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散亂電離 E 層造福 10 米波段

No.44   1996 Sep.   p130~132,   by 編輯部



    在業餘無線電人員執照有分等制度的國家中,一般來講,初級執照都規劃給不易有長距離通訊的波段,例如 HF 高頻的 10 米波 (28.0-29.7MHz) 就是典型的例子 (有時它也會被視為極高頻)。在電離層普遍陷於低潮時期 (這是與太陽黑子活動有關的自然現象),幾乎任何波段都會像是陷入泥沼般,昔日 20 米波 (14MHz) 或 15 米波 (21MHz) 像菜市場般熱鬧的景象,目前幾乎已經不存在。

    不過我們倒是可以玩玩另外一種與眾不同的遊戲,那就是抓住散亂電離 E 層,每當因為散亂電離 E 層出現而可以利用 10 米波做通訊的時候,就算是遠在數千公里之外,也會像是利用 VHF 或是 UHF 與當地電台通聯一樣地清晰可靠。問題是,散亂電離 E 層什麼時候會出現?


春夏之交來報到

    大約在每年春夏之交約三、四月裡,通常可以隱隱約約嗅出散亂電離 E 層就要發生。

    一般而言,散亂電離 E 層與太陽黑子活動可以說是無關的,反而與季節有著很明顯的關係,每年進入春季之後,散亂電離 E 層就會以隨機的方式偶而出現,算是告訴你散亂電離 E 層出現的季節就要來臨;一進入夏季之後,有時就會像是時鐘那麼準確地出現散亂電離 E 層,每週之內的幾個夜晚都會出現,而且持續好幾個星期之久。

    散亂電離 E 層出現時,真叫人不敢相信,平日死寂的 10 米波,會頓然熱鬧起來。在散亂電離 E 層季節的尖峰期間,散亂電離 E 層會在午餐之前就出現,它可以維持好幾個小時,有時甚至可以持續到深夜。發生了這種狀況,會讓 10 公尺波段突然變成像是一個熱鬧的風景區般,整個波段內都擠滿了訊號,而每道訊號都很強,傳導狀況也很穩定,頻道內的每座電台語音都顯得興奮異常。


什麼是散亂電離 E 層

    散亂電離 E 層是一般業餘電台對這特殊傳導狀況的稱呼,有時也叫它做「E-跳躍」 (E-skip),這與一般的遠距離傳導不太一樣,發生「跳躍」好像與太陽黑子的數目沒有很明顯的關係。每當「E-跳躍」發生,都會讓有興趣在 10 米波 (甚至 VHF/ UHF) 做遠距離通訊的朋友雀躍不已,更重要的是,雖然這不像是候鳥來寶島過冬那麼準時,但是「E-跳躍」每年都會來。

    下面我們就來談散亂電離 E 層發生時如何抓住機會,散亂電離 E 層能在通訊時發生哪些作用。


為什麼會有散亂電離E層

    大多數在中波或者是短波能有長距離的通訊,那是因為太陽高能輻射在地球大氣層上產生作用的結果,到底是什麼作用呢?簡單的說就是太陽的高能輻射,目前我們特別相信是其中的紫外線作用,它使得大氣中的分子產生了離子化作用,這一在地表高空被離子化了的累積分子,就叫做「電離層」 (Ionosphere)。

    電離層擁有一個非常重要的特性,那就是對於電波而言,它有如一片電波鏡子般,可以把來自地面的電波,原本是會向外太空奔去,而卻被電離層折射回地表方向,使得地表上相距遙遠的兩個電台,能夠藉著這散亂電離 E 層,彼此完成通訊。


電離層

    例如彰化離台中 20 公里一樣,這語句本身是非常模糊的;電離層也是一樣。我們可以確定的是,一般產生的電離層,距離地表最近的高度大約是 60 公里左右,而最高的電離層則發生在 300 公里左右的高空,而不同高度的電離層,因為受到太陽影響的程度,本身的離子結構等等,而有不一樣的特性。因為這個緣故,研究電離層的專家就把電離層依高度分成好幾個區域,由低而高,以 D、E、F 來命名。

    就目前的研究而言,D 電離層對於遠距離通訊的電波傳導沒有實用的價值,通常它只有在大白天才會出現;在通訊上,D 電離層不僅無益,有時可以說是有害,因為它會吸收掉來自遠距離的低頻率訊號,這也就是大白天不能使用 80 米波 (3.5MHz) 做遠距離通訊的主要原因。

    至於 E、F 電離層,尤其是 F 電離層,洲際的短波訊號,主要是由它的幫忙才能夠實現的;F 電離層在白天期間,它又會分裂成上下兩層,稱為 F1 層與 F2 層,而一般相信 F2 層對於短波的遠距離通訊是大功臣。

    姑且不論是哪一片電離層的作用,能夠讓短波做遠距離通訊的主因,就是電離層有折射電波的能力。只要選對了使用的頻率、恰當的時機 (包括日、月、年),你就可以藉著 E、F 電離層的折射能力,讓你的電波到達世界各個角落。其中以太陽黑子活動的強弱為主要因素,太陽黑子活動越強,就越有利於 E、F 電離層的電波折射能力,甚至出現了散亂電離 E 層。

Fig 01
太陽在地球大氣層上產生高能輻射,其中的紫外線作用使得大氣中的分子產生了離子化作用,被離子化的累積分子,就叫做「電離層」,其對電波而言,有如一片電波鏡子般,可以把來自地面的電波,折射回地表方向,使得地表上相距遙遠的電台,彼此能夠完成通訊。



電離層與散亂電離E層

    所謂的散亂電離 E 層,就是指在一般 E 電離層高度上,因為分子離子化作用特別強時,產生了足夠密度的電離子,就是所謂的散亂電離 E 層,它就像是低空可以看到的雲一樣,一片一片的,高度大約在 150 公里左右,當它出現時,就像雲一樣,飄忽不定,直到消失為止。

    散亂電離 E 層的主要作用頻率是 21MHz-225MHz 之間,它的出現總會帶來讓人感到驚嚇的傳導狀況。其實,散亂電離 E 層隨時都會發生,但是發生機率最大的是在每年的春夏之交開始的一段期間,以及入冬前夕的一小段期間。根據統計,利用散亂電離 E 層做遠距離通訊的最好時間是,早上八點到中午,以及下午六點以後到午夜之間。


散亂電離 E 層成因依然如謎

    散亂電離 E 層應該和太陽黑子活動無關,有的話,相關性也很弱,因為就在太陽黑子活動最低潮期間,就有散亂電離 E 層活動最活躍的記錄,當時甚至很容易可以在 2 米波段進行通話。似乎沒有人能肯定指出為什麼會產生散亂電離 E 層,業餘無線電家現在依然努力地要找出形成散亂電離 E 層的真正原因,這在目前依然是一個困惑不解的謎題。到底是什麼樣的直接原因形成了散亂電離 E 層呢?

    現在有個很受支持的解釋模型,就是說極高空的「風」造成的,但是如果說散亂電離 E 層是隨意發生而且飄移不定,那麼為什麼很容易發生二次以上的「E-跳躍」呢?於是就有人提出了傘狀散亂電離 E 層的解釋模型。不過,對於大多數的業餘無線電家而言,只要知道如何把握散亂電離 E 層發生的時機就可以了,因為我們的焦點是如何利用散亂電離 E 層呢?


善用散亂電離 E 層

    10 米波段的通訊假如透過散亂電離 E 層折射傳導,可以使通訊距離延伸達數百公里到上萬公里之譜。當然以實際用途而言,傳導也未必是越遠越好,例如要通鄰近的地區國家,就不需要遠距離的傳播,而對於真正要追求遠距離通訊的人來說,當然是越遠越好;如果發生多次的「E-跳躍」,可以讓 10 米波段電波橫跨太平洋。不過,要真正利用並享受「E-跳躍」的,還是屬於中短距離的散亂電離 E 層傳播,也就是一次的「E-跳躍」,因為這才比較可靠,而且也會有好幾個小時的持續時間。


利用監聽發現散亂電離 E 層

    如何抓住散亂電離 E 層發生時刻呢?對於初學者而言,首先要選對時間來監聽該波段。最好的時間是過了早晨的半午時刻,也就是大約九到十點左右,或者是黃昏日落之後剛好夜幕低垂之際,因為這段期間出現散亂電離 E 層的機會比較大。

    當然啦,最理想的是,只要有空,就監聽看看 10 米波段的動靜,可以鎖定幾個遠方活躍的中繼頻率,如果沒有回音,又有時間的話,可以試著 CQ 一下,或許你的訊號有機會打開「傳導」狀況。同時也別忘了要與朋友約定好,如果有散亂電離 E 層發生的話,別忘了打個招呼,通知一聲。


辨別真正的散亂電離 E 層訊號

    散亂電離 E 層發生時,情況是千變萬化的,千萬要有警覺心,真正的「E-跳躍」,訊號是非常強的,就像是本地附近的電台訊號一樣,當然散亂電離 E 層因為飄忽不定,也會造成訊號有衰落現象,使得訊號時強時弱,此時就要發揮判斷力,來辨別這訊號只是來自稍遠的正常微弱訊號,或者是散亂電離 E 層訊號,當然這都得靠經驗,有了經驗,就不容易出錯,很容易可以分辨出真正的「E-跳躍」訊號。


設備簡單

    要與散亂電離 E 層為伍,並不需要高指向性天線或是線性放大器,只要偶極天線加 100 瓦的收發機就夠了。當然比這條件更差的都行,曾有人以幾瓦的手機加車天線,就藉著散亂電離 E 層傳播,在 10 米波段與日本、歐洲通聯。


馬上開始

    不論今年的散亂電離 E 層最佳時機是否已經來臨或落幕,都可以馬上進行,反正散亂電離 E 層不管太陽黑子活動情況,每年一定都有,所以可以考慮開始監聽 10 米波段的情況,練習抓住散亂電離 E 層。

    一旦漸漸熟悉並且學會了利用散亂電離 E 層,就可以體會出為什麼業餘無線電愛好者會對散亂電離 E 層感到興奮。 END

Fig 02
太陽黑子未來五次活動週期預測情形



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