molto ampie per le frequenze a onde corte. Tuttavia, queste frequenze non possono essere utilizzate per applicazioni radar, ad eccezione di alcuni radar cosiddetti Over The Horizon-Backscatter (OTH-B).
Le leggi della rifrazione e della riflessione danno luogo a un superamento, in cui la radiazione elettromagnetica si propaga più lontano di quanto ci si aspetterebbe dalla normale propagazione delle onde spaziali.
Onda diretta
Per le onde elettromagnetiche superiori a 100 MHz, di norma non vi è più alcuna riflessione da parte della ionosfera. Pertanto, solo l’onda diretta è di interesse per il radar. Poiché le onde al di sopra di questa lunghezza d'onda si propagano in modo relativamente rettilineo e hanno quindi un comportamento simile a quello dei raggi luminosi, sono chiamate onde quasi-ottiche. Teoricamente, quindi, è possibile collegare a ponte solo una linea retta tra trasmettitore e ricevitore. A causa della curvatura della terra, la portata possibile dipende anche dall’altezza delle antenne del trasmettitore e del ricevitore. In teoria, la portata è quindi limitata alla cosiddetta portata radiovisiva (orizzonte radio).