¿Cuánta potencia necesito para transmitir una señal de radio a través de una capa de hielo sólido de 100 km de espesor?

No puedo responder a eso directamente, pero la NASA está investigando las capas de hielo de Groenlandia con un radar de avión para encontrar la profundidad del lecho rocoso. Esto es lo que dicen sobre el hielo y las ondas de radio: -

  

El hielo, por otro lado, reacciona de manera diferente dependiendo del radar   frecuencia. Refleja ondas de radio de alta frecuencia, pero a pesar de ser   Un radar sólido de baja frecuencia puede pasar a través del hielo hasta cierto punto. Esta   Es por eso que MCoRDS utiliza una frecuencia relativamente baja, entre 120 y 240 MHz.   Esto permite que el instrumento detecte la superficie del hielo, capas internas.   del hielo y la roca de abajo. "Para sonar el fondo de hielo que tienes   para usar una frecuencia más baja ", dijo John Paden, científico de CReSIS." También   Una frecuencia alta y la señal se perderán en el hielo ".

Esto vino de aquí y es interesante notar que esto es un radar y requiere una reflexión de la roca de fondo para pasar de nuevo a través del hielo al avión receptor. Me imagino que la potencia reflejada es una fracción de la potencia incidente que llega a la roca, por lo que quizás pueda obtener 10 veces esta distancia a través de una capa de hielo sólida con una transmisión de una sola vía.

Aquí está el tipo de imagen que están obteniendo: -

Meparecequeesposiblehacer+3kmconradar.Nosécuáleselángulodelhazdelradar,porloqueesimposiblecalcularcuáleslapotenciaincidenteenlasuperficiedelhielo.Latransmisióndesdeelaviónpodríaserunradarpulsadode1MWconunángulodehazmuyajustadoqueproduceunapotenciaincidenteenLasuperficiesuperiordelhielodecientosdevatios.Además,lareflexióndesdeellechoderocanoseráunrayoapretado,loquesignificaquelapotenciareflejadasepropagaráligeramenteamedidaqueaumentaladistancia(vea Friis ecuaciones). Además, la potencia recibida en el avión será mucho menor que la que emite la superficie del hielo. Vuelva a ver las ecuaciones de Friis.

Addendum

Tuve una idea acerca de la pérdida de enlace para la aplicación de radar: -

• Pérdida de enlace del avión al suelo. Un plato de 2 m de diámetro tendrá una ganancia de \ $ \ frac {\ pi ^ 2 D ^ 2} {\ lambda ^ 2} \ cdot 0.6 \ $ = 3.35 o aproximadamente 10.5 dB. Si la aeronave está 1 km por encima del hielo, la pérdida del enlace a un plato idéntico (en el hielo) será de -21 (ganancias de antena) +32.5 + 20log (MHz) + 20log (km) = 11.5 + 46 + 20 = enlace de 78dB pérdida. Si la potencia de salida del radar es de 1 MW (90 dBm), la señal recibida en la superficie del suelo / capa de hielo será de 12 dBm (16 mW).
• Es el mismo problema para la señal de reflexión. En la superficie, está sujeto a la misma atenuación hasta la aeronave (78dB) que es 1 km más alta.

Estas pérdidas no serán detectadas por una simple transmisión a través del hielo. Las antenas transmisoras y receptoras se ubican en el hielo o en su superficie. Todo esto es un buen augurio para poder transmitir en una sola dirección a través de grandes distancias de hielo.

Suponiendo que se comporta de manera similar al hielo de agua en la Tierra, se hicieron algunas mediciones de la atenuación de RF de Plataforma de hielo de Ross en la Antártida . Se encontró que la longitud de atenuación era de 300-500 m para frecuencias de 75MHz a 1.25GHz.

(La longitud de atenuación es la distancia para que la señal caiga a 1 / e ~ = 0.368 ~ = -4.3dB, algo similar a la constante de tiempo)

Eso va a ser una cantidad bastante intimidante de atenuación para 100 km de espesor (algo así como -950dB). No va a pasar

El poder dependerá, por supuesto, del ancho de banda de las señales que necesitan ser transmitidas.

Para ponerlo en perspectiva, el registro de comunicación de rebote lunar es algo así como una potencia de transmisión de 3mW ( Atenuación ~ -300dB). Si tuviéramos 1GW, eso sería otro 115dB, pero todavía muy por debajo de lo que se requiere.

Actualmente estoy trabajando como ingeniero de radar para el British Antarctic Survey, así que creo que puedo ayudar.

La frecuencia es importante. El hielo es (aparte de algunos huecos específicos), ningún bloqueo en las frecuencias MF, pero en HF y UHF, el hielo y el agua son muy similares, lo suficientemente impenetrables.

Si mantuviste tu frecuencia lo suficientemente baja (por debajo de 2.4Mhz) de lo que creo que (suponiendo que el hielo en el que estás hablando está basado en el agua) va a tener algunos problemas con el hielo ... tu todavía está transmitiendo al espacio y las señales de MF son bastante pobres para eso principalmente debido a la interferencia ionosférica en la tierra. Sé que el campo magnético de la Tierra es muy poderoso, por lo que quizás en algunos cuerpos se salga con la suya.

De cualquier manera, creo que su principal problema podría ser encontrar una sola frecuencia para que pueda pasar a través del hielo y cualquier perturbación atmosférica. Ese sería ciertamente el problema en la tierra