Ю.Балтин, YL2DX Заметки о распространении радиоволн
Propagation Notes by YL2DX
1. "Разогрев ионосферы"
Частенько можно услышать рассуждения о том, что во время больших соревнований "разогрели ионосферу" и от этого прохождение улучшилось. Научные данные этого не подтверждают.
Ограниченную область ионосферы действительно можно "разогреть" мощным пучком радиоизлучения, можно ее и промодулировать, и даже заставить детектировать (эффект Гетманцева, открытый сравнительно недавно). Но, во-первых, при таком "подогреве" в ионосферной плазме, как правило, усиливается поглощение радиоволн, следовательно, прохождение КВ, обусловленное преломлением радиоволн в "подогретой" области, не улучшается, а ухудшается!
Дело в том, что для ионизации газов (то есть для отрыва электронов от атомов) в верхних слоях атмосферы нужна энергия, которую обеспечивают только электромагнитные колебания чрезвычайно высоких частот (ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца). Энергии волн радиочастотного спектра достаточно только для "раскачивания" свободных электронов (чем и объясняется электропроводность плазмы), а чем больше свободные электроны раскачиваются, тем чаще они соударяются с нейтральными молекулами или с ионами (тогда они рекомбинируют) - значит, чем больше мощность радиоволны, тем больше поглощение энергии и ниже степень ионизации т.е. происходит "насыщение" поля в плазме. Существует, правда, и противоположное явление - так называемое "просветление плазмы" на трассе мощного узкого пучка радиоволн, но оно не характерно для рассматриваемого нами случая.
Во-вторых, для проявления нелинейных свойств ионосферной плазмы напряженность поля должна превышать 10 - 104 мВ/м (в зависимости от длины волны и области ионосферы). Эта цифра может показаться небольшой, но плотность потока энергии радиоволн, которую нужно для этого обеспечить (и обеспечивали, но не любители), несравнима с той, которую могут создать участники любого контеста.
Если взять даже очень популярный и "шумный" контест, то число передатчиков, одновременно работающих на передачу в данный момент времени, едва ли достигнет нескольких тысяч. Мощность каждого можно в среднем оценить, допустим, в 200 Вт (в основном от 30 до 500 Вт). Речь здесь идет о средней (не пиковой) мощности излучения передатчиков большинства участников. Тех, кто "качает" 1-3 кВт - на два порядка меньше, а еще более наглых "спортсменов" - несколько десятков. Учитывать направленность антенн вряд ли стоит, так как у разных участников они направлены в разные места ионосферы. Таким образом, суммарная эффективная излучаемая мощность составит не более одного мегаватта, "размазанного" по всей ионосфере т.е. в среднем менее 2 нановатт на квадратный метр площади поверхности ионосферы, если считать ее сплошной гладкой сферой на средней высоте области F. Но все эти сигналы не когерентны, поэтому эффект от их совместного воздействия значительно меньше, чем при арифметическом суммировании мощностей. Кроме того, часть этой энергии расходуется на нагрев области D, не отражающей КВ, а другая часть бесследно уходит сквозь ионосферу в космос.
С мегаваттными когерентно излучаемыми мощностями на Земле постоянно работают десятки, если не больше, вещательных радиостанций. Сотни и тысячи других почти непрерывно излучают от 50 до 500 кВт. Сотни тысяч передатчиков разного назначения от единиц ватт до десятков киловатт на разных частотах все время включаются то здесь, то там по всему миру. Поэтому вклад в "разогрев" ионосферы со стороны радиолюбителей составляет очень малую долю, он лишь на уровне повседневных флуктуаций среднего уровня радиоизлучений, производимых всем человечеством, не говоря уж о природных.
Если бы ионосфера "подогревалась" легко, нам было бы совсем не весело. Ведь, в первую очередь, стал бы проявляться давно известный Люксембург-горьковский эффект - явление взаимной модуляции сигналов, обусловленное нелинейностью ионосферы при очень мощных воздействиях на нее. Хотя этот эффект действительно встречается при мощном радиовещании на средних волнах, у нас до этого дело пока (слава богу!) не дошло.
Но прохождение выглядит как будто бы и в самом деле лучше именно в такие дни. Происходит это по субъективным причинам. Во-первых, в эфир выходит много народу из тех мест, где в обычные дни в данное время суток большинство спит или находится на работе. И в другие дни, именно в такое время и на том же диапазоне, такое же прохождение может быть в ту же часть света, но тогда оттуда на передачу мало кто работает (а из сравнительно редконаселенных регионов - может быть, и никто). Во время контеста резко возрастает количество станций, работающих на передачу отовсюду и круглосуточно. Некоторые "качают мощу" в 10, а то и в 100 раз больше, чем повседневно. Поэтому их может быть, хоть негромко, но слышно при таких условиях прохождения, при каких с "повседневной" мощностью их сигналы были бы ниже уровня атмосферных шумов.
Если бы мы были в состоянии влиять на свойства ионосферы, то не было бы случаев, когда прохождение радикально изменяется на протяжениии крупных контестов. А это бывает достаточно часто, хотя среднее число участников и средняя излучаемая их радиостанциями энергия на протяжении контеста меняются мало.
Еще один важный фактор: соревнования не даром проводятся в совершенно определенные дни. Даты многих из них выбирались на основании многолетних исследований сезонных закономерностей распространения коротких волн. Так что, высокая вероятность хорошего прохождения - не следствие, а причина проведения соревнований именно в эти дни.
В том, что хорошее DX-прохождение бывает чаще, чем нам кажется, но нами не всегда используется, легко убедиться, слушая на совершенно пустом диапазоне любительские маяки (особенно удобна всемирная координированная сеть маяков NCDXF, работающая на частотах 14.100, 18.110, 21.150, 24.930 и 28.200 МГц; на 10 и 6 м диапазонах маяков множество). Маяки имеют меньшую мощность, чем использует большинство из нас. Иной раз часами они проходят на 599, но желающих воспользоваться прохождением нет. Как мы обычно поступаем? Заглянули на диапазон - вроде, никого. Ну и сразу ушли на другой, где кто-нибудь шевелится. А надо было бы давать CQ на "пустых" диапазонах. Ведь когда все только слушают, никто ничего не услышит!
2. "Одностороннее прохождение"
Несмотря на частые жалобы коротковолновиков, одностороннее прохождение радиоволн как объективное физическое явление бывает весьма редко. В подавляющем большинстве случаев дело не в том, что радиоволны отражаются или поглощаются по-разному в противоположных направлениях на одной и той же трассе. Дело, как правило, в разном отношении уровня полезного сигнала к уровню помех на том и другом концах трассы.
Вот довольно типичный пример: ночью на диапазоне 20 метров очень хорошо принимаем с RS=55 (по S-метру) сигналы радиолюбителя с одного из островов Карибского бассейна. У нас диапазон чист и прозрачен, его сигнал в таких условиях звучит так же хорошо, как днем на фоне помех и шумов звучал бы при уровне S=9+. У него, например, всего лишь 100 W и антенна GP, а у нас 500 W и Yagi. Значит, у него наш сигнал на балл-полтора сильнее, чем его сигнал у нас, то есть не меньше S=6. Но у него-то дневное прохождение: уровень атмосферных шумов в тропической зоне вполне может быть и S=5, и S=7, особенно с антенной GP. Даже при отсутствии других вызывающих станций, мы у кариба могли бы проходить лишь на уровне шума, то есть, скажем, с RS=36 или 46, если он будет правильно пользоваться шкалой RS (а если так, как неправильно делают многие - путая "R" с "S", то можно получить рапорт и вроде 53 или 54…Hi). Любой американец с той же сотней ватт находясь на расстоянии, оптимальном для односкачкового прохождения, будет идти на острове на 59+, и шансов быть услышанными из-под его сигнала у нас почти нет.
Еще больше вариаций на тему "одностороннего прохождения" возникает на низкочастотных диапазонах. Там уровень местных помех выше и часто применяются отдельные антенны для приема и передачи, Поэтому нередко уровень сигнала, создаваемый данной радиостанцией в конкретном направлении, мало взаимосвязан с качеством приема на этой станции в том же направлении.
Дело может быть и в существенно различной мощности, реально излучаемой каждым из корреспондентов при передаче. Кроме того, в эфире хватает и просто "чайников", не способных, а иногда и не желающих воспринимать сигнал, если он звучит менее ясно, чем из Hi-Fi аудиосистемы. Но к феномену действительно одностороннего распространения радиоволн все эти явления отношения не имеют.
3. Погода и прохождение на КВ
Прохождение УКВ тесно связано с погодой, но на КВ такая связь невелика, а чаще просто отсутствует. Приземный слой атмосферы до высот 10-20 км, в котором происходит все то, что мы называем погодой, находится намного ниже, чем те слои ионосферы, от состояния которых в первую очередь зависит дальнее распространение коротких, средних и длинных радиоволн.
На распространение КВ не влияют сколько-нибудь заметно ни вариации температуры и давления, ни движение воздуха. Сами по себе ни водные пары в такой концентрации, как в облаках или тучах, ни капли дождя, ни падающие снежинки на распространение КВ влияния не оказывают.
Некоторое влияние на местные условия распространения радиоволн и на работу антенн оказывает изменение проводимости почвы, вызванное выпадением осадков, засухой или промерзанием.
В нижних слоях атмосферы происходят электрические явления, которые могут вызвать лишь локальные и довольно кратковременные ухудшения прохождения КВ. Например, большая, сильно заряженная грозовая туча может в некоторой степени поглощать радиоволны, если окажется на их пути, а также может навести большие электростатические заряды на антенны и другие объекты. Из-за помех от статики прием может стать совершенно невозможен, но это не обязательно означает, что туча полностью поглотила радиоволны. Чаще, просто уровень шума значительно больше уровня сигналов. Но, как только тучи разрядятся (молнией или постепенно), все эти явления исчезнут.
Изменения солнечной активности вызывают значительные перемены в ионосфере, но количество тепловой энергии солнца, достигающей нижних слоев атмосферы и поверхности Земли, и определяющей погодные явления, меняется очень мало. Если и говорить о взаимосвязи распространения КВ и погоды, то она не в том, что погода влияет на прохождение, а только в том, что оба явления по отдельности и неоднозначно обусловлены деятельностью Солнца, впрочем, как и вообще все сущее вокруг.
Во всяком случае, приметы вроде "Погода улучшается - наверное, и проход пойдет на поправку" на КВ не имеют серьезной основы, а базируются большей частью на случайных или сезонных совпадениях. Просто рано или поздно все меняется - и погода, и прохождение, и курсы валют на Гонконгской бирже, но не обязательно одно вытекает из другого.
4. Полезный маяк
Тем, кто имеет выход в интернет, не составляет никакого труда в любой момент узнать во всех подробностях данные о солнечной активности и о геомагнитной обстановке (например, на сайте http://sec.noaa.gov/). А если интернета нет - тоже не беда. Уже много лет на частоте 10144,0 кГц работает маяк DK0WCY. Он с немецкой добросовестностью и регулярностью передает важнейшие для оценки и прогнозирования прохождения данные: индексы геомагнитной активности (A и К) в г.Киль (Германия) и на обсерватории Болдер (штат Колорадо), число солнечных пятен (R) и уровень солнечного излучения в 10-сантиметровом диапазоне (Flux), а также краткий прогноз солнечной активности и состояния магнитного поля Земли на текущий день.
Ценно то, что CW передачи идут непрерывно и круглосуточно, короткая сводка передается каждые 5 минут. Между сводками передается позывной и нажатие. Данные освежаются каждые три часа. Если в Германии наблюдается или ожидается радиоаврора, то вместо нажатия передается серия точек и слово "aurora".
Кстати, суффикс позывного - WCY - не случаен: маяк был создан в 1983 году, когда отмечался Всемирный год связи (World Communications Year).
Литература:
1. Кессених В.Н. Распространение радиоволн. ГИТТЛ, Москва, 1952 2. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. "Связь", Москва, 1972
