Effetto della Winter Anomaly nelle bande basse

Il seguente articolo “Effetto della Winter Anomaly nelle bande basse” è stato pubblicato sul mese di maggio 2018 della rivista “radio kit elettronica“.
Effetto della Winter Anomaly nelle bande basse
Tra il 24° el 25° ciclo solare

Durante il periodo del ciclo solare con minimo di macchie l’Anomalia Invernale, Winter Anomaly, influisce anche sulle bande basse; 3,5 MHz ma specialmente 7 MHz.
Ora stiamo attraversando il minimo, fra la fine del ciclo ventiquattro e l’inizio del ciclo venticinque. La media delle macchie solari giornaliera in questo periodo è da zero a dieci. La fig. 1 mostra gli ultimi due cicli e le previsioni per il prossimo.

La banda dei 40 metri risente della Winter Anomaly specialmente durante le ore diurne per radiocomunicazioni a breve e media distanza, fino a circa 600/700 km. Gli strati ionizzati interessati a queste tratte sono: lo strato D, che va da 50 km a 70 km di altezza e lo strato E da 100 km a 140 km di altezza.

Le radiocomunicazioni fino a distanze, attorno a 600/700 km, nei 7 MHz, possono avvenire in tre modi diversi. Per onda di terra, fino a 100 km circa, ma con potenze abbastanza alte, attorno a 500 Watt, per fortissimo assorbimento del terreno, a queste frequenze e per l’effetto superficiale che ruota la polarizzazione del campo elettromagnetico verticalmente ed è quindi ricevibile senza apprezzabile attenuazione con antenne verticali. Per onda riflessa verticalmente dagli strati E o F chiamata NVIS, Near Vertical Incidence Skaywave fig. 2.

Il segnale è irradiato verso l’alto, con angoli di radiazioni molto vicino a 90°, e secondo lo strato o gli strati che lo riflettono verso il basso copre una distanza fino a circa 600/700 km di raggio dall’antenna. I dipoli orizzontali o a V invertita e i loop orizzontali si adattano molto bene a questo tipo di propagazione. Per distanze superiori si sfrutta la riflessione dello strato E che va da distanze minime di 600/700 km e oltre. La Fig. 2 mostra la propagazione NVIS.
In giornate invernali particolarmente fredde, il gradiente termico atmosferico è compresso più vicino alla superficie terrestre. La densità di atomi del plasma gassoso atmosferico è alta perché concentrati in minor spazio. La maggiore densità di atomi è più vicina alla superficie terrestre coinvolgendo le zone atmosferiche: troposfera, tropopausa, stratosfera e mesosfera dove si trovano gli strati ionizzati D e E.
L’Anomalia Invernale è evidenziata dal fatto che nonostante la minore incidenza dei raggi solari, sia per la stagione invernale sia per la bassa attività solare, gli strati inferiori D e E subiscono una forte ionizzazione per l’effetto dell’altissima densità di atomi in un certo volume atmosferico.
Lo strato D deve essere considerato molto dissipativo piuttosto che riflettente per la frequenza di collisioni molto elevata dovuta al movimento oscillatorio di elettroni e ioni. L’attraversamento, dello strato D, da parte di un campo elettromagnetico ne favorisce la ricombinazione con conseguente assorbimento di energia. Questo fenomeno nelle ore diurne e per frequenze relativamente basse, da circa 10 MHz in giù, provoca il quasi totale assorbimento delle onde radio emesse con angoli di radiazione molto alti. Questo fatto impedisce quasi completamente la propagazione NVIS per medie distanze sulla 7 MHz nelle ore diurne, creando una zona d’ombra fra la fine dell’onda di terra e il limite minimo di riflessione dello strato E.
A parità di frequenza, però, i campi elettromagnetici trasmessi con angoli di radiazione da 0°, tangenti alla superficie terrestre, fino a circa 20° di elevazione sull’orizzonte, sono attenuati molto meno riuscendo a perforare lo stato D e raggiungere lo strato E che li riflette verso terra da una distanza minima di 600/700 km e oltre. La Fig. 3 illustra la situazione.

Durante i due contest italiani invernali, il 40/80 nella seconda settimana di dicembre 2017 e il Bande Basse nella seconda settimana di gennaio 2018, abbiamo sperimentato proprio questo tipo di situazione. Il sabato pomeriggio, prima del tramonto e domenica mattina, nei 40 metri, la propagazione era quasi completamente chiusa per le medie distanze.
Nel nordest arrivavano stazioni locali, con segnali moderati, tramite onda di terra, poi c’era un buco di propagazione verso Lombardia, Piemonte e Liguria a ovest ed Emilia Romagna e regioni centrali verso sud. Segnali fortissimi incominciavano arrivare dal sud della Campania, Basilicata, Puglia e Sicilia tramite riflessione dello strato E. Dalla Sardegna segnali bassi al limite minimo della riflessine dello strato E.
La banda degli 80 metri era usabile, nelle ore di buio, con onda di terra e propagazione NVIS dallo stato F per tutta l’Italia. Durante le ore di buio gli strati D e E sono completamente disciolti, è presente solo lo strato F a un’altezza media di circa 250 km.
Fiorino/i3fdz

Biografia:
http://docs.sunpy.org/en/stable/generated/gallery/index.html#acquiring-data
da cui è ricavata anche la Fig.1
https://www.researchgate.net/figure/In-Near-Vertical-Incidence-Skywave-NVIS-communications-electromagnetic-waves-are-sent_fig3_284284255
da cui è ricavata anche la Fig. 2
https://cispio.diet.uniroma1.it/marzano/PropagazioneEM/11_Prop_ionosferica.pdf    (il link dalla pubblicazione sulla rivista alla pubblicazione odierna su questo blog è stato protetto da una pass word)

Winter Anomaly di i3fdz Radio kit elettronica 04/2017 pag.64
Propagazione Radio Ionosferica di Enzo Ziviani/i3cnj e Luciano Piva/i3lpl
1978 ARI Verona

https://www.arrl.org/files/file/Technology/pdf/119962.pdf

http://www.ariroma.it/wp/repo/docs/projects/propag_ionosferica.pdf