RUQRZ hamradio
TOP недели
Популярные статьи


DX-инг на 160-метровом диапазоне

Диапазон 160 м для коротковолновиков является одним из самых интересных. Сложность проведения радиосвязей с DX вследствие высокого уровня атмосферных и индустриальных помех, а также недостаточная изученность условий распространения радиоволн привлекают к этому диапазону повышенное внимание. Однако диапазон 160 м не совсем удовлетворяет классификации «коротковолновый» (таковыми считаются диапазоны, занимающие полосу частот от 3 до 30 МГц) и с точки зрения особенностей распространения радиоволн его следует отнести к средневолновому (0,3-3 МГц) хотя деление на длинноволновый средневолновый и прочие диапазоны достаточно условно.

Ввиду того что радиоволны этого диапазона в дневное время сильно поглощаются в ионосфере (в слоях D и Е) дальние радиосвязи проводятся в темное время суток когда указанные слои формирующиеся под действием солнечного излучения отсутствуют а отражение радиоволн происходит от слоя F. Следовательно работая в этом диапазоне коротковолновикам требуется точно знать расположение ночной зоны на территории земного шара. До недавнего времени DX-прогноз готовился с применением таблиц, содержащих сведения о времени восхода и захода Солнца в населенных пунктах предполагаемых корреспондентов с целью оценки продолжительности окна потенциально благоприятствующего установлению радиосвязи между этими корреспондентами. Однако в последние годы были разработаны эффективные компьютерные программы (W6ELProp, DXAtlas и тд), которые в режиме реального времени отображают ночные и освещенные Солнцем участки Земли. Разумеется использование этих программ значительно облегчает и ускоряет прогнозирование условии распространения радиоволн.

Программа DXAtlas имеет отличную графику и богатейшие возможности для симуляции вращения земного шара как вокруг собственной оси так и вокруг Солнца, что позволяет «проигрывать» смены суток, месяцев и т.д. После ввода в любую из указанных программ географических координат пользователя на дисплей можно вывести азимутальную карту отображающую поверхность Земли в круговой проекции с центром соответствующим местоположению пользователя Полезным свойством этой картографической проекции является возможность использования линейного масштаба при измерении расстояний от центра вплоть до точки антипода (на противоположной стороне Земли), те на расстояние до 20000 км. На карте также отображается линия границы междудневным и ночным участками в данный момент времени.

Следя за перемещением ночной зоны, имеющей форму овала, можно оценить, где располагается сумеречная область общая для операторов, желающих установить дальнюю радиосвязь.
Не менее полезной является карта в меркаторной проекции, формируемая указанными программами. В отличие от азимутальной равновеликой проекции, которая несимметрична относительно плоскости экватора, т.к. ее центр соответствует местоположению конкретной радиостанции (т.е. располагается случайным образом относительно экватора), меркаторная проекция всегда симметрична и сохраняет свой вид — ведь ее средняя линия проходит по географическому экватору. Но на меркаторной карте искажения увеличиваются по мере удаления от экватора.
Граница между дневной и ночной половинами земного шара, которую называют терминатором, выглядит на меркаторной проекции как синусоидальная линия раздела между освещенными и погруженными во тьму районами. Она становится почти прямоугольной вблизи периодов равноденствия, когда оба полушария одинаково освещены Солнцем, расположенным над экватором.

Терминатор во времени смещается как по долготе, так и по широте. Смещение терминатора по широте происходит гораздо медленнее, чем по долготе. Он движется на север в период от сентябрьского равноденствия до зимнего солнцестояния и на юг после мартовского равноденствия до летнего солнцестояния. По долготе смещение терминатора с востока на запад происходят ежесуточно.

В любом случае основное правило распространения радиоволн в диапазоне 160 м независимо от времени года остается одним и тем же, трассы, пролегающие через неосвещенные Солнцем районы, доступны для проведения DX-связей, а трассы через освещенные районы — нет. Рассматривая пути распространения радиоволн, очень удобно использовать линии большого круга, исходящие из точки расположения передающей или приемной радиостанции. Однако необходимо помнить, что линии большого круга являются лишь чисто геометрическим представлением для абсолютно свободного пространства и сильно отличаются от реальных трасс, по которым распространяются радиоволны над Землей к корреспонденту, испытывая отражения и преломления.
Таким образом, на практике линии мирового большого круга могут быть полезной аппроксимацией трасс распространения радиоволн наиболее высокочастотных КВ-диапазонов, для которых влияние горизонтальных градиентов ионизации минимально.

Вызывающая отклонения трасс распространения радиосигналов рефракция варьируется прямо пропорционально квадрату длины волны излучения. Это значит, что при одинаковых градиентах электронной плотности отклонение от направлений большого круга излучения частотой 1,8 МГц окажется в 250 раз большим, чем излучения частотой 28 МГц. В результате линии большого круга, скорее, являются только индикаторами направлений распространения сигналов диапазона 160 м, а не траекторией реальных радиотрасс в силу очень больших отклонений, испытываемых относительно длинными волнами этого диапазона.

Можно достичь большего приближения к реальности при прогнозировании трасс распространения сигналов в диапазоне 160 м, если перейти от простых геометрических представлений к использованию научной методики слежения за радиолучом в модели ионосферы. Но и в этом случае результаты расчетов будут соответствовать только усредненным условиям распространения радиоволн, и не будут учтены ежедневные вариации и флуктуации, которые могут быть обусловлены геомагнитными или авроральными возмущениями.

Многие коротковолновики тратят немало времени и усилий на проведение DX-радиосвязей, но при этом далеко не всегда анализируют сопутствующие им особенности и закономерности. Как правило, считается, что в диапазоне 160 м независимо от времени года сигнал DX-станции распространяется или по длинному пути (Long Path), или по короткому пути (Short Path) — в зависимости от времени суток. Однако углубленные исследования с использованием программ прогнозирования прохождения, которые провел вышедший на пенсию преподаватель физики, энтузиаст 160-метрового диапазона Bob Brown, NM7M, на основе обработки данных аппаратного журнала о радиосвязях с антиподами, свидетельствуют о том, что сезонные изменения освещенности полярных шапок Земли могут вызывать переключение путей распространения радиоволн при DX-радиосвязях с короткого на длинный и наоборот!

Переключение происходит вблизи периода равноденствия, т.е. того периода в каждом полушарии, когда Солнце пересекает экватор, и продолжительность дня и ночи становится равной. Например, радиосвязи между коротковолновиками из районов VE1 и VK6 (во время восхода Солнца в VE1), проводимые после периода равноденствия (23 сентября и позднее), действительно будут установлены по короткому пути. Подлинному пути радиосвязи между VE1 и VK6 проводятся только в период с 23 марта до 23 сентября.

Это явление может быть названо равноденственным переключением путей распространения, и оно также хорошо проявляется и при радиосвязях между Великобританией и Новой Зеландией. Радиосвязи между этими странами, устанавливаемые во время восхода в Великобритании после равноденствия 23 сентября, реально проводятся по короткому пути, а не подлинному, как принято считать.

Причина такого механизма распространения радиоволн кроется в освещенности областей северного и южного полюсов — это хорошо видно на азимутальных картах, формируемых упоминавшимися компьютерными программами. Если согласиться, что действительно существует явление равноденственного переключения путей распространения радиоволн 160-метрового диапазона, то интересно проанализировать радиосвязи между VK6 и северо-восточными районами США (W1), которые географически близки к VE1. Будет ли и в этом случае происходить такое же переключение путей распространения, какое наблюдалось при QSO между VE1 и VK6?

Да, смена путей произойдет, однако периодичность переключений оказывается совершенно иной — на смену сезонным циклам приходят суточные. В любое время года радиосвязи на 160 м между W1 и VK6 (во время захода в W1) всегда проходят по длинному пути, а во время восхода в W1 — по короткому. Первый из описанных типов переключения может быть назван равноденственным переключением путей распространения радиоволн (те переключение происходит в момент равноденствия), а второй — суточным, т.к. происходит ежедневно.

Тот факт, что характер распространения радиоволн так решительно меняется с первого типа на второй при смещении одного из корреспондентов всего лишь на несколько сотен километров, пожалуй, выглядит очень странно, однако существует простое логичное объяснение этого факта. Разные пути распространения радиоволн на трассах VK6—VE1 и VК6—W1 (во время или вблизи захода Солнца в VE1/W1) обусловлены различием географического положения VE1 и W1 по долготе, что вызывает изменение пути относительно полярных кругов.

Различие между путями с равноденственными и ежедневными переключениями видно на примере радиосвязи с равноденственным переключением, проведенной по короткому пути 26 ноября 1993 г. между GM3MOU и ZL2JR в период восхода Солнца в Великобритании. Разница по долготе в местоположении GM3MOU и ZL2JR — около 178°, и компьютерные программы показывают, что трасса радиосвязи по короткому пути проходит прямо над северным полюсом. Однако если рассматривать трассу, пролегающую в это же время над зеркальным изображением арктического полярного круга в плоскости экватора, то в этом случае на смену равноденственному придет ежедневное (по длинному пути) переключение пути распространения радиоволн.

Как правило, DX-мены очень интересуются обстоятельствами («когда» и «где») радиосвязей, проведенных на сверхдальнее расстояние (20000 км и более), т.е расстояние, разделяющее короткий и длинный пути распространения радиоволн. Особенно интересны такие радиосвязи, проведенные в диапазоне 160 м, где сильное поглощение радиосигналов в ионосфере значительно ограничивает дальность их распространения.

Вот несколько примеров проведения сверхдальних радиосвязей на 160-меггровом диапазоне между Западной Австралией и северо-востоком Северной Америки, данные о которых взяты из аппаратных журналов VK6HD и VK6VZ Следует отметить, что короткими будут пути, полностью находящиеся в пределах неосвещенного полушария, а радиоволны, идущие по длинному пути и перекрывающие более 20000 км, будут распространяться и в освещенных Солнцем областях, смежных с неосвещенными.

Радиосвязь VK6HD с К1МЕМ была проведена 3 ноября 1997 г в 21 28 UTC подлинному пути на расстояние 21400 км. По короткому пути провести радиосвязь оказалось невозможным из-за большой освещенности ионосферы солнечными лучами. При проведении радиосвязи конечные точки трассы, тем не менее, оказались освещенными, хотя области преломления радиосигналов в ионосфере оставались еще в темноте. Радиосвязь стала возможной вследствие того, что корреспонденты расположены не строго на противоположных сторонах земного шара географические широты их населенных пунктов различаются на 10°, а разность долготы составляет 174°.

Было замечено, что совершенно необычные радиосвязи, похожие по своей природе на QSO между VK6VZ и К1MEM, вовсе не являются большой редкостью при работе в эфире из района Перта (Западная Австралия) Изучение аппаратных журналов VK6HD, записи в которых начинаются с 1984 г, выявило более 20 таких QSO, проведенных по длинному пути с радиостанциями из W1 и W2, а в журнале VK6VZ с 1995 г зарегистрированы четыре подобные радиосвязи.

Связи подлинному пути проходили в околорассветное время для Западной Австралии, и корреспондентами являлись американские радиостанции, расположенные между 33,9° и 44,9° с. ш. и между 68,8° и 74,7° в. д. Среднее расстояние между VK6HD/VK6VZ и станциями Северной Америки составляет 18665 км, но среднее расстояние при проведении связей оказывается равным 21385 км, те оно превышает на 2720 км расстояние по короткому пути. Более важными для рассматриваемого явления переключения путей распространения радиоволн диапазона 160 м будут радиосвязи, которые VK6HD и VK6VZ провели с VE1ZZ. В аппаратных журналах VK6HD содержатся записи о более чем 150 QSO с VE1ZZ за 20-летний период (с 1981 г по настоящее время), а в журналах VK6VZ с 1995 г число радиосвязей с VE1ZZ достигает 68. Подавляющее большинство этих радиосвязей проводилось по короткому пути (средняя длина пути —18600 км) перед восходом Солнца в северном полушарии в период с сентября по март.

Столь большое число систематических связей, проведенных VK6HD и VK6VZ с одним конкретным корреспондентом (VE1ZZ), вызывает аналогию с линиями профессиональной дальней радиосвязи и позволяет лучше понять особенности распространения радиоволн, чем анализ случайных DX-радиосвязей с корреспондентами из различных QTH. Самыми интересными являются радиосвязи между VK6HD/VK6VZ и VE1ZZ, проведенные вне периода с сентября по март В периоды после мартовского равноденствия и до сентябрьского равноденствия (весна и лето в северном полушарии) VK6HD провел более 10 QSO с VE1ZZ, а VK6VZ — две При проведении этих QSO сигналы проходили не по короткому пути, как это было в период с сентября по март, а по длинному, причем в такое же время суток (вблизи восхода в VK6 и захода в VE1), что четко демонстрирует переключение путей распространения радиоволн в зависимости от сезона года.

Итак, используемые в течение многих лет представления о распространении радиоволн 160-метрового диапазона подлинному и короткому путям, по-видимому, нуждаются в пересмотре. Очевидно, что при радиосвязях между очень удаленными друг от друга корреспондентами происходит переключение между длинными и короткими путями распространения сигналов, зависящее от времени года (равноденственное переключение) и от времени суток (ежедневное переключение).

Как уже отмечалось, радиосвязи VK6HD и VK6VZ с VE1ZZ в диапазоне 160 м во время, близкое к восходу Солнца в Западной Австралии, в период между сентябрьскими и мартовскими равноденствиями устанавливались по короткому пути. Вне этого периода число таких радиосвязей уменьшается примерно в 10 раз, и сигнал распространяется над неосвещенной стороной. Земли уже по длинному пути, причем около 2700 км этой трассы пролегают над освещенными районами. Столь явные изменения условий распространения радиоволн в зависимости от времени года не наблюдаются на других (более высокочастотных) КВ-диапазонах. Единственным существенным фактором, от которого зависит распространение сигналов 160-метрового диапазона, является поглощение электромагнитного излучения ионосферой. Объяснение сезонного переключения между длинными и короткими путями распространения радиоволн при радиосвязях VK6HD/VK6VZ и VE1ZZ становится довольно простым, если учесть вариации поглощения в полярных регионах, обусловленные изменениями условий освещения в течение года. В этом рассмотрении для иллюстрации возможности проведения радиосвязи по короткому или длинному пути в зависимости от сезонных изменений освещенности Земли лучше воспользоваться меркаторной картой, т.к. азимутальная проекция не обладает симметрией относительно экваториальной плоскости.

При равноденствии Солнце располагается точно над экватором, и ночная область представляет собой область, простирающуюся по долготе на 180° от полюса до полюса в любой момент времени. На меркаторной карте область темноты при равноденствии имеет форму прямоугольника, ограниченного по широте (90° с. ш. и 90° ю. ш.) и долготе (двумя меридианными линиями, движущимися в течение суток с востока на запад со скоростью 15° в час) Но отображаемые на карте границы раздела освещенных и неосвещенных областей земного шара вовсе не проецируются на нижние слои ионосферы, расположенные на расстоянии несколько сотен километров от поверхности Земли. Это означает, что момент наступления в определенной точке на земной поверхности дня или ночи не совпадает с моментом изменения ионизации нижних слоев ионосферы, расположенных над этой точкой, и, соответственно, условий распространения радиоволн, отражающихся от ионосферных слоев.

После мартовского равноденствия Солнце смещается к северу от экватора, освещая области северного полюса, а в районе южного полюса наступает полярная ночь. В этой ситуации изменяются условия распространения радиоволн по трассам, проходящим над полярными шапками, те трассам между корреспондентами, долгота населенных пунктов которых отличается почти на 180°. Именно такой является трасса между VK6HD и VE1ZZ. Обе возможные трассы проходят над полярными шапками на удалении в пределах градуса от полюсов. При смещении Солнца на север от экватора увеличивается освещенность областей северного полюса, что увеличивает поглощение радиоволн в ионосфере и приводит к ухудшению прохождения сигналов над районами северного полюса. Одновременно улучшается прохождение по трассе, пролегающей над южным полюсом — там происходит обратный процесс. Время и длительность возможного
прохождения радиоволн зависят от положения ночной области относительно трассы радиосвязи. Например, радиосвязь, проведенная 26 апреля 1999 г в 22 51 UTC по длинному пути между VK6VZ из Перта и VE1ZZ из Галифакса, была возможной в течение короткого отрезка времени приближения ночной зоны к Перту и недостаточного освещения Солнцем Галифакса. Чуть раньше, в 22 40 UTC того же дня, VE1ZZ провел аналогичную радиосвязь с VK6HD.

Эти две связи с VE1ZZ оказались последними по дате после мартовского равноденствия в аппаратных журналах VK6VZ и VK6HD. Возникает вопрос о том, как долго после календарного равноденствия существуют условия для проведения радиосвязей по длинному пути. В любом случае, учитывая, что после равноденствия продолжительность дня увеличивается, терминатор будет двигаться справа налево. Таким образом, поглощение сигналов в районе Галифакса (VE1ZZ) будет уменьшаться, в то время как полностью противоположное явление будет происходить в окрестностях Перта. При этом трасса VE1ZZ — VK6 окажется закрытой, если на ее обоих концах суммарное поглощение энергии радиоволны ослабит принимаемый сигнал до уровня ниже порога слышимости. Пожалуй, основным ограничивающим фактором будет поглощение радиволн в ионосфере на конце трассы — около Перта. Можно предположить, что энергетические показатели трассы VE1 — VK6 вполне достаточны для периодического проведения радиосвязей, а вот полное отсутствие таких QSO в журналах VK6HD и VK6VZ обусловлено, скорее, социологическими факторами. Высокий уровень QRN в северном полушарии летом, а также очень поздние закаты, в сочетании с тем обстоятельством, что операторы как в VE1, так и в VK6 не надеются на проведение таких радиосвязей — вот, пожалуй, главная причина их отсутствия.

При рассмотрении радиосвязей между Западной Австралией и северо-востоком Северной Америки следует учитывать, что для радиостанций на разных концах трассы существует очень важное различие — геофизическое В частности, их геомагнитные широты существенно отличаются друг от друга — около 42° ю. ш. для станций в Западной Австралии и 55° с. ш. для станций северо-востока Северной Америки. В то же время, несмотря на весьма существенные различия геомагнитных широт, условия, в которых находятся радиостанции в этих регионах, вполне сравнимы В данном случае речь идет о магнитном наклонении в местах их расположения. Пользуясь программой IGRF, можно наглядно видеть, как линии магнитного поля проходят вверх сквозь поверхность. Земли под углом 67° к горизонту в Западной Австралии и уходят на север, и как ориентированные в северном направлении линии возвращаются к поверхности Земли и уходят под нее под углом 69° к горизонту в северо-восточных районах Северной Америки.

Из теории магнитно-ионного распространения радиоволн в магнитном поле Земли следует, что величина магнитного наклонения влияет на степень взаимодействия сигналов диапазона 160 м с нижними слоями ионосферы В силу того что линии магнитного поля входят в ионосферу и покидают ее, фактическая передача мощности зависит от поляризации антенны и от направления магнитного поля в данной местности.

Разработанная около 40 лет тому назад методика оценки ослабления сигнала в зависимости от поляризации и направления магнитного поля в самом нижнем слое ионосферы свидетельствует о предпочтительности применения вертикальной поляризации для дальней радиосвязи на средних и высоких широтах Действительно, на практике подтверждается, что для DX-радиосвязей следует использовать антенны с вертикальной поляризацией Однако, хотя основная часть дальних радиосвязей в диапазоне 160 м проводится на вертикально поляризованные антенны (горизонтальная поляризация — обычно плохой выбор при DX-инге в этом диапазоне), используя излучение под малыми углами, все же существует ситуация, когда это правило не срабатывает (например, в зоне восхода Солнца, когда радиоволна преломляется слоем F ионосферы под большими углами, что обусловлено существованием вертикального наклона ионосферы в это время суток).

Несмотря на то что антенны, которые в основном использовали VK6HD и VK6VZ (соответственно, Inverted V высотой 27 м и Inverted U на высоте 15 м), обладают полезной вертикальной «низкоугловой’ компонентой диаграммы направленности, они размещены на расстоянии менее четверти длины волны от поверхности Земли и, по сути, являются горизонтально поляризованными излучателями с высокими углами излучения. Подавляющее большинство радиосвязей с VE1ZZ было проведено очень близко к восходу Солнца в VK6, когда существовал наклон слоя F, поэтому более эффективными для радиостанций из VK6 оказывались антенны с высокими углами излучения.

Таким образом, радиосвязи между VE1 и VK6 во время последнего из двух восходов Солнца следует проводить, применяя вертикальную антенну с большим усилением (для радиостанций из VE1) и антенну с обоими компонентами — вертикальной и горизонтальной (для VK6). Различие геомагнитных широт корреспондентов играет очень важную роль в возможности проведения сверхдальних радиосвязей. Моделирование в программе PropLabPro распространения радиоволн 160-метрового диапазона демонстририрует, что волноводный механизм распространения имеет в три раза более высокую вероятность в том случае, если радиоволны посылаются с запада на восток из низкоширотного района (например, из Западной Австралии) по отношению к варианту трассы с востока на запад из более высоких широт (например, с северо-востока Северной Америки).

Волноводный характер распространения возникает при углах излучения 10° 25° При меньших углах наступают сопровождаемые очень большими потерями отражения от слоя Е, а углы излучения более 25° приводят к скач- ковому распространению радиоволн с отражением от слоя F. Таким образом, учитывая высокую эффективность волноводного распространения радиоволн (конечно, если это явление имеет место), можно заключить, что радиостанции Западной Австралии обладают значительными преимуществами по сравнению с североамериканскими в силу своего более низкоширотного расположения.

Происходящее вблизи равноденствий переключение путей распространения радиоволн диапазона 160 м не является уникальной особенностью рассмотренных в настоящей статье радиосвязей между VK6 и VE1 Как уже указывалось выше, подобное явление имеет место при радиосвязях между Новой Зеландией и Великобританией. Можно найти и другие пары географических точек, радиосвязи между которыми могут подтвердить явление переключения путей распространения радиоволн 160-метрового диапазона — ZL7 (остров Чатем) и LA (Норвегия), ZL9 (о-ва Окленд и о Кэмпбелл) и OY (Фарерские о-ва), VK7 (Тасмания) и TF (Исландия). Перечисленные пары территорий далеко не исчерпывают список возможных вариантов. Определенно эти пары удовлетворяют требованиям связи по короткому пути (на дистанциях менее 20000 км), трасса которого пролегает в ночной зоне, и также допускают радиосвязи по длинному пути при прохождении трассы над неосвещенной полярной шапкой.

Однако «длинный путь» на диапазоне 160 м не только должен удовлетворять геометрическому требованию прохождения над неосвещенными районами полярной шапки в течение определенного периода года, но и освещенные Солнцем конечные отрезки этого пути должны быть достаточно короткими, чтобы поглощение радиоволн ионосферой на их протяжении не смогло ослабить сигнал до уровня ниже порога слышимости.

Трасса связи VK6 — VE1 пересекает северную полярную шапку, проходя на удалении около 3° от полюса, и в силу этого переключение от короткого пути к длинному (во время восхода для VK6) происходит вскоре после равноденствия. Указанные выше пары географических точек обладают путями, пересекающими полярные шапки на удалениях 10-12° от полюсов В результате короткий путь не будет блокироваться до момента, когда солнечный свет достигнет этого района через несколько суток после равноденствия. После прекращения связей по короткому пути появляется возможность распространения радиоволн по длинному пути, как только ночная область достигнет трассы над южной полярной шапкой.

Остается открытым вопрос о реальных механизмах и траекториях распространения радиоволн по длинному пути. Может ли поглощение электромагнитного излучения ночной ионосферой оказаться достаточно малым, чтобы при многоскачковом распространении на столь дальние расстояния не оказаться ослабленным настолько, что приемник не зарегистрирует сигнал?

Приведенное обсуждение радиосвязей по длинному пути между VK6 и VE1 базируется на реальных экспериментах, и теоретическая интерпретация происходящих явлений значительно упрощена в силу использования чисто геометрических представлений о расположении ночной зоны и ее перемещении. В результате, в статье не приведены сведения о мощности передатчиков и уровнях поглощения радиоволн в ионосфере, нет полного понимания того, почему и как сигналы диапазона 160 м «ухитряются» остаться достаточными мощными, преодолев более 21000 км по длинному пути. Эти оставленные за рамками данной публикации «почему и как» являются сложными вопросами физики ионосферы, ответы на которые усиленно пытаются найти многие энтузиасты DX-инга на интригующем 160-метровом диапазоне.

CQ, February 2002

Интересное по этой теме:



Текущее состояние магнитных бурь

Поиск по сайту


Подписка на новости
Архив статей

Яндекс.Метрика