home   התפשטות גלי רקיע בתדר גבוה (ת"ג)
מה חשיבותם?
חיזוי תנאי תקשורת עבור חובבי רדיו

תחזיות התפשטות גלי רדיו בתחום ת"ג מספקות לחובבי רדיו מידע שנועד להקל עליהם את בחירת התדרים והשעות לביצוע תקשורת יעילה למקומות נבחרים בעולם. התחזיות מבוססות על המצב הנוכחי של היונוספירה, המושפעת מפעילות השמש. - עדכון 25 פברואר 2024

המדריך המלא אנגלית   |   תקציר אנגלית
דורון טל, 4X4XM

הסרט הצרפתי "אילו כולם היו כמוהם" שראיתי בגיל עשר השפיע עלי להיות חובב רדיו. שבע שנים לאחר מכן, קיבלתי את הרישיון המיוחל. הייתי פעיל על גלי החובבים במשך כ-28 שנים. ביוני 2020 חזרתי לתחביב נעוריי ואז התברר לי כי עדיין לא ידעתי מספיק על האופן שבו תופעות טבע שונות משפיעות על התפשטות גלי הרדיו.

החידושים המדעיים, ההתקדמות שחלה בחקר החלל, האינטרנט ורדיו מוגדר תוכנה (SDR) אפשרו לי ללמוד את רזי התפשטות הגלים בדרכים חדשות.

כעת אני מעמיק בנושא חיזוי תנאים ליצירת קשר ת"ג, אוסף נתונים ומנתח את התוצאות.

דף זה הינו תקציר בעברית של הממצאים שהעליתי עד כה, עם קישורים לדף מפורט באנגלית, שמעודכן לפחות פעם בשבוע.

בחודש אפריל 2023 נעזרתי באפליקציה של בינה מלאכותית, ChatGPT, שסייעה בידי לבדוק את האתר באנגלית, לנקות אותו משגיאות ולשפר את המבנה הלוגי שלו (חלוקה לפרקים ועוד).

  1. מהם גלים קצרים?
  2. חשיבות השימוש בגלים קצרים - ת"ג
  3. דעיכת תחום הת"ג ולידתו מחדש
  4. אופני התפשטות גלים קצרים
  5. פרק מיוחד על NVIS לשימוש בעיקר בתחומים 80, 60 ו-40 מ'
  6. היונוספירה
  7. חיזוי התפשטות גלים קצרים
  8. תדר שימושי עליון
  9. יונוסונד
  10. תנאי תקשורת כעת
  11. עננים יונוספריים חדש!

↑ המונח "גלים קצרים", או תדר גבוה (ת"ג), מתייחס לגלי רדיו בתחום התדרים בין 3 ל- 30 מגהרץ (100 - 10 מטר)
מודגש בטבלה למטה על גבי רקע צהוב.

המונח הארכאי, "גלים קצרים" (HF), נטבע במחצית הראשונה של המאה העשרים.
אז היו בשימוש בעיקר הגלים הבינוניים (MF) והארוכים (LF).
תחום התדרים של גלי הרדיו רחב ביותר - 11 סדרי גודל (10 בחזקת 11), מ-3 הרץ ועד 300 ג'יגה הרץ.

תת-תחום בעברית תת-תחום באנגלית כינוי תחום אורך גל מוקצה לחובבים
בישראל
תדר קיצוני נמוך Extremely low frequency ELF 3 - 30 Hz 10,000-100,000 ק"מ אין הקצאה
תדר סופר נמוך Super low frequency SLF 30 - 300 Hz 1,000 - 10,000 ק"מ אין הקצאה
תדר אולטרה נמוך Ultra low frequency ULF 300 Hz - 3 kHz 100 - 1000 ק"מ אין הקצאה
תדר נמוך מאוד Very low frequency VLF 3 - 30 kHz 10 - 100 ק"מ אין הקצאה
תדר נמוך Low frequency LF 30 - 300 kHz 1 - 10 ק"מ אין הקצאה
תדר בינוני Medium frequency MF 300 - 3000 kHz 100 - 1000 מטר 160 מ'
תדר גבוה

  "גלים קצרים"

High frequency

    "shortwave"

HF ת"ג 3 - 30 MHz 10 - 100 מטר 80, 60, 40,
30, 20, 17,
15, 12, 10 מ'
תדר גבוה מאוד Very high frequency VHF תג"מ 30 - 300 MHz 1 - 10 מטר 6, 4, 2 מ'
תדר אולטרה גבוה Ultra high frequency UHF תא"ג 300 - 3000 MHz 10 - 100 ס"מ 70, 23, 13 ס"מ
תדר סופר גבוה Super high frequency SHF 3 - 30 GHz 1 - 10 ס"מ 5, 3, 1.2 ס"מ
תדר קיצוני גבוה Extremely high frequency EHF 30 - 300 GHz 1 - 10 מ"מ 6, 4, 1 מ"מ

כיום חובבי רדיו מתקשרים זה עם זה בעיקר בתחומי הגלים הקצרים (HF) והקצרים מאד (VHF-UHF)
ובמדינות המאפשרות זאת גם בתחומי הגלים הארוכים.


↑ חשיבות השימוש בגלים קצרים (תדירות גבוהה - ת"ג)

גלי רקיע משמשים לתקשורת שאינה דורשת מערכות ממסר עבור שידורים לציבור (Broadcast), ניהול שיחות (בין שתי תחנות או ועידה רבת משתתפים), העברת נתונים ספרתיים לרבות תכתובות, מערכות ניווט ומערכות מעקב. מערכות תקשורת כאלו אינן דורשות תשתית של ממסרים שעלולים לקרוס בעקבות אסונות טבע, מלחמות וכיוב'


↑ דעיכת תחום הת"ג ולידתו מחדש

עד שנות ה-60 של המאה העשרים, התקשורת העולמית התבססה בעיקר על גלי רקיע בתחום הת"ג. מאז שנות ה-70 לווייני התקשורת החליפו כמעט לחלוטין את השימוש בגלי רקיע. הדומיננטיות שלהם נמשכת גם כיום.
יחד עם זאת אנו עדים כיום (החל משנת 2010 בערך) לשימוש הולך וגובר בגלי רקיע.
הסיבות לכך: (1) טכנולוגיות החלל יקרות, (2) במקרים מסוימים הלווינים פגיעים ו-(3) לא ניתן לקבל כיסוי עולמי מלא באמצעות לווינים, לכן יש הסכמה רחבה לגבי חידוש השימוש בגלי רקיע.
לצורך כך משתמשים כיום בטכנולוגיות חדשות, כגון: אפנון ספרתי, ALE ו-Spreadspectrum HF. טכנולוגיות אלו שיפרו את איכות התקשורת שניתן לקבל באמצעות גלי רקיע. בנוסף לא נדרשת כיום מיומנות הפעלה (של מכשירי קשר מודרנים) כפי שהיה עד שנות ה-60 של המאה שעברה.


↑ "גלים קצרים" מתפשטים בשלושה אופנים בסיסיים:
  1. קו ראיה גל ישיר ללא החזרים (Line of Sight - LOS)
  2. גלי קרקע
  3. גלי רקיע
איור מס' 1 - ממחיש את שלושת האופנים הבסיסים של התפשטות גלים
כיצד מתפשטים גלי רדיו בתדר גבוה

ריבוי נתיבים (Multipath)

בפועל גלי הרדיו מגיעים אל אנטנה קולטת ביותר מנתיב אחד, עקב שבירה והחזרה יונוספירית, החזרה מהרים, גופי מים ו/או מבנים מלאכותיים. התופעות הנגרמות כתוצאה מריבוי נתיבים כוללות התאבכות וכן הזחות במופע של האות.

↑ גלי קרקע

גלי קרקע (גלי משטח) בקיטוב אנכי בלבד נעים על פני משטח מוליך, בעיקר מעל מים מלוחים או קרקע מלוחה ורטובה, מושפעים מעט מהתבליט של פני הקרקע ויותר מהמוליכות של פני השטח. הטווח האפקטיבי של גלי משטח הולך ומתקצר עם עליית התדירות. לא יעיל בתדרים מעל ל-2 מה"ץ ולכן לא אפקטיבי עבור תקשורת בת"ג.

רשימת מקורות באנגלית (Ground wave) ר' ויקיפדיה בעברית

↑ גלי רקיע

המונח באנגלית לגלי רקיע Skywave ר' ויקיפדיה בעברית


כדי להבין מהם גלי רקיע מן ראוי להסביר מהי היונוספירה (Ionosphere).
זהו אזור באטמוספירת כדור הארץ (בגבהים בין 50 ל-700 ק"מ), שבו קיימת פלזמה (תערובת של מולקולות גז מיוננות ואלקטרונים חופשיים), שנוצרת כתוצאה מקרינת השמש בתחום האולטרא-סגול. האלקטרונים חופשיים (שמרכיבים את פלזמה) גורמים לשינוי הכיוון שבו מתפשטים גלי רדיו, עד כדי החזרה שלהם אל פני הקרקע.

גלי רקיע מגיעים אל שכבת היונוספירה (איור מס' 2) מוחזרים בתנאים מסויימים אל פני כדור הארץ, ומכדור הארץ (בעיקר מהאוקיינוסים) בחזרה אל היונוספרה, וכך הלאה. הטווח האפקטיבי שלהם מאפשר ב"תנאים טובים" כיסוי של כל כדור הארץ.

Complex HF Propagation Modes
היונוספירה מורכבת משכבות של פלזמה, תערובת של יונים ואלקטרונים חופשיים, שמחזירות גלי רדיו בתדר גבוה
איור מס' 2

דילוגים אלו מאפשרים לשידורים בגלים קצרים להגיע לאזורים רחוקים במרחק של אלפי קלוממטרים.

נוהגים לחלק את היונוספירה לאיזורים שמסומנים באותיות E, D ו-F.
איור מס' 3 מציג את הריכוז (הממוצע) של אלקטרונים חופשיים בגבהים שונים.

צפיפות הפלזמה כתלות בגובה
איור מס' 3

ר' בדף באנגלית תקציר שכולל הסברים על מה מייחד את כל אחת מהשכבות (E, D ו-F)? מה הגובה האופייני של כל שכבה? איזה מולקולות מיוננות אופייניות לכל שכבה? ומה הקווים הספקטרליים של קרינת השמש שגורמים ליינון כל שכבה? [1, 2]

טווחי ההתפשטות של הגלים הקצרים משתנים בין יום ולילה, עונות השנה, "פעילות השמש" ועוד.

לדוגמה, תדרים נמוכים מ-10 מה"ץ מגיעים רחוק יותר בלילה, ותדרים מעל 10 מה"ץ יעילים לתקשורת בשעות היום. גם "מזג האוויר החללי" (רוח השמש), משפיע על המגנטוספירה של כדור הארץ, ששינויים בה משפיעים על תנאי הקשר בגלים הקצרים.

המודל הפשוט מדבר על שכבות (הומוגניות), בעוד שבמציאות פילוג היונים והאלקטרונים החופשיים (Plasma) דומה יותר ל"עננים".

↑ NVIS

חשוב לציין אופן התפשטות מיוחד "החזר אנכי, מגלי רקיע", NVIS, ראשי תיבות של Skywave Incidence Vertical Near, שמשתמשים בו לתקשורת במרחקים קצרים (פחות מ-500 ק"מ).

NVIS
איור מס' 4 NVIS
שימוש ב- NVIS הוא הפתרון היחיד לביצוע קשר (בתחום הת"ג) בטווחים קצרים, באיזור הדילוג (Skip Zobe / Dead Zone ר' Dead Zone באיור 1) ובמיוחד באזורים הרריים, מיוערים, בתדרים ובמקומות שגלי קרקע אינם אפקטיביים.
שידור NVIS נעשה ישירות כלפי מעלה והיונוספרה מחזירה את האותות בחזרה כלפי מטה לשטח ברדיוס 0-500 קילומטר מסביב למשדר. שיטה זו מיושמת בעיקר בתחומי התדרים המיועדים לאזורים הטרופיים ומאפשרת כיסוי נרחב בעזרת משדר אחד הנמצא במרכז השטח המיועד לכיסוי השידורים.
האנטנות המתאימות לכך צריכות להיות נמוכות, עם עקום קרינה (radiation pattern) אנכי.

↑ חיזוי התפשטות גלים קצרים

כיום (2023) ניתן לחזות את תנאי התקשורת בגלי החובבים בתחומי ת"ג לפי איזורים, בדיוק רב בהרבה ובזמן קצר מאד ביחס למה שהיה נהוג בעבר.

חובבי רדיו מיומנים נוהגים לנטר ו/או לדמות תנאי התפשטות גלים באמצעות אפליקציות ורשתות ייעודיות באינטרנט.

בדף בשפה האנגלית מוצגים אתרים שמדווחים באופן שוטף על קשרי רדיו בין חובבים. מנתונים אלו ניתן ללמוד בזמן אמת:

א. באיזה גלים יש כעת פעילות של חובבים ובאיזה איזורים בעולם.

ב. הפרויקט הכי ותיק שהופעל (בטרם חובבי הרדיו השתמשו במחשבים אישיים) הוא רשת של שמונה עשרה (18) משואות המשדרות אותות מורס (CW) בחמישה גלים. כל משואה משדרת פעם אחת בכל גל (המיועד לחובבי רדיו) אחת לשלוש דקות, 24 שעות ביממה. מהאזנה קצרה למשואות ניתן לקבל תוך דקות מושג על תנאי התקשורת הפוטנציאלית בגל נתון לכל איזור בעולם.

ג. ניתן לדעת על התנאים בדקות הקרובות על פי התדר השימושי העליון שנמדד ע"י "רדאר" יונוסונד

ד. בנוסף ניתן לעקוב אחר תנאי התקשורת מסביב לכדור הארץ בהתבסס על פעילות השמש, "מזג אוויר בחלל" (Space Weather) וחישה מרחוק של היונוספירה ושכבותיה. האתר בשפה האנגלית כולל (בין השאר):

  1. הסברים על אופני התפשטות הגלים ביונוספירה
  2. מהו הקו האפור? תנאי תקשורת גלובליים
  3. תנאי תקשורת איזוריים ומקומיים
  4. מפת תכולת האלקטרונים החופשיים (TEC) לפי איזורים (ללא אבחנה בין השכבות, D, E, ו-F).
  5. מה התדר השימושי העליון שנמדד באיזור מסויים, מאיזה גובה/שכבה מתקבלת החזרה והסבר כיצד מבצעים את המדידות? (יונוסונד)
  6. סוגי התצפיות בזמן אמת, כיצד מבוצעות ועל ידי מי?
  7. כיצד משפיעה קרינת השמש על תנאי ההתפשטות של הגלים הקצרים?
  8. מהם מדדי השמש?
  9. מהו "מזג אוויר החללי" (Space Weather)?
  10. מהי רוח השמש?
  11. תצפיות של כתמי השמש, תחזיות של כתמי השמש
  12. ועוד.


↑ תדר שימושי עליון - תש"ע MUF

התדר השימושי העליון (MUF) הוא תדר הרדיו הגבוה ביותר שניתן להשתמש בו לשידור בין שתי נקודות באמצעות החזרה מהיונוספירה (התפשטות גלי רקיע או "דילוג") בזמן מוגדר, ללא תלות בהספק המשדר. אינדקס זה שימושי במיוחד לגבי שידורי גלים קצרים. התדר האופטימלי לקיום קשר (OTF) הוא כ- 85% מהתש"ע.

↑ יונוסונד

יונוסונד מכשיר מיוחד שמודד החזרים של גלי רדיו משכבות היונוספירה (כמו מכ"מ).
המכשיר הומצא ב-1925 על ידי גרגורי ברייט ומרל א. טוב ופותח בהמשך על ידי מספר פיזיקאים, כשהבולט ביניהם הוא אדוארד ויקטור אפלטון. היונוסונד משדר אנכית פולסים של אותות רדיו בתדרים גבוהים (3-30 מה"ץ), שהדיהם מנותחים על מנת למדוד את פילוג הפלזמה (צפיפות האלקטרונים החופשיים ביחידת נפח) בגבהים מ-50 עד כ-700 ק"מ.

היונוסונד משדר כלפי הרקיע פולסים (בניצב ובאלכסון)
Typical ionogram
ההדים הנקלטים משמשים להערכת הגבהים של שכבות יונוספירה, שמחזירות גלי רדיו בתדרים שונים

התוצר של ניתוח ההדים הוא יונוגרמה - ייצוג גרפי של ריכוזי יונים ואלקטרונים חופשיים בשכבות שונות של היונוספירה.

יונוגרמה
יונוגרמה טיפוסית, באדיבות ויקיפדיה

יונוגרמות מכילות בדרך כלל ייצוג כפול;
(1) סדרה של קווים אופקיים פחות או יותר המייצגים את הגובה הווירטואלי בו תתרחש החזרה של פולס א"מ, כפונקציה של תדר העבודה
(2) עקומה בכיוון אנכי המייצגת את ריכוז האלקטרונים (N) לסנטימטר מעוקב' כפונקציה של גובה, N (h).

המאפיינים היונוספריים משתנים באזורים שונים על פני כדור הארץ לפי שעות היממה, עונות השנה ומחזור כתמי השמש.

↑ מה התנאים כעת?

ראו למטה שלוש מפות עדכניות:
  1. המפה הראשונה מציגה (בעיגולים הצהובים והירוקים) את התדר הקריטי - התדר הגבוה ביותר שמוחזר משידור אנכי;
  2. המפה השנייה מציגה את התדר השימושי העליון (תש"ע) לתקשורת בטווח של 3000 ק"מ;
  3. המפה השלישית היא אנימציה שמראה כיצד השתנה התש"ע במהלך 24 השעות האחרונות.

ההשפעות של סופות גיאומגנטיות ו"עננים יונוספריים" נכללות במפות אלו. יחד עם זאת, לא ניתן לחזות באמצעותן כיצד ישתנו תנאי התקשורת בזמן הקרוב. לכן, מפות אלו אינן מתאימות לחיזוי תנאים עבור רדיו מסחרי. כעת מפתחים מודלים משופרים.

1. מפת תדר קריטי לשידור אנכי עבור חובבי רדיו
באדיבות Andrew Rodland, KC2G, מתעדכנת כל 15 דקות
SVG map השרת prop.kc2g.com אינו מגיב
2. מפת תדר שימושי עליון לטווח 3000 ק"מ באנגלית "MUF 3000" עבור חובבי רדיו
באדיבות Andrew Rodland, KC2G, מתעדכנת כל 15 דקות
SVG map השרת prop.kc2g.com אינו מגיב

חובב שוייצרי Roland Gafner, HB9VQQ הרחיב את הפרויקט הזה ויצר מפת אנימציה הממחישה כיצד השתנתה מפת MUF 3000 במהלך 24 השעות האחרונות (בצעדים של 15 דקות).

האזורים הצבעוניים של שלוש המפות הנ"ל מתוחמים על ידי קווי מתאר של התדר השימושי העליון, בהתייחס לגלי החובבים: 60, 40, 30, 20, 17, 15, 12, 10 מטר
ובמונחי תדר: 5.3, 7, 10.1, 14, 18, 21, 24.8 ו-28 מגה-הרץ.

הנתונים הגולמיים שמשמשים ליצירת המפה נאספים ברציפות על ידי תחנות יונוסונד (מכ"מים יונוספריים) המפוזרים ברחבי העולם, במיקומים המסומנים על ידי עיגולים צבעוניים, שבתוכם מספר המציין את התדר הקריטי העליון (f0F2) שנמדד במקום מסויים. המידע מהתחנות נאסף על ידי NOAA ו-Giro ומעובד לפי מודל של IRI.

מפות תש"ע לטווח 3000 ק"מ מציגות את ה-MUF במרכז נתיב בין שני מיקומים נבחרים. כך ניתן להעריך את האפשרות של קיום קשר DX יציב בגל חובבים מסוים. לדוגמה, אם ה-MUF (המצוין בדיסקה שנמצאת מעל מרכז הנתיב) הוא 12 מגהרץ, אז הקשר הטוב ביותר יושג בגל של 30 מטר, אך לא יעבוד בגל של 20 מטר. בטווח שניתן לקיים קשר בדילוג אחד התדר הטוב ביותר יהיה נמוך מה-MUF המצוין.
ככל שמתקרבים לקרינה אנכית, כלומר למצב NVIS, התדר היעיל יורד לתדר היונוספרי הקריטי, f0F2.
בקשר רב דילוגים מה שקובע הוא ה-MUF הגרוע ביותר לאורך נתיב נתון.

↑ עננים יונוספריים

בדומה לעננים המכילים אדי מים בשכבות האטמוספירה הנמוכות כך יש גם "עננים יונוספריים", שהם ריכוזים משתנים של פלזמה (יונים ואלקטרונים חופשיים) בשכבות E ו-F של היונוספירה.

F layer irregularities

יונים ואלקטרונים חופשיים נעים ללא הרף ביונוספירה. גם ל"מזג האוויר בחלל" וגם לתנאי מזג אויר חריגים בטרופוספירה של כדור הארץ יש השפעה על התפלגות האלקטרונים החופשיים בשכבות היונוספירה, D, E ו-E. "ענני אלקטרונים" אלה לעתים משפרים ולעתים משבשים תקשורת ת"ג ובמקרים חריגים גם קשר לווינים בתא"ג לפרקי זמן קצרים יחסית.

כיצד מגלים "עננים יונוספריים"?

זיהוי "עננים יונוספריים" מתבצע באמצעות Digisonde Directogram.
אלו מכשירי יונוסונד מורכבים המשדרים שבע אלומות (אחת אנכית ועוד 6 אלומות אלכסוניות).

דף האתר באנגלית כולל הסבר מורחב בנושא יצירת עננים יונוספריים.


עד כאן על קצה המזלג. בקישור הבא פירוט והרחבה של כלל הנושאים הרלונטיים להתפשטות גלים בדף בשפה האנגלית


↑ מקורות בעברית:

גלי קרקע (גלי משטח) | גלי רדיו | גלי רקיע | גלים אלקטרומגנטיים | גלים קצרים | התפשטות גלים קצרים | התפשטות גלי רדיו | התפשטות גלים קצרים | חובב רדיו | חובבות רדיו | חובבי רדיו | חיזוי התפשטות גלים | חיזוי תנאי תקשורת בגלי חובבים | טווח גלי הרדיו והתפשטותם | יונוספירה | מה זה תדר גבוה | קרינה אלקטרומגנטית | רדיו מוגדר תוכנה | תנאי קשר רדיו בת"ג | תנאי תקשורת HF | תנאי תקשורת בגלים קצרים | תנאי תקשורת - חובבי רדיו | תקשורת rf | תחזיות התפשטות גלי רדיו בתחום ת"ג | תקשורת אלחוטית | תנאי תקשורת | תקשורת אלחוטית בגלי רדיו

מקורות באנגלית


מבקרים מארצות שונות באתר זה (באנגלית ובעברית):

If no flags are displayed, it means that the s01.flagcounter.com server is down!

 

קישורים בשפות אחרות לדף באנגלית:

预测无线电爱好者的通信条件
아마추어 무선 통신 조건 예측
التنبؤ بظروف الاتصال لهواة الراديو
アマチュア無線家の通信状況を予測する
Forecasting HF radio conditions for radio amateurs
חיזוי התפשטות גלים - תנאי תקשורת - ת"ג - חובבי רדיו
ेडियो शौकीनों के लिए संचार स्थितियों का पूर्वानुमान लहर प्रसार
Прогнозирование условий связи для радиолюбителей
Previsão de condições de comunicação para radioamadores
Previsione delle condizioni di comunicazione per radioamatori
Vorhersage der Kommunikationsbedingungen für Funkamateure
Voorspelling van communicatievoorwaarden voor radioamateurs
Prévision des conditions de communication pour les radioamateurs
Predicción de las condiciones de comunicación para radioaficionados