Жақын тік бұрыштық радио толқындар таралуы

Кіріспе

Радио толқынының таралу түрі
Тік бұрышпен көк толқын таралуы, немесе NVIS – бұл орташа қашықтықта пайдалы сигналдарды қамтамасыз ететін көк толқын радио толқынының таралу жолы. Көбінесе ол әскери және жартылай әскери байланыс, радио хабарларын тарату, әсіресе тропиктерде, сондай-ақ радио әуесқойлар үшін көру шегінен тыс кедергілерді айналып өту үшін жақын байланыстарда қолданылады. Радио толқындары ионосфераға тік жоғары қарай қозғалып, онда қайта сындырылып, таратушыдан бастап белгілі бір радиус шегіндегі аймақта қабылданады. Егер жиілік тым жоғары болса (яғни ионосфераның F қабатының шекті жиілігінен асып кетсе), сигналды жерге қайтаруға жеткіліксіз сындыру болады, ал егер жиілік тым төмен болса, ионосфераның D қабатындағы сіңіру сигналдың күшін әлсіретуі мүмкін. NVIS және дәстүрлі көк толқын таралуы арасында ешқандай маңызды айырмашылық жоқ; нақты айырмашылық тек антенналардың қажетті сәулелену схемаларының өзгешелігінен туындайды (NVIS үшін тік, ал дәстүрлі ұзақ қашықтықтағы көк толқын таралуы үшін көлденеңге жақын).

Жиіліктер мен таралу

NVIS байланысы үшін ең сенімді жиіліктер 1,8 МГц және 8 МГц аралығында. 8 МГц-тен жоғары сәттілік мүмкіндігі төмендеуі басталады, ал 30 МГц-те дерлік нөлге жетеді. Қолданылатын жиіліктер жергілікті ионосфера жағдайларымен анықталады, олар географиялық орналасуға күшті жүйелі тәуелділікте болады. Орта ендіктегі әуесқой радиода қолданылатын негізгі жолақтар түнде 3,5 МГц, күндіз 7 МГц, сондай-ақ 5 МГц (60 м) жиіліктерін тәжірибелік түрде пайдалану. Күн дақтарының белсенділігі төмендеген қысқы түндерде 1,8 МГц жолағы қажет болуы мүмкін. Хабар тарату үшін 2,3–5,06 МГц аралығындағы тропикалық және 3,9–6,2 МГц аралығындағы халықаралық хабар тарату жолақтары қолданылады. Әскери NVIS байланысы көбінесе түнде 2–4 МГц, ал күндіз 5–7 МГц жиіліктерінде жүзеге асырылады. NVIS үшін ең қолайлы жиіліктер тропиктік аймақтарға қарай жоғарылайды, ал арктикалық аймақтарға қарай төмендейді. Күн дақтарының белсенділігі жоғары жылдары да олар жоғары болады. Қолданылатын жиіліктер күндіз бен түнде өзгереді, себебі күн сәулесі ионосфераның ең төменгі қабатын, яғни D қабатын күшейтеді, бұл күндіз төмен жиіліктердің әлсіреуіне себеп болады, ал F қабатының маңызды жиілігі болып табылатын ең жоғары пайдалы жиілік (MUF) күн сәулесінің күшінше артады. Критикалық жиіліктің нақты уақыт карталары қолжетімді. Критикалық жиіліктен шамамен 15%-ға төмен жиілікті пайдалану сенімді NVIS байланысын қамтамасыз етуі керек. Бұл кейде ең қолайлы жұмыс жиілігі немесе FOT деп аталады. NVIS көру сызығы бойынша таралу тиімсіз таулы жерлерде немесе байланыс қашықтығы жер толқынының 50 мильдік (80 км) радиусынан асқанда (немесе жер бедері өте қиын және шөл болғандықтан жер толқыны тиімді емес) және төмен бұрышты аспан толқыны таралу радиусынан кем болғанда ең пайдалы. NVIS байланысының тағы бір ерекшелігі – жіберушінің бағытын анықтау жер толқыны байланысына қарағанда (яғни VHF немесе UHF) қиындығы. Хабар таратушылар үшін NVIS орташа көлемді елді VHF (FM) қарағанда әлдеқайда төмен құнмен қамтуға мүмкіндік береді, сондай-ақ күндізгі қамтуды орта толқынмен (AM хабар тарату) түнгі қамтумен салыстырғанда төмен құнмен және көбінесе аз кедергілермен қамтамасыз етеді.

The most reliable frequencies for NVIS communications are between 1.8 MHz and 8 MHz. Above 8 MHz, the probability of success begins to decrease, dropping to near zero at 30 MHz. Usable frequencies are dictated by local ionospheric conditions, which have a strong systematic dependence on geographical location. Common bands used in amateur radio at mid latitudes are 3.5 MHz at night and 7 MHz during daylight, with experimental use of 5 MHz (60 m) frequencies. During winter nights at the bottom of the sunspot cycle, the 1.8 MHz band may be required. Broadcasting uses the tropical broadcast bands between 2.3–5.06 MHz, and the international broadcast bands between 3.9 and 6.2 MHz. Military NVIS communications mostly take place on 2–4 MHz at night, and 5–7 MHz during daylight. Optimum NVIS frequencies tend to be higher towards the tropics and lower towards the arctic regions. They are also higher during high sunspot activity years. The usable frequencies change from day to night, because sunlight causes the lowest layer of the ionosphere, called the D layer, to increase, causing attenuation of low frequencies during the day while the maximum usable frequency (MUF) which is the critical frequency of the F layer rises with greater sunlight. Real time maps of the critical frequency are available. Use of a frequency about 15% below the critical frequency should provide reliable NVIS service. This is sometimes referred to as the optimum working frequency or FOT. NVIS is most useful in mountainous areas where line of sight propagation is ineffective, or when the communication distance is beyond the 50 mile (80 km) range of groundwave (or the terrain is so rugged and barren that groundwave is not effective), and less than the range of lower angle sky wave propagation. Another interesting aspect of NVIS communication is that direction finding of the sender is more difficult than for ground wave communication (i. e. VHF or UHF). For broadcasters, NVIS allows coverage of an entire medium sized country at much lower cost than with VHF (FM), and daytime coverage, similar to mediumwave (AM broadcast) nighttime coverage at lower cost and often with less interference.

Антенналар

NVIS антеннасының конфигурациясы – жер бетіне параллель (көлденең поляризацияланған) сәулелену элементі, оның орналасу биіктігі толқын ұзындығының (λ) бірден бірнеше толқындарына дейін болуы мүмкін. Мұндай антеннаның ең тиімді биіктігі шамамен бір толқын ұзындығын құрайды, ал биіктік бір толқынға дейін өскенде жоғары бұрышты сәулеленудің қарқындылығы аздап төмендейді. Жерге жақын орналасуы сәулеленудің көп бөлігін тікелей жоғары бағыттауға мәжбүр етеді, осылайша NVIS таралуы жүзеге асырылады. Антеннаның жалпы тиімділігін арттыру үшін, антеннадан сәл ұзын жер сымын, антеннаға параллель және тікелей астына орналастыруға болады. Бір жер сымы антеннаның күшеюін 3–6 дБ диапазонында қамтамасыз ете алады. Бұл 2 элементті Яги антеннасын құру үшін қолданылатын рефлектор элементі болып табылады. Рефлектор элементінің сым ұзындығы, оның үстінде орналасқан дипольдік сәулелену элементінен 5% ұзын болуы керек. Диполь рефлектор элементінен 0,15 толқын ұзындығы қашықтықта орналасқан. Рефлектор сымы екі изолятордың арасында ілінеді және басқа да объектілермен жанаспауы тиіс. Оны жер бетінен бірнеше сантиметр биіктікте немесе топырақтан 3 метрге дейін (10 фут) биіктікте орнатуға болады. Бұл биіктік шөпті кесу кезінде кедергісіз жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Аталған антенна, тік бағытталған 2 элементті сәулелену құрылысынан тұрады. Басқа деректерге сәйкес, бір сым үшін 2 дБ, ал бірнеше жер сымдары үшін шамамен 4 дБ күшеюге қол жеткізіледі. Төменгі дипольдерді нашар топырақта пайдаланғанда жерге қапталған сымдар қажет, себебі оларсыз энергияның көп бөлігі радио толқындарына емес, жылуға жұмсалады. NVIS байланысы үшін, қажеттіліктерге байланысты, әртүрлі антенналар (мысалы, Sloper, T2FD, Dipole) қолданылуы мүмкін. Көлденең дипольдер немесе инвертті V дипольдер, жер бетінен шамамен бір толқын ұзындығы биіктікте орналасқанда, хабар таратуда және қабылдауда ең жақсы нәтижелерді береді, деп әскери деректер мен голланд зерттеушілерінің кең ауқымды зерттеулері көрсетіп тұр. Өте төмен орналасқан антенналар, керісінше, тарату және қабылдау кезінде нашар нәтижелерді көрсетеді, шу мен сигналдың әлсіреуіне себеп болады. Егер тарату және қабылдау станциялары антенналары үшін NVIS конфигурациясын қолданса, байланыс айтарлықтай жақсарады. Әсіресе, жасырын операциялар үшін NVIS антенналары тиімді шешім болып табылады. Хабар тарату үшін, әдеттегі антенналар жер бетінен шамамен бір толқын ұзындығы биіктікте орналасқан дипольдерден немесе осындай дипольдердің массивтерінен тұрады. 16 дипольге дейін қолдануға болады, бұл сигналды кішірек аумаққа шоғырландыру арқылы салыстырмалы түрде төмен қуатпен күшті сигналдарды беруге мүмкіндік береді. Қамту аймағын лицензиялау, тіл және саяси факторлар шектеуі мүмкін. Дипольдердің массивлерін сәулелену бағытын өзгерту үшін пайдалануға болады, бұл таратушының қамту аймағының ортасында орналасуын қажет етпейді. Хабар тарату NVIS антенналары, әдетте, күшеюді арттыру және топырақтың ылғалдылығына байланысты өрнек пен кедергі импедансын тұрақтандыру үшін кең ауқымды жер экранын қолданады.

An NVIS antenna configuration is a horizontally polarized (parallel with the surface of the earth) radiating element that is from th wavelength (λ) to wave above the ground. The optimum height of such an antenna is about wavelength, and high angle radiation declines only slightly for heights up to about wave. That proximity to the ground forces the majority of the radiation to go straight up, causing NVIS propagation to occur. The overall efficiency of the antenna can be increased by placing a ground wire, slightly longer than the antenna, parallel to and directly underneath the antenna. A single ground wire can provide antenna gain in the 3–6 dB range. This is a reflector element used to form a 2 element Yagi beam antenna. The wire length for the reflector element is 5% longer than the dipole driven element positioned above it. The dipole is located at a distance of 0.15 wavelengths above the reflector element. The reflector wire is hung between two insulators and doesn't make contact with any other objects. It can be mounted a few inches above the ground or at a maximum height of 10 feet (or 3 meters) above the soil. This height allows for convenient lawn mowing without any disruptions. Essentially, this antenna consists of a 2 element beam that is oriented vertically. Another source indicates 2 dB for a single wire and nearly 4 dB for multiple ground wires. Ground wires are more necessary when using lower dipoles over poor soils as without them considerable energy goes into heat and not the radio waves. Depending on the specific requirements, various antennas (i. e. Sloper, T2FD, Dipole) can be used for NVIS communication, with horizontal dipoles or inverted V dipoles at about wavelength above ground giving the best results on transmit and at about wavelength on receive, according to military sources and an extensive study by Dutch researchers. Very low antennas are far more inferior on both transmit and receive, where noise and signal are attenuated. Significant increases in communication will obviously be realized when both the transmitting station and the receiving station use NVIS configuration for their antennas. In particular, for low profile operations, NVIS antennas are a good option. For broadcasting, typical antennas consist of a dipole about wavelength above ground, or arrays of such dipoles. Up to 16 dipoles can be used, allowing strong signals with relatively low power by concentrating the signal in a smaller receiving area. Limiting the coverage may be dictated by licensing, language, or political considerations. Arrays of dipoles can be used to "slew" the pattern so that the transmitter need not be in the center of the coverage footprint. Broadcast NVIS antennas usually use an extensive ground screen to increase gain and stabilize the pattern and feed impedance with changing ground moisture.

AS-2259 антеннасы

Әскери NVIS антенналарының бірі AS 2259 антеннасы болып табылады, ол екі V пішіндес дипольден тұрады: төрт диполь сымы сонымен қатар антенна тірегінің тартқыш сымы ретінде де қолданылады. Баламалы конфигурация – сигналды жоғары бағытталған максималды таратуға бағдарланған тарату тізбегі антеннасы.