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V/UHF 超高頻傳播特性

No.06   1992 Nov.   p43~46,   吳尊周 / BV2AP



Fig 01
吳尊周 / BV2AP 手持日光燈管為眾人解說電場強度。

    過去我總以為頻率超過 30 MHz 的無線電波只能作直線傳播,傳送距離有限。然而在經歷數十年的摸索後,卻發現在浩瀚的無線電世界裡,還有奧妙末知的傳播特性,有待同好們繼續一起深研探討。在此僅就個人之親身經歷簡述如下:


一則廣告啟蒙

    民國 56 年初於台中美新處圖書館看到 "FLYING" 飛行機雜誌上一則廣告:50-200mW (0.05-0.2 瓦) 121.5/243MHz 對空 200 哩距離的求救發射機。美國 ARRL 手冊中亦有 144MHz 數十毫瓦通達數十哩之記述,這才開始我對 VHF 的 DX HUNTING。

    民國 58 年在彰化 BV5CR 的公司修學時即頻繁收到 91/94MHz 香港調頻廣播電台,當時訊號出現的時間約在早晨 8 時前,過了 8 時以後,訊號就漸漸衰弱而至消失;傍晚日落後約在下午 6 時才又出現,當時所用的接收機為一般的家用音響。

    59 年 (白雪溜冰團於高雄公演) 7 月 1 日在彰化員林收到日本的電視影像,訊號比台中調頻台還要強。


音訊越洋而至

    57 至 62 年當中,使用 FM/TV 接收試驗,發現在夏季白天的時候,尤其是颱風前後幾天,可收到日本全國各地及韓國 AFNK 調頻廣播。冬天晚上還可收到南洋方面的 TV/FM 訊號。在大晴天的午後,日本大阪 85.1MHz 調頻廣播電台的立體聲可以清晰的收到,訊號強到用室內天線也可以收到。在陰雨天候下的早晨可以收到日本電視台 1-3CH 全無雜音的音聲,從 3、4 月份到 10 月份,天天都有可能,但也或許一個月才兩三天而已。本地小區域 / 小尺度的氣象狀況與 DX V/UHF 無關,但突遇冷鋒或於夏日雷雨後會出現意外的 V/UHF DX 在 29MHz, 50MHz 對 JA OPEN。

    64 年舉家遷往台北市後,本以為台北市這塊盆地不容易收到遠地來的超高頻訊號,尤其對日本方向多山,電波也許被層層山巒擋住,根本傳不過來。然而在狀況好的時候,在內湖、東湖及天母等地都可清楚收到日本的調頻電台。曾於冬天深夜凌晨 1、2 時在 60MHz 左右收到馬來語的電視聲音,實在令人難以忘懷。

    地球自轉每秒鐘約轉移 500 公尺,地面溫度平均約 20~30°C,高度上昇,則溫度下降,昇到 10 公里以上,溫度會降到零下 20~5O°C,到 50 公里以上,再由零下 50~100°C 開始上昇,到 300 公里高度時,溫度可高到 700~2000°C 以上,但是面對太陽與背對太陽的溫差則可到達 500~1000°C,太陽黑子活動期間更可再加高 1000°C,亦即 200~300 公里的高空溫度日夜有 500~3000°C 的巨大變化。溫度愈高,電離層愈活躍,傳播性愈好。


東西向遠距傳播不易

    8 年多前曾在早晨 7 時多收到日本 76~108MHz 調頻電台的訊號;8、9 點多時韓國調頻電台也開始陸續出現。大陸東北、江浙、江西的調頻電台訊號也隨著地球自轉開始出現。午後 2~4 點時,廣西、雲南、貴州、四川、蘭州的調頻電台也可以收到,當時因為國內 91~96 MHz 沒有強力調頻廣播電台,因此才能輕易收到。20 年前中廣高雄調頻台尚末開設時,在彰化、北港及台南都可收到台北調頻台 103.3MHz 的訊號,如今則已不可能了。因為超短波的超速距離傳播隨時都有可能發生,如流星反射,特殊電離層甚或飛機山岳…等等,變 數極大,或許數天數月才有數分鐘至數小時的良好通信,因此只有隨時的收聽像 FM 或 TV 這樣高功率又長時間發射的固定訊號,才能穩定的了解,若 88~108MHz 的調頻電台訊號很強時,144MHz 才有可能通達較遠距離。一般說來,南北向 1200 公里以上的傳播是輕而易舉的事,東西則比較不容易,或許是因為台灣北有日本、韓國,南有印、澳、紐、泰,東西向則多為海洋或高山,電台較少或是赤道傳播的南北特性較佳,或在同一日照區等因素。


「複徑傳播」相位抵消

    超高頻通信亦會受到障礙物阻擋而反射,產生「複徑傳播」路徑,此時會有相位互相抵消之特性 (如電視接收時的鬼影一般),導致音質不清。有一年上山掃墓時帶著 FM 收音機卻發現聲音聽不清楚,其實並不是訊號不夠強;而是山上小土丘多,電波相位亂反射,以致無法良好收訊,當時只要上下左右移動數十公分,馬上有大變化之複徑傳播干涉現象,有如汽車行進每半波長距離時,訊號強度可由強而轉弱再轉強,強度變化可達 20~30 dB (1000 倍功率),簡直有如天堂與地獄之別。因此,在作超高頻通信時,準備兩組天線是萬全之道。

    定向天線亦不一定百分之百的有效,之所以要準備兩組天線是因為當其中一組落於複徑傳播干涉之死點時,另一組或許正好在強點。對不同之電台收訊當不致兩組天線都恰巧在收訊谷點。固定頻率之固定電台,當頻率變移數 KHz 至數十 KHz 即可改變其峰谷點。定向天線有時並非對向實際方位,而是對準遠處之高山;例如在台北盆地裡對向大霸山、雪山即可直通中南部,在雲林對向東部高山即可通達花東地區。是否想體驗 Hi-Fi Stereo 的立體聲通訊效果呢?只要兩支垂直天線、兩台接收機,在收聽兩台通訊對話時,因不同天線位置對 不同方向來的電波干涉點不同,恰好各自對應,故分離度極佳。


收聽各地廣播了解電離層反射現象

    在太空中的電波,難道就不會像汽車行進時,有反射後之複徑相抵干擾互相消減,而出現如波源般之一陣一陣,一波一波的狀況嗎?在實際的非空曠地面上接收無線電訊號自長波至極短波都有明顯的駐波現象,長短波 AM 接收機因有 AGC 自動增益控制線路,故訊號差雖達 10~30dB (1000 倍以上),實際接收的音量卻無巨大差異。在 500KHz -1605KHz 因天波與地波相位相抵,開車時試將 AM 天線略拉至接收訊號適中,在車子行進時會發現每數十公尺出現一個訊號弱點 (谷點)約 1/4 波長距駐,自強而弱作變化,有如正弦值,但實測發 現其谷點距離僅約 2~5% 波長,亦即行進 50-150 公尺才有 5~15 公尺訊號佳。

    接收 189KHz/243KHz 的俄羅斯百萬瓦超強電台時,雖遠在數千哩外,然因其全為地波之故,很少干涉現象,幾乎全年日夜相差不多,訊號非常穩定,用手提鐵粉芯天線就可以收得很好了!

    自 20 年前到現在每天晚上都可收到 1413KHz 日本北九州福岡 JOIF (50 千瓦)及 711KHz (500 千瓦) 韓國電台訊號;也曾收到過印度加爾各答電台 1000 千瓦訊號,但因係天波,有衰減現象,須在深夜才可。若要了解電離層反射現象狀況可以收聽 NSB 日本短波放送的 3925; 6055;9595KHz 之 24 小時廣播、新加坡 9635KHz 華語全日有時搭配閩南語歌曲、沙勞越 495OKHz 早晚都有國語歌曲、馬來西亞 6025KHz 亦多國語歌曲、日本 NHK 17810 KHz 日 / 英語交替白天大於 70 dbuv (10mv) 之訊號強亦太平常了。附圖係日本 NHK 廣播電台 17810KHz 的白天電界強度變化圖,天線 2 米半垂直電線,未諧振,用 15 米長 RG214/U 饋電纜接入,經校正訊號表 dB 值之接收機配上記錄器直接接入,聲音很良好,但記錄顯示卻有高低峰谷值大於 30dB (1000 倍功率)的變化,而且可以看到高空電離層移動之干涉都普勒效應。

    切記:地球每秒自轉 500 公尺,且高空溫度在 -50°C ~ +2000°C 之間,水蒸氣也已變成非常乾燥的顆粒,在高速移動下會產生靜電場不單只有雷電;甚至流星塵之金屬粉末也因高溫而致電漿化 (PLASMA),因此而形成一高密度的電離層也是輕而易舉的事,收聽短波廣播時,其訊號強度變化如陣陣海波也就不足為奇。

Fig 02
日本 NHK 電台 17810KHz,白天電界強度變化圖



14100KHz 短波帶指標台

    在 14100KHz 短波帶有一特殊指標台,如下表,每 10 分鐘一個循環,每一台使用 1 分鐘時間。第一步先以 100W CW 方式報出呼號,後接 1 個點劃,再接 9 秒鐘的長劃。第二步以 10W CW 方式先報 2 個點劃,再接 9 秒鐘的長劃。第三步以 1W CW 方式先報 3 個點劃,再接 9 秒鐘的長劃。第四步以 0.1W CW 方式先報 4 個點劃,再接 9 秒鐘的長劃。最後以 100W SK 台號結束,換下一台。自 00 分紐約開始,01 分三藩市,02 分夏威夷,03 分日本三重,04 分以色列,05 分芬蘭,06 分 MADEIRA 地中海西口外島,07 分南非,每 天 24 小時全年無休,不停的發出 BEACON 指標訊號:

    NCDXF (Northern Cahfornia DX Foundation) 自 1983 年起在上列八地點架設出力 10dB (10 倍)差 4 階段 10 分鐘間隔 24 小時每天不停發射 100W, 10W, 1W, 0.1W 的 QRP 弱電力電台,極有參考價值:

    當傳播狀況良好時,1W 和 100W 收起來相差並不多,可說是「無差別」但若天公不讓你通上,雖有千萬瓦特的功率也沒有用,只有守株待兔等候時機,就像姜太公釣魚一樣,別無選擇。另外要注意 CW MODE 通信模式與 SSB, FM, AM 的感度差別可達 10dB (10 倍),CW 易了解接收,再 SSB,再 FM 或 AM。

 時間(每十分鐘) 局名 地點
 00 4U1UN/B 紐約聯合國
 01 W6WX 加州 史丹佛大學
 02 KH6O/B 夏威夷 社區大學
 03 JA2IGY 日本三重縣伊勢市 (名古屋南邊)
 04 4X6TU 以色列 古拉維夫大學
 05 OH2B 芬蘭 赫爾新基技術大學
 06 CT3B MADEIRA島
 07 ZS6DN/H 南非

100W 台號 開始發送
100W .- 9秒長劃
10W ..- 9秒長劃
1W ...- 9秒長劃
0.1W ....- 9秒長劃
100W 台號 結束發送



太陽黑子活動期遠距易通達

    若要作超高頻 DX 通信只有收聽 50~108MHz 之 FM 廣播或 TV 音訊,若要通日本則先試收 76~108 MHz 的日本調頻電台廣播訊號是否夠強,如此 2 米波帶才有可能遇上;2 米波帶良好才有可能作 430 MHz,但也並非一定;90 年為太陽黑子活動期,隨時都有可能通達超遠距離,白天深夜大熱天或雷雨交加時都有可能,等待著有興趣者去發掘。

    每年中日韓的 V/UHF 長程通信實驗中,439.88MHz 日本石垣島的中繼站就有如燈塔般的指引著參加者。根據現有的指標,可以有效的達到 V/UHF 長程通信,在此列出可供作指標台的頻率,以便迅速知道可能之預期結果:

29.030 北海道 50.008 菲律賓 DX1HB
29.050 台北 50.010 日本三重JA2IGY
29.090 橫濱 50.016 九州宮崎
29.130 奈良 JK3RLE 50.027 福島
29.610 香港VS6FQ 50.170 北海道
29.640 菲律賓 DX1HB 50.490 東京
29.650 北海道 JP8YCV 50.075 香港 VS6SIX

飛航管制站 救急台 FM 廣播 沖繩縣
128.6 那霸 149.63 宮古 87.3 439.52 439.88
134.75 宮古 148.01 石垣 83.7 439.54 439.90
l27.l 八重岳 150.07 那霸 84.2 489.60 439.94
134.8 奄美 147.48 那霸 84.8 439.64 439.96
118.5 與那國   85.0 439.68 439.98
123.9 宮古   87.0 石垣 439.72 1292.02
278.2 宮古   88.1 那霸 439.76  
124.5 宮古   85.8 與那國 439.80  
280.0 宮古   89.1 FEN 439.84  



無阻高點通得遠

    有關 V/UHF 之 DX 傳播在基本上;地點要高、無阻擋才能通得遠,配備上高增益的天線則效果更好,像民國 78 年日本訪華團所帶來的 4x19 節增益高達 20dB (100 倍) 的天線,再加上超低雜音之前置放大器直接接於天線下端,並用 10 DFB 的低損失饋電纜線,長度儘量弄短,主機採用高級的通訊機如 TS -790, FT-736, IC-970 等。正如日本 430MHz 全國傳播實驗團團長福田成男所言,將全部的裝備都用最好的、最正確的方法,先作最優良的調整,則實驗結果將是當時最好的了,最後則只剩下電離層開不開的最後一關,任憑天公作主了。

    每年七月底都有一回由日本主辦的 V/UHF 通信實驗,建議大家在選擇地點的時候要注意儘量避免接近 V/UHF 高電力電台,它會影響超靈敏之接收機前級端,可能無法滿意工作 (因飽和產生 IMD)。像竹子山一地雖高,卻有 FM/TV 數萬瓦的電台集中於該地區;合歡山太高了,全省任何地方,只要數毫瓦的電波就有可能使其滿檔;墾丁佳洛水一地雖低近海平面,但因北向日本即為海面,電波無阻擋,又能阻擋住從高雄地方來的任何電波,效果可能不錯!記得日本訪華團來華試驗時就遇到 1.9MHz 的中波電台二次諧波干擾,根本無法工作, 以致徒勞無功而返,當年 ICRT 及教育之聲的中繼諧波自 100-250 MHz 多次出現,而因其為寬頻 FM,嚴重干擾到我們使用的窄頻 FM 頻道還不自知呢!要切記:50 mW 對空無阻擋下通達 200 哩內有 59+ 的信號沒問題,不一定要到高山上的神社拜佛才靈 (離神較近!),或許電離層反射的最佳接收點就在你身邊。只要仰角 0-20°無阻擋的地點就可以。

    要了解 V/UHF 得先由 HF 觀察作記錄,因為 HF 數天即有一明顯之觀察週期,而 V/UHF 或許要 11 年才有一次週期?!甚或不規律。每年取樣 1,2 天作全國傳播實驗只能說是以管窺天,取樣誤失太大,超 DX 之 OPEN 時間絕不可能在那一天出現。還是得靠全國各地同好每日每時有興趣自 HF 至 UHF 掃描記錄,互相交換以聯絡成一監測網,各位先知前輩有更深入之體會,亦請賜教。有空不妨在 29.300 (1O 米 FM) 守候,對 V/UHF DX 可以有更深一層的了解。

    參考:日本 CQ 雜誌 1985 年 5 月,1989 年 2 月,1990 年 11 月 END



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