Réflexion simple d'une onde dans l'ionosphère

par **14RC126** Sam 21 Nov - 17:04

Les couches E et F peuvent être considérées comme des miroirs pour les ondes courtes dont la fréquence est inférieure à la FMU et permettent d'atteindre indirectement des zones qui seraient totalement masquées par le relief ou simplement par la courbure terrestre ; les ondes radio, comme la lumière, ne se propageant qu'en ligne droite.

Angle critique

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]Une onde de fréquence supérieure à la fréquence critique peut être réfléchie par une couche ionisée si l'angle d'attaque q est inférieur à une certaine valeur appelée angle critique.
Ce phénomène s'apparente à la réflexion d'un rayon lumineux à la surface d'un plan d'eau claire : en regardant perpendiculairement à la surface de l'eau on peut voir ce qui se passe sous la surface.
Si le regard se porte sur un endroit plus éloigné, vers le milieu du plan d'eau alors que l'on se trouve sur une berge, on ne verra que le reflet de la rive opposée.
Sur la figure ci-contre sont représentés 4 cas :
1 - l'angle d'attaque est grand (angle d'incidence i faible) : l'onde traverse la couche sans être notablement déviée.
2 - angle d'attaque > angle critique : le rayon est fortement dévié.
3 - angle d'attaque = angle critique, l'onde est réfléchie et atteint le point A.
4 - angle d'attaque minimum, au ras de l'horizon : l'onde est reçue au point le plus éloigné qu'il soit possible d'atteindre
La zone couverte par l'onde est comprise entre A et B. A la surface de la Terre elle a une forme de couronne de centre E

Distance de saut et zone de silence

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]La distance entre l'émetteur E et A, l'endroit où le signal est de nouveau audible, est la distance de saut ("skip distance" en anglais).
Elle dépend de la fréquence et de la couche utilisée.
En pratique on observe des distances de saut allant de 100 à 200 km pour la bande 40m (7MHz) jusqu'à 1500 à 2000 km pour la bande 10m (28MHz). Ainsi on a une zone (plus ou moins) circulaire centrée sur la position de l'émetteur où aucun signal n'est audible, en dehors de l'onde de sol (en magenta sur la figure).
Cette dernière couvre une région circulaire autour de l'émetteur, de rayon ES.
Entre S et A se trouve une région en forme de couronne, la zone de silence, où le récepteur est trop loin de l'émetteur pour recevoir l'onde de sol et trop proche pour recevoir l'onde d'espace réfléchie par l'ionosphère.
La distance de saut peut varier énormément au cours de la même journée et s'annuler totalement si l'angle critique augmente jusqu'à atteindre 90 degrés en cas de forte ionisation.
La zone de silence elle-même n'est pas toujours celle d'un silence absolu mais simplement d'une très forte atténuation. Ce qui permet de contacter malgré tout à un Parisien de contacter tous les départements français sur la bande 10 m.

Angle de départ, angle d'arrivée

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]Si les couches E et F étaient des miroirs parfaitement "horizontaux", si l'on peut dire, l'angle de départ de l'onde incidente serait égal à l'angle d'arrivée de l'onde réfléchie.
Ce n'est pas toujours le cas, les régions ionisées étant loin d'être homogènes.
Il en résulte des réflexions qui peuvent être dissymétriques, l'onde réfléchie pouvant être déviée vers la droite ou la gauche, l'avant ou l'arrière. Ce phénomène peut participer à la formation de fading.

Distance parcourue en un seul bond

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]Selon que la réflexion s'effectue sur la couche E à 100 km d'altitude ou sur la couche F à 300 km d'altitude, la distance parcourue en un seul bond variera du simple au triple.
La distance parcourue dépend aussi fortement de l'angle de départ : en tirant au ras de l'horizon sur la couche F, la distance parcourue pourra être de l'ordre de 4000km alors qu'elle ne sera que de 600 km avec un angle de départ de 45 degrés.
Tous les amateurs de trafic DX savent l'intérêt qu'il y a d'utiliser des antennes à angle de départ le plus faible possible.
Le tableau ci dessous donne les distances parcourue par un seul bond sur la couche E et la couche F en fonction de l'angle de départ, en tenant compte de la courbure terrestre.

angle de départ	couche E	couche F
0	2200	4000
10	1000	2300
20	500	1500
30	350	1000
40	250	700
50	180	500
60	120	350
70	75	220
80	35	100

Pour atteindre les antipodes, un seul bond n'est pas possible.
Plusieurs bonds sont nécessaires pour couvrir de grandes distances (DX), soit sur la couche F soit sur la couche E, soit sur les deux. Voir :Les modes de propagation ionosphérique.

Atténuation due à la traversée des couches E, D et F1

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]Avant et après avoir été réfléchie par la couche F2, une onde émise par l'émetteur T subit différentes pertes et atténuations :
- absorption partielle non déviative par la couche D
- atténuation et réflexion partielle dans la couche E
- atténuation par absorption déviative dans la couche F1
Puis, en sens inverse :
- atténuation et réflexion partielle dans la couche E
- absorption partielle non déviative par la couche D
et elle parvient au récepteur R, nettement affaiblie.