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Main Title: Development and experiments with the Ionospektroskop and a comparison with selected ionospheric parameters
Translated Title: Aufbau und Experimente mit dem Ionospektroskop und ein Vergleich mit ausgewählten ionosphärischen Parametern
Author(s): Matalqah, Mohammed
Referee(s): Stahl, Wolfgang
Sedlmayr, Erwin
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The earth atmosphere in general and its ionospheric part in specific has a significant importance on the operation and reliability of a wide spectrum of geodetic applications. The evolution of the ionosphere depends primarly on the solar radiation where the existing electron density and the atmospheric air density drive the ionosphere to become stratified into 3 layers called: D, E, F1 and F2 layers which exert multiple frequency-dependent effects on propagating electromagnegtic waves. To investigate the ionospheric plasma behavior during solar activities along with its resulting effects on communication systems, an experimental setup was conceived and developed. Called “Ionospektroskop”, the first prototype was realised in a way enabling the generation of ionospheric-similar plasma, investigating its electrical parameters and the simulation of its reaction based on electrical and magnetic triggers. The setup consists of a vacuum tube, in which a reproducible plasma is generated using a pulsed DC glow discharge principle. Beside the electrical modelling of the discharge process, the electron density, plasma potential distribution, plasma current and resonances were measured as well as a qualitative analysis of the plasma’s chemical composition using an optical spectroscopic approach. Finally signal loss transmission measurements conducted the work. Due to the dimensions of the discharge tube and the maximum possible pressure beside the resulting electron density, a good electrical approximation of the ionospheric plasma in the D layer was established. The presented work is related to the first realization stage of the project “Ionospektroskop“, where the first experimental prototype was established, the system functionality was tested and the first results and drawbacks were determined.
Die Erdatmosphäre im Allgemeinen und besonders deren Ionosphäre hat eine signifikante Bedeutung für die Funktion und Zuverlässigkeit eines breiten Spektrums geodätischer Anwendungen. Die Entstehung der Ionosphäre hängt primär von der Sonnenstrahlung ab. Anhand der vorhandenen Elektronendichte und der atmosphärische Luftdichte lässt sich die Ionosphäre in 3 Schichten aufteilen: D, E, F1 und F2 Schichten, die die Ausbreitung elektromagnetischer Signale frequenzabhängig in vielfacher Hinsicht beeinflussen. Zwecks der Untersuchung des Verhaltens der Ionosphäre bei bestimmten solaren Aktivitäten sowie der darauf folgenden Beeinflussung auf Kommunikationssysteme, wurde ein experimenteller Aufbau für die Simulation der Ionosphäre konzipiert und realisiert. Der erste Prototyp, Genannt „Ionospektroskop“, wurde auf eine Art entworfen, die die Herstellung eines ionosphärenählichen Plasmas, die Untersuchung dessen elektrischer Parameter sowie die Simulation dessen Reaktionen auf elektrische und magnetische Trigger, ermöglicht. Der Simulationsaufbau besteht aus einer Vakuumröhre, wodurch ein reproduzierbares Plasma mittels eines getriggerten Gleichspannungsgasentladungprinzips hergestellt wird. Nebst der elektrischen Modellierung der Entladungsprozesse wurden Elektronendichte, Plasmaspannungsverlauf, Plasmastrom und Plasmaresonanzen gemessen und eine qualitative spektroskopische Analyse der chemischen Zusammensetzung durchgeführt. Messungen des Signalverlusts im Plasma schlossen die Arbeit ab. Aufgrund der Dimensionen der Entladungsröhre sowie des maximal erreichbaren Drucks und der resultierenden Elektronendichte, konnte eine elektrische Näherung erreicht werden, die dem ionosphärenplasma der D Schicht entspricht. Die vorliegende Arbeit bezieht sich auf die erste Realisierungsphase des Projekts „Ionospektroskop“, wobei der erste Prototyp aufgebaut und vorgestellt, die Systemsfunktion getestet und die ersten Ergebnissen sowie Einschränkungen dargestellt werden.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5225
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4922
Exam Date: 2-Dec-2015
Issue Date: 2015
Date Available: 30-Dec-2015
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::550 Geowissenschaften
Subject(s): ionospheric simulation
Ionospektroskop
laboratory ionospheric modeling
ionosphäre Simulation
HF transmission in plasma
Signalausbreitung im Plasma
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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