CB klub Česká Lípa CL - Charlie Lima CB klub Česká lípa, z.s.
Aktuality

Vyzýváme členy CB klubu Česká Lípa, kteří se na klubovém webu ještě nepřihlásili, aby tak učinili v zájmu řádné informovanosti o dění v klubu. Viz článek o registraci.

ANTÉNY, ANTÉNY… 2

Kategorie: Láďa Fórum - technické okénko, Archiv, Všechny články

4.1.2002 00:07:00 - Láďa Fórum - Antény a trocha teorie k nim - Vliv ionosféry na šíření rádiových vln...

 

399_399_image002.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK


ANTÉNY, ANTÉNY…
ČÁST 2.


LOM ELEKTROMAGNETICKÝCH VLN V IONOSFÉŘE
Pro zajímavost a pochopení odlišného charakteru šíření, lomu a odrazu elektromagnetických vln v závislosti od její vlnové délky se poněkud odkloním od čistě CB problematiky a doufám, že to nebude na závadu ve sledovanosti tohoto seriálu.
Šíření elektromagnetického vlnění v rozhlasovém pásmu dlouhých vln. Kmitočty pásma dlouhých vln (0.1 až 0.3 MHz) se šíří převážně přízemní složkou, kdežto prostorová vlna je minimální a je pohlcena (absorbována) vrstvou D, jak vidno na obrázku. Dosah vysílače v tomto pásmu je tedy závislý pouze na výkonu vysílače a dosahuje i několika tisíc kilometrů. Přenos v pásmu dlouhých vln je proto v zásadě rovnoměrný bez výraznějších výkyvů, ale je značně rušený atmosférickou elektřinou, průmyslovými poruchami a v neposlední řadě i tzv. elektromagnetickým smogem – nový to výraz hojně používaný. To je jeden z hlavních důvodů, proč se od vysílání v tomto pásmu pomalu upouští.

 


dluhevlny.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 


Šíření v pásmu dlouhých vln: 

Přízemní složka a sleduje zemský povrch působením změny hustoty nejnižších vrstev atmosféry ve výšce zhruba 2 km. prostorová vlna b je pohlcena vrstvou D. Barevné značení vrstev je zachováno z předcházející části 1.


Šíření elektromagnetického vlnění v rozhlasovém pásmu středních vln. Uvedené pásmo je doposud vysílači velmi hustě obsazeno. Přízemní vlna dosahuje i u silných středovlnných vysílačů vzdálenosti obvykle do 450 km. Prostorová vlna je ovšem během dne pohlcovaná vrstvou D, během večera a v noci se však odráží zpět k Zemi, a to od vrstvy E, která se vytváří za soumraku a trvá přes celou noc až do svítání. V této době dochází k značně zvětšenému dosahu. Při tvoření a zanikání vrstvy E (jak už bylo řečeno za soumraku a za svítání), je tato vrstva dostatečně rovnoměrná a k odrazům dochází v různých výškách této vrstvy, čímž se značně mění dráha (délka dráhy) vlny odražené. V místech, kde se vlna přízemní a odražená prostorová vlna vzájemně setkají, může dojít k jejich sčítání. Záleží jen zda se setkají ve stejné nebo opačné fázi, případně s fází posunutou, potom se jejich výkon podle jednoduchých matematických vztahů zvětšuje, zmenšuje a v nejhorším případě ruší. V době soumraku a svítání, kdy je rozdíl v dráhách elektromagnetických vln, dle výše uvedeného, dochází k tzv. úniku (v angličtině „fading“). Tento únik je časově pozorovatelný v pravidelných intervalech, který se prodlužuje případně zkracuje, 1 sec až 20 minut. Výsledek takových úniků můžeme sledovat v reprodukované informaci jako zkreslení.
Z pohledu rušení je středovlnové pásmo poněkud odolnější, než pásmo dlouhovlnové, ale i při použití vhodné antény, která dodá do vstupních obvodů přijímače větší úroveň signálu, je v dnešních podmínkách nerušený příjem vzdálených stanic téměř nemožný. Výrazně se na rušení příjmu středovlnového pásma podílí v převážné míře vadné odrušení domácích spotřebičů, vady v rozvodné síti, jako jsou poškozené izolátory, vadné výbojkové trubice atp. Je to taktéž pásmo, kde se od poslechu pomalu upouští.

 

strednivlny.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 


Šíření v pásmu středních vln:

Ve večerních hodinách se odráží prostorová složka b, sčítáním nebo odčítáním s přízemní vlnou a vzniká únik zvaný fading. Velmi často dochází ke zkreslení reprodukované informace následkem fázového posuvu signálů přímých a odražených.

Šíření v rozhlasovém pásmu krátkých vln. Krátkovlnové pásmo se doposud využívá pro příjem vzdálených stanic. Dosah přízemní vlny i u vysílačů velmi silných např. v pásmu 20 m zpravidla nepřesahuje 30 až 40 km, ale naproti tomu je velice intenzivní třeba vícekrát odražená prostorová vlna. Vzhledem k denním změnám v ionosféře je pro příjem vysílače z jistého směru vhodná pouze určitá denní doba. Zvýšená sluneční činnost způsobuje taktéž poruchy při příjmu na tomto pásmu a tak se uvedené pásmo používá spíše k „lovu stanic dalekých“, než na trvalý dobrý poslech. Protože šíření elektromagnetického vlnění na tomto pásmu je zcela závislé od stavu ionosféry, která na rozdíl od pásem nižších mění svou vodivost i mimo soumrak a noc, lze podle toho, jak je toto pásmo tzv.“otevřené“ usuzovat, jaké bude počasí – ale to už je polemika nad rámec tohoto seriálu. Dostáváme se opatrně k novému výrazu a to „pásmo přeslechu“. 
Co to je? No, v zásadě nic mimořádného. Zjednodušeně řečeno, kde není signál, tam není co poslouchat. No, a jak k tomu dojde, že se signál nenalézá, když vysílač vysílá. Tak to je věcná otázka a tak si ji probereme poněkud podrobněji. Doposud jsme se setkávali se situací, že přízemní a odražená vlna se někde potkávají v pásmu středních vln atp. viz výše. Situace se poněkud změnila v okamžiku přechodu na kratší vlnové pásma, jak uvedeno o pár řádků výše. Přízemní vlna dosahuje vzdálenosti zhruba několik málo km. Odražená vlna prostorová se odráží ve vyšších vrstvách ionosféry a z toho plyne, že její dopad zpět na zem je ve značné vzdálenosti. Po celou dobu, kdy elektromagnetické vlnění překonává značné vzdálenosti se toto na zemi nevyskytuje. Rozdíl mezi dosahem přízemní vlny a místem či oblastí, kam dopadne na zem vlna prostorová – odražená se nachází bez signálu – nazývá se pásmo přeslechu. Tak a je to… lépe lze si celou problematiku objasnit na obrázku. Pásmo přeslechu je obvykle tak rozlehlé, že krátkovlnové vysílače slyšitelné u nás jsou pouze vysílače zahraniční. Jinými slovy řečeno to samé a pro pochopení možná i jednodušší: pásmo přeslechu se rozprostírá od místa, kde zaniká přízemní vlna až do místa, kam dopadá nejbližší složka obražená od ionosféry. Můžeme bez obav konstatovat, že pásmo přeslechu je tím větší, čím vyšší kmitočet nosné vlny používáme. To lze zjednodušeně popsat i takto: čím vyšší kmitočet je použitý, tím se více pohlcuje přízemní vlna, ale na druhé straně se vysoké kmitočty krátkovlnového pásma odrážejí ve vyšších vrstvách ionosféry. Názorně lze toto vystopovat v obrázku. Rozmary ionosféry nejsou jedinou příčinou, proč se krátkovlnového pásma pro trvalý poslech, zvláště vlastních rozhlasových vysílačů téměř nepoužívá. V krátkovlnovém pásmu je potřeba na vstupní obvody přijímače přivádět poměrně dostatečně silný signál od antény a tam jaksi nevystačíme s náhražkovýma anténami, dobrých antén pro toto pásmo mají amatéři a profesionální služby, v posledních letech i někteří uživatelé CB. 

 


kratkevlny.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 


Šíření v pásmu krátkých vln:

Přízemní vlna a dosahuje na malou vzdálenost řádově do 40 km. Domácí rozhlasové krátkovlnové vysílače nejsou u nás slyšitelné, pokud nejsme v dosahu přízemní vlny. Dvojí případně vícenásobný odraz od ionosféry (vrstvy F, F1 a F2) způsobuje, že lze i malým výkonem dosáhnout spojení téměř po celém světě. Vytváření podmínek v ionosféře lze předvídat i na značně dlouhé období s přesností nezřídka na 1 hodinu, pro který směr bude možné dosáhnout spojení i určit vhodný kmitočet pro takovou předpověď. Je vhodné si blíže na obrázku prohlédnout tzv. pásma přeslechů a jak vznikají. Jeho délka je daná výškou, ve které dochází k odrazu prostorové vlny, která proniká vrstvami D a E, a optimálního vyzařovacího úhlu, pod kterým je svazek elektromagnetického vlnění vysílán do prostoru. Významnou roli na délku pásma přeslechu (dopadu odražené vlny – dosahu), kterou můžeme zčásti ovlivnit má použitý kmitočet (na CB pásmu výběr není velký) a vyzařovací úhel. K vlivu vyzařovacího úhlu se ještě dopracujeme v části zaobírající se anténami a jejich návrhů. 

Tímto bych uzavřel dočasně povídání o šíření v rozhlasových pásmech a přejdu k povídání, které bude věnováno problematice pásem krátkovlnových amatérských a samozřejmě i CB. Dozvěděli jsme se to podstatné, že lom elektromagnetických vln je dán použitým kmitočtem (pásmem dlouhých, středních nebo krátkých vln) a stavem ionosféry, zvláště jejich horních vrstev, které samozřejmě nelze z pozice operátora stanice nijak ovlivnit.
Pomocí odrazu elektromagnetického vlnění v ionosféře se mohou překonat velmi značné vzdálenosti řádově tisíce kilometrů s poměrně malými výkony přiváděných do antény k tomu účelu pečlivě navržené a seřízené. K tomu je potřebné vysílat signály pod určitým vhodným úhlem. Ten je závislý od vyzařovacího úhlu ve vertikální rovině použité antény a bude podrobně probráno v dalších částech.
Neodpustím si poznámku z praktického provozu na pásmu, zvláště CB. Někdy slyšíme na našem zařízení relativně vzácnou vzdálenou stanici, se kterou bychom rádi QSO udělali, ale po volání výzvy se odpověď nedostavuje. Položme si otázku: Co je pravděpodobnou příčinou, že nám stanice neodpoví? (Když vyloučíme možnost, že je rušena místním provozem, dále můžeme předpokládat, že pokud volá výzvu, najde si kmitočet, který je tzv. čistý, aby mohl dobře poslouchat.) Obvykle bývá takový neúspěch ze strany zájemce o tuto vzdálenou stanici komentován slovy:“…mám malý výkon, neprotlačím se tam, je tam asi hodně stanic, které na něj volají a mají veliké výkony, byl jsem slabej atp.…“. Nestálo by spíše za úvahu zamyslet se nad tím, že pravděpodobně můj signál může tzv. přeskočit žádanou stanici? Určitě to bude reálnější zhodnocení neúspěchu, než to obligátní – nemám výkon, neprotlačím se tam na něj… Prohlédněte si pozorně obrázky, sic rukou neumělou malované, ale určitě tam někde najdete odpovědi a možná i vysvětlení, proč to je takové a ne jiné. Pokud to někoho bude zajímat – dejte vědět a můžeme to probrat podrobněji – nebo ne? 
Dráhu signálu od vysílací antény k ionosféře a zpět na zem budeme nazývat skokem. Mezi dopadem signálu a absorbovanou přízemní vlnou je tzv. skeep ( skip) – pásmo přeslechu viz výše. Jeho délka závisí na vlnové délce použitého kmitočtu, od denní doby a mimo jiné i od zeměpisné polohy a množství slunečních skvrn. Tento skeep v minulosti spočítal a změřil Fosterling a Lassen. Z jejich údajů jsou sestaveny tabulky, ve kterých lze vyčíst délky skeepu ve dne, po západu Slunce a po určitých hodinách od západu Slunce. Jejich údaje jsou opravdu jen informativní, ale můžeme konstatovat, že v nočních hodinách se skeep na pásmu prodlužuje. S nástupem moderní výpočetní techniky a Internetu, lze nalézt přesnější údaje a předpovědi délky skeepu s tím se zobírat nebudeme.
Abychom zjistili podmínky skoku odražené vlny, musíme poněkud blíže zaobírat mechanikou lomu elektromagnetických vln. Lom vyvolává (ve vztahu k elektromagnetickému vlnění), změna – zmenšení – dielektrické konstanty prostředí ve velkých výškách ionosféry, čemuž odpovídá index lomu prostředí který můžeme vyjádřit matematickou rovnicí, kterou čtenáře zatím nebudu zatěžovat. Ze souboru rovnic, které popisují vztahy matematické k lomu, lze odvodit Appletonovu rovnici, které říkáme rovnice mezní kritické frekvence. Co to znamená? Je to frekvence, která se ještě jako nejvyšší odrazí od vyšetřované vrstvy ionosféry. Vyšší frekvence – kmitočty, než je kritická frekvence, pronikají přes ionosféru a unikají ve vesmírném prostoru. Kritická frekvence pro určitou vrstvu platí jen pro případ, kdy svazek dopadá kolmo. Frekvenci pro šikmý dopad lze snadno vypočítat pomocí triviální věty o secans zákonu z geometrie. Je vhodné znát úhel dopadu a kritickou frekvenci vrstvy. Frekvence pro šikmý dopad se v amatérské praxi i profesionální nazývá maximálně použitelná frekvence (Maximal Usable Frequency – anglicky), zkráceně MUF. V tomto případě stačí jen nepatrný pokles ionizace vrstvy a signál s frekvencí MUF už nepronikne. Tomu se dá zbránit zavedení optimální provozní frekvence OPF, která je snížena o 15%. Pokud známe MUF nebo OPF, můžeme uvažované spojení realizovat na jeden skok. Obvykle se spojení do 3500 km řeší jediným skokem, pokud hodláme uskutečnit spojení na větší vzdálenosti, potřebujeme skoků obvykle více než jeden. Spojení s jedním, skokem nebo více skoky jsou velmi jednoduchá, pokud jsou realizovaná na tom samém poledníku, protože v takovém případě jsou vrcholové body skoků osvětleny současně, a tak QSO s Afrikou se v našich podmínkách velmi jednoduše navazuje. Obtížnější je navazují QSO s místy s odlišnými zeměpisnými délkami, zvláště pokud jde o vícenásobný skok delší než 5000 km. V takovém případě MUF musí být velmi vysoký, protože v osvětlených vrcholových bodech je malý útlum. Nejtěžší je uskutečnit dlouhé QSO na stejné rovnoběžce, pokud se jedná o více než jeden skok, protože vrcholy jsou ve stejném čase nestejně osvětlené, nebo pokud jde o vrcholové body v místech magnetických pólů, když je QSO znemožněno tzv. magnetickou bouřkou. Velmi obtížně se dosahují QSO na trati Jižní Afrika – Jižní Amerika nebo Střední Evropa – Labrador, podobně i Mexiko. Tím není samozřejmě vyloučeno takové QSO provést, ovšem podmínky musí v každém případě být nakloněny takovému snažení poněkud více než je obvyklé.
Pro ulehčení vypracování vlnového plánu krátkovlnových komerčních stanic sestavují různé vědecké ústavy hodnoty MUF pro jednotlivé vrstvy, zvláště pro neustálenou vrstvu F2, které platí pro různé oblasti zeměkoule. Uvedené předpovědi se obvykle zpracovávají na tři měsíce dopředu. Lze je snadno nalézt dnes již jednoduše na www stránkách internetu. Jejich význam, jak výše řečeno, je nemalý a dobrá znalost, umění aplikovat MUF v návaznosti s vhodně navrženou anténu a jejími vlastnostmi, do zamýšleného QSO nám může jen prospět a pomůže nám sbírky QSL rozmnožit leckdy o neuvěřitelně zajímavé stanice prakticky z celého světa.

 

Autor: Láďa Fórum

Odkaz na originál článku