תקציר עברית | תקציר אנגלית | המדריך המלא אנגלית
|
הסרט הצרפתי "אילו כולם היו כמוהם" עורר בי את התשוקה לעסוק בחובבות רדיו, כשהייתי בן עשר (1957). שבע שנים לאחר מכן קיבלתי את רישיון ההפעלה—אות הקריאה 4X4XM והייתי פעיל על גלי החובבים במשך כ-28 שנים. בשנת 1992 לקחתי פסק זמן וחזרתי לתחביב נעוריי בשנת 2020. אז גיליתי שיש לי עוד הרבה מה ללמוד על גלי רדיו, תכונותיהם, השפעתם והשימושים שאנו יכולים לעשות בהם. הודות להתקדמות הרבה בחקר החלל, האינטרנט וטכנולוגית רדיו מוגדר תוכנה (SDR), יכולתי ללמוד את רזי התפשטות הגלים בדרכים חדשות. כשנתיים חרשתי את האינטרנט ולמדתי נושאים חדשים. ביולי 2022 הקמתי אתר באנגלית המוקדש לחיזוי התפשטות גלי רקיע. אתר זה מספק מידע מקיף לחובבי רדיו על התפשטות גלי רקיע בתחום הת"ג (3-30 מגה הרץ), כולל הסברים בסיסיים ומעמיקים, הסבר על שיטות מעשיות: שימוש בטבלאות, גרפים, מפות, מחשבונים, מודלים ודוחות בזמן אמת. חיזוי תנאי התקשורת מתבסס על מדדי התפשטות גלי רדיו, דו"חות של תנאי "מזג אוויר חללי" ומצב היונוספירה, הפעילות של חובבי הרדיו ב-11 תחומי גלים במהלך 15 הדקות האחרונות, ועוד. האתר מתעדכן באופן שוטף בתגובה לשאלות ולהצעות של המבקרים. מאז אפריל 2023 יישומי בינה מלאכותית משמשים לבדיקה ולשיפור האתר באנגלית. |
|
גלי רדיו הם חלק מ-הגלים האלקטרומגנטיים.
הם נמצאים בכל מקום סביבנו.
תחום התדרים של גלי הרדיו מוצג בהמשך בטבלה, מ-3 הרץ ועד 300 ג'יגה הרץ.
המונח גלים קצרים (מונח ארכאי), או תדר גבוה (ת"ג), מתייחס לגלי רדיו בתחום תדרים מצומצם, בין 3 ל- 30 מגהרץ (100 - 10 מטר). תחום זה מודגש בטבלה (רקע צהוב), נטבע במחצית הראשונה של המאה העשרים. אז היו בשימוש בעיקר הגלים הבינוניים (MF) והארוכים (LF).
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 "גלים ארוכים" |
Low frequency | LF | 30 - 300 kHz | 1 - 10 ק"מ | בארצות מסויימות עדיין לא בישראל 2200m, 630m |
תדר בינוני "גלים בינוניים" |
Medium frequency | MF | 300 - 3000 kHz | 100 - 1000 מטר | 160 מ' |
תדר גבוה | High frequency | 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, 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 "גלים סנטימטריים" |
Super high frequency | SHF | 3 - 30 GHz | 1 - 10 ס"מ | 5, 3, 1.2 ס"מ |
תדר קיצוני גבוה "גלים מילימטריים" |
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.
גלי רקיע מאפשרים תקשורת שאינה תלויה במערכות ממסר, וניתן להשתמש בהם לשידורים לציבור (Broadcast), לניהול שיחות בין תחנות או בוועידות מרובות משתתפים, להעברת נתונים דיגיטליים כמו תכתובות, וכן להפעלת מערכות ניווט ומעקב. מערכות אלו אינן מצריכות תשתית ממסרים, אשר עשויה לקרוס בעקבות אסונות טבע, מלחמות או אירועים בלתי צפויים אחרים.
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 החל משנת 2010 בערך לחזרה לשימוש בגלי רקיע.
הסיבות לכך: (1) טכנולוגיות החלל יקרות, (2) לא ניתן לקבל כיסוי עולמי מלא באמצעות לווינים, (3) הלווינים פגיעים, ו-(4) טכנולוגיות חדשות מאפשרות כיום תקשורת משופרת בתחום הת"ג, באמצעות גלי רקיע, ללא צורך בתשתית יקרה.
הטכנולוגיות החדשות כוללות,
אפנון ספרתי,
דילוג תדר,
ספקטרום מפוזר,
ריבוב,
ו-Automatic link establishment (ALE).
מכשירי קשר מודרניים קלים יותר להפעלה מאשר מכשירים שהיו נפוצים עד שנות ה-60 של המאה ה-20.
גלי קרקע (גלי משטח) בקיטוב אנכי בלבד נעים על פני משטח מוליך, בעיקר מעל מים מלוחים או קרקע מוליכה (מלוחה ורטובה). הטווח האפקטיבי של גלי קרקע הולך ומתקצר עם עליית התדירות. לא יעיל בתדרים מעל ל-2 מה"ץ ולכן לא אפקטיבי עבור תקשורת בת"ג. ר' ויקיפדיה בעברית וכמו כן רשימת מקורות באנגלית בנושא Ground wave.
ר' ויקיפדיה בעברית: גלי רקיע; המונח באנגלית: Skywave
כדי להבין מהם גלי רקיע מן ראוי להסביר תחילה 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 החופשיים (בפלזמה) גורמים לשינוי הכיוון שבו מתפשטים גלי רדיו, עד כדי החזרה שלהם אל פני הקרקע.
נוהגים לחלק את היונוספירה לאיזורים שמסומנים באותיות E, D ו-F.
איור מס' 4 ממחיש את הריכוז הממוצע של אלקטרונים חופשיים כתלות בגובה.
ר' בדף באנגלית תקציר שכולל הסברים, מה מייחד את כל אחד מהאיזורים (E, D ו-F)? מהו הגובה האופייני של כל איזור? אילו מולקולות מיוננות אופייניות לכל איזור? ומהם הקווים הספקטרליים של קרינת השמש הגורמים ליינון של כל איזור?
גלי רדיו בתדרים גבוהים מגיעים אל שכבת היונוספירה, ומוחזרים ממנה בתנאים מסוימים אל פני כדור הארץ. בטווח אפקטיבי ובתנאים מיטביים, הם מסוגלים לאפשר כיסוי גלובלי כמעט מלא.
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.
דילוגים אלו מאפשרים לשידורים בגלים קצרים להגיע לאזורים רחוקים במרחק של אלפי קילומטרים. ר' הסבר באנגלית.
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.
המודל הפשוט (שהיה מקובל במאה ה-20) מדבר על שכבות (הומוגניות), בעוד שבמציאות פילוג היונים והאלקטרונים החופשיים (Plasma) דומה יותר ל"עננים" או "בועות".
חשוב לציין אופן התפשטות מיוחד "החזר כמעט אנכי, של גלי רקיע"
אופן התפשטות זה מנוצל לתקשורת פנים ארצית במרחקים של עד 500 ק"מ בעיקר באזורים הטרופיים, כאשר התדרים היעילים בין 2 ל-8 מגה-הרץ.
חובבי הרדיו בישראל קיבלו לפני מספר שנים אישור מוגבל לשדר בתחום 60 מ' / 5 מגה-הרץ. תחום זה נופל באמצע טווח התדרים היעיל ליישום השיטה. השידור נעשה כלפי מעלה בזוית כמעט אנכית כשהיונוספירה (איזור F2) מחזירה את האותות כלפי מטה. קשר טוב מאד אפשרי בטווח של כ-200 ק"מ סביב המשדר ולא יותר מכ-500 ק"מ.
שימוש ב- NVIS הוא הפתרון היחיד לביצוע קשר (בתחום הת"ג) בטווחים קצרים, באיזור הדילוג (Skip Zone / Dead Zone ר' Dead Zone באיור 1) ובמיוחד באזורים הרריים, מיוערים, בתדרים ובמקומות שגלי קרקע אינם אפקטיביים.
שידור NVIS נעשה ישירות כלפי מעלה והיונוספירה 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 עם עקום קרינה (radiation pattern) אנכי, למשל: דיפול בגובה של לא יותר מ- 0.15 אורך גל (רצוי להוסיף מחזיר), או להשתמש באנטנת לופ-מגנטי (שיעילותה פחותה).
התדר השימושי העליון (תש"ע) - באנגלית Maximum Usable Frequency - (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. התדר האופטימלי לקיום קשר הוא כ- 85% מהתש"ע.
יונוסונד מכ"ם יונוספרי שהומצא 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.
התוצר של ניתוח ההדים הוא יונוגרמה - ייצוג גרפי של ריכוזי יונים ואלקטרונים חופשיים באיזורים שונים של היונוספירה.
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 הגובה - N(h).
המאפיינים היונוספריים משתנים באזורים שונים על פני כדור הארץ לפי שעות היממה, עונות השנה ומחזור כתמי השמש.
איזה גלים (פסי תדרים) פתוחים כעת לחובבים בישראל על פי DXView ב-15 הדקות האחרונות?
כיום (2025) הפעילות בגלים קצרים מנוטרת בזמן אמת באמצעים שונים ומגוונים וכך גם מדדים נוספים המעידים על מצב היונוספירה.
כמו-כן ר' התנאים הגלובליים;
התנאים הגלובליים בגלים (10-17 מטר) - מחושבים לפי מדדי מזג אויר חללי.
המפות הבאות מאפשרות להעריך את תנאי התקשורת בשעה הקרובה לפי איזורים, במבט אחד על גבי מפה עדכנית. שיטה זו מאפשרת התמצאות תוך שניות בודדות. הרבה יותר נגיש וקל בהשוואה למה שהיה נהוג בעבר.
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 תדר, 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 (איור מס' 9). 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.מגבלות: המפות הנ"ל כוללות (בצורה לא מפורשת) השפעת סערות גיאומגנטיות ו"עננים יונוספריים". יחד עם זאת, לא ניתן לחזות באמצעותן כיצד ישתנו תנאי התקשורת בשעות הקרובות. לכן, הן אינן מתאימות לחיזוי תנאים עבור רדיו מסחרי. כעת מפתחים מודלים משופרים.
בדומה לעננים המכילים אדי מים בשכבות האטמוספירה הנמוכות כך יש גם "עננים יונוספריים", שהם ריכוזים משתנים של פלזמה (יונים ואלקטרונים חופשיים) באיזורים E ו-F של היונוספירה.
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 באיזורי היונוספירה, D, E ו-F. "ענני אלקטרונים" אלה לעתים משפרים ולעתים משבשים תקשורת ת"ג ובמקרים חריגים גם קשר לווינים בתא"ג לפרקי זמן קצרים יחסית. תופעות נילוות: Sporadic E וכמו-כן Spread F.
כיצד מגלים "עננים יונוספריים"?
ניתור "עננים יונוספריים" (ריכוזיהם ותנועתם) מתבצע באמצעות:התדר השימושי התחתון (תש"ת) - באנגלית Lowest usable frequency - (LUF)) הוא תדר הרדיו הנמוך ביותר שניתן להשתמש בו בשעות היום ליצירת קשר אמין בין שתי נקודות באמצעות החזרה מהיונוספירה. תדר זה מושפע מזווית השמש, התפרצויות סולאריות (flares), עוצמת המשדר, איכות המקלט, רעשים אטומוספריים כתוצאה של הפרעות גיאומגנטיות ועוד. מתחת לתדר זה האות ישובש ללא אפשרות הקמת קשר אמין. בלילה אין מגבלת תדר שימושי תחתון.
"מזג אוויר חללי" (Space weather) מתייחס לתנאים הפיזיים בחלל שמחוץ לכדור הארץ, הכוללים רוחות שמש, פלזמה, שדה מגנטי ושמש. הוא משפיע על כדור הארץ בצורה עקיפה, בין השאר על היונוספירה, המגנטוספירה והאטמוספירה. שינויים ב"מזג אוויר חללי" עלולים לגרום להפרעות בשדה המגנטי של כדור הארץ וכתוצאה מכך לשיבוש תקשורת בגלי רקיע.
עד כאן על קצה המזלג.
רדיו מוגדר תוכנה (SDR) הוא מערכת תקשורת רדיו שבה רכיבים שמסורתית הוטמעו בחומרה, מיושמים באמצעות תוכנה במחשב או במערכת משולבת. הרעיון של SDR עלה לראשונה בשנת 1976, ופיתוחו הואץ בשנות ה-90 של המאה ה-20 לצורך מימוש התקשורת הסלולרית. כיום, מערכות קשר רבות ומגווונות (כולל בתחום הת"ג) משתמשות בעיקר בטכנולוגיות SDR.
ר' הרחבה: הגמישות המופלאה של רדיו מוגדר-תוכנה TechTime 2023
כמו-כן ע"ע SDR—ויקיפדיה באנגלית
הרחבת נושאים למתקדמים כולל נוסחאות ומשוואות—ויקיפדיה
באתר זה (דפים רבים באנגלית ותקצירים בשפות נוספות).
הדף המרכזי באנגלית באתר זה, נותן דוגמאות, וכולל מידע מקיף בנושאים הבאים:
מדובר בפרויקט שמתפתח ומתעדכן כל הזמן באמצעות יישומי בינה מלאכותית. היישומים הללו עוזרים לשפר את הניסוחים וההסברים, וגם לעדכן את הנתונים באופן שוטף ממקורות שונים ולהציגם בזמן אמת באתר. בנוסף, האתר מתעדכן לפי שאלות ובקשות של המשתמשים, מה שמאפשר לו להיות מותאם לצרכים ולבקשות של הקהל בצורה המיטבית.
מספר הביקורים בחלק מדפי האתר נספר החל מתאריך 17 אוגוסט 2022 ע"י האפליקציה Flag Counter.
מבקר חוזר נספר כחדש שוב לאחר 24 שעות. הפילוח לפי ארצות: