Войти
Радиоволны (черный) , отражающиеся от ионосферы (красный) во время распространения небесной волны В радиосвязи, skywave или skip относится к распространению отраженных радиоволн или преломляется обратно к Земле от ионосферы, электрически заряженного слоя верхней атмосферы. Поскольку оно не ограничено кривизной Земли, распространение небесной волны может использоваться для передачи информации за пределы горизонта на межконтинентальных расстояниях. В основном он используется в коротковолновых частотных диапазонах.
В результате распространения ионосферной волны сигнал от удаленной станции AM-вещания, коротковолновой станции или - во время спорадического распространения E в условиях (в основном в летние месяцы в обоих полушариях) далекие VHF FM или телевизионные станции - иногда могут приниматься так же четко, как и местные станции. Наиболее дальние коротковолновые (высокочастотные ) радиосвязи - от 3 до 30 МГц - являются результатом распространения ионосферных волн. С начала 1920-х годов радиолюбители (или "радиолюбители"), ограниченные меньшей мощностью передатчика, чем радиостанции, использовали Skywave для дальних дистанций (или "" DX ") связь.
Распространение небесной волны отличается от:
Можно использовать передачи Skywave для дальней связи (DX) волнами, направленными под малым углом, а также относительно локальной связи через ближний y вертикально направленные волны (Небесные волны ближнего вертикального падения - NVIS ).
Ионосфера - это область верхних атмосферы на высоте от 80 до 1000 км, где нейтральный воздух ионизирован. солнечными фотонами и космическими лучами. Когда высокочастотные сигналы входят в ионосферу под малым углом, они изгибаются обратно к Земле ионизированным слоем. Если пик ионизации достаточно силен для выбранной частоты, волна выйдет из нижней части слоя по направлению к земле - как если бы наклонно отражалась от зеркала. Поверхность Земли (земля или вода) затем отражает нисходящую волну обратно вверх по направлению к ионосфере.
При работе на частотах чуть ниже МПЧ потери могут быть довольно небольшими, поэтому радиосигнал может эффективно "отражаться" или "пропускаться" между Землей и ионосферой два или более раза ( многоскачковое распространение), даже следуя кривизне Земли. Следовательно, даже сигналы мощностью всего несколько ватт иногда могут приниматься за многие тысячи миль. Это то, что позволяет коротковолновому вещанию распространяться 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.
Небесные волны, направленные почти вертикально, называются небесными волнами почти вертикального падения (NVIS). На некоторых частотах, обычно в области нижних коротковолновых, 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, например для сетей связи в чрезвычайных ситуациях. 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 ионосферная волна ближнего действия нежелательна, например, когда радиовещательная AM-станция желает избежать интерференции между земной волной и ионосферной волной, используются антизатухающие антенны для подавления волн, распространяющихся под большими углами.
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 антенна, 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.
На любом расстоянии небесные волны исчезнут. Слой ионосферной плазмы с достаточной ионизацией (отражающая поверхность) не закреплен, а волнообразен, как поверхность океана. Различная эффективность отражения от этой изменяющейся поверхности может вызвать изменение мощности отраженного сигнала, вызывая «затухание » в коротковолновых передачах. Еще более серьезные замирания могут возникать, когда сигналы поступают по двум или более путям, например, когда и односкачковые, и двухскачковые волны интерферируют друг с другом, или когда сигнал ионосферной волны и сигнал земной волны достигают примерно такой же силы. Это наиболее распространенный источник замирания сигналов ночного вещания AM. Замирание всегда присутствует в сигналах ионосферных волн, и за исключением цифровых сигналов, таких как DRM, серьезно ограничивает точность коротковолнового вещания.
УКВ сигналы с частотами выше примерно 30 МГц обычно проникают в ионосферу и не возвращаются на поверхность Земли. E-skip - заметное исключение, где УКВ-сигналы, включая ЧМ-радиовещание и УКВ-телевизионные сигналы, часто отражаются на Землю в конце весны и начале лета. E-skip редко влияет на частоты UHF, за исключением очень редких случаев ниже 500 МГц.
Частоты ниже примерно 10 МГц (длины волн более 30 метров), включая передачи в диапазонах средневолновых и коротковолновых (и в некоторой степени длинноволновых ), 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. На максимально используемую частоту для распространения небесной волны сильно влияет число солнечных пятен.
Распространение небесных волн обычно ухудшается - иногда серьезно - во время геомагнитных бурь. Распространение небесных волн на освещенной солнцем стороне Земли может быть полностью нарушено во время внезапных ионосферных возмущений.
, потому что более низкие слои (в частности, E-слой ) ионосферы в основном исчезают ночью, преломляющий слой ионосферы намного выше поверхности Земли ночью. Это приводит к увеличению «пропуска» или «скачка» расстояния небесной волны ночью.
Радиолюбителям приписывают открытие распространения небесных волн на коротковолновых диапазонах. Ранние службы дальней связи использовали распространение поверхностных волн на очень низких частотах, которые ослабляются на трассе. 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 в декабре 1921 года, работая в 200-метровом средневолновом диапазоне (1500 кГц) - самой короткой длине волны, доступной тогда 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 электронные лампы вскоре после Первой мировой войны
Экстремальные помехи на верхнем краю диапазона 150-200 метров - официальные длины волн, выделенные любителям Вторым национальным радио Конференция 1923 г. - заставила любителей перейти 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 установили сотни двухсторонних дальних контактов на 100 метров (3 МГц), включая первые трансатлантические двусторонние контакты в ноябре 1923 года на 110 метрах (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: 80 метров (3,75 МГц), 40 метров (7 МГц) и 20 метров (14 МГц). Они были распределены по всему миру, тогда как 10-метровый диапазон (28 МГц) был создан Вашингтонской международной радиотелеграфной конференцией 25 ноября 1927 года. 15-метровый диапазон (21 МГц) был открыта для любителей в Соединенных Штатах 1 мая 1952 года.
В июне и июле 1923 года передачи Гульельмо Маркони были завершены ночью на 97 метрах от Беспроводная станция Польду, Корнуолл, на его яхту Эллетт на островах Зеленого Мыса. В сентябре 1924 года Маркони передавал дневное и ночное время на 32 метра от Полдху на свою яхту в Бейруте. В июле 1924 года Маркони заключил контракты с британским Главным почтовым отделением (GPO) на установку 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 введена в эксплуатацию в 1927 году.
доступен для дальней связи в коротковолновых диапазонах, чем в длинноволновых; а коротковолновые передатчики, приемники и антенны были на порядки дешевле, чем передатчики мощностью в несколько сотен киловатт и чудовищные антенны, необходимые для длинных волн.
Коротковолновая связь начала быстро развиваться в 1920-х годах, подобно Интернету в конце 20-го 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 большие 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 в 1928 году Imperial Wireless and Cable Conference, «чтобы 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 году.
Сигнал, позволивший Гульельмо Маркони занять свое 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 все время, когда он настаивал на том, что не было непреодолимым препятствием для посылки радиоволн из одного уголка планеты в другой.
«Было около половины двенадцатого, когда я услышал три маленьких щелчка в наушниках. Несколько раз они прозвучали, но я не осмелился поверить [этому]», - 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 пункта привели Маркони к невообразимому коммерческому успеху, породив компанию, которая до сих пор носит его имя (хотя в последнее время катастрофически страдает от дефляции пузыря dot.com). 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, в который вложили большие средства.
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.
