Le ionosonde - IZØKBA Lorenzo

A volte capita mentre si ascolta una stazione in SSB in onde corte, di udire per un breve istante un tono a frequenza variabile, uno sweep che dura proprio un attimo; nelle moderne radio dotate di analizzatore di spetto (waterfall) è possibile vedere una retta obliqua formarsi da sinistra verso destra. Ecco, quello che abbiamo ascoltato e visto sul waterfall è il segnale di una ionosonda, io di solito ne vedo e ascolto 2 in sequenza, dopo il primo sweep ne segue un altro dopo pochi secondi, il tono sweepato (a frequenza variabile) lo si ascolta da frequenza bassa ad acuta se si è in USB, viceversa da un tono acuto verso uno grave se si è in ascolto in LSB.

In questo snapshot è possibile vedere una ionosonda “passare” sullo spettroscopio

Il periodo migliore per ricevere questo tipo di segnale è il periodo caldo: primavera estate ed autunno, quando la propagazione nelle gamme alte è migliore; ricevere i segnali delle ionosonde è sinonimo di buona/alta propagazione, la loro potenza non è elevata, nell’ordine del centinaio di Watt; la ricezione è solitamente involontaria in quanto esse hanno una emissione che spazia per tutto lo spettro delle onde corte.

Queste ionosonde, da non confondere con le radiosonde meteorologiche che funzionano in banda UHF, servono a misurare la propagazione delle onde radio e diversi parametri fisici della ionosfera, il principio di funzionamento è semplice: le stazioni di ionosondaggi trasmettono in genere da 1 a 30MHz un segnale CW (sinusoidale, privo quindi di componenti armoniche) d’intensità costante ma a frequenza variabile, in genere 100kHz/secondo, è possibile ricevendone il segnale diretto od un eco da ricevitori locali o remoti, misurare:

in primis la MUF (Maximum usable frequency) ossia la massima frequenza utilizzabile indipendentemente dalla potenza, è facile notare che in HF le bande più alte sono quelle più sensibili alla propagazione ed all’orario diurno, ad una certa ora la banda si chiude, l’inverno la propagazione è scarsa, ecc., i radioamatori quindi sono costretti ad utilizzare le bande a frequenza inferiore; ecco questa misura si basa su questo sistema, la stazione di ionosondaggio trasmette la sua portante a frequenza variabile da 3 a 30MHz, ed una stazione remota rileva la massima frequenza alla quale è possibile ricevere il segnale.
La frequenza minima non riflessa MNRF (Minimum non reflected frequency), è ottenibile misurando la riflessione del segnale trasmesso verso la ionosfera, la MNRF è la minima frequenza dalla quale non vi è riflessione da parte della ionosfera, quindi prosegue verso lo spazio.
Un altro parametro fisico che viene misurato è la TEC (Total Electron Content), sarebbe la massima densità di elettroni liberi in una specifica zona, questo parametro è fortemente influenzato dall’attività solare, ricevendo il segnale della ionosonda da una stazione remota, è possibile misurare il ritardo di propagazione del segnale e definire mediante complesse formule la quantità di elettroni presenti nello spazio tra il trasmettitore ed il ricevitore e l’altezza della ionosfera tra i due punti.

Le stazioni di ionosondaggi trasmettono il loro segnale in genere da 1 a 30MHz, la velocità di variazione della frequenza è costante, in realtà vi è una manciata di frequenze che vengono “saltate”, sono quelle attribuite alle stazioni di tempo e frequenza campione e alle frequenze di distress e sicurezza delle stazioni costiere. Questa modalità operativa è denominata “Ionogramma a scansione“, esiste in realtà anche un sondaggio a frequenza prefissata e fissa, denominato “Ionogramma a scansione fissa“, gli “Ionogrammi Doppler “, “Ionogrammi obliqui” e “Ionogrammi deriva” sono modalità ad alta precisione per studi particolari (omissis).
In Italia abbiamo un impianto di ionosondaggi gestita dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, la stazione è ubicata in posizione 41.8° N di latitudine e 12.5° E di longitudine, ossia in zona Roma Sud, sul sito INGV è possibile consultare gli ionogrammi in tempo reale, il segnale viene irradiato da questa stazione ai minuti 02, 15, 30 e 45 di ogni ora. Un altra grande stazione per ionosondaggi è situata nel nord-est della Germania nei pressi di Juliusruh, l’antenna dell’impianto è alta 70 metri ed irradia nel range di frequenza compreso tra 1 e 20MHz; ma ce ne sono molte altre sparse per il mondo, una radiosonda attualmente in uso è la Lower Digisonde con antenna loop. Gli appassionati di radioascolto possono sperimentare qualcosa con il programma ChirpView.

La ionosfera

La ionosfera, è una porzione dell’alta atmosfera compresa tra 50 e 1000km di altitudine, in cui la radiazione del sole ed i raggi cosmici provocano la ionizzazione dei gas; la densità di ioni e la sua altezza dipendono dall’orario e dall’attività solare, è possibile suddividerla ulteriormente in tre regioni, D, E, ed F.

La regione più bassa si estende tra i 50 ed 80 km di altezza dal suolo è responsabile della riflessione delle onde lunghe e viene prodotta principalmente per l’ionizzazione dell’ossido di azoto da parte della radiazione solare, è denominata Regione D.
La regione intermedia si trova tra gli 80 ed i 150km di altitudine circa, denominata Regione E (o di Kennelly-Heaviside) ed è coinvolta nella riflessione delle onde medie e medio-corte e si forma principalmente per l’ionizzazione dell’ossigeno molecolare a opera della radiazione X solare.
In particolari condizioni sporadiche, in fase di studio, compare ber brevi intervalli di tempo (da pochi minuti a qualche ora) intorno ai 100km di quota una sub-regione denominata ES, caratterizzata da nubi elettroniche molto ionizzate di forma lamellare e piccolo spessore (2 km circa).
I radioamatori che fanno attività nella banda dei 6 metri sfruttano proprio la formazione dello strato ES per poter effettuare i collegamenti su tale banda, che permette in questi particolari momenti collegamenti intercontinentali.
La regione più alta è anche la più estesa, si estende tra i 150 e 500km di altitudine, denominata Regione F (o di Appleton) è la più importante per la radiopropagazione, poiché permette la riflessione delle onde corte e VHF. Durante il giorno, è possibile dividerla in due strati: il primo si trova a circa 200km di altezza ed è denominato strato F1, mentre il secondo, lo strato F2 è posto più alto ed è anche più ionizzato.