Was ist der Nachteffekt?

Zusamenfassend

Der Nachteffekt ist eigentlich eine Fata Morgana. Das Abhören von Funksprüchen, die von unterhalb des Funkhorizonts kommen, ist wie das Betrachten eines sich abzeichnenden :

^{Drohende optische Täuschung, Quelle: SKYbrary}

Beides sind seltsame Dinge, es sei denn, wir zwingen uns, zu berücksichtigen, dass elektromagnetische Wellen (einschließlich Licht) sich nicht in gerader Linie ausbreiten, sondern einer regelmäßigen Brechung unterliegen.

UV- und Röntgenstrahlen der Sonne erzeugen Schichten ionisierter Atome in der hohen Atmosphäre. Einige dieser Schichten haben brechende Eigenschaften, und eine wirkt als Wand, die verhindert, dass Wellen vom Boden die brechenden Partikel erreichen.

Der Nachteffekt ist das zufällige Ergebnis eines günstigen Timings: Es gibt ein Fenster nach Sonnenuntergang, in dem die Sperrschicht verschwindet und die brechenden Partikel immer noch aktiv sind, wenn auch weniger aktiv als tagsüber:

^{Die Aktivität der Ionosphäre ändert sich bei Sonnenuntergang}

Abgeschwächte Wellen werden während dieser Zeit zum Boden umgeleitet, möglicherweise zu einem Empfänger, der sich weiter als der Horizont befindet. Bei diesem Phänomen spielen ionisierte Partikel die gleiche Rolle wie heiße Luft zum Auftauchen.

Übersicht Frequenzspektrum

Da Ihre Frage die Unterscheidung mehrerer Frequenzbereiche beinhaltet, lassen Sie uns eine kurze Zusammenfassung des HF-Spektrums erstellen. Radiofrequenzen (RF) sind ein kleiner Teil des gesamten elektromagnetischen Spektrums, zusammen mit Licht und ionisierenden Strahlen, die in der Ionosphäre wirken:

HF selbst sind in "Bänder" unterteilt, deren Eigenschaften mehr oder weniger unterschiedlich sind. Es ist manchmal unmöglich festzulegen, ob eine Farbe grün oder blau oder gelb oder orange ist, das gleiche gilt für diese Bänder, die Grenzen sind in den meisten Fällen wirklich nicht wichtig.

Wellenausbreitungsmodi

HF-Wellen breiten sich gleichzeitig auf unterschiedliche Weise aus:

• Raumwelle (elektromagnetische "Sichtlinie", dh eine gewisse Brechung)
• Grundwelle (meist induzierte Ströme)
• Himmelswelle (große ionosphärische Brechung).

^{Raumwelle gegen Himmelswelle gegen Bodenwelle}

Der Nachteffekt hat seinen Ursprung in der Himmelswelle, wenn Sie also nicht interessiert sind, können Sie die beiden nächsten Abschnitte überspringen.

Weltraumwelle

Die neutrale Atmosphäre (unter etwa 100 km) zeigt eine allmähliche Änderung des Brechungsindex der Luft, die Brechung nimmt mit der Höhe ständig ab. Die Folge ist, dass die Raumwelle gebrochen wird und sich nicht geradlinig ausbreitet ( Huygens-Fresnel-Wavelet-Prinzip ), wie oft angenähert.

Diese Krümmung ist für alle Frequenzen im HF-Bereich etwa gleich. Bei der Berechnung des Funkhorizonts für die normale Ausbreitung im freien Raum wird standardmäßig ein Radius für die Erde verwendet, der tatsächlich 33% größer ist als der tatsächliche Radius ( Faktor 4/3 k ). Mit diesem Radius kann die Sichtlinie als Gerade dargestellt werden.

Bodenwelle

Die Ausbreitung der Bodenwelle umfasst die Reflexion am Boden und an Hindernissen, die Beugung an Hindernissen und am Horizont sowie die Brechung durch im Boden induzierten Strom.

Aufgrund der Brechung und Beugung neigt dieser Ausbreitungsmodus dazu, der Erdkrümmung zu folgen, betrifft jedoch hauptsächlich LF und MF, höhere Frequenzen (z. B. VHF und UHF) nutzen diese Ausbreitung nicht wirklich aus.

Bei der Bodenausbreitung wird die Wellenfront dort abgebremst, wo sie zum Boden hin geschlossen ist. Da sich die Welle senkrecht zu ihrer Wellenfront ausbreitet, kann sich diese vertikalere Wellenfront in Bodennähe weiter ausbreiten, ohne Schatten zu erzeugen.

^{Bodenwelle: Wellenfront wird durch Boden verlangsamt}

Die Kommunikationsentfernung wird erhöht. Mit fortschreitender Bodenwelle wird der Effekt jedoch immer geringer. Vertikal polarisierte Wellen (NDB- und HF-Sprachkommunikation) induzieren stärkere Erdströme und breiten sich besser aus als horizontal polarisierte Wellen (VOR-Wechselsignal).

Die Ausbreitung der Bodenwelle findet wie die direkte Wellenausbreitung zu jeder Tages- und Nachtzeit statt. Der dritte Modus ist der Nachteffekt.

Ionosphärische Schichten und Himmelswelle

Atomionisation besteht darin, ein oder mehrere Elektronen zu verlieren oder einzufangen und elektrisch aus dem Gleichgewicht zu geraten. Natürliche Ionisierung tritt in der Ionosphäre unter dem Beschuss mit ionisierenden Sonnenstrahlen auf, die Elektronen von Atomen lösen. Dies geschieht in der F-Schicht bei etwa 300 km und in der E-Schicht bei etwa 100 km. Wellen können von diesen Schichten beeinflusst werden, wenn sie aktiv sind.

Eine Schicht aus ionisierten Atomen ist ein effizientes Brechungsmaterial für Radiowellen. Die unterste D-Schicht blockiert jedoch tagsüber Wellen aufgrund der Ionisation von schwerem Stickstoffmonoxid$\small NO$) Wellenenergie absorbieren, wenn sie unter der Wirkung der Welle vibrieren. Diese Absorption nimmt nachts ab, wenn die Ionisationsquelle verschwindet.

^{Reorganisation der ionosphärischen Schichten bei Nacht}

Die höheren Schichten werden immer länger ionisiert als die unteren, und die Ionisierung hält in den höheren Schichten länger an. Die kombinierten Effekte der D-, E- und F-Schichten führen zu:

• Eine Absorption von LF/MF/HF-Frequenzen durch die D-Schicht am Tag, wodurch sie daran gehindert werden, die E- und F-Schichten zu erreichen, die sie brechen können.

• Eine Brechung bei Nacht und Dämmerung, wenn die E-Schicht und vor allem die F-Schicht, in der freie Elektronen langsamer rekombinieren und eine gewisse Ionisierung über Nacht aufrechterhalten wird, noch aktiv sind und die D-Schicht aufgehört hat, Wellen zu blockieren.

Die Himmelswelle breitet sich oft durch Sprünge zwischen Ionosphäre und Erdoberfläche aus, da die Erdoberfläche, insbesondere das Meerwasser, ein effizienter Reflektor ist:

^{Himmelswellenreflexion auf dem Boden und Sprünge}

Es gibt eine erhebliche Dämpfung, wenn die Welle hin und her springt, und in der Praxis ist das Signal zu schwach, um nach ein oder zwei Sprüngen verwendet zu werden, es sei denn, die Verbindung ist für solche Operationen optimiert.

Da sich die Raumwelle sprunghaft ausbreitet, ist der Empfang in bestimmten Entfernungen vom Sender günstig und durch Minima und Maxima gekennzeichnet, die entlang der Ausbreitungsrichtung beabstandet sind, wobei der Abstand zwischen den Maxima von der Frequenz abhängt.

Sky Wave erweitert den Bereich der LF/MF-Frequenzen erheblich. Der Einfluss von Himmelswellen ist im VOR- und DME-Bereich weniger wahrnehmbar, selbst wenn es außergewöhnliche / spärliche Episoden von VHF-Refraktion durch die E-Schicht gibt ( sporadisches E ). Hinter VHF gibt es keine wahrnehmbare Himmelswelle.

Formal variiert die maximal nutzbare Frequenz mit der Sonnenaktivität und ist durch das Sekantengesetz gegeben .

Da die Ausbreitung von NDB-Frequenzen nachts durch die Himmelswelle verstärkt wird, kann ein NDB von einem Empfänger in größerer Entfernung erkannt werden. Dies gilt auch für andere Kommunikationsarten im selben Frequenzbereich (z. B. Sprachkommunikation in HF über den Ozeanen).

Da niedrige Frequenzen die einzigen sind, die der Ausbreitung von Himmelswellen unterliegen, verwenden Over-the-Horizon (OTH)-Radare sie anstelle von SHF.

^{Radar über dem Horizont. Quelle}

Fading

Die Raumwellenausbreitung ist mit einer langsamen Variation verbunden, das Signal kann verschwinden und einige Sekunden später wieder auftauchen. Dies liegt an der Instabilität der Brechung, der Heterogenität der Atmosphärenschichten und der Rekombination von Wellen nach einer Mehrwegreise und einer Drehung der Polarisation. Diese Fluktuation ist weltweit als Fading bekannt .

Fehler, die durch die Himmelswelle eingeführt werden

Die Ausbreitung von Himmelswellen ist zwar im Allgemeinen eine gute Sache, aber wie jedes andere Mehrwegphänomen hat sie auch negative Auswirkungen: Sie ändert die Polarisation der Wellen und die Richtung der Wellenfront . Da ADF die Richtung der Signalwellenfront erkennt, führt ein gebrochenes NDB-Signal zu Ungenauigkeiten in der ADF-Anzeige.

Das Leuchtfeuer scheint sich zu bewegen und die Peilung ist nicht zuverlässig. Ein gewisser Quervergleich ist notwendig, um die Gültigkeit eines Lagers zu bestätigen.