Το φαινόμενο Faraday rotation (περιστροφή κύματος κατά Faraday) στις ραδιοσυχνότητες των βραχέων κυμάτων υψηλής συχνότητας (HF, 3–30 MHz) είναι ένα φαινόμενο, κατά το οποίο το επίπεδο πόλωσης ενός ραδιοκύματος περιστρέφεται καθώς διέρχεται από το μαγνητισμένο πλάσμα της ιονόσφαιρας.
Αυτό το φαινόμενο προκαλεί σημαντική
εξασθένηση σήματος (εξασθένηση πόλωσης) σε μπάντες 160–40m, συχνά
μετατοπίζοντας τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεταξύ γραμμικής και ελλειπτικής
πόλωσης, δημιουργώντας διακυμάνσεις σήματος προς θόρυβο (SNR) έως και 6–12 dB.
Κάποιοι από εμάς που έχουμε δοκιμάσει να κάνουμε
επαφές μέσω δορυφόρων, έχουμε παρατηρήσει ένα περίεργο φαινόμενο: το σήμα μπορεί
να είναι πολύ δυνατό για λίγο, και ξαφνικά να "εξαφανίζεται" για μερικά
λεπτά, πριν ξαναεμφανιστεί.
Αν δεν φταίει η κεραία ή η διαδρομή του δορυφόρου, τότε πιθανότατα έχουμε συναντήσει το Faraday Rotation.
Τι
είναι με απλά λόγια;
Ένα ραδιοκύμα που εκπέμπεται από ένα
κατακόρυφο δίπολο μεταδίδεται με κατακόρυφη πόλωση.
Όταν αυτό το κύμα διασχίζει την ιονόσφαιρα, το κατακόρυφο αυτό επίπεδο πόλωσης δεν παραμένει σταθερό. Λόγω της αλληλεπίδρασης των φορτισμένων σωματιδίων της ιονόσφαιρας με το γήινο μαγνητικό πεδίο, το κύμα αρχίζει να περιστρέφεται κυκλικά. Έτσι, το κύμα που ξεκίνησε κατακόρυφο, μπορεί να φτάσει τη στιγμή επαφής με την κεραία του δέκτη... οριζόντιο, ή με οποιαδήποτε άλλη γωνία!
Πώς
μας επηρεάζει στην πράξη;
Το κύριο πρόβλημα είναι η απώλεια πόλωσης
(polarization mismatch). Αν η κεραία εκπομπής είναι κατακόρυφη και η κεραία
λήψης είναι οριζόντια, η λήψη θα είναι εξαιρετικά ασθενής, ακόμη και αν το σήμα
είναι ισχυρό.
Στους Δορυφόρους:
Αυτό εξηγεί τις απότομες και βαθιές διαλείψεις (fading) που παρατηρούμε. Καθώς
το σήμα περνάει από διαφορετικά στρώματα της ιονόσφαιρας, η γωνία περιστροφής
αλλάζει συνεχώς.
Στην Επικοινωνία μέσω Σελήνης (EME): Το
πρόβλημα είναι ακόμη πιο έντονο, καθώς το σήμα περνάει δύο φορές από την
ιονόσφαιρα (μία για να πάει στη Σελήνη και μία για να επιστρέψει).
Πώς το αντιμετωπίζουμε;
Η λύση είναι απλή στη θεωρία, αλλά μπορεί να
είναι προκλητική στην πράξη: η χρήση κυκλικής πόλωσης (Circular Polarization).
Οι κεραίες με κυκλική πόλωση (π.χ. κεραίες Yagi σε σχήμα σταυρού, Cross-Yagi) δεν έχουν "πάνω" ή "κάτω". Εκπέμπουν ένα σήμα που περιστρέφεται συνεχώς. Έτσι, ανεξάρτητα από το πώς θα το "στρίψει" η ιονόσφαιρα, η κεραία λήψης θα μπορεί να το "πιάσει" χωρίς σημαντικές απώλειες.
Η περιστροφή Faraday είναι ένα συναρπαστικό
φυσικό φαινόμενο που μας θυμίζει ότι η ατμόσφαιρά μας είναι ένα δυναμικό και
πολύπλοκο μέσο. Για εμάς τους ραδιοερασιτέχνες, είναι άλλη μια πρόκληση που μας
ωθεί να κατανοήσουμε καλύτερα τη φυσική των κυμάτων και να εξελίξουμε τον
εξοπλισμό μας.
73 de SV1AHH