Kennelly–Heaviside'i kiht: ionosfääri E-ala (90–150 km) ja AM-signaalide peegeldus

Tutvu Kennelly–Heaviside'i kihiga: ionosfääri E-ala (90–150 km), kuidas see peegeldab AM-signaale, tagab pikaajalise raadioside ja selle ajaloolise tähenduse.

Kennelly–Heaviside'i kiht sai nime teadlaste Arthur Edwin Kennelly ja Oliver Heaviside järgi. Idee ionosfääril baseeruva peegeldava kihina tehti algselt 1902. aasta paiku; selle olemasolu kinnitas 1924. aastal inglise füüsik Edward V. Appleton, kes pälvis selle töö eest 1947. aastal Nobeli preemia. Kennelly–Heaviside'i kiht ehk E piirkond on ionosfääri osa, kus gaasid on osaliselt ioniseeritud ja mis asub ligikaudu 90 kuni 150 kilomeetri kõrgusel maapinnast. See kiht suudab peegeldada keskmise lühilaine elektromagnetlainet (EM), eriti sagedusribalt umbes 300 kHz kuni 3 MHz, mida kasutati laialdaselt AM-raadio (Amplitude Modulated) levitamiseks.

Kuidas see toimib

Ionosfääriline peegeldus ei ole otsene peegeldumine nagu peeglist, vaid laine murdumine ja tagasi suunamine tingituna õhu ioniseeritusest. Kui elektronide tihedus kihis on piisavalt suur, muutub ioniseeritud õhu murdumisnäitaja nii, et raadio­sagedus kumerdub ja võib tagasi maapinna suunas pöörduda. Peegeldumise võimalikkust määrab kihi kriitiline sagedus ja laine saab ka peegelduda ainult siis, kui laine sagedus on sellest madalam (või kui saabub sobiva nurga alt, mis määrab maksimaalse kasutatava sageduse — MUF).

Päevane ja öine käitumine ning liigsed nähtused

• Päeval: päikese UV- ja röntgenkiirgus ioniseerib atmosfääri tugevamalt, tekib D- ja E-kihi ionisatsioon; D-kiht võib neelata madalama sagedusega signaale, mistõttu AM-levi päeval on mõnel sagedusel nõrgem.
• Öösel: D-kiht nõrgeneb ja E- ning F-kihtide mõju muutub — AM-signaalid võivad kaugele levitada tänu heale skywave-levile.
• Sporadiline E (Es): lühiajalised ja lokaalsed tugevad ionisatsiooni tõusud E-kihis, mis võivad võimaldada VHF-signaalide (kuni mõnikümmend või sajad MHz) ootamatut kaugele kandumist.
• Päikese aktiivsus: päikesetormid, koronaalmassiväljutused ja geomagnetilised häired muudavad ionosfääri struktuuri ja seega raadioside omadusi — võivad tekkida signaali hälbed, fade‘id või täielikud katkestused.

Praktilised aspektid ja kasutus

• 1920. aastate lõpus-1930. aastatel võimaldas Kennelly–Heaviside'i kihi abil toimuv skywave-levitus AM-raadiosaatjate signaali edastamist sadade- kuni tuhandekilomeetrite taha, mis oli tollal oluline riikidevahelise ja regionaalse sidetugi jaoks.
• Kontseptuaalselt on tähtsad mõisted nagu kriitiline sagedus ja maksimaalselt kasutatav sagedus (MUF), mis määravad, millistel sagedustel ja millise nurga alt saab laine ionosfäärist tagasi peegelduda.
• Tänapäeval kasutatakse ionosfäärilist levikut endiselt amatöörraadios, mere- ja hädaolukordade sideks, mõnede üle-horisondi radarite ja uurimismeetodite jaoks. AM-raadio ülemaailmne tähtsus on küll vähenenud, kuid ionosfääriline levitus jääb oluliseks tehnoloogiliseks nähtuseks.

Piinangud ja piirangud

• Signaali tugevus ja usaldusväärsus sõltuvad tugevalt kellaajast, hooajast ja päikese aktiivsusest, mistõttu side võib olla ebaühtlane.
• Mitmesignaali peegeldumine võib tekitada faasivahetusi ja fadingut, mis halvendavad heli ja andmete kvaliteeti.
• Sporadiline E võib küll avada ootamatuid raadioside kanaleid, kuid see on ettearvamatu ja lühiajaline.

Kokkuvõttes on Kennelly–Heaviside'i kiht ehk E piirkond ionosfääris oluline füüsikaline struktuur, mis võimaldas ja võimaldab endiselt pika‑ulatuslikku raadiosidet, kuid selle omadused on muutuvad ja sõltuvad keskkonna‑ ning kosmoseoludest.

Otsing