Skywave - Skywave

Информацию о компании спутниковых терминалов в Оттаве см. SkyWave Мобильная связь.
Радиоволны (черный) отражающий от ионосфера (красный) во время распространения небесной волны

В радиосвязь, небесная волна или же пропускать относится к распространение из радиоволны отраженный или же преломленный обратно к Земле из ионосфера, электрически заряженный слой верхнего атмосфера. Поскольку оно не ограничено кривизной Земли, распространение небесных волн можно использовать для связи за пределами горизонт, на межконтинентальных расстояниях. В основном он используется в коротковолновый частота группы.

В результате распространения ионосферной волны сигнал от удаленного AM вещание станция, а коротковолновый станции, или - во время спорадическое распространение E условия (в основном в летние месяцы в обоих полушариях) УКВ FM или телеканал - иногда можно принимать так же четко, как и на местных радиостанциях. Самый дальний коротковолновый (высокая частота ) радиосвязь - от 3 до 30 МГц - является результатом распространения ионосферной волны. С начала 1920-х гг. радиолюбители (или "радиолюбители"), ограниченная мощностью передатчика ниже, чем радиостанции, воспользовались небесной волной для дальних поездок (или "DX ") коммуникация.

Распространение небесной волны отличается от:

  • тропосферное рассеяние, альтернативный метод достижения загоризонтной передачи на более высоких частотах,
  • грунтовая волна распространение, при котором радиоволны распространяются вдоль поверхности Земли, не отражаясь и не преломляясь атмосферой - доминирующий режим распространения на более низких частотах,
  • распространение по прямой видимости, в котором радиоволны распространяются по прямой линии, доминирующая мода на более высоких частотах.

Местное и дальнее распространение космической волны

Передачи Skywave могут использоваться для связи на большие расстояния (DX) с помощью волн, направленных под небольшим углом, а также для относительно локальной связи с помощью почти вертикально направленных волн (Небесные волны падения с близкого расстояния - NVIS ).

Небесные волны под низким углом

Ионосфера - это область верхнего атмосфера, от примерно 80 км до 1000 км по высоте, где нейтральный воздух ионизированный солнечной фотоны и космические лучи. Когда высокая частота сигналы входят в ионосферу под небольшим углом, они отклоняются назад к Земле ионизированным слоем.[1] Если пик ионизация достаточно сильна для выбранной частоты, волна выйдет из нижней части слоя в сторону земли - как бы наискось отраженный из зеркала. Поверхность Земли (земля или вода), тогда отражает нисходящая волна снова поднялась к ионосфере.

При работе на частотах чуть ниже MUF, потери могут быть довольно небольшими, поэтому радиосигнал может эффективно "отражаться" или "прыгать" между Землей и ионосферой два или более раз (многозвенное распространение), даже если следовать кривизне Земли. Следовательно, даже сигналы мощностью всего несколько ватт иногда могут приниматься за многие тысячи миль. Это то, что позволяет коротковолновый трансляции для путешествий по всему миру. Если ионизация недостаточно велика, волна только слегка изгибается вниз, а затем вверх по мере прохождения пика ионизации, так что она выходит из верхней части слоя, лишь слегка смещаясь. Затем волна теряется в пространстве. Чтобы предотвратить это, необходимо выбрать более низкую частоту. За один «прыжок» можно преодолеть расстояние до 3500 км. Более длинные передачи могут происходить с двумя или более прыжками.[2]

Почти вертикальные небесные волны

Небесные волны, направленные почти вертикально, называются небесные волны почти вертикального падения (NVIS). На некоторых частотах, как правило, на нижних коротковолновый небесные волны под большим углом будут отражаться прямо назад к земле. Когда волна возвращается на землю, она распространяется на обширную территорию, обеспечивая связь в пределах нескольких сотен миль от передающей антенны. NVIS обеспечивает локальную и региональную связь, даже из низменных долин, на большую территорию, например, весь штат или небольшую страну. Покрытие аналогичной зоны с помощью передатчика VHF прямой видимости потребует расположения на очень высокой вершине горы. Таким образом, NVIS полезен для сетей в масштабе штата, таких как те, которые необходимы для связи в чрезвычайных ситуациях.[3] В коротковолновом радиовещании NVIS очень полезен для региональных трансляций, которые нацелены на область, которая простирается от местоположения передатчика до нескольких сотен миль, например, в случае страны или языковой группы, доступной изнутри границ. этой страны. Это будет намного экономичнее, чем использование нескольких передатчиков FM (VHF) или AM. Подходящие антенны предназначены для создания сильного лепестка при больших углах. Когда небесная волна ближнего действия нежелательна, например, когда радиовещательная AM-станция хочет избежать интерференции между земной волной и небесной волной, антизатухающие антенны используются для подавления волн, распространяющихся под большими углами.

Промежуточное покрытие

Требуемый вертикальный угол антенны в зависимости от расстояния для распространения ионосферной волны

Для каждого расстояния, от местного до максимального расстояния передачи (DX), существует оптимальный угол «взлета» для антенны, как показано здесь. Например, используя слой F в ночное время, чтобы лучше всего добраться до приемника на расстоянии 500 миль, следует выбрать антенну с сильным лепестком на высоте 40 градусов. Также видно, что для самых длинных расстояний лучше всего подходит лепесток под малым углом (менее 10 градусов). Для NVIS оптимальны углы более 45 градусов. Подходящие антенны для больших расстояний - это высокая Яги или ромбическая; для NVIS - диполь или массив диполей на высоте около 0,2 длины волны над землей; а для средних расстояний - диполь или Яги на длине волны около 0,5 длины волны над землей. Вертикальные диаграммы направленности для каждого типа антенны используются для выбора подходящей антенны.

Затухание

На любом расстоянии небесные волны исчезнут. Слой ионосферы плазма при достаточной ионизации (отражающая поверхность) не фиксируется, а волнообразно напоминает поверхность океана. Различная эффективность отражения от этой изменяющейся поверхности может вызвать изменение силы отраженного сигнала, что приведет к "угасание "в коротковолновых передачах. Еще серьезнее угасание может возникать, когда сигналы поступают по двум или более путям, например, когда как односкачковые, так и двухскачковые волны интерферируют друг с другом, или когда сигнал ионосферной волны и сигнал земной волны прибывают примерно с одинаковой силой. Это наиболее распространенный источник замирания сигналов ночного вещания AM. Замирание всегда присутствует в сигналах небесной волны, за исключением цифровых сигналов, таких как DRM серьезно ограничивают точность коротковолнового вещания.

Прочие соображения

УКВ сигналы с частотами выше примерно 30 МГц обычно проникают в ионосферу и не возвращаются на поверхность Земли. E-skip является заметным исключением, когда УКВ-сигналы, включая ЧМ-радиовещание и УКВ-ТВ-сигналы, часто отражаются на Землю в конце весны и начале лета. E-skip редко влияет УВЧ частоты, за исключением очень редких случаев, ниже 500 МГц.

Частоты ниже примерно 10 МГц (длины волн более 30 метров), включая передачи в средняя волна и коротковолновый группы (и в некоторой степени длинноволновый ), наиболее эффективно распространяются с помощью небесной волны ночью. Частоты выше 10 МГц (длины волн короче 30 метров) обычно наиболее эффективно распространяются в течение дня. Частоты ниже 3 кГц имеют длину волны больше, чем расстояние между Землей и ионосферой. В максимальная полезная частота на распространение ионосферной волны сильно влияет солнечное пятно номер.

Распространение небесных волн обычно ухудшается - иногда серьезно - во время геомагнитные бури. Распространение небесной волны на освещенной стороне Земли может быть полностью нарушено во время внезапные ионосферные возмущения.

Поскольку более низковысотные слои ( E-слой в частности) ионосфера в значительной степени исчезают ночью, преломляющий слой ионосферы намного выше поверхности Земли ночью. Это приводит к увеличению «пропуска» или «скачка» расстояния небесной волны ночью.

История открытия

Радиолюбители приписывают открытие распространения небесной волны в коротковолновых диапазонах. Ранее использовались услуги дальней связи поверхностная волна распространение в очень низкие частоты,[4] которые затухают по пути. Более длинные расстояния и более высокие частоты при использовании этого метода означают большее ослабление сигнала. Это, а также трудности с генерацией и обнаружением более высоких частот затрудняли обнаружение распространения коротких волн для коммерческих служб.

Радиолюбители провели первые успешные трансатлантические испытания[5] в декабре 1921 г., работая на 200-метровой средняя волна диапазон (1500 кГц) - самая короткая длина волны, доступная для любителей. В 1922 году сотни североамериканских любителей были услышаны в Европе на расстоянии 200 метров и по крайней мере 30 североамериканских любителей слышали любительские сигналы из Европы. Первые двусторонние связи между любителями из Северной Америки и Гавайев начались в 1922 году на высоте 200 метров. Хотя работа на длинах волн короче 200 метров была технически незаконной (но допускалась, поскольку власти сначала ошибочно полагали, что такие частоты бесполезны для коммерческого или военного использования), любители начали экспериментировать с этими длинами волн, используя новые доступные вакуумные трубки вскоре после Первой мировой войны.

Экстремальный вмешательство на верхнем краю диапазона 150-200 метров - официальные длины волн, выделенные для любители Второй Национальной радиоконференции[6] в 1923 г. - заставили любителей переходить на все более короткие длины волн; однако любители были ограничены правилами до длин волн более 150 метров (2 МГц). Несколько удачливых любителей, получивших специальное разрешение на экспериментальную связь на глубине менее 150 метров, в 1923 году выполнили сотни двухсторонних контактов на расстоянии 100 метров (3 МГц), включая первые трансатлантические двусторонние контакты.[7] в ноябре 1923 г. на 110 м (2,72 МГц)

К 1924 году многие дополнительные специально лицензированные любители регулярно устанавливали трансокеанские контакты на расстояниях 6000 миль (~ 9600 км) и более. 21 сентября несколько любителей из Калифорнии установили двусторонний контакт с любителем из Новой Зеландии. 19 октября любители из Новой Зеландии и Англии завершили 90-минутное двустороннее столкновение почти на полпути вокруг земного шара. 10 октября Третья национальная радиоконференция предоставила американским любителям три коротковолновых диапазона.[8] в 80 метров (3,75 МГц), 40 метров (7 МГц) и 20 метров (14 МГц). Они были распределены по всему миру, а 10-метровый диапазон (28 МГц) была создана Вашингтонской международной радиотелеграфной конференцией.[9] 25 ноября 1927 г. 15-метровый диапазон (21 МГц) был открыт для любителей в США 1 мая 1952 года.

Маркони

В июне и июле 1923 г. Гульельмо Маркони трансляции проводились ночью на 97 метрах от Беспроводная станция Poldhu, Корнуолл на его яхту Ellette в Острова Зеленого Мыса. В сентябре 1924 года Маркони передавал дневное и ночное время на 32 метра от Полдху на свою яхту в Бейруте. Маркони в июле 1924 г. заключил контракты с британскими Главное почтовое отделение (GPO) для установки высокоскоростных коротковолновых телеграфных каналов из Лондона в Австралию, Индию, Южную Африку и Канаду в качестве основного элемента Имперская беспроводная сеть. Служба беспроводной связи Beam Wireless, соединяющая Великобританию и Канаду, была запущена в коммерческую эксплуатацию 25 октября 1926 года. Служба беспроводной связи Beam Wireless Services из Великобритании в Австралию, Южную Африку и Индию была запущена в 1927 году.

Для дальней связи в коротковолновых диапазонах доступен гораздо больший спектр, чем в длинноволновых; а коротковолновые передатчики, приемники и антенны были на порядки дешевле, чем передатчики на несколько сотен киловатт и чудовищные антенны, необходимые для длинных волн.

Коротковолновая связь начала быстро расти в 1920-х годах,[10] похож на Интернет в конце 20 века. К 1928 году более половины междугородных коммуникаций перешло от трансокеанских кабелей и длинноволновых беспроводных услуг к коротковолновой «пропущенной» передаче, и общий объем трансокеанской коротковолновой связи значительно увеличился. Коротковолновый также устранил потребность в многомиллионных инвестициях в новые трансокеанские телеграфные кабели и массивные длинноволновые беспроводные станции, хотя некоторые существующие трансокеанские телеграфные кабели и коммерческие станции длинноволновой связи использовались до 1960-х годов.

Кабельные компании начали терять крупные суммы денег в 1927 году, и серьезный финансовый кризис поставил под угрозу жизнеспособность кабельных компаний, которые были жизненно важны для стратегических британских интересов. Британское правительство созвало Imperial Wireless and Cable Conference.[11] в 1928 г. «изучить ситуацию, возникшую в результате конкуренции Beam Wireless с Cable Services». Он рекомендовал и получил одобрение правительства на объединение всех зарубежных кабельных и беспроводных ресурсов Империи в одну систему, контролируемую недавно созданной компанией Imperial and International Communications Ltd. в 1929 году. Название компании было изменено на Cable and Wireless Ltd. в 1934 г.

Сигнал, который обеспечил Гульельмо Маркони его место в истории, был недолгим: просто точки азбуки Морзе на букве «S». Но эти три коротких радиопередачи представляют собой гигантский скачок для человечества. Сигнал, который прошел около 2000 миль по открытой воде от передатчика в Полдху, Корнуолл, до хижины на ветреном холме Ньюфаундленда, был доказательством того, что радиоволны могут «огибать» кривизну Земли и эффективно преодолевать 100-градусные границы. водная стена высотой в милю закрывает вид на Америку из Британии. Для Маркони, молодого итальянца ирландского происхождения, и его верного помощника, бывшего старшего офицера Джорджа Кемпа, напрягавших слух над примитивным радиоприемником, эти слабые радиосигналы триумфально доказали, что Маркони был прав, когда он настаивал не было непреодолимым препятствием для посылки радиоволн из одного уголка планеты в другой.

«Было около половины двенадцатого, когда я услышал три щелчка в наушниках. Они прозвучали несколько раз, но я не осмелился поверить [в это]», - написал Маркони в своем дневнике. «Электрические волны, которые исходили от Полдху, пересекли Атлантику, безмятежно следуя за кривизной Земли, которая, как говорили мне многие сомневающиеся, станет роковым препятствием».

Эти три коротких пипса привели Маркони к невообразимому коммерческому успеху, породив компанию, которая до сих пор носит его имя (хотя в последнее время катастрофически страдает от дефляции пузыря доткомов). Они также приведут к обвинениям в плагиате, воровстве и нечестности, а соперники будут утверждать, что Маркони «вообразил» то, что он слышал, опасаясь того, что неудача будет означать для эксперимента, вложенного в большие деньги.

Маркони никогда не был академическим ученым, заинтересованным только в поисках знаний, но «деятелем» с острым чувством ценности изобретения. Его патенты и промышленная защита, которую они ему дали, принесли ему состояние, но были источником напряженности для других выдающихся пионеров радио того времени, чей собственный вклад в эту область был омрачен несколько дерзким молодым человеком из Болоньи.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Справочник по волнам. Sony Corporation. 1998. стр. 14. OCLC  734041509.
  2. ^ Роуэр, К. (1993). Распространение волн в ионосфере. Дордрехт: Kluwer Academic Publications. ISBN  0-7923-0775-5.
  3. ^ Сильвер, H.L., изд. (2011). Справочник ARRL по радиосвязи (88-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига.
  4. ^ Stormfax. Marconi Wireless на Кейп-Коде
  5. ^ «1921 - Club Station 1BCG и трансатлантические испытания». Радио Клуб Америки. Получено 2009-09-05.
  6. ^ "Вестник радиослужбы № 72". Бюро навигации, Министерство торговли. 1923-04-02. стр. 9–13. Получено 2018-03-05. Журнал Cite требует | журнал = (помощь)
  7. ^ [1] В архиве 30 ноября 2009 г. Wayback Machine
  8. ^ «Распределение частот или диапазонов волн», Рекомендации по регулированию радио, принятые третьей национальной радиоконференцией (6–10 октября 1924 г.), стр. 15.
  9. ^ "Отчет". twiar.org.
  10. ^ «Полный текст» За пределами ионосферы: пятьдесят лет спутниковой связи"". Archive.org. Получено 2012-08-31.
  11. ^ История кабельных и беспроводных сетей В архиве 2015-03-20 на Wayback Machine

дальнейшее чтение

  • Дэвис, Кеннет (1990). Ионосферное радио. IEE Электромагнитные волны. Серия № 31. Лондон, Великобритания: Питер Перегринус Лтд. / Институт инженеров-электриков. ISBN  978-0-86341-186-1.

внешняя ссылка