De ionosfeer, het bovenste gedeelte van de atmosfeer, is een gebied tussen de 50 km en 1000-2000 km hoogte die invloed heeft op de geleiding van electromagnetische golven. Voor normaal het radioverkeer waar onze moderne maatschappij veel gebruik van maakt is het van belang dat deze omgeving stabiel, voorspelbaar en betrouwbaar is.
De ionosfeer is een gebied met een grote hoeveelheden vrije elektrische ladingen. Deze zijn aanwezig onder de vorm van elektronen, ionen (eerst complexe ionen, moleculaire ionen, metaalachtige, dan atomaire ionen) en protonen (op extreme hoogten), wat voornamelijk te wijten is aan het fenomeen van ionisatie door zonnestraling (UV, infrarood, zichtbaar licht), kosmische straling en de impact van micrometeorieten en zonnewind. In deze zone is er voldoende elektronische concentratie om er de voortplanting van de radio-elektrische golven op een aanzienlijke wijze te modificeren en laat zo de weerkaatsing van de elektromagnetische golven in de golfgeleider aardeionosfeer toe.
Conventioneel wordt de ionosfeer onderverdeeld in drie gebieden, aangeduid met de letters D, E en F (F1, F2), waarvan de begrenzingen ongeveer concentrisch met het aardoppervlak zijn. In de tabel hieronder wordt de orde van grootte en de omvang in de ruimte van elk gebied weergegeven als ook de overeenstemmende elektronische concentratie.
| Gebied | Ruimtelijke omvang | Elektrische concentratie in cm3 |
| D | 50 tot 95 km hoogte | Van 1 tot 104 |
| E | 100 tot 160 km hoogte | Ongeveer 105 |
| F1 | 160 tot 190 km hoogte | Ongeveer 106 |
De ionosfeer gedraagt zich als een 'spiegel' en kaatst deze radiogolven met dezelfde hoek waarmee deze invalt weer terug en zo zijn verbindingen over een grotere afstand mogelijk.
Doordat er veel onderzoek naar de voortplanting van radiogolven wordt gedaan en de invloed van de diverse lagen hoog in de atmosfeer hierop hebben, is goed te voorspellen of er problemen op kunnen treden door verandering in de ionosfeer. Bij hevige veranderingen in de ionosfeer kunnen verstoring van aardse communicatie, mobile communicatie, radar, positiebepaling systemen (GPS, Galileo) optreden.
Deze verstoringen kunnen door een aantal externe factoren beïnvloed worden:
- Intensiteit extreem ultraviolet (kortere golflengte).
- Intensiteit Ultraviolet.
- Radioactiviteit. (Uitbarstingen op de zon, kosmische straling).
- Infrarood straling.
- Zichtbaar licht,
- Verandering in het aardmagnetisme.
- Interplannetaire magnetische veranderingen.
Kortegolf verbindingen van 80 meter tot 10 meter (3,5 MHz t/m 28 MHz) verlopen normaal gesproken via reflecties via de ionosfeer. Verbindingen op de hogere frequenties (VHF, UHF) verlopen veelal direct 'point to point'.
Echter is de ionosfeer geen reflector voor alle frequenties, maar de maximale frequentie waarbij de reflectie nog optreed is afhankelijk van de maximale hoeveelheid vrije electronen in deze gas lagen. De hoeveelheid vrije electronen is afhankeljk van de hoeveelheid UV licht en door incidentele uitbarstingen op de zon. (zonnewind, radio active straling, magnetisch veld, het seizoen). De hoogst mogelijke frequentie waarop dit plaatsvind wordt afgekort met MUF (Maximum Usable Frequency).
Voor zendamateurs is dit interessant omdat hiermee bepaald kan worden welke maximale frequentie gebruikt kan worden om nog gebruik te maken van deze reflecties.
Digisonde Dourbes.
Het KMI in Belgie doet in Dourbes onderzoek aan de ionosfeer door middel van een opgestelde zender die verticaal tegen de ionosfeer straalt en de reflecties weer ontvangt. Door dit te doen op verschillende frequenties, meting aan de looptijd, reflectiesterkte en de fase van het gereflecteerde signaal kun je de gesteldheid van de diverse lagen weergeven.
Helaas doet het KNMI (Nederland) hier geen onderzoek naar.
Dourbes laat de meetgegevens zien in een ionogram. Hierin staan meerdere gegevens in een diagram. Al deze gegevens in één diagram en zou je normaal niet doen, maar als je de gegevens nader onderzoekt geeft het een zeer handig overzicht weer.
Als eerste, de belangrijkste regel staat onderin het diagram.
D: de hoogte van de reflectie laag voor de MUF frequentie.
Overigens zijn er meerder lagen waar de reflectie tegen plaats kan vinden. Dit zijn bijvoorbeelde de F (F1, F2), E en D laag. De laagste laag die een reflectie mogelijk maakt is bepalend. Deze lagen staan links in het diagram. Hierin worden de kritische frequenties vermeld.
Bijvoorbeeld:
foF2 = Maximale gemeten frequentie van de F2 laag waarbij nog reflectie voorkwam.
foF1p = Maximale frequentie waarbij nog reflectie voorkomt die voorspelt is (predicted).
fxI = Radiogolf 180 graden verschoven waarbij ook nog reflectie voorkomt.
M = MUF / FoF2
h' = Geeft de schijnbare hoogte weer van de betreffende laag.
(Overige gegevens zijn niet interessant voor zendamateurs).
De hoogte (Y-as) en de frequentie (X-as).
De zwarte lijn onderaan de rode balk is de laagste gemeten hoogte waar reflectie optreedt. De hoogte van de balk verschilt soms doordat er ook looptijdvertraging optreedt in de ionosfeer laag. Dit is de schijnbare hoogte van de laag. Gaat de balk hoger, dan wordt dit veroorzaakt door looptijdvertraging in de ionosfeer.
De dikte van de balk geeft de intensiteit weer van de vrije elektronen. Dit is zeer belangrijk onderdeel van dit onderzoek.
Onder de rode balk is (vaak) een zwarte lijn te zien, dit is de laagste hoogte waar reflectie gemeten is.
De balken op ongeveer 400 km en op 600 km zijn (dit kan momenteel anders zijn) meervoudige reflecties. Als deze zichtbaar zijn is dit voor zendamateurs alleen maar beter. Er is meer reflectie mogelijk en dat is natuurlijk altijd beter.
De ionosfeer reflecteert de signalen, maar tijdens de reflectie wordt ook de polatisatie van het signaal verandert. Als je met een horizontaal gepolatiseerde antenne uitzend dan kan het signaal onder een andere hoek terug komen. In de grafiek zie je dat aan de groene balk. Deze geeft aan dan het signaal ook onder een andere hoek terug kwam. (Doppler verschuiving)
+ naar ons toe, - van ons af. Doppler treed op als de gaslagen ten opzichte van ons bewegen. De legenda hiervan staat aan de rechter kant.
In Dourbes (Belgie) bevindt zich op zo'n 250 kilometer van midden Nederland af. Dit kan een afwijking geven in de meetresultaten in Dourbes en de ervaringen met de waargenomen propagatie.