Frecuencia crítica

En telecomunicaciones , el término frecuencia crítica tiene los siguientes significados: ^[1]

En la propagación de radio a través de la ionosfera , la frecuencia en la cual o por debajo de la cual un componente de onda se refleja en una capa ionosférica y por encima de la cual penetra a través de ella.
En incidencia casi vertical, frecuencia límite en la cual o por debajo de la cual, el componente de onda se refleja en una capa ionosférica y por encima de la cual penetra a través de ella.

La frecuencia crítica cambia con la hora del día, las condiciones atmosféricas y el ángulo de disparo de las ondas de radio por la antena.

La existencia de la frecuencia crítica es el resultado de la limitación de los electrones, es decir, la insuficiencia del número existente de electrones libres para soportar la reflexión a frecuencias más altas.

En el procesamiento de señales, la frecuencia crítica también es otro nombre para la frecuencia de Nyquist .

La frecuencia crítica es la magnitud de frecuencia más alta por encima de la cual las ondas penetran en la ionosfera y por debajo de la cual las ondas se reflejan desde la ionosfera. Se denota por " fc ". Su valor no es fijo y depende _de la densidad electrónica de la ionosfera.

Ecuaciones

Frecuencia crítica en función de la densidad electrónica

La frecuencia crítica se puede calcular con la densidad electrónica dada por:

$f_{\text{c}}=9{\sqrt {N_{\text{máx}}}}$

donde N _max es la densidad máxima de electrones por m ³ y f _c está en Hz. ^[2]

Frecuencia crítica en función de la frecuencia máxima utilizable

La frecuencia crítica se puede calcular mediante:

$f_{\text{c}}=MUF*cos\theta$

donde MUF es la frecuencia máxima utilizable y es el ángulo de incidencia ^[2] ${\estilo de visualización \theta}$

Relación con la frecuencia plasmática

La dependencia de la frecuencia crítica con respecto a la densidad de electrones se puede relacionar a través del concepto de oscilación del plasma, particularmente el mecanismo de electrones "fríos" .

$\omega _{\mathrm {pe} }={\sqrt {\frac {n_{\mathrm {e} }e^{2}}{m^{*}\varepsilon _{0}}}} ,\left[\mathrm {rad/s} \right]$

Utilizando la carga del electrón , la masa del electrón y la permitividad del espacio libre se obtiene, $e=1.602\cdot 10^{-19}culombios$ $m^{*}=9,10938356\cdot 10^{-31}kilogramos$ $\epsilon _{o}=8.854187817\cdot 10^{-12}A^{2}s^{4}m^{-3}kg^{-1}$

$\omega _{\mathrm {pe} }=2\pi f=56.415{\sqrt {n_{e}}}$

y resolviendo la frecuencia,

$f_{\text{c}}=8,979{\sqrt {N_{\text{máx}}}}\aprox 9{\sqrt {N_{\text{máx}}}}$

Relación con el índice de refracción

El índice de refracción tiene la fórmula que muestra la dependencia en la longitud de onda . ^[3] El resultado de que la fuerza debida al campo de polarización en un gas ionizado de baja concentración se cancela por el efecto de las colisiones entre iones y electrones se restablece de una manera simple que muestra claramente la base física para el efecto. Debido a esta cancelación, la fórmula de Sellmeyer , determina la relación entre la densidad numérica de electrones, N , y el índice de refracción, n , en la ionosfera cuando se descuidan las colisiones. ^[4] $n={\frac {c}{v}}$

$n^{2}-1={\frac {-Ne^{2}}{\epsilon _ {o}m\omega ^{2}}}$ .

Usando los valores predeterminados para la carga del electrón , la permitividad del espacio libre y la masa del electrón , y cambiando la velocidad angular con respecto a la frecuencia, esto da como resultado ${\estilo de visualización e}$ $\epsilon_{o}$ ${\estilo de visualización \omega}$ ${\estilo de visualización f}$

$n^{2}-1={\frac {3182.607N}{(2\pi f)^{2}}}$

y resolviendo el índice de refracción n,

$n={\sqrt {1-{\frac {80.616N}{f^{2}}}}}\approx {\sqrt {1-{\frac {81N}{f^{2}}}}}$

Frecuencia crítica y la capa F de la ionosfera

Todas las comunicaciones por radio de alta frecuencia a larga distancia utilizan señales de radio de alta frecuencia que inciden oblicuamente sobre la ionosfera. Si la frecuencia de alta frecuencia es superior a la frecuencia crítica, las señales de radio pasan a través de la ionosfera en ángulo en lugar de hacerlo de frente. ^[5]
La frecuencia crítica cambia continuamente y la capa F de la ionosfera es la principal responsable de la reflexión de las ondas de radio hacia la Tierra.
Las otras capas (D) interactúan de otras maneras: absorción de frecuencia y durante el día, se forman las capas D y la capa F se divide en las capas F1 y F2.
Debido a los cambios en la ionosfera durante el día y la noche, durante el día las bandas de frecuencia más altas bajo frecuencia crítica funcionan mejor, pero durante la noche las bandas de frecuencia más bajas funcionan mejor.
La capa D está presente durante el día y es un buen absorbente de ondas de radio, lo que aumenta las pérdidas. Las frecuencias más altas se absorben menos, por lo que las frecuencias más altas tienden a funcionar mejor durante el día.
El enlace del mapa de frecuencia crítica de la capa F2, que se actualiza cada cinco minutos, se puede ver en este sitio web http://www.spacew.com/www/fof2.html Archivado el 28 de junio de 2014 en Wayback Machine.
El enlace al mapa de la ionosfera y las frecuencias máximas utilizables prácticas (MUF), que se actualiza cada cinco minutos, se puede ver en este sitio web http://www.sws.bom.gov.au/HF_Systems/6/9/1

Véase también

Referencias

^ "Definición: frecuencia crítica". www.its.bldrdoc.gov . Consultado el 13 de septiembre de 2018 .
^ ab "CF vs MUF | Diferencia entre CF y MUF". www.rfwireless-world.com . Consultado el 13 de septiembre de 2018 .
^ "UCSB Science Line". scienceline.ucsb.edu . Consultado el 14 de septiembre de 2018 .
^ Theimer, Otto; Taylor, Leonard S. (octubre de 1961). "Sobre el índice de refracción en la ionosfera". Revista de investigación geofísica . 66 (10): 3157– 3162. Bibcode :1961JGR....66.3157T. doi :10.1029/jz066i010p03157. ISSN 0148-0227.
^ "Propagación de radio HF" (PDF) . Servicios Meteorológicos Espaciales . Archivado (PDF) del original el 2022-10-09.

Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de MIL-STD-188 ).

[1] "Definición: frecuencia crítica". www.its.bldrdoc.gov . Consultado el 13 de septiembre de 2018 .

[:0-2] "CF vs MUF | Diferencia entre CF y MUF". www.rfwireless-world.com . Consultado el 13 de septiembre de 2018 .

[3] "UCSB Science Line". scienceline.ucsb.edu . Consultado el 14 de septiembre de 2018 .

[4] Theimer, Otto; Taylor, Leonard S. (octubre de 1961). "Sobre el índice de refracción en la ionosfera". Revista de investigación geofísica . 66 (10): 3157– 3162. Bibcode :1961JGR....66.3157T. doi :10.1029/jz066i010p03157. ISSN 0148-0227.

[5] "Propagación de radio HF" (PDF) . Servicios Meteorológicos Espaciales . Archivado (PDF) del original el 2022-10-09.