- Katılım
- 8 Temmuz 2008
- Mesajlar
- 5,666
- Reaksiyon puanı
- 91
- Puanları
- 48
YÜKSEK FREKANSLI (HF) RADYO DALGALARININ YAYILIMI
YAYILIM ESASLARI
Yüksek frekanslı (HF) radyo sinyalleri (3–30 MHz) uzak mesafedeki bir alıcıya kadar temelde 2 degisik Resimde yayılabilirler. Bunlar yer dalgası ve gök dalgası seklindedir. Yer dalgası yayılımının yüzey dalgası, direk (görüs hattı) dalgası ve yerden yansıtılmıs dalga Resim 1 farklı bileseni mevcuttur
Resim 1.(a) iki temel yayılım sekli: Dünya’nın yüzeyi boyunca ilerleyen Yer Dalgası ve atmosfere
gönderilip iyonküre tarafından Dünya’ya geri yansıtılan Gök Dalgası (b) Yer dalgalarının 3 bileseni:
Ufuk altı hattında yeri izleyen Yüzey Dalgası, uzaklık arttıkça kuvveti azalan ve dogru bir hat boyunca ilerleyen Direk Dalga ve Yerden Yansıtılmıs Dalga.Gök dalgaları vericiden çıktıktan sonra atmosferde yayılarak iyonküreye girer. Dalganın iyonküreye giris açısı sinyalin iletim basarısını ve iletim mesafesini etkiler. Radyo sinyalinin anteni terkettigi açıya çıkıs açısı, iyonküreye girdigi açıya da giris açısı denir (Resim 1a Resim 2a). Bu açı, iletim frekansı ve anten tipine baglı olarak belirlenir. Radyo dalgası giris açısına esit açıyla iyonküreden geri yansır. Bu sebeple, çıkıs açısı haberlesme mesafesini belirlemede önemli bir faktördür. Uzak bir istasyonla haberlesmek için çıkıs açısının küçük (giris açısının büyük, Resim 2a, yakın bir istasyonla haberlesmek için ise çıkıs açısının büyük (giris açısının küçük, Resim 2b) olması gerekir
Resim 2) Radyo dalgasının çıkıs açısının (dolayısıyla giris açısının) iletim mesafesine etkisi.(a) Büyük giris açısı ile uzun iletim mesafesinin, ve (b) küçük giris açısı ile daha kısa iletim mesafesinin saglanması.
Radyo dalgasının iyonküreye giris açısı kritik önem tasır, çünkü eger çok dik (dar giris açısı) ise dalga Dünya’ya yansıtılmadan iyonküreyi geçip uzaya çıkar (Resim.3b). Eger, aksine çok genis bir açıyla iyonküreye girerse (Resim 3c), dalga, iyonkürenin alt katmanları tarafından daha yogun iyonlasmıs üst katmanlara ulasmadan emilerek alıcıya ulasması engellenir. Bu yüzden, dalganın Dünya’ya geri dönecek kadar büyük, ancak emilime engel olacak kadar küçük olması gerekir.
Resim.3, Radyo dalgasının iyonküreye giris açısının kırılmaya etkisi.
KRiTiK FREKANS ve KRiTiK AÇI
iyonküre tabakaları kendilerine çarpan Elektromanyetik Dalgaların (EM) kırılıp bükülmesine ve yansımasına neden olur. Yansıma yeter derecede oldugu takdirde EM dalgalar tekrar Dünya’ya dönüp, bir alıcı anteni vasıtasıyla alıcıda duyulabilir. iyonküre tabakalarının iyonlasma dereceleri yükseldikçe yansıtabilecekleri frekanslar da büyür.Herhangi bir anda bir iyonküre abakasının, dikine gönderilen bir EM dalgayı Dünya’ya geri yansıtabilecegi en yüksek frekansa o tabakanın kritik frekansı denir. Bu radyo dalgaları yayılımı ile ilgili herhangi bir tartısmada sıkça duyulan bir terimdir. Belirli bir bölgenin kritikfrekansından daha yüksek frekansla gönderilen radyo dalgaları bu tabakayı geçip uzayda kaybolur (Resim 3.4a). Ancak aynı dalga daha yüksek bir kritik frekansa sahip bir üst bölgeye girerse Dünya’ya dogru geri kırılır (Resim 3.4b). Kritik frekanstan daha düsük frekanstaki dalgalar da daha alt katmandan yansıtılmazlar ya da tamamen emilime ugrayıp kaybolmazlar ise geri yansıtılırlar.
Resim 3.4 iletim için uygun frekansın seçimi dalganın iyonküreden yansıyıp Dünya’ya geri dönebilmesi için kritik önem tasır.
Bir dalganın frekansı ne kadar düsükse iyonlasmıs bir katman tarafından o kadar çabuk kırılır. Resim 3.5 farklı frekanslara sahip 3 ayrı dalganın bir iyonküre katmanına aynı açı ile girisini göstermektedir. 5 MHz’lik dalganın oldukça keskin kırınıma ugradıgı görülmektedir. 20 MHz’lik dalga daha yavas kırılıp daha uzak bir noktada Dünya’ya dönüyor. 100 MHz’lik dalganın frekansı açık bir Resimde kritik frekanstan yüksek ve bu yüzden geri yansıtılmadan uzaya çıkıyor.
Resim 3.5, Aynı açı ile iyonküreye gönderilen dalgaların iyonküreye girdikten sonraki davranısları dalgaların frekansına göre degisiklik gösterir.
Kritik frekanstan daha büyük bir frekanstaki EM dalgalar 90° den küçük bir çıkıs açısı altında gönderilirlerse, öyle bir açıya erisilir ki, bu açıdan küçük bütün gönderme açılarında o frekanstaki dalgalar yine Dünya’ya döner. Kritik frekanstan daha büyük bir frekanstaki EM dalgaların Dünya’ya geri dönüs yapabildigi en büyük çıkıs (gönderme) açısına, o frekansın kritik açısı denir.resim 3.6’da aynı frekansta ancak bir iyonküre katmanına farklı açılarla giren 6 radyo dalgası görülmektedir. 6 numaralı dalganın katmana giris açısı geri yansıtılamayacak kadar dik açıya yakın oldugu için 6 numaralı dalga bir miktar kırılmasına ragmen katmanı geçip uzayda kaybolmustur. Açı azaltılarak 5 numaralı dalganın kendi frekansı için kritik açı degerinde gönderilmistir ve bu yüzden geri yansıtılmıstır. Bu açıdan daha büyük tüm açılarda dalga katmanı asıp uzaya çıkacaktır.
Resim 3.6, Aynı frekanstaki dalgaların iyonküreye kritik açılardan büyük açılarla gönderilmesi dalganın uzayda kaybolmasına (6) neden olur. Kritik açıdan küçük açılarda ise dalganın farklı uzaklıklarda (1–5) Dünya’ya dönmesi mümkündür. 3 numaralı dalga yeryüzüne çarptıktan sonra tekrar iyonküreden yansıtılmıs ve alıcıya ulasmıstır. Bu dalganın yere döndügü ilk nokta bir gök dalgası ile erisilebilecek en kısa mesafedir (atlama mesafesi).
Kritik açı daima 90°den küçüktür. Yayınlanan bir EM dalganın frekansı, kritik frekanstan ne kadar büyük olursa kritik açı da o kadar küçük olur. Kritik frekansın kritik açısı 90° dir.Belirli bir mesafe ile telsiz haberlesmesi yapabilmek için EM dalgaların 90° den küçük bir açı ile gönderilmesi gerekir. O halde telsiz haberlesmesinde kritik frekanstan daha büyük
frekanslar da kullanılabilir. Haberlesme mesafesini arttırmak için gelis açısının küçültülmesi gerektiginden, dalga frekansının o derece büyük olması gerekir.
KULLANILABiLiR FREKANS ARALIGI
iyonkürenin içinde bulundugu durum radyo dalgalarının yayılımını etkilemektedir. Bu sebeple haberlesecek tarafların belirli bir zaman için en uygun haberlesme frekansını seçmesi gerekir. iyonkürenin belirli bir anda sahip oldugu özellikler sebebiyle o an kullanılabilecek en yüksek frekans Maksimum Kullanılabilir Frekans (MUF) olarak tanımlanır. MUF’ dan yüksek frekanslar iyonkürenin o anki sartlarında iyonküre tabakalarını asıp uzaya çıkarlar ya da o kadar yavas kırılmaya ugrar ki istenilen noktanın uzagında yeryüzüne dönerler.
Resim 3.7, MUF ve LUF degerleri ve yayılıma etkileri.
Seçilen sinyal frekansı MUF’un ne kadar altındaysa D tabakası tarafından o kadar fazla emilir. Frekans azaltılmaya devam edilirse belirli bir degerde sinyal tamamen emilir ya da çok çabuk kırıldıgı için alıcının önünde bir noktada yeryüzüne iner ve alıcıya ulasamaz. Bu frekans degerine Minimum Kullanılabilir Frekans (LUF) denmektedir. Bu sebepten, kullanılabilir
frekanslar LUF ve MUF sınır degerlerinin arasında kalanlardır (Resim 3.7). En iyi iletisim için seçilmesi gereken frekans degeri genelde MUF’un %85’i hesaplanarak bulunur. Bu deger genellikle geceleri gündüzden daha düsüktür.
YAYILIM MODLARI
Bir gök dalgasının vericiden alıcıya ulasabilecegi birçok yol vardır. Belli bir tabakadan, gereken en az sayıda sekme ile ulasmasına birinci sıra modu denir. Bir sekme daha gerektiren moda ise ikinci sıra modu denir. E bölgesi modları sadece gündüz iletimleri için mümkündür. Sadece bir katmandan, mesela F katmanından, yayılan modlara ‘basit modlar’ denir (Resim 3.8). E ve F bölgelerinden kırılan modların bileskelerinden, kanal (ducting) ve kiris modlardan olusan daha karmasık modlar da mümkündür (Resim 3.9). Kanal ve kiris modları Dünya’dan ara yansımalar olmaksızın, iyonküredeki birden çok kırınımı içerir. iyonküre tabakalarının düz ve pürüzsüz oldugunu düsünmeye meyilli olsak da, aslında iyonküre karısık ve hareketlidir. Ayrıca içinden geçen dalgalar da sinyallerin kırınımını etkileyebilir. iyonküre tabakaları egilebilir ve bu durumda kanal ve kiris modları olusabilir. iyonküre egilimleri ekvator bölgelerinde, orta enlemlerde ve gün dogum-batım çizgilerinde daha olasıdır. Bu modlar olustugunda, dalgalar D katmanını geçmekte daha az zaman harcadıkları ve yer yansımalarından zayıflamadıkları için daha güçlü olabilirler.
Resim 3.8, Basit yayılım modlarına örnekler. Resimde gösterilen
dalgalar sadece tek bir tabakadan (E veya F) yansımaktadır. Manyetiki 15o enlemlerinde (ekvatoral anomali bölgesi) gündüz iyonküresinin yüksek elektron yogunlugu sayesinde ekvatoru kat eden dalgalar, yüksek frekanslar kullanabilirler.iyonküredeki herhangi bir egilme, uzun mesafeye iyi sinyal gücünü ileten kiris modlarının olusması ile sonuçlanabilir. Kanal modu ise egilme sonucu dalganın iki yansıtıcı katman arasında tuzaga düsmesi sonucu gözlenir. Bu durum daha çok ekvatorsal iyonküre, auroral bölge ve orta enlemlere özgüdür. iyonküre gezinmesi gibi olaylar da kanal ve kiris modlarına benzer yayılımlar olarak sayılabilir
Resim 3.9, Dalgaların E ve F tabakalarından degisik kombinasyonlarda yansımasıyla olusan karısık yayılım modları.
HAVA KOSULLARININ YAYILIMA ETKiSi
Hava kosulları radyo dalgalarının yayılımını etkileyen ek bir faktördür. Rüzgar, hava sıcaklıgı ve atmosferdeki su buharının etkilerinin degisik sekillerde birlesmesi radyo sinyallerinin alısılmıs menzillerinin yüzlerce mil ötesinde bile duyulmasına sebep olabilmektedir. Tersine, bu etkilerin farklı bir birlesimi sinyalin asırı zayıflamasına ve normal menzilin çok altından bile duyulamamasına neden olabilir. Maalesef, hava durumu fazlasıyla karmasık oldugu ve çabuk degistiginden hava sartlarının etkilerini kesin ve hızlı bir sekilde belirlemek için bir kural yoktur. Bu sebepten burada genel olarak bu etkilerden ahsetmekle yetinecegiz.Eger atmosferde su ya da su buharı olmasaydı havanın yayılıma etkilerini hesaplamak çok daha kolay olurdu. Ancak atmosferde her zaman katı, sıvı ya da gaz halinde bir miktar su bulunur ve bu yüzden tüm hesaplamalarda suyun etkileri göz önünde bulundurulmalıdır. Genellikle bu etkiler radyo dalgasının frekans ve dalga boyu ile dogru orantılıdır. Örnegin yagmurun mikrodalga frekanslarında çok belirgin bir etkisi varken HF ve altındaki frekanslar için fazla önemli degildir.Yagmur, suyun yogunlasma sekilleri arasında radyo dalgalarını en çok zayıflatandır. Yagmur damlası, radyo dalgasının gücünün bir kısmını emerek ısıya dönüstürür ya da degisik dogrultularda saçılmasına neden olur. 100 MHz’in üstünde saçılma sebepli kayıp emilmeden de fazladır.Sis yagmurun degisik bir sekli olarak düsünülebilir. Sis sırasında su buharı havada asılı kaldıgı için birim hacimdeki su buharı miktarı zayıflatıcı etkide belirleyicidir. Ancak sisin 2 GHz’in altındaki yayılımlarda etkileri küçük olur.Kar ve dolu suyun diger yogunlasma sekilleridir. Kar tanelerinin düzensiz boyutlarından dolayı karın etkilerini kestirmek güç olsa da, kar yagmurdan 8 kat daha az yogun oldugu için etkisi de daha azdır.Normal atmosfer osullarında yeryüzüne yakın hava daha sıcaktır. Yükseklik arttıkça hava sıcaklıgı kademeli olarak düser. Ancak zaman zaman soguk havanın bir sıcak hava katmanı ile yeryüzü ya da iki sıcak hava katmanı arasında sıkısması gibi anormal haller de görülmektedir. Bu durumlarda havanın yogunlugundaki ve kırılma indislerindeki farklılıklardan dolayı dalgalar alısılmıs menzillerinin çok ötesine ulasabilir (Resim 1 de).
Resim1 de.Radyo dalgasının sıcak hava katmanı ile yeryüzeyi arasındaki soguk hava kanalına sıkısması ile dalga böyle bir kanalın varolmadıgı durumda sahip oldugu normal menzilin çok ötesindeki mesafelere iletilebilir.
EMiLiM
Bir radyo dalgası, gönderici ile alıcı arasında kat ettigi yol boyunca pek çok faktörün etkisi altındadır. Radyo dalgaları üzerinde en fazla olumsuz etkiyi olusturan faktör emilimdir. Emilimin gerçeklesmesi sonucunda radyo dalgası enerji kaybeder ve alınan sinyallerin gücünde azalma ve uzun mesafelerle iletisim yeteneginde zayıflama olusur Resim 2).Gök dalgalarında, emilim kayıplarının çogu iyonküresel kosullara baglı olarak gerçeklesir. Gök dalgalarının emiliminin bir kısmı alt atmosferik katmanlarda olusabilir. Ne var ki, bu kayıp 10 MHz’ in üzerindeki frekanslar için önemlidir. Bunun sebebi su ve su buharıdır.Ancak bu enerji kaybının boyutları büyük olursa sinyal iyonkürede kaybolur. iyonküresel emiliminin büyük kısmı, iyonküresel yogunlugun yüksek oldugu alt bölgelerde gerçeklesir. Bir radyo dalgası iyonküreden geçerken, enerjisinin bir kısmını serbest elektron ve iyonlar için harcar
Resim 2 Gök dalgaları iyonküre sartları ve hava buharı gibi atmosferik sartlar dolayısıyla enerji kaybedip atmosferde kaybolabilir
Eger bu yüksek enerjili serbest elektron ve iyonlar düsük enerjili gaz molekülleri ile çarpısmazlar ise, radyo dalgasının kaybettigi enerjinin büyük kısmı elektromanyetik enerjiye dönüsür ve dalga yogunlugu çok fazla degismeden yayılmaya devam eder. Fakat yüksek enerji yüklü serbest elektron ve iyonlar diger parçacıklarla çarpısırlarsa, bu enerjinin büyük kısmı kaybedilir ve dalganın enerjisi emilmis olur. Enerjinin emilimi parçacıkların çarpısmasına baglı oldugu için, iyonküre katmanları ne kadar yogun ise çarpısma ve dolayısıyla emilim ihtimalide o kadar yüksek olur F bölgesi D ve E bölgesine göre 10 kattan daha fazla elektrona sahip oldugu için F bölgesinin bu elektron etkisiyle çok yüksek frekanslı dalgaları yansıtabilir. D ve E bölgelerinde yüksek frekanslı dalgalar bu elektron etkisiyle zayıflar Gündüzleri F2 bölgesindeki elektron yogunlugu çok yüksek oldugundan daha yüksek frekansları yansıtabilir. D ve E bölgelerinde ise bir miktar zayıflama gerçeklesir . Aksamları ise E bölgesinde elektron yogunlugu azalır ve D bölgesinde yok olur. Bu yüzden düsük HF frekansları bile çok az bir zayıflamaya ugrarlar. Yukarıda sözü edilenler normal kosullarda uygulanır, fakat yüksek günes aktivitesinin
oldugu yaz aylarında durum degisir. Bu dönemlerde D bölgesinde emilim devam ederken E bölgesi günün herhangi bir zamanında HF dalgalarını yansıtır Genel olarak HF(Yüksek Frekans) ‘ın MF(Orta Frekans) ve VHF(Çok yüksek frekans) ile karsılastırıldıgında avantajı iyonküresel yayılımda çok önemsiz bir zayıflamaya ugramasıdır
HF dalgaların emilimi;
iyonküre plazmasının kırılma indisi n= i + ii seklinde kompleks bir kırılma indisidir. Bu
durumda iyonküre plazması içinde ilerleyen düzlem elektromanyetik dalga,
E = E0e-( /c) iS.ei ((i/c).S-t)
seklinde yazılabilir. Dalga iyonküre içinde S yolu kadar ilerledigi zaman, e-( /c) iS kadar sönüme
ugrayacaktır. i=( /c) i absorpsiyon sabiti olarak tanımlanırsa yansıma sabiti i cinsinden elde
edilebilir. Alınan dalganın genliginin, absorpsiyon olmadan alınan dalganın genligine oranı i
olarak tanımlanırsa, denklem
lni=-iids
olarak bulunur. Absorpsiyonun L, desibel(dB) cinsinden ifadesi
L=8.68iids
dir. Göndericiden çıkan bir dalganın alıcıda alınması halinde yolda ugrayacagı absorpsiyonu
denklem kullanılarak elde edilir. Bu amaca ulasmak için iyonküre plazmasının kırılma
indisinin sanal kısmı i’nın bilinmesi gerekmektedir.
Sonuçta; elektron yogunlugunun fazla oldugu ögle saatleri ve yaz ayları emilimin en fazla oldugu, yansımaların da en az oldugu dönemlerdir Yansımanın çok olması kullanılan frekansın büyük olması ile dogru orantılıdır Özellikle kıs aylarında kullanılan frekans plazma frekansından büyük ise, dalgalar yansımadan iyonkürenin üst bölgelerine çıkar ve alıcıya sinyal gelmez
SÖNÜMLEME
Göndericiden çıkan elektromanyetik dalgaların farklı yollar izleyerek alıcıya ulasması ve alıcıda birbirini zayıflatmasıdır. Radyo sinyallerinin iletimindeki en rahatsız edici sorun sinyal gücündeki degisimlerdir, yani zayıflamadır. iyonküre zamanla sürekli olarak degistigi için yansıyan sinyal genligi de zamanla degisir. Bunun sebebi, iyonküredeki degisimlerden dolayı
alıcıya gelen sinyalin iyonküredeki farklı yansıma noktalarından, dolayısıyla farklı fazdan gelmesidir i Zayıflama terimi dakika, saniye ve hatta saniyenin parçaları gibi belirli zaman aralıklarında meydana gelen, nispeten süratli degismeler için kullanılır. Zayıflama yüksek frekanslarda, düsük frekanslardan daha ani olur. Düsük frekanslarda emilim büyük degerlere
ulasır. Bu yüzden yüksek frekans kullanımı tavsiye edilebilir. Bilhassa sönümleme gün içinde yüksekse tercih edilmelidir. Genel olarak F2 bölgesindeki düzensizlikler manyetik fırtına degisimleri ve yüksek frekanslı dalgaların sartlarındaki degisimler sönümlemeye neden olur .D bölgesinde sönümleme Günes ile degisir. Gün ısıgı maksimum iken sönümleme en
yüksek degerine ulasır. Sinyal sönümlemesi yazın gün ortasında daha fazladır. Sönümleme enlemlerde de degisiklik gösterir. Ekvatora aklastıkça artar, kutuplara yaklastıkça sönümleme azalır.Sönümleme de gerekli olan göndermeç gücünü, karısmayı önleyebilmek için gerekli koruma oranını, verimli bir farklılasma veya kodlama sistemini belirlemek için; sönümlemenin yogunlugunu ve hızını bilmek gerekir. Sönümleme iyonküreye gelen sinyallerin alınmasını zorlastıran bir etken oldugu için devamlı bir sinyal, zayıf bir sinyal olsa bile gürültü seviyesinin
altında bir anlık sönümlemeye ugrayan ve alıcıya birkaç saniye geç ulasan sinyalden daha kolay bir çalısma saglar. Sönümleme için bazı büyüklük oranları yüksek frekanslı(HF) dalgalar için Tablo 1 de verilmistir.
Tablo 1, HF dalgaların sönümleme ve iletim degerleri
Sönümlemeye sebep olabilecek pek çok kosul vardır. Sönümleme çesitleri olarak adlandırılan bu kosullar: Polarizasyon sönümlemesi, emilim sönümlemesi, karıstırma sönümlemesi, çokyollu sönümlemesi olarak sıralanabilir.,
EM dalga yayılımı
Çok algılayıcılı tümleşik gözetleme, taktik balistik füzelere karşı erken uyarı, orta ve uzun mesafeli haberleşme, sürekli okyanusbilimsel ve meteorolojik izleme, uzaktan algılama, gezgin iletişimde hücre ve servis planlama olarak gruplanabilen
sistemlerin tümünde, uygulama alanı ne olursa olsun (servis planlaması, gözetleme, haberleşme vs.), yeryüzü üzerindeki iki nokta arasındaki EM dalga yayılım karakteristiklerinin ve yol kaybının belirlenebilmesi gerekmektedir.
Dünya üzerinde EM dalga yayılımı incelenirken:
• Atmosferdeki yüksekliğe ve mesafeye bağlı
değişimler,
• Çalışma frekansı,
• Alıcı verici konumları,
• Yeryüzü geometrisi (yükselti farklılıkları),
• Yerin elektromanyetik özellikleri,
gözönüne alınmalıdır. Bunun yanı sıra, atmosferik kırılma indisi ya da deniz dalgalılığı gibi parametreler, mevsimsel özellikler ya da gece gündüz arası farklılıklar gibi nedenlerle zamana bağlı olarak da değişim gösterebilmektedir
Özellikle haberleşme ve bilgi toplama sistemlerinin büyük önem kazandığı yüzyılımız içerisinde, pek çok araştırmacı bu karmaşık ve analitik modellemesi zor olan problem üzerinde çalışmıştır. Bu konudaki yaygın literatüre örnek olarak, Wait (1962) ve Fock (1965) tarafından yazılan klasik olarak nitelenebilecek kitaplar ve bu çalışmayla daha çok ilgili olan birkaç makale gösterilebilir (Ishihara v. diğ., 1991a, 1991b; Sevgi v. diğ., 1998; Wait, 1998; De Minco, 2000). Bu yayınlarda dünya üzerinde EM yayılım probleminin çözümüne, genellikle küresel geometriye ve homojen atmosfere sahip dünya yüzeyi üzerine ya da belirli bir yüksekliğe yerleştirilmiş düşey/yatay elektrik dipol olarak belirlenen bir kaynak gözönüne alınarak başlanmakta ve problem çeşitli yaklaşıklarla çözülmesi mümkün denklemlere indirgenmektedir. Atmosferin yükseklikle ya da yüzey empedansının mesafe ile değişimi (kara-deniz geçişi) gibi EM yayılımın karakteristiğini (frekansa bağlı olarak) tamamen değiştirebilen çeşitli ortam parametreleri gene belirli yaklaşıklar altında elde edilen yaklaşık analitik ifadelere eklenmektedir. Var olan teknikler Problemin tanımı ve spektral integral çözümü Yüksek ve çok yüksek frekanslarda dünya üzerine düşey ya da yatay olarak yerleştirilen elektrik dipol tarafından oluşturulan elektromanyetik dalgaların yayılım probleminin çözümüne, homojen olmayan atmosfer tabakasıyla kaplı, yüzeyde empedans koşullarını sağlayan, küresel ve pürüzsüz bir dünya modeli tanımlanarak başlanabilir. Küresel koordinatlarda (r,θ,ϕ
, dünyanın yarıçapı r=a olarak verilir ve dünya yüzeyi üzerindeki (r=a’daki) iletkenlik özelliği, Zs olarak tanımlanan yüzey empedansı ile belirlenirse, θ=0 ve r’ ≥ a noktasındaki düşey yerleştirilmiş dipol kaynağın uyaracağı alanlar, yatayda simetri koşulu altında sadece radyal rU(r,θ bileşenine sahip Hertz vektöründen elde edilebilir (Wait, 1962). Zamana bağımlılık exp(− jωt)
olarak alınırsa:
E (Ure ) rr r = ∇×∇× (1)
H j (Ure ) rr r= − ωε∇× (2)
Zaman domeni yöntemi: TDWP
Bir önceki bölümde kısaca açıklan yöntemler,frekans domeninde çözüm üretirler. Bu bölümde, yer dalgası yayılım problemini doğrudan doğruya zaman domeninde çözen saf sayısal yeni bir yöntem açıklanacaktır. Maxwell denklemlerindeki konuma bağlı türev operatörlerinin Taylor açılımı kullanılarak ayrıklaştırılması ile elde edilen sonlu farklar (FD, Finite Difference) yöntemi, 1966 yılında K. S. Yee tarafından zamana bağlı türevlerin de aynı şekilde sayısallaştırılması ile zaman domenine
taşınmış ve zamanda sonlu farklar (FDTD, Finite Difference Time Domain) yöntemi olarak adlandırılmıştır. Bu yöntemde, en genel halde,ortam Yee tarafından önerilen birim hücrelere bölünür ve her zaman adımında bu hücrelerin tümünde elektrik ve alan bileşenleri ayrı ayrı ilgili iteratif denklemler kullanılarak hesaplanır. En genel halde üç boyutlu FDTD yönteminde,her bir Yee hücresinde, hesap uzayındaki konumu (i, j, k) ile belirlenen 3 elektrik ve 3 manyetik alan bileşeni bulunmaktadır. Zaman ve konumdaki ayrık adımlar sırasıyla Δt ve Δx, Δy, Δz olarak tanımlanırlar. Her bir alan bileşeninin ait olduğu hücre (örneğin Ex(i, j, k), Hz(i, j, k)) aynı (i, j, k) etiketi ile belirlendiği halde, hücredeki konumları birbirinden farklıdır. Bir hücre içindeki elektrik ve manyetik alanlar arasında da hesaplama sırasında Δt /2 kadar bir zaman farkı bulunmaktadır. Ortam parametreleri ε (dielektrik geçirgenlik), μ (manyetik geçirgenlik), σ (iletkenlik) yardımıyla herhangi bir hesap uzayı içine her türlü nesne yerleştirilebilir. Hesaplamalar zaman domeninde yapıldığı için, kaynak fonksiyonu olarak darbesel bir işaret kullanıldığında, tek bir FDTD simulasyonu ile, geniş bandlı çözümler elde edilebilmektedir. Özellikle son yıllarda, birbirinden farklı ve karmaşık, analitik çözümü zor bulunan ya da hiç bulunamayan elektromanyetik problemlerin çözümünde etkin olarak kullanılan FDTD yöntemi, Akleman ve diğerleri (2000) tarafından ilk kez atmosferde yer dalgası yayılımının modellenmesi için uygun hale getirilmiş ve Time Domain Wave Propagator (TDWP). olarak adlandırılmıştır. Bunun için, diğer analitik ve analitik-sayısal yöntemlerde olduğu gibi ortam yatayda simetrik kabul edildiğinden iki boyutlu FDTD yöntemi kullanılmıştır. Dünya üzerine yerleşti ilen elektrik dipol tarafından uyarılan alanlar iki boyutlu uzay da TMz modunun yayılmasına neden olurlar. Bu yüzden, iki boyutlu TMz yer dalgası yayılımını modellemek üzere, iteratif denklemleri
kaynak
wwww.cyber-warrior.org
YAYILIM ESASLARI
Yüksek frekanslı (HF) radyo sinyalleri (3–30 MHz) uzak mesafedeki bir alıcıya kadar temelde 2 degisik Resimde yayılabilirler. Bunlar yer dalgası ve gök dalgası seklindedir. Yer dalgası yayılımının yüzey dalgası, direk (görüs hattı) dalgası ve yerden yansıtılmıs dalga Resim 1 farklı bileseni mevcuttur
Resim 1.(a) iki temel yayılım sekli: Dünya’nın yüzeyi boyunca ilerleyen Yer Dalgası ve atmosfere
gönderilip iyonküre tarafından Dünya’ya geri yansıtılan Gök Dalgası (b) Yer dalgalarının 3 bileseni:
Ufuk altı hattında yeri izleyen Yüzey Dalgası, uzaklık arttıkça kuvveti azalan ve dogru bir hat boyunca ilerleyen Direk Dalga ve Yerden Yansıtılmıs Dalga.Gök dalgaları vericiden çıktıktan sonra atmosferde yayılarak iyonküreye girer. Dalganın iyonküreye giris açısı sinyalin iletim basarısını ve iletim mesafesini etkiler. Radyo sinyalinin anteni terkettigi açıya çıkıs açısı, iyonküreye girdigi açıya da giris açısı denir (Resim 1a Resim 2a). Bu açı, iletim frekansı ve anten tipine baglı olarak belirlenir. Radyo dalgası giris açısına esit açıyla iyonküreden geri yansır. Bu sebeple, çıkıs açısı haberlesme mesafesini belirlemede önemli bir faktördür. Uzak bir istasyonla haberlesmek için çıkıs açısının küçük (giris açısının büyük, Resim 2a, yakın bir istasyonla haberlesmek için ise çıkıs açısının büyük (giris açısının küçük, Resim 2b) olması gerekir
Resim 2) Radyo dalgasının çıkıs açısının (dolayısıyla giris açısının) iletim mesafesine etkisi.(a) Büyük giris açısı ile uzun iletim mesafesinin, ve (b) küçük giris açısı ile daha kısa iletim mesafesinin saglanması.
Radyo dalgasının iyonküreye giris açısı kritik önem tasır, çünkü eger çok dik (dar giris açısı) ise dalga Dünya’ya yansıtılmadan iyonküreyi geçip uzaya çıkar (Resim.3b). Eger, aksine çok genis bir açıyla iyonküreye girerse (Resim 3c), dalga, iyonkürenin alt katmanları tarafından daha yogun iyonlasmıs üst katmanlara ulasmadan emilerek alıcıya ulasması engellenir. Bu yüzden, dalganın Dünya’ya geri dönecek kadar büyük, ancak emilime engel olacak kadar küçük olması gerekir.
Resim.3, Radyo dalgasının iyonküreye giris açısının kırılmaya etkisi.
KRiTiK FREKANS ve KRiTiK AÇI
iyonküre tabakaları kendilerine çarpan Elektromanyetik Dalgaların (EM) kırılıp bükülmesine ve yansımasına neden olur. Yansıma yeter derecede oldugu takdirde EM dalgalar tekrar Dünya’ya dönüp, bir alıcı anteni vasıtasıyla alıcıda duyulabilir. iyonküre tabakalarının iyonlasma dereceleri yükseldikçe yansıtabilecekleri frekanslar da büyür.Herhangi bir anda bir iyonküre abakasının, dikine gönderilen bir EM dalgayı Dünya’ya geri yansıtabilecegi en yüksek frekansa o tabakanın kritik frekansı denir. Bu radyo dalgaları yayılımı ile ilgili herhangi bir tartısmada sıkça duyulan bir terimdir. Belirli bir bölgenin kritikfrekansından daha yüksek frekansla gönderilen radyo dalgaları bu tabakayı geçip uzayda kaybolur (Resim 3.4a). Ancak aynı dalga daha yüksek bir kritik frekansa sahip bir üst bölgeye girerse Dünya’ya dogru geri kırılır (Resim 3.4b). Kritik frekanstan daha düsük frekanstaki dalgalar da daha alt katmandan yansıtılmazlar ya da tamamen emilime ugrayıp kaybolmazlar ise geri yansıtılırlar.
Resim 3.4 iletim için uygun frekansın seçimi dalganın iyonküreden yansıyıp Dünya’ya geri dönebilmesi için kritik önem tasır.
Bir dalganın frekansı ne kadar düsükse iyonlasmıs bir katman tarafından o kadar çabuk kırılır. Resim 3.5 farklı frekanslara sahip 3 ayrı dalganın bir iyonküre katmanına aynı açı ile girisini göstermektedir. 5 MHz’lik dalganın oldukça keskin kırınıma ugradıgı görülmektedir. 20 MHz’lik dalga daha yavas kırılıp daha uzak bir noktada Dünya’ya dönüyor. 100 MHz’lik dalganın frekansı açık bir Resimde kritik frekanstan yüksek ve bu yüzden geri yansıtılmadan uzaya çıkıyor.
Resim 3.5, Aynı açı ile iyonküreye gönderilen dalgaların iyonküreye girdikten sonraki davranısları dalgaların frekansına göre degisiklik gösterir.
Kritik frekanstan daha büyük bir frekanstaki EM dalgalar 90° den küçük bir çıkıs açısı altında gönderilirlerse, öyle bir açıya erisilir ki, bu açıdan küçük bütün gönderme açılarında o frekanstaki dalgalar yine Dünya’ya döner. Kritik frekanstan daha büyük bir frekanstaki EM dalgaların Dünya’ya geri dönüs yapabildigi en büyük çıkıs (gönderme) açısına, o frekansın kritik açısı denir.resim 3.6’da aynı frekansta ancak bir iyonküre katmanına farklı açılarla giren 6 radyo dalgası görülmektedir. 6 numaralı dalganın katmana giris açısı geri yansıtılamayacak kadar dik açıya yakın oldugu için 6 numaralı dalga bir miktar kırılmasına ragmen katmanı geçip uzayda kaybolmustur. Açı azaltılarak 5 numaralı dalganın kendi frekansı için kritik açı degerinde gönderilmistir ve bu yüzden geri yansıtılmıstır. Bu açıdan daha büyük tüm açılarda dalga katmanı asıp uzaya çıkacaktır.
Resim 3.6, Aynı frekanstaki dalgaların iyonküreye kritik açılardan büyük açılarla gönderilmesi dalganın uzayda kaybolmasına (6) neden olur. Kritik açıdan küçük açılarda ise dalganın farklı uzaklıklarda (1–5) Dünya’ya dönmesi mümkündür. 3 numaralı dalga yeryüzüne çarptıktan sonra tekrar iyonküreden yansıtılmıs ve alıcıya ulasmıstır. Bu dalganın yere döndügü ilk nokta bir gök dalgası ile erisilebilecek en kısa mesafedir (atlama mesafesi).
Kritik açı daima 90°den küçüktür. Yayınlanan bir EM dalganın frekansı, kritik frekanstan ne kadar büyük olursa kritik açı da o kadar küçük olur. Kritik frekansın kritik açısı 90° dir.Belirli bir mesafe ile telsiz haberlesmesi yapabilmek için EM dalgaların 90° den küçük bir açı ile gönderilmesi gerekir. O halde telsiz haberlesmesinde kritik frekanstan daha büyük
frekanslar da kullanılabilir. Haberlesme mesafesini arttırmak için gelis açısının küçültülmesi gerektiginden, dalga frekansının o derece büyük olması gerekir.
KULLANILABiLiR FREKANS ARALIGI
iyonkürenin içinde bulundugu durum radyo dalgalarının yayılımını etkilemektedir. Bu sebeple haberlesecek tarafların belirli bir zaman için en uygun haberlesme frekansını seçmesi gerekir. iyonkürenin belirli bir anda sahip oldugu özellikler sebebiyle o an kullanılabilecek en yüksek frekans Maksimum Kullanılabilir Frekans (MUF) olarak tanımlanır. MUF’ dan yüksek frekanslar iyonkürenin o anki sartlarında iyonküre tabakalarını asıp uzaya çıkarlar ya da o kadar yavas kırılmaya ugrar ki istenilen noktanın uzagında yeryüzüne dönerler.
Resim 3.7, MUF ve LUF degerleri ve yayılıma etkileri.
Seçilen sinyal frekansı MUF’un ne kadar altındaysa D tabakası tarafından o kadar fazla emilir. Frekans azaltılmaya devam edilirse belirli bir degerde sinyal tamamen emilir ya da çok çabuk kırıldıgı için alıcının önünde bir noktada yeryüzüne iner ve alıcıya ulasamaz. Bu frekans degerine Minimum Kullanılabilir Frekans (LUF) denmektedir. Bu sebepten, kullanılabilir
frekanslar LUF ve MUF sınır degerlerinin arasında kalanlardır (Resim 3.7). En iyi iletisim için seçilmesi gereken frekans degeri genelde MUF’un %85’i hesaplanarak bulunur. Bu deger genellikle geceleri gündüzden daha düsüktür.
YAYILIM MODLARI
Bir gök dalgasının vericiden alıcıya ulasabilecegi birçok yol vardır. Belli bir tabakadan, gereken en az sayıda sekme ile ulasmasına birinci sıra modu denir. Bir sekme daha gerektiren moda ise ikinci sıra modu denir. E bölgesi modları sadece gündüz iletimleri için mümkündür. Sadece bir katmandan, mesela F katmanından, yayılan modlara ‘basit modlar’ denir (Resim 3.8). E ve F bölgelerinden kırılan modların bileskelerinden, kanal (ducting) ve kiris modlardan olusan daha karmasık modlar da mümkündür (Resim 3.9). Kanal ve kiris modları Dünya’dan ara yansımalar olmaksızın, iyonküredeki birden çok kırınımı içerir. iyonküre tabakalarının düz ve pürüzsüz oldugunu düsünmeye meyilli olsak da, aslında iyonküre karısık ve hareketlidir. Ayrıca içinden geçen dalgalar da sinyallerin kırınımını etkileyebilir. iyonküre tabakaları egilebilir ve bu durumda kanal ve kiris modları olusabilir. iyonküre egilimleri ekvator bölgelerinde, orta enlemlerde ve gün dogum-batım çizgilerinde daha olasıdır. Bu modlar olustugunda, dalgalar D katmanını geçmekte daha az zaman harcadıkları ve yer yansımalarından zayıflamadıkları için daha güçlü olabilirler.
Resim 3.8, Basit yayılım modlarına örnekler. Resimde gösterilen
dalgalar sadece tek bir tabakadan (E veya F) yansımaktadır. Manyetiki 15o enlemlerinde (ekvatoral anomali bölgesi) gündüz iyonküresinin yüksek elektron yogunlugu sayesinde ekvatoru kat eden dalgalar, yüksek frekanslar kullanabilirler.iyonküredeki herhangi bir egilme, uzun mesafeye iyi sinyal gücünü ileten kiris modlarının olusması ile sonuçlanabilir. Kanal modu ise egilme sonucu dalganın iki yansıtıcı katman arasında tuzaga düsmesi sonucu gözlenir. Bu durum daha çok ekvatorsal iyonküre, auroral bölge ve orta enlemlere özgüdür. iyonküre gezinmesi gibi olaylar da kanal ve kiris modlarına benzer yayılımlar olarak sayılabilir
Resim 3.9, Dalgaların E ve F tabakalarından degisik kombinasyonlarda yansımasıyla olusan karısık yayılım modları.
HAVA KOSULLARININ YAYILIMA ETKiSi
Hava kosulları radyo dalgalarının yayılımını etkileyen ek bir faktördür. Rüzgar, hava sıcaklıgı ve atmosferdeki su buharının etkilerinin degisik sekillerde birlesmesi radyo sinyallerinin alısılmıs menzillerinin yüzlerce mil ötesinde bile duyulmasına sebep olabilmektedir. Tersine, bu etkilerin farklı bir birlesimi sinyalin asırı zayıflamasına ve normal menzilin çok altından bile duyulamamasına neden olabilir. Maalesef, hava durumu fazlasıyla karmasık oldugu ve çabuk degistiginden hava sartlarının etkilerini kesin ve hızlı bir sekilde belirlemek için bir kural yoktur. Bu sebepten burada genel olarak bu etkilerden ahsetmekle yetinecegiz.Eger atmosferde su ya da su buharı olmasaydı havanın yayılıma etkilerini hesaplamak çok daha kolay olurdu. Ancak atmosferde her zaman katı, sıvı ya da gaz halinde bir miktar su bulunur ve bu yüzden tüm hesaplamalarda suyun etkileri göz önünde bulundurulmalıdır. Genellikle bu etkiler radyo dalgasının frekans ve dalga boyu ile dogru orantılıdır. Örnegin yagmurun mikrodalga frekanslarında çok belirgin bir etkisi varken HF ve altındaki frekanslar için fazla önemli degildir.Yagmur, suyun yogunlasma sekilleri arasında radyo dalgalarını en çok zayıflatandır. Yagmur damlası, radyo dalgasının gücünün bir kısmını emerek ısıya dönüstürür ya da degisik dogrultularda saçılmasına neden olur. 100 MHz’in üstünde saçılma sebepli kayıp emilmeden de fazladır.Sis yagmurun degisik bir sekli olarak düsünülebilir. Sis sırasında su buharı havada asılı kaldıgı için birim hacimdeki su buharı miktarı zayıflatıcı etkide belirleyicidir. Ancak sisin 2 GHz’in altındaki yayılımlarda etkileri küçük olur.Kar ve dolu suyun diger yogunlasma sekilleridir. Kar tanelerinin düzensiz boyutlarından dolayı karın etkilerini kestirmek güç olsa da, kar yagmurdan 8 kat daha az yogun oldugu için etkisi de daha azdır.Normal atmosfer osullarında yeryüzüne yakın hava daha sıcaktır. Yükseklik arttıkça hava sıcaklıgı kademeli olarak düser. Ancak zaman zaman soguk havanın bir sıcak hava katmanı ile yeryüzü ya da iki sıcak hava katmanı arasında sıkısması gibi anormal haller de görülmektedir. Bu durumlarda havanın yogunlugundaki ve kırılma indislerindeki farklılıklardan dolayı dalgalar alısılmıs menzillerinin çok ötesine ulasabilir (Resim 1 de).
Resim1 de.Radyo dalgasının sıcak hava katmanı ile yeryüzeyi arasındaki soguk hava kanalına sıkısması ile dalga böyle bir kanalın varolmadıgı durumda sahip oldugu normal menzilin çok ötesindeki mesafelere iletilebilir.
EMiLiM
Bir radyo dalgası, gönderici ile alıcı arasında kat ettigi yol boyunca pek çok faktörün etkisi altındadır. Radyo dalgaları üzerinde en fazla olumsuz etkiyi olusturan faktör emilimdir. Emilimin gerçeklesmesi sonucunda radyo dalgası enerji kaybeder ve alınan sinyallerin gücünde azalma ve uzun mesafelerle iletisim yeteneginde zayıflama olusur Resim 2).Gök dalgalarında, emilim kayıplarının çogu iyonküresel kosullara baglı olarak gerçeklesir. Gök dalgalarının emiliminin bir kısmı alt atmosferik katmanlarda olusabilir. Ne var ki, bu kayıp 10 MHz’ in üzerindeki frekanslar için önemlidir. Bunun sebebi su ve su buharıdır.Ancak bu enerji kaybının boyutları büyük olursa sinyal iyonkürede kaybolur. iyonküresel emiliminin büyük kısmı, iyonküresel yogunlugun yüksek oldugu alt bölgelerde gerçeklesir. Bir radyo dalgası iyonküreden geçerken, enerjisinin bir kısmını serbest elektron ve iyonlar için harcar
Resim 2 Gök dalgaları iyonküre sartları ve hava buharı gibi atmosferik sartlar dolayısıyla enerji kaybedip atmosferde kaybolabilir
Eger bu yüksek enerjili serbest elektron ve iyonlar düsük enerjili gaz molekülleri ile çarpısmazlar ise, radyo dalgasının kaybettigi enerjinin büyük kısmı elektromanyetik enerjiye dönüsür ve dalga yogunlugu çok fazla degismeden yayılmaya devam eder. Fakat yüksek enerji yüklü serbest elektron ve iyonlar diger parçacıklarla çarpısırlarsa, bu enerjinin büyük kısmı kaybedilir ve dalganın enerjisi emilmis olur. Enerjinin emilimi parçacıkların çarpısmasına baglı oldugu için, iyonküre katmanları ne kadar yogun ise çarpısma ve dolayısıyla emilim ihtimalide o kadar yüksek olur F bölgesi D ve E bölgesine göre 10 kattan daha fazla elektrona sahip oldugu için F bölgesinin bu elektron etkisiyle çok yüksek frekanslı dalgaları yansıtabilir. D ve E bölgelerinde yüksek frekanslı dalgalar bu elektron etkisiyle zayıflar Gündüzleri F2 bölgesindeki elektron yogunlugu çok yüksek oldugundan daha yüksek frekansları yansıtabilir. D ve E bölgelerinde ise bir miktar zayıflama gerçeklesir . Aksamları ise E bölgesinde elektron yogunlugu azalır ve D bölgesinde yok olur. Bu yüzden düsük HF frekansları bile çok az bir zayıflamaya ugrarlar. Yukarıda sözü edilenler normal kosullarda uygulanır, fakat yüksek günes aktivitesinin
oldugu yaz aylarında durum degisir. Bu dönemlerde D bölgesinde emilim devam ederken E bölgesi günün herhangi bir zamanında HF dalgalarını yansıtır Genel olarak HF(Yüksek Frekans) ‘ın MF(Orta Frekans) ve VHF(Çok yüksek frekans) ile karsılastırıldıgında avantajı iyonküresel yayılımda çok önemsiz bir zayıflamaya ugramasıdır
HF dalgaların emilimi;
iyonküre plazmasının kırılma indisi n= i + ii seklinde kompleks bir kırılma indisidir. Bu
durumda iyonküre plazması içinde ilerleyen düzlem elektromanyetik dalga,
E = E0e-( /c) iS.ei ((i/c).S-t)
seklinde yazılabilir. Dalga iyonküre içinde S yolu kadar ilerledigi zaman, e-( /c) iS kadar sönüme
ugrayacaktır. i=( /c) i absorpsiyon sabiti olarak tanımlanırsa yansıma sabiti i cinsinden elde
edilebilir. Alınan dalganın genliginin, absorpsiyon olmadan alınan dalganın genligine oranı i
olarak tanımlanırsa, denklem
lni=-iids
olarak bulunur. Absorpsiyonun L, desibel(dB) cinsinden ifadesi
L=8.68iids
dir. Göndericiden çıkan bir dalganın alıcıda alınması halinde yolda ugrayacagı absorpsiyonu
denklem kullanılarak elde edilir. Bu amaca ulasmak için iyonküre plazmasının kırılma
indisinin sanal kısmı i’nın bilinmesi gerekmektedir.
Sonuçta; elektron yogunlugunun fazla oldugu ögle saatleri ve yaz ayları emilimin en fazla oldugu, yansımaların da en az oldugu dönemlerdir Yansımanın çok olması kullanılan frekansın büyük olması ile dogru orantılıdır Özellikle kıs aylarında kullanılan frekans plazma frekansından büyük ise, dalgalar yansımadan iyonkürenin üst bölgelerine çıkar ve alıcıya sinyal gelmez
SÖNÜMLEME
Göndericiden çıkan elektromanyetik dalgaların farklı yollar izleyerek alıcıya ulasması ve alıcıda birbirini zayıflatmasıdır. Radyo sinyallerinin iletimindeki en rahatsız edici sorun sinyal gücündeki degisimlerdir, yani zayıflamadır. iyonküre zamanla sürekli olarak degistigi için yansıyan sinyal genligi de zamanla degisir. Bunun sebebi, iyonküredeki degisimlerden dolayı
alıcıya gelen sinyalin iyonküredeki farklı yansıma noktalarından, dolayısıyla farklı fazdan gelmesidir i Zayıflama terimi dakika, saniye ve hatta saniyenin parçaları gibi belirli zaman aralıklarında meydana gelen, nispeten süratli degismeler için kullanılır. Zayıflama yüksek frekanslarda, düsük frekanslardan daha ani olur. Düsük frekanslarda emilim büyük degerlere
ulasır. Bu yüzden yüksek frekans kullanımı tavsiye edilebilir. Bilhassa sönümleme gün içinde yüksekse tercih edilmelidir. Genel olarak F2 bölgesindeki düzensizlikler manyetik fırtına degisimleri ve yüksek frekanslı dalgaların sartlarındaki degisimler sönümlemeye neden olur .D bölgesinde sönümleme Günes ile degisir. Gün ısıgı maksimum iken sönümleme en
yüksek degerine ulasır. Sinyal sönümlemesi yazın gün ortasında daha fazladır. Sönümleme enlemlerde de degisiklik gösterir. Ekvatora aklastıkça artar, kutuplara yaklastıkça sönümleme azalır.Sönümleme de gerekli olan göndermeç gücünü, karısmayı önleyebilmek için gerekli koruma oranını, verimli bir farklılasma veya kodlama sistemini belirlemek için; sönümlemenin yogunlugunu ve hızını bilmek gerekir. Sönümleme iyonküreye gelen sinyallerin alınmasını zorlastıran bir etken oldugu için devamlı bir sinyal, zayıf bir sinyal olsa bile gürültü seviyesinin
altında bir anlık sönümlemeye ugrayan ve alıcıya birkaç saniye geç ulasan sinyalden daha kolay bir çalısma saglar. Sönümleme için bazı büyüklük oranları yüksek frekanslı(HF) dalgalar için Tablo 1 de verilmistir.
Tablo 1, HF dalgaların sönümleme ve iletim degerleri
Sönümlemeye sebep olabilecek pek çok kosul vardır. Sönümleme çesitleri olarak adlandırılan bu kosullar: Polarizasyon sönümlemesi, emilim sönümlemesi, karıstırma sönümlemesi, çokyollu sönümlemesi olarak sıralanabilir.,
EM dalga yayılımı
Çok algılayıcılı tümleşik gözetleme, taktik balistik füzelere karşı erken uyarı, orta ve uzun mesafeli haberleşme, sürekli okyanusbilimsel ve meteorolojik izleme, uzaktan algılama, gezgin iletişimde hücre ve servis planlama olarak gruplanabilen
sistemlerin tümünde, uygulama alanı ne olursa olsun (servis planlaması, gözetleme, haberleşme vs.), yeryüzü üzerindeki iki nokta arasındaki EM dalga yayılım karakteristiklerinin ve yol kaybının belirlenebilmesi gerekmektedir.
Dünya üzerinde EM dalga yayılımı incelenirken:
• Atmosferdeki yüksekliğe ve mesafeye bağlı
değişimler,
• Çalışma frekansı,
• Alıcı verici konumları,
• Yeryüzü geometrisi (yükselti farklılıkları),
• Yerin elektromanyetik özellikleri,
gözönüne alınmalıdır. Bunun yanı sıra, atmosferik kırılma indisi ya da deniz dalgalılığı gibi parametreler, mevsimsel özellikler ya da gece gündüz arası farklılıklar gibi nedenlerle zamana bağlı olarak da değişim gösterebilmektedir
Özellikle haberleşme ve bilgi toplama sistemlerinin büyük önem kazandığı yüzyılımız içerisinde, pek çok araştırmacı bu karmaşık ve analitik modellemesi zor olan problem üzerinde çalışmıştır. Bu konudaki yaygın literatüre örnek olarak, Wait (1962) ve Fock (1965) tarafından yazılan klasik olarak nitelenebilecek kitaplar ve bu çalışmayla daha çok ilgili olan birkaç makale gösterilebilir (Ishihara v. diğ., 1991a, 1991b; Sevgi v. diğ., 1998; Wait, 1998; De Minco, 2000). Bu yayınlarda dünya üzerinde EM yayılım probleminin çözümüne, genellikle küresel geometriye ve homojen atmosfere sahip dünya yüzeyi üzerine ya da belirli bir yüksekliğe yerleştirilmiş düşey/yatay elektrik dipol olarak belirlenen bir kaynak gözönüne alınarak başlanmakta ve problem çeşitli yaklaşıklarla çözülmesi mümkün denklemlere indirgenmektedir. Atmosferin yükseklikle ya da yüzey empedansının mesafe ile değişimi (kara-deniz geçişi) gibi EM yayılımın karakteristiğini (frekansa bağlı olarak) tamamen değiştirebilen çeşitli ortam parametreleri gene belirli yaklaşıklar altında elde edilen yaklaşık analitik ifadelere eklenmektedir. Var olan teknikler Problemin tanımı ve spektral integral çözümü Yüksek ve çok yüksek frekanslarda dünya üzerine düşey ya da yatay olarak yerleştirilen elektrik dipol tarafından oluşturulan elektromanyetik dalgaların yayılım probleminin çözümüne, homojen olmayan atmosfer tabakasıyla kaplı, yüzeyde empedans koşullarını sağlayan, küresel ve pürüzsüz bir dünya modeli tanımlanarak başlanabilir. Küresel koordinatlarda (r,θ,ϕ
, dünyanın yarıçapı r=a olarak verilir ve dünya yüzeyi üzerindeki (r=a’daki) iletkenlik özelliği, Zs olarak tanımlanan yüzey empedansı ile belirlenirse, θ=0 ve r’ ≥ a noktasındaki düşey yerleştirilmiş dipol kaynağın uyaracağı alanlar, yatayda simetri koşulu altında sadece radyal rU(r,θ bileşenine sahip Hertz vektöründen elde edilebilir (Wait, 1962). Zamana bağımlılık exp(− jωt)olarak alınırsa:
E (Ure ) rr r = ∇×∇× (1)
H j (Ure ) rr r= − ωε∇× (2)
Zaman domeni yöntemi: TDWP
Bir önceki bölümde kısaca açıklan yöntemler,frekans domeninde çözüm üretirler. Bu bölümde, yer dalgası yayılım problemini doğrudan doğruya zaman domeninde çözen saf sayısal yeni bir yöntem açıklanacaktır. Maxwell denklemlerindeki konuma bağlı türev operatörlerinin Taylor açılımı kullanılarak ayrıklaştırılması ile elde edilen sonlu farklar (FD, Finite Difference) yöntemi, 1966 yılında K. S. Yee tarafından zamana bağlı türevlerin de aynı şekilde sayısallaştırılması ile zaman domenine
taşınmış ve zamanda sonlu farklar (FDTD, Finite Difference Time Domain) yöntemi olarak adlandırılmıştır. Bu yöntemde, en genel halde,ortam Yee tarafından önerilen birim hücrelere bölünür ve her zaman adımında bu hücrelerin tümünde elektrik ve alan bileşenleri ayrı ayrı ilgili iteratif denklemler kullanılarak hesaplanır. En genel halde üç boyutlu FDTD yönteminde,her bir Yee hücresinde, hesap uzayındaki konumu (i, j, k) ile belirlenen 3 elektrik ve 3 manyetik alan bileşeni bulunmaktadır. Zaman ve konumdaki ayrık adımlar sırasıyla Δt ve Δx, Δy, Δz olarak tanımlanırlar. Her bir alan bileşeninin ait olduğu hücre (örneğin Ex(i, j, k), Hz(i, j, k)) aynı (i, j, k) etiketi ile belirlendiği halde, hücredeki konumları birbirinden farklıdır. Bir hücre içindeki elektrik ve manyetik alanlar arasında da hesaplama sırasında Δt /2 kadar bir zaman farkı bulunmaktadır. Ortam parametreleri ε (dielektrik geçirgenlik), μ (manyetik geçirgenlik), σ (iletkenlik) yardımıyla herhangi bir hesap uzayı içine her türlü nesne yerleştirilebilir. Hesaplamalar zaman domeninde yapıldığı için, kaynak fonksiyonu olarak darbesel bir işaret kullanıldığında, tek bir FDTD simulasyonu ile, geniş bandlı çözümler elde edilebilmektedir. Özellikle son yıllarda, birbirinden farklı ve karmaşık, analitik çözümü zor bulunan ya da hiç bulunamayan elektromanyetik problemlerin çözümünde etkin olarak kullanılan FDTD yöntemi, Akleman ve diğerleri (2000) tarafından ilk kez atmosferde yer dalgası yayılımının modellenmesi için uygun hale getirilmiş ve Time Domain Wave Propagator (TDWP). olarak adlandırılmıştır. Bunun için, diğer analitik ve analitik-sayısal yöntemlerde olduğu gibi ortam yatayda simetrik kabul edildiğinden iki boyutlu FDTD yöntemi kullanılmıştır. Dünya üzerine yerleşti ilen elektrik dipol tarafından uyarılan alanlar iki boyutlu uzay da TMz modunun yayılmasına neden olurlar. Bu yüzden, iki boyutlu TMz yer dalgası yayılımını modellemek üzere, iteratif denklemleri
kaynak
wwww.cyber-warrior.org
