Кіріспе
Радио толқындардың радио көкжиегінен тыс таралуы. Компания. Радиобайланыста "skywave" немесе "skip" терминдері радио толқындарының ионосферадан – жоғарғы атмосфераның электрленген қабатынан – кері шағылысуына немесе сынуына жатады. Жердің қисығымен шектелмегендіктен, skywave таралуы көкжиектен тыс, тіпті континенттер арасында байланыс орнатуға мүмкіндік береді. Ол көбінесе қысқа толқынды жиілік диапазондарында қолданылады. Skywave таралуының нәтижесінде, алыстағы АМ хабар тарату станциясының, қысқа толқын станциясының немесе, сирек кездесетін E жағдайларында (әсіресе екі жарты шардың жаз айларында) алыстағы VHF FM немесе телеарнасының сигналы жергілікті станциялардың сигналындай анық қабылдануы мүмкін. 3 пен 30 МГц аралығындағы көптеген алыс қашықтықтағы қысқа толқынды (жоғары жиілікті) радиобайланыс skywave таралуының нәтижесі болып табылады. 1920 жылдардың басынан бері, халық арасындағы радио әуесқойлары ("хамдар"), хабар тарату станцияларына қарағанда аз қуатпен жұмыс істейтін болғандықтан, ұзақ қашықтықтағы ("DX") байланыс үшін skywave-ті пайдаланып келеді. Skywave таралуы, радио толқындары тікелей сызықпен жүретін "көру шегі" таралуынан және тікелей көру шегінен тыс таралудан ерекшеленеді.
In radio communication, skywave or skip refers to the propagation of radio waves reflected or refracted back toward Earth from the ionosphere, an electrically charged layer of the upper atmosphere. Since it is not limited by the curvature of the Earth, skywave propagation can be used to communicate beyond the horizon, at intercontinental distances. It is mostly used in the shortwave frequency bands. As a result of skywave propagation, a signal from a distant AM broadcasting station, a shortwave station, or – during sporadic E propagation conditions (principally during the summer months in both hemispheres) – a distant VHF FM or TV station can sometimes be received as clearly as local stations. Most long distance shortwave (high frequency) radio communication – between 3 and 30 MHz – is a result of skywave propagation. Since the early 1920s amateur radio operators (or "hams"), limited to lower transmitter power than broadcast stations, have taken advantage of skywave for long distance (or "DX") communication. Skywave propagation is distinct from line of sight propagation, in which radio waves travel in a straight line, and from non line of sight propagation.
Жергілікті және алыстағы аспан толқынының таралуы
Көк толқынды тарату, төмен бұрышпен бағытталған толқындарды пайдаланып алыс қашықтыққа байланыс (DX) үшін, сондай-ақ дерлік тік бұрышпен бағытталған толқындар арқылы салыстырмалы түрде жақын жергілікті байланыс (NVIS – тік жақын көк толқындар) үшін қолданылуы мүмкін.
Төмен бұрышты аспан толқындары
Ионосфера – атмосфераның жоғарғы қабатының 80 км-ден 1000 км-ге дейінгі биіктікте орналасқан аймағы, онда бейтарап ауа күн фотондарымен, күн бөлшектерімен және ғарыш сәулелерімен иондалады. Жоғары жиілікті сигналдар ионосфераға төмен бұрышта кіргенде, иондалған қабат арқылы Жерге қарай қайрылады. Егер таңдалған жиілік үшін иондалу жеткілікті деңгейде болса, толқын қабаттың төменгі жағынан жерге қарай шығады – айнадан көлбеу шағылысқандай. Жер беті (құрлық немесе су) төмен түсетін толқынды ионосфераға қайта шағылыстырады. Ең жоғары пайдалану жиілігінен сәл төмен жиіліктерде жұмыс істегенде, сигнал жоғалтуы аз болады, сондықтан радиосигнал Жер мен ионосфера арасында екі немесе одан да көп рет "секіріп" немесе "қозғалып" (көп қадамды таралу) жүруі мүмкін, тіпті Жердің қисықтығын да ұстанған күйінде. Осының нәтижесінде, бірнеше Ватт қуатты сигналдар мыңдаған шақырым қашықтықтан қабылдануы мүмкін. Бұл қысқа толқынды хабарларды бүкіл әлемге таратуға мүмкіндік береді. Егер иондалу жеткілікті болмаса, толқын тек аз ғана төмен қарай қисық болады, содан кейін иондалу шыңынан өткеннен кейін жоғары қарай қисықтанып, қабаттың үстіңгі жағынан аз ғана ығысып шығады. Бұл жағдайда толқын кеңістікте жоғалады. Мұны болдырмау үшін, төмен жиілікті таңдау қажет. Бір "секіріс" арқылы 3500 км-ге дейінгі қашықтыққа жете аласыз. Ал екі немесе одан да көп "секіріс" арқылы ұзақ қашықтыққа хабар таратуға болады.
Тікке жақын аспан толқындары
Шамамен тік бағыттағы аспан толқындары тік бұрышқа жақын аспан толқындары (NVIS) деп аталады. Кейбір жиіліктерде, әдетте төменгі қысқа толқын диапазонында, жоғары бұрышты аспан толқындары жерге қарай тікелей кері шағылысады. Толқын жерге қайтып келгенде, ол кең аумаққа таралып, таратушы антеннадан бірнеше жүз шақырымға дейін байланыс орнатуға мүмкіндік береді. NVIS жергілікті және аймақтық байланыс құруға мүмкіндік береді, тіпті төмен жатқан аңғарлардан үлкен аумаққа, мысалы, бүкіл штатқа немесе кішігірім елге дейін. Осыған ұқсас аумақты көру шегіндегі VHF таратушы арқылы қамту үшін өте биік тау басына орналасу қажет. NVIS апаттық жағдайлардағы байланыс сияқты, штаттық желілер үшін пайдалы. Қысқа толқынды хабар таратуда NVIS, тарату орнынан бірнеше жүз шақырымға дейін созылатын аймаққа бағытталған аймақтық хабар тарату үшін өте тиімді, мысалы, сол елдің шекарасынан жетуге болатын елде немесе тілдік топта. Бұл бірнеше FM (VHF) немесе AM хабар таратушыларын пайдаланудан әлдеқайда экономикалық. Тиісті антенналар жоғары бұрыштарда күшті сәуле шығаруға арналған. Егер қысқа аралықтағы аспан толқыны қажет болмаса, мысалы, AM хабар таратушысы жер және аспан толқындары арасындағы кедергілерден аулақ болғысы келгенде, жоғары бұрыштарда таралатын толқындарды басу үшін анти-тұнбау антенналары қолданылады.
Орташа қашықтықты қамту
Кез келген қашықтыққа, жергіліктіден ең алыс (DX) қашықтыққа дейін, антеннаның оптималдық "көтерілу" бұрышы бар, ол осы жерде көрсетілгендей. Мысалы, түнде F қабатын пайдаланып, 500 миль қашықтықтағы қабылдағышқа тиімді жету үшін, 40 градус көтерілуде күшті сәулесі бар антенна таңдалуы керек. Сондай-ақ, ең ұзақ қашықтықтар үшін төмен бұрыштың (10 градустан төмен) сәулесі ең жақсы екенін көруге болады. NVIS үшін 45 градустан жоғары бұрыштар оңтайлы. Ұзақ қашықтыққа қолайлы антенналар – биік Яги немесе ромбтық; NVIS үшін – диполь немесе дипольдер массиві жер бетінен шамамен 0,2 толқын ұзындығында; ал орташа қашықтықтар үшін – диполь немесе Яги жер бетінен шамамен 0,5 толқын ұзындығында. Әр түрлі антенналар үшін тік диаграммалар дұрыс антеннаны таңдау үшін қолданылады.
Өшіру
Қашықтықтан аспан толқындары әлсірейеді. Жеткілікті иондалуға ие ионосфералық плазма қабаты (шағылыстыратын бет) тұрақты емес, мұхиттың беті сияқты толқындайды. Бұл өзгермелі беттен шағылысу тиімділігінің өзгеруі шағылысқан сигналдың күшін өзгертуге алып келуі мүмкін, бұл қысқа толқынды хабар таратуда "әлсіреуге" (fading) себеп болады. Егер сигналдар екі немесе одан көп жолмен келсе, мысалы, бір рет және екі рет шағылысқан толқындар бір-біріне кедергі келтірсе, немесе аспан толқыны мен жер толқыны сигналдары шамамен бірдей күшпен жетсе, одан да күшті әлсіреу болуы мүмкін. Бұл түнгі AM хабар тарату сигналдарындағы әлсіреудің ең көп кездесетін себебі. Аспан толқыны сигналдарында әлсіреу әрқашан болады және Digital Radio Mondiale сияқты цифрлық сигналдардан басқа, қысқа толқынды хабар таратудың сапасын айтарлықтай төмендетеді.
Басқа да ескертулер
30 МГц-тен жоғары жиілікті VHF сигналдары көбінесе ионосфераны тесіп өтеді және Жер бетіне қайтарылмайды. E skip – ерекше жағдай, онда FM радио және VHF теледидар сигналдары көктемнің соңы мен жаздың басында Жерге жиі шағылысады. E skip, 500 МГц-тен төмен жиіліктерде сирек кездесетін жағдайларды қоспағанда, UHF жиіліктеріне көбінесе әсер етпейді. 10 МГц-тен төмен жиіліктер (30 метрден ұзын толқын ұзындығы), соның ішінде орта және қысқа толқынды радио хабарлары (және шамалы дәрежеде ұзақ толқынды хабарлар) түнде аспан толқыны арқылы ең тиімді таралады. 10 МГц-тен жоғары жиіліктер (30 метрден қысқа толқын ұзындығы) әдетте күндіз тиімді таралады. 3 кГц-тен төмен жиіліктердің толқын ұзындығы Жер мен ионосфера арасындағы қашықтықтан ұзын болады. Аспан толқыны таралуының максималды пайдалы жиілігіне күн дақтарының саны күшті әсер етеді. Аспан толқыны таралуы геомагниттік дауылдар кезінде әдетте нашарлайды, кейде өте нашарлайды. Жердің күнге қараған жағындағы аспан толқыны таралуы кенеттен ионосфералық бұзылыстар кезінде толығымен тоқтатылуы мүмкін. Ионосфераның төменгі қабаттары (әсіресе Е қабаты) түнде көбінесе жоғалып кететіндіктен, ионосфераның сыну қабаты түнде Жер бетінен әлдеқайда биік орналасады. Бұл түнде аспан толқынының "секіру" немесе "шағылысу" қашықтығының ұлғаюына әкеледі.
Ашу тарихы
Радио әуесқойлары қысқа толқын жолақтарында аспан толқынының таралуын ашқанмен ерекшеленеді. Алғашқы ұзақ қашықтық байланыстары өте төмен жиіліктегі жер толқынының таралуын пайдаланды, бірақ олар таралу бағытында әлсірейтін. Бұл әдіспен ұзын қашықтықтар мен жоғары жиіліктерді қолдану сигналдың әлсіреуін күшейте түсті. Сонымен қатар, жоғары жиілікті жасау және анықтаудағы қиындықтар коммерциялық қызметтер үшін қысқа толқын таралуын анықтауды қиындатты. Радио әуесқойлары 1921 жылдың желтоқсанында коммерциялық қызметтерде қолданылатын толқындардан қысқа толқындарды пайдаланып, алғашқы сәтті трансатлантикалық сынақтарды жүргізді, олар 200 метрлік орта толқын жолағында (1500 кГц) жұмыс істеді – сол кезде әуесқойлар үшін қол жетімді ең қысқа толқын ұзындығы. 1922 жылы Еуропадан 200 метр қашықтықта Солтүстік Американың жүздеген радио әуесқойлары естілді, ал кем дегенде 30 Солтүстік Америка радио әуесқойлары Еуропадан радио сигналдарды естіді. Солтүстік Америка мен Гавайи радио әуесқойлары арасындағы алғашқы екі жақты байланыс 1922 жылы 200 метрде басталды. 1923 жылы екінші ұлттық радиоконференциясы радио әуесқойларына ресми түрде бөлінген 150-200 метрлік жолақтың жоғарғы шегіндегі күшті кедергілер радио әуесқойларын қысқа толқын ұзындықтарына көшуге мәжбүр етті. Дегенмен, радио әуесқойлары реттеулермен 150 метрден (2 МГц) ұзын толқын ұзындықтарымен шектелді. 150 метрден төмен жиіліктегі эксперименталды байланысқа арнайы рұқсат алған бірнеше радио әуесқойлары 1923 жылы 100 метрде (3 МГц) жүздеген ұзақ қашықтықтағы екі жақты байланыстарды аяқтады, соның ішінде 1923 жылдың қарашасында 110 метрде (2,72 МГц) алғашқы трансатлантикалық екі жақты байланыс жасалды. 1924 жылға қарай көптеген қосымша лицензияланған радио әуесқойлары 6000 миль (~9600 км) және одан да көп қашықтықтағы трансокеандық байланыстарды жүзеге асырып, күнделікті практикаға айналдырды. 21 қыркүйекте Калифорниядағы бірнеше радио әуесқойлары Жаңа Зеландиядағы әуесқоймен екі жақты байланыс жасады. 19 қазанда Жаңа Зеландия мен Англиядағы радио әуесқойлары әлемді аралап, шамамен 90 минуттық екі жақты байланыс жасады. 10 қазанда өткен үшінші ұлттық радиоконференциясы АҚШ радио әуесқойларына 80 метр (3,75 МГц), 40 метр (7 МГц) және 20 метр (14 МГц) қысқа толқынды үш жолақты ұсынды. Бұл жолақтар бүкіл әлемде қолданысқа енгізілді, ал 10 метрлік жолақ (28 МГц) 1927 жылдың 25 қарашасында Вашингтонда өткен Халықаралық радиотелеграф конференциясында құрылды. 15 метрлік жолақ (21 МГц) 1952 жылдың 1 мамырында АҚШ радио әуесқойлары үшін ашылды.
By 1924 many additional specially licensed amateurs were routinely making transoceanic contacts at distances of 6000 miles (~9600 km) and more. On 21 September several amateurs in California completed two way contacts with an amateur in New Zealand. On 19 October amateurs in New Zealand and England completed a 90 minute two way contact nearly halfway around the world. On October 10, the Third National Radio Conference made three shortwave bands available to U. S. amateurs at 80 meters (3.75 MHz), 40 meters (7 MHz) and 20 meters (14 MHz). These were allocated worldwide, while the 10 meter band (28 MHz) was created by the Washington International Radiotelegraph Conference on 25 November 1927. The 15 meter band (21 MHz) was opened to amateurs in the United States on 1 May 1952.
Маркони
Гюльельмо Маркони бірінші болып радионың ионосфераның шағылыстыратын қасиеттерін пайдалана отырып, көзге көрінбейтін жерден хабарласа алатынын көрсетті. 1901 жылдың 12 желтоқсанында ол өзінің Корнуоллдағы (Англия) хабар тарату станциясынан Ньюфаундлендтегі (қазіргі Канаданың бөлігі) Сент-Джонға 3541 шақырымдай қашықтықта хабар жіберді. Алайда Маркони радио толқындары Жердің қисықтығын қадағалап жүр деп сенді – "аспан толқындарын" қамтамасыз ететін ионосфераның шағылыстыратын қасиеттері әлі түсініксіз еді. Ғылыми қауымның және оның сымды телеграф бәсекелестерінің күмәндануы Маркониді келесі онжылдықтарда сымсыз хабар тарату мен оған байланысты бизнес-жобаларды тәжірибеден өткізуге итермеледі. 1923 жылдың маусым және шілдесінде Гульельмо Марконидің кемеге жерден кемеге дейінгі хабарларын түнде 97 метр аралықта Корнуоллдағы Полдху сымсыз стансасынан Кабо-Верде аралдарындағы Элетт яхтасына дейін жеткізді. 1924 жылдың қыркүйегінде Маркони күндіз және түнде 32 метр қашықтықта Полдхуден Бейруттағы яхтасына хабар таратты. 1924 жылдың шілдесінде Маркони Британдық Бас пошта кеңсесімен (GPO) келісімшартқа қол қойды, ол Лондоннан Австралияға, Үндістанға, Оңтүстік Африкаға және Канадаға жоғары жылдамдықты қысқа толқынды телеграф контурларын орнатуды көздейді, бұл Императорлық сымсыз тізбектің негізгі элементі болды. Ұлыбритания мен Канада арасындағы қысқа толқын "Beam Wireless Service" коммерциялық пайдалануға 1926 жылдың 25 қазанында енгізілді. Ұлыбританиядан Австралияға, Оңтүстік Африкаға және Үндістанға арналған сымсыз желілер 1927 жылы іске қосылды. Ұзақ қашықтыққа байланыс үшін қысқа толқын жолақтарында ұзақ толқын жолақтарына қарағанда әлдеқайда көп спектр қолжетімді болды; сондай-ақ қысқа толқын таратушылары, қабылдағыштары және антенналары ұзақ толқын үшін қажетті бірнеше жүздеген киловатттық таратушылар мен алып антенналарға қарағанда әлдеқайда арзан болды. Қысқа толқынды байланыс 1920 жылдары тез өсе бастады, бұл 20 ғасырдың соңындағы Интернетке ұқсас еді. 1928 жылға қарай ұзақ қашықтыққа байланыстың жартысынан астамы трансокеандық кабельдер мен ұзын толқынды сымсыз қызметтерден қысқа толқынға "сақтау" берілісіне ауысты, ал трансокеандық қысқа толқынды байланыстың жалпы көлемі айтарлықтай артты. Қысқа толқын жаңа трансокеандық телеграф кабельдері мен алып ұзын толқынды сымсыз станцияларына көп миллиондық инвестициялардың қажеттілігін де тоқтатты, дегенмен кейбір трансокеандық телеграф кабельдері мен коммерциялық ұзын толқынды байланыс станциялары 1960 жылға дейін қолданыста болды. 1927 жылы кабельдік компаниялар үлкен ақшалай шығындарға ұшырады, ал күрделі қаржы дағдарысы стратегиялық британдық мүдделер үшін маңызды болған кабельдік компаниялардың өмір сүруіне қауіп төндірді. Британ үкіметі 1928 жылы "Beam Wireless компаниясының кабельдік қызметтермен бәсекелесуінің нәтижесінде туындаған жағдайды тексеру үшін" Императорлық сымсыз және кабельдік конференцияны шақырды. Ол империяның барлық шетелдегі кабельдік және сымсыз ресурстарын 1929 жылы жаңа құрылған компанияның бақылауында болатын бір жүйеге біріктіруді ұсынды және Үкіметтің мақұлдауын алды. Компанияның атауы 1934 жылы Cable and Wireless Ltd. болып өзгертілді.