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

חובבי רדיו מתקשרים כיום זה עם זה בעיקר בתחומי הגלים הקצרים והקצרים מאד
ובמדינות המאפשרות זאת גם בתחומי הגלים הארוכים.

איור מס' 1

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.

היונוספירה (באנגלית: Ionosphere) היא אזור באטמוספירת כדור הארץ (בגבהים בין 48 ל-690 ק"מ), שבו קיימת פלזמה (תערובת של מולקולות גז מיוננות ואלקטרונים חופשיים). הפלזמה נוצרת כתוצאה של קרינת השמש. האלקטרונים החופשיים (שמרכיבים את הפלזמה) 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.

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.

בנוסף יש 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). שימוש ב- NVIS הוא הפתרון היחיד לביצוע קשר (בתחום הת"ג) בטווחים של מאות קילומטרים, שכן גלי קרקע, אפקטיבים בתחום הת"ג רק לקילומטרים בודדים (ר' Dead Zone באיור 1). שידור NVIS נעשה ישירות כלפי מעלה והיונוספרה מחזירה את האותות בחזרה כלפי מטה. שיטה זו מיושמת בעיקר בתחומי התדרים המיועדים לאזורים הטרופיים ומאפשרת כיסוי נרחב בעזרת משדר אחד הנמצא במרכז השטח המיועד לכיסוי השידורים.

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

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 אוויר בחלל" (רוח השמש), משפיע על המגנטוספירה של כדור הארץ, ששינויים בה משפיעים על תנאי הקשר בגלים הקצרים.

המודל הפשוט מדבר על שכבות, בעוד שבמציאות ריכוז היונים והאלקטרונים החופשיים (Plasma) דומה יותר לעננים, לעתים צפופים ולעתים דלילים.

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:

1. באיזה גלים יש כעת פעילות של חובבים ובאיזה איזורים בעולם.
2. 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.
3. ניתן לדעת על התנאים בדקות הקרובות על פי התדר השימושי העליון שנמדד ע"י "רדאר" יונוסונד
4. בנוסף ניתן לעקוב אחר תנאי התקשורת מסביב לכדור הארץ בהתבסס על פעילות השמש, "מזג אוויר בחלל" (Space Weather) וחישה מרחוק של היונוספירה ושכבותיה. הדף 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 בחלל" (Space Weather)?
   10. מהי רוח השמש?
   11. תצפיות של כתמי השמש, תחזיות של כתמי השמש
   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.

התדר השימושי העליון מחושב מתוך מדידות באמצעות יונוסונד

יונוסונד הוא מכשיר מיוחד לבדיקת תכונות רגעיות של שכבות היונוספירה, הומצא ב-1925 על ידי גרגורי ברייט ומרל א. טוב ופותח בהמשך על ידי מספר פיזיקאים, כשהבולט ביניהם הוא אדוארד ויקטור אפלטון. זהו מעין מכ"ם המשדר אנכית פולסים של אותות רדיו בתדרים גבוהים (HF), שהדיהם מנותחים על מנת למדוד את צפיפות הפלזמה בגבהים מ-48 עד כ-690 ק"מ.

היונוסונד משדר כלפי הרקיע פולסים (בניצב ובאלכסון)

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 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.

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 המפה הזו מתוחמים על ידי קווי מתאר של התדר השימושי העליון בנתיב תקשורת של 3000 ק"מ, עבור גלי 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 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.

ה-MUF לאורך נתיב בין כל שני מיקומים מראה את האפשרות של קיום קשר DX יציב בגל חובבים מסוים. לדוגמה, אם ה-MUF 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.

עד כאן על קצה המזלג. ר' פירוט והרחבה בדף בשפה האנגלית

מונחי חיפוש: 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