Le onde elettromagnetiche prodotte dal generatore vengono irradiate dall'antenna
nello spazio circostante e si propagano, ovvero si muovono da una parte all'altra
con velocità finita, pari nel vuoto a circa 300000 Km/s. Aumentando
la distanza dalla sorgente l'onda distribuisce la sua energia su una superficie
sempre maggiore, diminuisce quindi di intensità, viene inoltre attenuata
dalle particelle presenti nell'atmosfera. Il fenomeno della propagazione segue
leggi complesse e presenta caratteristiche differenti a seconda della frequenza
dell'onda.
I segnali radio in HF si diffondono per onda di terra (diretta) e per onda
riflessa e si comportano diversamente da banda a banda seguendo tuttavia una
logica generale.
Onda di terra
La ricezione a breve distanza è dovuta all'onda diretta. L'onda diretta
si propaga parallelamente al suolo, seguendo quindi la curvatura del globo terrestre,
ma la presenza di moltelici ostacoli attenua velocemente l'onda o la riflette.
Per poter raggiungere distanze considerevoli sono quindi necessarie potenze di
trasmissione elevate. Il parametro principale che determina le distanze raggiungibili è il
tipo di superficie che il segnale deve attraversare: deserti, zone aride e secche
sono pessime superfici per questo tipo di propagazione non essedo per nulla conduttive;
al contrario masse d'acqua e terreni umidi sono ottimi conduttori.
Onda riflessa
La ionosfera
La ricezione a grande distanza è assicurata dalla riflessione delle onde
da parte della ionosfera. La ionosfera è una parte dell'atmosfera di altezza
dal suolo compresa tra circa 50 e 400 Km. E' costituita da strati man mano più rarefatti
di gas, a causa delle radiazioni provenienti dal sole e dal cosmo gli elettroni
vengono estratti dagli atomi, si ha la costituzione di ioni positivi ed elettroni,
dato poi che il numero non è elevato è difficile che uno ione incontri
un elettrone libero in modo da ricostituire un atomo neutro, per tale motivo
la ionizzazione persiste per un certo tempo, anche in assenza di radiazione solare.
Gli strati che compongono la ionosfera cambiano dal giorno alla notte. Di giorno
si formano 4 strati: D (50-90 Km), E (90-130
Km), F1 (130-250 Km), F2 (250-400 Km). Di
notte gli strati D ed E scompaiono mentre gli strati F1 ed F2 si fondono a formare
un unico strato F (350 Km). Vi è poi la possibilità sia
di giorno che di notte che si formi uno strato molto ionizzato, di comparsa casuale,
detto E sporadico (100 Km);tale strato ha presenza aleatoria
e sporadica, pare che la sua ionizzazione sia dovuta a meteoriti e fenomeni cosmici.
Lo strato D può raggiungere una densità massima di 10 miliardi
di elettroni per metro cubo a quote tra 50 e 90 Km, questo strato non ha, a
causa di tale bassa densità elettronica, grande rilevanza per la riflessione
delle onde, mentre ha notevole importanza nell'assorbimento delle stesse. Lo
strato E raggiunge una concentrazione di 100 miliardi di elettroni per metro
cubo intorno ai 110 Km di altezza. Lo strato F1 ha una concentrazione dell'ordine
di 200 miliardi di elettroni per metro cubo, lo strato F2 ha una concentrazione
di elettroni che è generalmente la più densa arrivando a valori
di 1000 miliardi di elettroni a metro cubo.
Dipendenza dalla frequenza
A seconda della frequenza dell'onda gli strati ionosferici si comportano in maniera
diversa. Le frequenze più basse, al di sotto della LUF (frequenza
minima utilizzabile) subiscono fenomeni di assorbimento. Salendo di frequenza
si ha la rifrazione delle onde ad opera degli strati inferiori,man mano che l'onda
raggiunge parti maggiormente ionizzate viene respinta verso quelle che lo sono
meno, tale sequenza di rifrazioni comporta un ripiegamento dell'onda che viene
così riflessa verso la superficie terrestre, dalla quale, se la potenza è sufficiente,
può nuovamente rimbalzare verso la ionosfera e così via. Su frequenze
più elevate gli strati inferiori operano una attenuazione per assorbimento
parziale, mentre gli strati più alti rifraggono l'onda. Al di sopra della MUF (frequenza
massima utilizzabile) anche lo strato F2 viene attraversato e le onde si perdono
nello spazio. Si definisce poi la FVC (frequenza critica verticale),
la frequenza massima che trasmessa verticalmente viene riflessa al suolo. Le
frequenze appena citate possono poi essere determinate strato per strato e su
varie distanze, in paricolare si definisce la MUF 1000 , MUF
1500 , MUF 3000 (misurate rispettivamente a 1000,
1500 e 3000 Km).
Distanze raggiungibili
Lo skip , distanza raggiunta dai segnali, nel caso della riflessione
dipende dallo strato in causa e dall'angolo di incidenza dell'onda, può raggiungere
i 4000 Km nel caso dello strato F2 e 2000 Km nel caso dello strato E. La zona
compresa tra l'area di diffusione dell'onda diretta e quella raggiunta dall'onda
riflessa dalla ionosfera non riceve i segnali trasmessi e viene chiamata zona
d'ombra . In generale maggiore è la frequenza utilizzata tanto
maggiore è la distanza che può essere coperta; più basso è l'angolo
di irradiazione sull'orizzonte maggiore è lo skip ottenibile.
Variazioni con le ore del giorno
La scomparsa degli strati ionizzati è legata ai tempi di ricombinazione
e ai valori di ionizzazione, la radiazione solare è massima alle grandi
altezze e diminuisce col penetrare verso la superficie terrestre, la densità dei
gas è invece maggiore alle quote basse e al suo aumentare i tempi di ricombinazione
diminuiscono. Pertanto lo strato D scompare rapidamente dopo il tramonto, lo
strato E se ne va nelle ore notturne,gli strati più in alto, F1 ed F2,
sono quelli maggiormente ionizzati, ciò spiega pertanto la loro persistenza,
sotto forma di un unico strato, anche nelle ore notturne. L' anomalia
diurna consiste nel fatto che il massimo della concentrazione elettronica
dello strato F2 si produce spesso un'ora dopo il mezzogiorno solare, in genere
tra le 13 e le 15 ora locale; si notano poi altre due variazioni durante il giorno,
i cui massimi si collocano intorno alle ore 10-11 locali e tra le ore 22-23 locali.
Variazioni con le stagioni dell'anno
Con il cambiare delle stagioni la radiazione solare passa dal valore massimo
dell'estate a quello minimo dell'inverno. In estate si ha l'incremento dei valori
della MUF e della FCV, gli strati sono fortemente ionizzati, ciò comporta
l'apertura delle bande alte e l'attenuazione di giorno, ad opera degli strati
D ed E fortemente ionizzati, di quelle più basse. In autunno e primavera
si realizzano condizioni intermedie. In inverno data la minore intensità dei
raggi solari gli strati sono poco ionizzati, F1 ed F2 si formano ad altitudini
leggermente inferiori a quelle estive e lo strato F2 risulta essere meno spesso.
In generale maggiore è l'incidenza del sole su una data zona, più elevata
sarà la ionizzazione. Tuttavia in inverno si verifica quella che viene
detta anomalia invernale : nelle ore centrali della giornata
la concentrazione raggiunge valori molto elevati, superiore a quelli estivi,
per poi cadere velocemente al tramonto; ciò accade soprattutto nello strato
D tra i 70 e 90 Km e nello strato F2 dell'emisfero Nord, intorno alle ore 12
locali. Una possibile spiegazione è data dalla minore temperatura invernale
che fa si che l'atmosfera si comprima più in basso, offrendo alle radiazioni
solari strati d'aria meno rarefatti. Lo strato E sporadico è più frequente
nei mesi da maggio a settembre nelle ore di luce e con minor frequenza nelle
ore notturne e durante l'inverno.
Variazioni con la posizione geografica
Le condizioni di insolazione della fascia equatoriale determinano su tale regione
ionizzazione elevata durante tutto l'anno, ciò determina propagazione
sulla lunga distanza verso sud (se siamo in Italia), detta propagazione
transequatoriale . Al contrario le basse condizioni di insolazione sulle
alte latitudini derterminano una ionizzazione di scarsa entità, che ha
i valori minimi ai poli dove si hanno le caratteristiche di propagazione
transpolare ; inoltre le emissioni corpuscolate del sole creano ai poli
condizioni particolari, come le aurore boreali che possono influenzare positivamente
la propagazione via nord. Durante perturbazioni geomagnetiche la densità elettronica
dello strato D tra 75 e 90 Km tende a rinforzarsi alle latitudini subaurorali
ed inferiori. L' anomalia equatoriale consiste nel fatto che
nelle zone comprese tra 20 e 30 gradi , sia a Nord che a Sud dell'equatore, l'influenza
della distanza zenitale del sole sulla concentrazione elettronica dello strato
F2 è notevolmente diversa da quella che ci si aspetta. Nelle latitudini
elevate vi è poi una depressione della concentrazione di tale strato,
associata alla caduta di particelle di alto valore energetico; ciò è dovuto
alle linee di forza della magnetosfera e si estende su 2-10 gradi in direzione
dell'equatore, subito dopo l'ovale aurorale, da mezzoggiorno a tutta la notte.
Al contrario degli altri strati della ionosfera lo strato E sporadico compare
frequentemente alle alte latitudini. Il campo magnetico terrestre determina anch'esso
alcune variazioni fra le condizioni di ionizzazione delle differenti aree della
terra.
Variazioni con l'attività solare
L'attività solare segu e un ciclo di circa undici anni con una intensità di
radiazione che ha un andamento a campana, salendo da un minimo ad un massimo
per scendere nuovamente. Il flusso solare è in relazione poi con il
numero di macchie solari visibili dalla terra. Questo viene indicato facendo
uso del numeri
di Wolf R , dato dalla formula 10g + t, con g numero di gruppi e t
numero di macchie; infatti queste formazioni si presentano spesso riunite a
gruppi. Il sole ruota sul suo asse nel corso di 27 giorni, pertanto il numero
delle macchie può variare notevolmente da giorno a giorno se la loro distribuzione non è uniforme.
La concentrazione elettronica degli strati è massima al massimo del ciclo
solare. Nell'arco della sua variazione si hanno scostamenti della MUF dell'ordine
del 30%. L'influenza dell'attività solare sulla concentrazione elettronica
dello strato D si differenzia alle diverse altezze: fra 70 e 90 Km i raggi X
di origine solare sono la principale fonte di ionizzazione; al di sotto dei 70
Km le radiazioni più attive sono quelle cosmiche e la concentrazione massima
si presenta pertanto quando l'attività solare è al suo minimo,
cioè quando la dispersione interplanetaria dei raggi cosmici di origine
galattica tende a ridursi.
