Fala Skywave - Skywave
W łączności radiowej , skywave lub pominąć odnosi się do rozprzestrzeniania się na fale radiowe odbicie lub załamaniu powrotem ku Ziemi z jonosfery , z elektrycznie naładowaną warstwą górną atmosfery . Ponieważ nie jest ograniczona krzywizną Ziemi, propagacja fal nieba może być wykorzystywana do komunikacji poza horyzontem , na odległości międzykontynentalne. Stosowany jest głównie w pasmach częstotliwości krótkofalowych .
W wyniku propagacji fal nieba sygnał z odległej stacji nadawczej AM, stacji krótkofalowej lub – w przypadku sporadycznych warunków propagacji E (głównie w miesiącach letnich na obu półkulach) – odległej stacji VHF FM lub TV – może być czasami odbierany jako wyraźnie jako stacje lokalne. Większość długodystansowych krótkofalowych ( wysokiej częstotliwości ) komunikacji radiowej – od 3 do 30 MHz – jest wynikiem propagacji fal nieba. Od wczesnych lat 20-tych radioamatorzy (lub krótkofalowcy), ograniczeni do mniejszej mocy nadajnika niż stacje nadawcze , wykorzystywali skywave do komunikacji na duże odległości (lub „ DX ”).
Propagacja Skywave różni się od:
- rozproszenie troposferyczne , alternatywna metoda uzyskania transmisji pozahoryzontalnej przy wyższych częstotliwościach,
- groundwave propagacji fal radiowych, gdzie podróżować wzdłuż powierzchni Ziemi bez odbijania lub załamane przez atmosferę - tryb propagacji dominującą przy niższych częstotliwościach,
- propagacja w linii wzroku , w której fale radiowe rozchodzą się w linii prostej, dominujący mod przy wyższych częstotliwościach.
Lokalna i odległa propagacja fal nieba
Transmisje w falach nieba mogą być wykorzystywane do komunikacji na duże odległości (DX) za pomocą fal skierowanych pod małym kątem, jak również do komunikacji stosunkowo lokalnej za pośrednictwem fal skierowanych prawie pionowo ( Near Vertical Incidence Skywaves – NVIS ).
Fale pod niskim kątem
Jonosfera to obszar górnej warstwy atmosfery , na wysokości od około 80 km do 1000 km, gdzie neutralne powietrze jest jonizowane przez fotony słoneczne i promieniowanie kosmiczne . Gdy sygnały o wysokiej częstotliwości wchodzą do jonosfery pod małym kątem, są one odchylane z powrotem w kierunku Ziemi przez zjonizowaną warstwę. Jeśli szczytowa jonizacja jest wystarczająco silna dla wybranej częstotliwości, fala opuści dno warstwy w kierunku ziemi – jakby odbita ukośnie od lustra. Powierzchnia Ziemi (grunt lub woda) następnie odbija opadającą falę z powrotem w kierunku jonosfery.
Podczas pracy na częstotliwościach tuż poniżej MUF straty mogą być dość małe, więc sygnał radiowy może skutecznie „odbić się” lub „przeskoczyć” między ziemią a jonosferą dwa lub więcej razy (propagacja wieloskokowa), nawet po krzywiźnie Ziemia. W rezultacie nawet sygnały o mocy zaledwie kilku watów mogą być czasami odbierane z odległości wielu tysięcy mil. To właśnie umożliwia transmisjom na falach krótkich podróżowanie po całym świecie. Jeśli jonizacja nie jest wystarczająco duża, fala zakrzywia się tylko nieznacznie w dół, a następnie w górę w miarę mijania piku jonizacji tak, że opuszcza wierzch warstwy tylko nieznacznie przemieszczony. Fala ginie wtedy w przestrzeni. Aby temu zapobiec, należy wybrać niższą częstotliwość. Za pomocą jednego „skoku” można osiągnąć odległości do 3500 km. Dłuższe transmisje mogą wystąpić z dwoma lub więcej przeskokami.
Niemal pionowe fale nieba
Fale nieboskłonne skierowane prawie pionowo są określane jako fale prawie pionowego padania ( NVIS ) . Przy niektórych częstotliwościach, zazwyczaj w dolnym obszarze krótkofalowym , fale pod wysokim kątem będą odbijane bezpośrednio z powrotem w kierunku ziemi. Kiedy fala powraca do ziemi, jest rozprowadzana na dużym obszarze, umożliwiając komunikację w promieniu kilkuset mil od anteny nadawczej. NVIS umożliwia komunikację lokalną i regionalną, nawet z nisko położonych dolin, z dużym obszarem, na przykład całym stanem lub małym krajem. Pokrycie podobnego obszaru przez nadajnik VHF w zasięgu wzroku wymagałoby lokalizacji na bardzo wysokim szczycie góry. NVIS jest zatem przydatny w sieciach ogólnostanowych, takich jak te potrzebne do komunikacji alarmowej. W przypadku transmisji na falach krótkich NVIS jest bardzo przydatny w przypadku transmisji regionalnych, które są ukierunkowane na obszar rozciągający się od lokalizacji nadajnika do kilkuset mil, tak jak miałoby to miejsce w przypadku kraju lub grupy językowej, do której można dotrzeć z granic tego kraju. Będzie to znacznie bardziej ekonomiczne niż korzystanie z wielu nadajników FM (VHF) lub AM. Odpowiednie anteny są przeznaczone do wytwarzania mocnego płata pod dużymi kątami. Gdy fala podniebna krótkiego zasięgu jest niepożądana, na przykład gdy nadawca AM chce uniknąć interferencji między falą przyziemną a falą nieba, stosuje się anteny zapobiegające zanikowi, aby stłumić fale rozchodzące się pod większymi kątami.
Pokrycie odległości pośredniej
Dla każdej odległości, od transmisji lokalnej do maksymalnej odległości (DX), istnieje optymalny kąt „startu” anteny, jak pokazano tutaj. Na przykład, używając warstwy F w nocy, aby najlepiej dotrzeć do odbiornika oddalonego o 500 mil, należy wybrać antenę, która ma mocny listek na 40 stopniach elewacji. Widać też, że dla najdłuższych odległości najlepszy jest płat pod małymi kątami (poniżej 10 stopni). Dla NVIS kąty powyżej 45 stopni są optymalne. Odpowiednie anteny na duże odległości to wysokie Yagi lub romb; dla NVIS, dipol lub układ dipoli około 0,2 długości fali nad ziemią; a dla odległości pośrednich dipol lub Yagi na około 0,5 długości fali nad ziemią. Do wyboru odpowiedniej anteny wykorzystywane są pionowe wzorce dla każdego typu anteny.
Zblakły
W każdej odległości fale na niebie będą zanikać. Warstwa plazmy jonosferycznej o wystarczającej jonizacji (powierzchnia odbijająca) nie jest utrwalona, ale faluje jak powierzchnia oceanu. Zmienna skuteczność odbicia od tej zmieniającej się powierzchni może spowodować zmianę siły odbitego sygnału, powodując „ zanikanie ” w transmisji krótkofalowej. Jeszcze poważniejsze zanikanie może wystąpić, gdy sygnały docierają dwiema lub większą liczbą ścieżek, na przykład gdy fale jedno- i dwuskokowe zakłócają się nawzajem lub gdy sygnał fali nieba i sygnał fali przyziemnej docierają z mniej więcej taką samą siłą. Jest to najczęstsze źródło zanikania w przypadku nocnych sygnałów nadawczych AM. Zanikanie jest zawsze obecne w sygnałach fal nieba i z wyjątkiem sygnałów cyfrowych, takich jak DRM, poważnie ograniczają wierność transmisji na falach krótkich.
Inne względy
Sygnały VHF o częstotliwościach powyżej około 30 MHz zwykle przenikają do jonosfery i nie wracają na powierzchnię Ziemi. E-skip jest godnym uwagi wyjątkiem, gdy sygnały VHF, w tym sygnały nadawane w paśmie FM i sygnały telewizyjne VHF, są często odbijane od Ziemi późną wiosną i wczesnym latem. E-skip rzadko wpływa na częstotliwości UHF , z wyjątkiem bardzo rzadkich przypadków poniżej 500 MHz.
Częstotliwości poniżej około 10 MHz (długości fal dłuższe niż 30 metrów), w tym transmisje w pasmach średniofalowych i krótkofalowych (i do pewnego stopnia falach długich ), rozchodzą się najskuteczniej w nocy przez fale nieba. Częstotliwości powyżej 10 MHz (długości fal krótsze niż 30 metrów) zazwyczaj rozchodzą się najefektywniej w ciągu dnia. Częstotliwości niższe niż 3 kHz mają długość fali większą niż odległość między Ziemią a jonosferą. Maksymalna częstotliwość użyteczna do rozmnażania skywave jest pod silnym wpływem plam numer.
Propagacja fal Skywave jest zwykle degradowana – czasami poważnie – podczas burz geomagnetycznych . Propagacja fal nieba na oświetlonej słońcem stronie Ziemi może zostać całkowicie zakłócona podczas nagłych zaburzeń jonosferycznych .
Ponieważ warstwy jonosfery znajdujące się na niższych wysokościach ( w szczególności warstwa E ) jonosfery w dużej mierze zanikają w nocy, refrakcyjna warstwa jonosfery znajduje się w nocy znacznie wyżej nad powierzchnią Ziemi. Prowadzi to do wzrostu odległości „przeskoku” lub „przeskoku” fali w nocy.
Historia odkrycia
Radioamatorów przypisuje się odkrycie propagacji skywave na pasmach krótkofalowych. Wczesne usługi dalekobieżne wykorzystywały propagację fal powierzchniowych na bardzo niskich częstotliwościach , które są tłumione wzdłuż ścieżki. Większe odległości i wyższe częstotliwości przy użyciu tej metody oznaczały większe tłumienie sygnału. To, a także trudności z generowaniem i wykrywaniem wyższych częstotliwości, utrudniły odkrycie propagacji fal krótkich dla usług komercyjnych.
Radioamatorzy przeprowadzili pierwsze udane testy transatlantyckie w grudniu 1921 roku, pracując w 200-metrowym paśmie fal średnich (1500 kHz) – najkrótszej długości fali dostępnej wówczas dla amatorów. W 1922 setki amatorów z Ameryki Północnej były słyszane w Europie z odległości 200 metrów, a co najmniej 30 amatorów z Ameryki Północnej słyszało sygnały amatorskie z Europy. Pierwsza dwustronna komunikacja między amatorami z Ameryki Północnej i Hawajów rozpoczęła się w 1922 roku na wysokości 200 metrów.
Ekstremalne zakłócenia na górnej krawędzi pasma 150-200 metrów – oficjalne długości fal przydzielone amatorom przez Drugą Narodową Konferencję Radiową w 1923 roku – zmusiły amatorów do przejścia na coraz krótsze fale; jednak amatorzy byli ograniczeni przepisami do długości fal dłuższych niż 150 metrów (2 MHz). Kilku szczęśliwców amatorów, którzy uzyskali specjalne zezwolenie na eksperymentalną łączność poniżej 150 metrów, wykonało w 1923 setki długodystansowych kontaktów dwukierunkowych na 100 metrach (3 MHz), w tym pierwsze transatlantyckie kontakty dwukierunkowe w listopadzie 1923 na 110 metrach (2,72). MHz)
Do 1924 roku wielu dodatkowych, specjalnie licencjonowanych amatorów rutynowo nawiązywało kontakty transoceaniczne na dystansie 6000 mil (~9600 km) i więcej. 21 września kilku amatorów w Kalifornii nawiązało dwukierunkowe kontakty z amatorem z Nowej Zelandii. 19 października amatorzy w Nowej Zelandii i Anglii zakończyli 90-minutowy dwukierunkowy kontakt prawie przez połowę świata. 10 października Trzecia Narodowa Konferencja Radiowa udostępniła amatorom amerykańskim trzy pasma krótkofalowe na 80 metrach (3,75 MHz), 40 metrach (7 MHz) i 20 metrach (14 MHz). Zostały one przydzielone na całym świecie, natomiast 10-metrowe pasmo (28 MHz) zostało utworzone przez Międzynarodową Konferencję Radiotelegraficzną w Waszyngtonie 25 listopada 1927 r. Pasmo 15-metrowe (21 MHz) zostało udostępnione amatorom w Stanach Zjednoczonych 1 maja 1952 r.
Marconi
W czerwcu i lipcu 1923, Guglielmo Marconi transmisje „s zostały zakończone w ciągu nocy na 97 metrów od stacji Wireless Poldhu , Cornwall , aby jego jacht Ellette w Wysp Zielonego Przylądka . We wrześniu 1924 Marconi transmitował w dzień iw nocy na 32 metrach z Poldhu na swój jacht w Bejrucie. Marconi, w lipcu 1924, zawarł kontrakty z British General Post Office (GPO) na instalację szybkich obwodów telegrafii krótkofalowej z Londynu do Australii, Indii, RPA i Kanady jako głównego elementu Imperial Wireless Chain . Krótkofalówka „Beam Wireless Service” między Wielką Brytanią a Kanadą rozpoczęła działalność komercyjną 25 października 1926 r. W 1927 r. rozpoczęły działalność usługi Beam Wireless Services z Wielkiej Brytanii do Australii, RPA i Indii.
Dla komunikacji na duże odległości dostępne jest znacznie więcej widma w pasmach fal krótkich niż w pasmach fal długich; a nadajniki, odbiorniki i anteny krótkofalowe były o rzędy wielkości tańsze niż nadajniki o mocy kilkuset kilowatów i monstrualne anteny potrzebne do fal długich.
Komunikacja krótkofalowa zaczęła szybko się rozwijać w latach dwudziestych, podobnie jak internet pod koniec XX wieku. Do 1928 r. ponad połowa komunikacji na duże odległości przeniosła się z kabli transoceanicznych i długofalowych usług bezprzewodowych na transmisję z „przeskakiwaniem” fal krótkofalowych, a ogólny wolumen transoceanicznej komunikacji krótkofalowej znacznie się zwiększył. Krótkofalówka zakończyła również potrzebę wielomilionowych inwestycji w nowe transoceaniczne kable telegraficzne i masywne długofalowe stacje bezprzewodowe, chociaż niektóre istniejące transoceaniczne kable telegraficzne i komercyjne stacje łączności długofalowej pozostały w użyciu do lat sześćdziesiątych.
Firmy kablowe zaczęły tracić duże sumy pieniędzy w 1927 roku, a poważny kryzys finansowy zagroził rentowności firm kablowych, które miały kluczowe znaczenie dla strategicznych interesów brytyjskich. Rząd brytyjski zwołał Imperial Wireless and Cable Conference w 1928 „w celu zbadania sytuacji, która powstała w wyniku konkurencji Beam Wireless z Cable Services”. Zalecił i otrzymał zgodę rządu na połączenie wszystkich zagranicznych zasobów kablowych i bezprzewodowych Imperium w jeden system kontrolowany przez nowo utworzoną w 1929 roku firmę Imperial and International Communications Ltd. Nazwa firmy została zmieniona na Cable and Wireless Ltd. w 1934 roku.
Sygnał, który zapewnił Guglielmo Marconiemu miejsce w historii, nie był długi: tylko kropki alfabetu Morse'a na literze „S”. Ale te trzy krótkie pipsy radiowe stanowiły ogromny skok dla ludzkości. Sygnał, który przebył około 2000 mil nad otwartymi wodami od nadajnika w Poldhu w Kornwalii do chaty na wietrznym wzgórzu Nowej Fundlandii, był dowodem na to, że fale radiowe mogą „zaginać się” wokół krzywizny Ziemi i skutecznie przeskakiwać 100- wysoka na milę ściana wody, która zasłania Amerykę z Wielkiej Brytanii. Dla Marconiego, wówczas młodego Włocha (z irlandzkim pochodzeniem ze strony matki) i jego wiernego pomocnika, byłego podoficera George'a Kempa, nadstawiającego uszy prymitywnemu odbiornikowi bezprzewodowemu, te słabe sygnały radiowe dowiodły triumfalnie, że Marconi miał rację przez cały czas, kiedy upierał się, że nie ma bariery nie do pokonania, która uniemożliwiałaby wysyłanie fal radiowych z jednego zakątka planety do drugiego.
„Było około wpół do dwunastej, kiedy usłyszałem trzy małe kliknięcia w słuchawkach. Kilka razy zabrzmiały, ale prawie nie odważyłem się w to uwierzyć” – napisał Marconi w swoim pamiętniku. „Fale elektryczne, które były wysyłane z Poldhu, przemierzyły Atlantyk, spokojnie podążając za krzywizną Ziemi, co tak wielu wątpiących powiedziało mi, że będzie fatalną przeszkodą”.
Te trzy krótkie pipsy doprowadziły Marconiego do niewyobrażalnego sukcesu komercyjnego, tworząc firmę, która do dziś nosi jego imię (choć ostatnio cierpiała katastrofalnie z powodu deflacji bańki dot.com). Doprowadziłyby również do oskarżeń o plagiat, kradzież i nieuczciwość, a rywale twierdzili, że Marconi „wyobraził sobie” to, co usłyszał, obawiając się, co oznaczałoby niepowodzenie dla mocno zainwestowanego eksperymentu.
Marconi nigdy nie był naukowcem akademickim, zainteresowanym tylko pogonią za wiedzą, ale „wykonawcą”, z żywym poczuciem wartości wynalazku. Jego patenty i ochrona przemysłowa, jaką mu dali, przyniosły mu fortunę, ale były źródłem napięć z innymi wybitnymi pionierami radiowy tamtych czasów, których własny wkład w tę dziedzinę został przyćmiony przez nieco zuchwałego młodzieńca z Bolonii.
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Davies, Kenneth (1990). Radio jonosferyczne . Seria fal elektromagnetycznych IEE nr 31. Londyn, Wielka Brytania: Peter Peregrinus Ltd/The Institution of Electrical Engineers. Numer ISBN 978-0-86341-186-1.