FS.doc

3.2. FALE ŚREDNIE

1. UWARUNKOWANIA PROPAGACYJNE

Zakres częstotliwości fal średnich to 300 - 3000 kHz (długość fali 1000 - 100 m) dzielimy na:

-  podzakres fal średnich 300  - 1500 kHz,

-  podzakres fal pośrednich 1500 - 3000 kHz .

Fale średnie posiadają odmienne warunki rozchodzenia się w dzień i w nocy:

- w dzień  nośnikiem  informacji jest fala przyziemna, gdyż fala jonosferyczna podlega prawie zupełnemu wytłumieniu;

- w nocy występuje jednocześnie fala przyziemna i jonosferyczna, co powoduje znaczne zaniki, zakłócenia i zniekształcenia.

Tłumienie fali przyziemnej w zakresie fal średnich rośnie wraz ze stosowaną częstotliwością pracy i wynika to z tego, że:

a) zasięgi radiostacji średniofalowych rosną wraz z długością stosowanej fali, a   maleją wraz ze wzrostem stosowanej częstotliwości;

b) propagacja jonosferyczna jest raczej niepożądana w tym podzakresie w odróż­nieniu od fal pośrednich. Większość stacji wykorzystuje na falach średnich tylko falę powierzchniową (radiofonia), a tylko w sytuacjach wyjątkowych pracują na fali jonosferycznej (programy dla zagranicy na falach średnich, np. GŁOS AMERYKI, BBC, RADIO WATYKAN czy RADIO POLONIA DLA ZAGRANICY).

3.3.  FALE  POŚREDNIE

Fale pośrednie obejmują zakres częstotliwości od 1500 do 3000 kHz.

1. Uwarunkowania  propagacyjne

Fale pośrednie odznaczają się jeszcze większym tłumieniem fali powierz­chniowej niż fale średnie, z  tego względu występuje tutaj mniejszy zasięg na fali powierzchniowej.

Fala jonosferyczna nie podlega tak silnemu tłumieniu jak w podzakresie fal śre­dnich i łączność w dzień na znaczne odległości staje się możliwa. Warunki  jono­sferyczne są więc korzystniejsze w podzakresie fal pośrednich niż fal średnich.

Fale  pośrednie  są  podzakresem  przejściowym  od  zakresu  fal  średnich,  gdzie  podstawowym  rodzajem wykorzystywanej fali jest fala  powierzchniowa, do zakresu fal krótkich, gdzie dominuje fala jonosferyczna.

W tym podzakresie właściwości rozchodzenia się fal średnich, wraz ze wzro­stem stosowanej częstotliwości ustępują miejsca właściwościom propagacji fal KF.

Czynniki  decydujące o tym czy fale pośrednie mają właściwości fal średnich czy fal krótkich:

- częstotliwość pracy (bliskość zakresu fal średnich czy krótkich),

- stan jonosfery (możliwość odbijania fal dla łączności dalekich),

- rodzaj terenu (akweny morskie zwiększają zasięg fali powierzchniowej).

W tym zakresie szeroko wykorzystuje się łączność na fali powie­rzchniowej   (radiotelefonia morska, lądowa i radiofonia tropikalna) jak i na fali jonosferycznej (łączność dalekosiężna).

Fala powierzchniowa w tym podzakresie ulega silnemu tłumieniu (bardziej niż w zakresie fal średnich) szczególnie nad terenem o złej i dostatecznej przewodności, ograniczając zasięg do kilkudziesięciu, stu kilometrów (służba lądowa bliskiego zasięgu wykorzystująca ten rodzaj propagacji).

Fala powierzchniowa zapewnia znaczny zasięg dla stacji morskich i nadbrze­żnych,  gdyż woda pełni rolę przewodnika dla fali przyziemnej. Zasięg przy mo­cach rzędu dziesiątek watów wynosi w tym wypadku nawet setki kilometrów. Jednocześnie anteny dla fal pośrednich mają znacznie mniejsze wymiary przy zada­walającej sprawności. Z tych powodów podzakres ten wykorzystywany jest do morskiej  łączności ruchomej, a szczególnie w radiotelefonach jednostek ryba­ckich (kutry), jako  uzupełnienie  (do niedawna jako zasadniczy) środków UKF na  166 MHz.

Fala jonosferyczna staje się coraz bardziej przydatna wraz z rosnącą   częstotliwością  pracy, gdyż  po  przekroczeniu,  tzw. częstotliwości  rezonansu  żyromagnetycznego (1000...1400  kHz) tłumienie tego typu fali zaczyna maleć,  umożliwiając dalekie łączności już na częstotliwościach rzędu 1,5 - 3 MHz, a więc na falach pośre­dnich. Fale jonosferyczne rzędu 2...4 MHz znajdują zastosowanie na odległości kilkudziesięciu do kilkuset kilometrów w radiokomunikacji wewnątrzkrajowej, zapa­sowej łączności lotniczej w powietrzu i międzylotniskowej, w służbie ruchomej o zasię­gu krajowym i radiofonii tropikalnej. Radiofonia tropikalna wykorzystuje ten za­kres fal, gdyż na falach średnich występuje w tej strefie klimatycznej zbyt dużo zakłó­ceń atmosferycznych uniemożliwiających prawie zupełnie łączność.

Absorpcja w warstwie E maleje nie tylko z częstotliwością, ale też z szero­kością geograficzną. Dla szerokości umiarkowanych (Polska) przewaga fali jonosfe­rycznej nad powierzchniową na lądzie występuje już na odległościach kilku­dziesięciu kilometrów. Na morzu fala powierzchniowa dominuje nawet na odległościach kilkuset km  (stąd tak duży zasięg stacji radiotelefonicznych na statkach i kutrach). W nocy fala jonosferyczna na falach pośrednich wpływa na znacznie bliższych odległościach.

Na falach pośrednich występuje w nocy możliwość przechodzenia fali jono­sferycznej  przez  warstwę E i odbijanie się nawet od warstwy F2. Zapewnia to tej fali znacznie większy zasięg niż, gdyby się odbiła tylko od warstwy E. Jest to możliwe tylko na  najwię­kszych częstotliwościach tego podzakresu i nie jest to sytuacja tak charakterystyczna.

3.5. ŁĄCZNOŚĆ  NA  FALI  PRZYZIEMNEJ

1. PROPAGACJA FALI POWIERZCHNIOWEJ:

a) w  dzień 

- jest większy zasięg, gdyż fala jonosferyczna, wprowadzająca zakłócenia, nie nakłada się wtedy (poza nielicznymi wyjątkami zimą) na tę falę.

b) w  nocy

- zasięg tej fali jest znacznie mniejszy i zakłócany przez falę jonosferyczną, której sygnały są bardzo niestabilne.

2. ZASIĘG FALI POWIERZCHNIOWEJ W ZAKRESIE FAL ŚREDNICH

Obliczony (teoretyczny) zasięg fal powierzchniowych w zakresie fal średnich wynosi:

dla początku pasma - 300 kHz = 120 km.

dla środka pasma - 1500 kHz = 70 km.

dla końca pasma - 3000 kHz = 60 km.

Zasięg fali powierzchniowej powiększa się nad terenami o dużej ilości rud metali i  innych. Nie bez powodu powstały mapy skutecznej przewodności terenu Polski dla potrzeb stacji średniofalowych radiofonicznych oraz złej przewodności dla terenów podkarpackich i Gór Świętokrzyskich.

Zasięg fali powierzchniowej bardzo znacznie rośnie nad akwenami morskimi nawet do 1000 km (radiotelefony morskie).

Zasięg fali powierzchniowej w górach jest różny :

- w terenie zalesionym, podmokłym,

- w terenie skalistym.

2. Wpływ  fali  jonosferycznej na  zasięg  fali  powierzchniowej

a) 300 - 600 kHz

- wpływ  na  jakość i siłę sygnału fali powierzchniowej nieznaczny,

b) 600 - 1600 kHz

- wpływ znaczny, częste silne zaniki spowodowane falą jonosferyczną, która jest zniekształcona i posiada duże natężeniu sygnału;

c) 1600 - 3000  kHz

- w nocy tak znaczny, że w zasadzie łączność w tym podzakresie opiera się na   łączności jonosferycznej, gdyż inna jest niemożliwa z wyjątkiem szczególnych warunków nad morzem (wodą). Jest to w rezultacie podzakres pracy jonosferycznej do pracy dalekosiężnej w nocy - tzw. “częstotliwości nocne” (szczególnie ich wartości “dolne” - zwane “dolnymi częstotliwościami nocnymi” do pracy na fali jonosferycznej).

4. Zachowanie  się  fal  powierzchniowych  na  granicy  woda - ląd

Na  granicy wody i lądu zauważono dewiacje propagacyjne, związane z odchylaniem się fali powierzchniowej o pewien niewielki kąt przy przechodzeniu  z  wody  na ląd i odwrotnie. Nazwano to refrakcją brzegową.

Refrakcja   brzegowa - odchylanie   fali   o  określony  kąt  przy  przejściu z morza na ląd lub odwrotnie.

Refrakcja brzegowa zachodzi o pewien kąt rzędu kilku stopni (3 - 5o). Fala podlegająca odchyleniu musi biec pod kątem ostrym (nie prostym) względem linii brzegowej.

Odchylenia te powodują błędy namiaru, np. w pasmie 300 - 535 kHz i 1750 - 1950 kHz.

Wraz z rosnącą długością fali zmniejsza się refrakcja brzegowa  (kąt odchylenia fali powierzchniowej).

3.6. ŁĄCZNOŚĆ  NA  FALI  JONOSFERYCZNEJ

1. PROPAGACJA JONOSFERYCZNEJ DLA FAL ŚREDNICH

W propagacji uczestniczą dwie warstwy jonosfery: D i E

- warstwa D, w odróżnieniu od fal długich, nie odbija fal średnich i krótszych (pośrednich), ale za to uczestniczy w pochłanianiu (tłumieniu) przebiegającej przez nią fali jonosferycznej.

Istnienie warstwy D decyduje tylko o pochłanianiu fali jonosferycznej;

- warstwa E uczestniczy w odbijaniu fali jonosferycznej tego zakresu i w stopniu  ograniczonym może jej dolna część tłumić (pochłaniać). Istnienie warstwy E decyduje o odbijaniu fali jonosferycznej.

Wystarczająca gęstość elektronowa warstwy odbijającej, a więc warstwy E jest warunkiem koniecznym propagacji jonosferycznej, ale nie jedynym, ponieważ aby fala powróciła na ziemię nie może wystąpić zbyt duża absorpcja warstwy tłumiącej, a wiec warstwy D.

2. WARUNKI PROPAGACJI W NOCY I W DZIEŃ

- w  nocy:

nie istnieje warstwa D i dolna część warstwy E (warstwa E jest cieńsza), a więc nie ma warstw tłumiących i zachodzi prawie niezakłócone odbicie fali jonosferycznej. Z  tego też powodu propagacja jonosferyczna jest podstawowym rodzajem łączności w nocy w tym zakresie.

- w  dzień:

istnieje warstwa D wprowadzająca silne tłumienie i warstwa E jest grubsza o tę część dolną, która również wprowadza pewne tłumienie. Tłumienie w tej sytuacji jest tak duże, że łączność na fali jonosferycznej jest prawie niemożliwa w dzień, gdyż nie zachodzi odbicie fali od warstwy E (fala nie dociera do warstwy odbijającej). Z tego też powodu propagacja powierzchniowa jest w dzień podstawowym rodzajem łączności w tym zakresie.

4. SKUTKI INTERFERENCJI FALI POWIERZCHNIOWEJ I JONOSFERYCZNEJ

Istota interferencji

W wyniku pojawiania się fali jonosferycznej w pewnych okresach doby (od zachodu  do wschodu słońca), nakłada się ona na fale powierzchniowe wzmacniając je lub osłabiając. To nakładanie się fal nazywamy interferencją. Powoduje ona wahania siły odbieranego sygnału począwszy od kilku godzin przed zachodem, a zakończywszy kilka godzin po wschodzie słońca. Jest to przyczyną zakłóceń w odbiorze sygnałów w radiofonii i radiokomunikacji fonicznej i mniej telegraficznej. Jest to również powodem błędów namiarów w porze nocnej, szczególnie na średnich (pasmo 500 kHz) i wyższych częstotliwościach omawianego zakresu (pasmo 1750 kHz ). Z tego powodu błędy namiaru mogą dochodzić do 20 -30 stopni.

3.7.   ZANIKI  SELEKTYWNE

Zanik selektywny wynika z niejednakowej drogi rozchodzenia się poszczególnych czę­ści sygnału radiowego, tzn. fali nośnej, górnej wstęgi bocznej i dolnej wstęgi bocznej. Wiąże się to z kolei z różnym tłumieniem różnych części sygnału radiowego. Powstają wtedy zniekształcenia sygnału zwane zanikami selektywnymi.

2. Cechy charakterystyczne zaników selektywnych:

a) Pozorne  przemodulowanie

- wynika z silniejszego tłumienia fali nośnej od wstęg bocznych i objawia się “chrobotaniem”  i niezrozumieniem treści sygnału fonicznego,

b) Pasożytnicza modulacja fazy

- wynika z przesunięcia wstęg bocznych względem siebie powodując zniekształ­cenia, gdyż różniące się nieznacznie wartością częstotliwości wstęgi boczne (f = GWB) są odbijane przez inne części danej warstwy jonosfery niż, np. fala nośna  (FN).

3.9.  MODULACJA SKROŚNA  W  JONOSFERZE

Zjawisko charakterystycznego wpływania modulacji jednej stacji radiofonicznej (pracującej zazwyczaj na niższej częstotliwości) na siłę i jakość sygnału innej stacji radiofonicznej zostało zaobserwowane  jeszcze  w  okresie  przedwo­jennym. Duży wkład w obserwację, pomiary i analizę tego zjawiska włożyli Niemcy i Angli­cy, a z tym zjawiskiem wiążą się nazwiska Bailey'a i Martyn'a. Bardzo poważnie zajął się  tym problemem Centralny Urząd Poczty Niemieckiej w latach trzydziestych. Zjawisko to nazwano "luksemburskim" od nazwy stacji, na której charakterystycznie ono zachodziło.

1.  ISTOTA  ZJAWISKA

Zjawisko polega na tym, że silna stacja, np. A - nadająca swoją audycję - wpływa na  gę­stość elektronową warstwy jonosfery, do której dociera fala tej stacji. Wpływ ten pole­ga na tym, że warstwa  ta zmienia "swoją zdolność odbijania innych fal" w takt mowy lub muzyki nadawanej przez stację A. W momencie, gdy do tak zmieniającej swoje właści­wości odbijające warstwy jonosfery dotrze dowolna fala (o innej częstotli­wości) innej stacji, np. B, będzie ona odbijać falę stacji B różnie - w takt modulacji stacji A. W taki sposób będziemy odbierać audycje stacji B, na częstotliwości stacji B, ale z si­łą sygnału wahającą się cały czas w takt modulacji stacji A, nadającej na innej często­tliwości. W rezultacie odbieramy sygnały stacji B, z tzw. przesłuchem stacji A. Na mo­du­lację stacji B nakłada się modulacja stacji A. Zjawisko zanika w porze dziennej. Wynika to z tego, że warstwa, która powodowała w nocy zniekształcone modulacją innej stacji odbijanie fal stacji pożądanej, tłumi w  dzień wszystkie docierające do niej fale.

3. Parametry  zjawiska.

Wpływ modulacji skrośnej na jonosferę zwiększa się wraz z:

- wzrostem głębokości modulacji stacji zakłócającej,

- spadkiem częstotliwości modulującej,

- rosnącą mocą stacji zakłócającej (wprost proporcjonalnie).

Dane charakteryzujące zjawisko:

- głębokość modulacji skrośnej jonosfery wynosi do 10 %,

- zjawisko najsilniejsze, gdy środkowy punkt trasy nadajnik - odbiornik jest 100 -200 km od stacji zakłócającej;

- najczęściej zjawisko zachodzi na stacjach środkowej części pasma radiofonicznego, średniofalowego, tj. 800 - 1000 kHz, a nawet do 1500 kHz przez duże modulow­a­­nia skrośne jonosfery stacji z początku zakresu radiofonicznego, długofalowego, tj. 160 kHz - 200 kHz;

d) średnie wartości modulacji skrośnej jonosfery wynoszą m = 5% dla częstotliwości 800 -1000  kHz  i dochodzą do m = 8% w zakresie 1200 kHz -1500 kHz;

e) wystarczające moce stacji zakłócających (modulujących skrośnie jonosferę)   wynoszą   nawet  kilka  kW  dla  zakresu  rezonansu żyromagnetycznego  (1000 - 1400  kHz) i kilkadziesiąt do stu kW na pozostałych częstotliwościach podatnych na  modulację skrośną jonosfery.

4. Uwarunkowania techniczne i propagacyjne w walce ze zjawiskiem "luksemburskim".

Badania wykazały że:

- obszar zakłóceń znajduje się po przeciwnej stronie stacji zakłócającej w stosunku do stacji nadającej pożądany program,

- obszar ten pojawia się w odległości około 300 km od stacji zakłócającej, oczywiście po przeciwnej stronie względem stacji zakłócanej;