Výukový program ionosférického šíření zahrnuje . . . .
Ionosférické šíření     Ionosféra     Ionosférické vrstvy     Skywaves & skip     Kritická frekvence, MUF, LUF & OWF     Jak používat ionosférické šíření     Vícenásobné odrazy a skoky     Ionosférická absorpce     Únik signálu     Sluneční indexy     Propagační software     NVIS     Transekvatoriální šíření     Šíření po greyline    F spread        

Ionosférické šíření je hlavní způsob šíření rádiového signálu používaný v MF a HF části rádiového spektra.

Základní koncepty HF šíření pomocí ionosféry jsou snadno pochopitelné a jejich studium je nejen fascinující, ale také velmi užitečné pro každého, kdo se jakýmkoli způsobem zabývá HF rádiovou komunikací.

Pomocí ionosférického šíření vysokofrekvenčního rádiového signálu je možné slyšet a mluvit s jinými stanicemi po celém světě, ale znalost způsobů šíření a způsobů, kterými se liší, znamená, že pro nejlepší výsledky lze zvolit správné časy.

Aplikace HF ionosférického šíření

Pomocí vysokofrekvenčního šíření přes ionosféru lze rádiové signály slyšet po celém světě – právě tato forma komunikace poprvé otevřela mnoho globálních spojení s nepřístupnými oblastmi a umožnila také mezinárodní vysílání.

HF šíření pomocí ionosféry bylo také použito pro námořní obousměrnou rádiovou komunikaci, ačkoli nyní využívají satelitní komunikaci.HF rádio se také používá pro vysílání, jako záloha pro letadla a také pro řadu dalších forem bodové radiové komunikace, včetně vojenské.Ačkoli HF radiokomunikace není tak široce používána jako kdysi, je přesto důležitá.

Radioamatéři nebo radioamatéři také široce využívají HF šíření přes ionosféru, často navazují rádiovou komunikaci se vzdálenými body na zeměkouli s nízkými výkony a skromnými anténními systémy.

HF šíření a prostorové vlny

Při použití HF šíření přes ionosféru opouštějí rádiové signály vysílací rádiovou anténu na zemském povrchu a putují směrem k ionosféře, kde se část z nich vrací zpět na Zemi.

Rádiové signály putující pryč od zemského povrchu se z pochopitelných důvodů nazývají prostorové vlny. Pokud se vrátí na Zemi, lze ionosféru (velmi zjednodušeně) považovat za obrovský odrážející povrch obklopující Zemi, který umožňuje signálům cestovat na mnohem větší vzdálenosti, než by bylo jinak možné.

Přirozeně je to velké zjednodušení, protože frekvence, denní doba a mnoho dalších parametrů řídí odraz, nebo přesněji lom signálů zpět na Zemi.

HF šíření a ionosférické oblasti

V ionosféře se úrovně ionizace, které ovlivňují rádiové vlny, liší. V některých oblastech je úroveň ionizace vyšší než v jiných. V důsledku toho se běžně uvádí, že v ionosféře je několik vrstev. Přesněji řečeno, existuje několik oblastí, protože úroveň ionizace neklesá na nulu, ale místo toho existuje několik vrcholů ionizace.

Níže jsou uvedeny hlavní regiony:

• D oblast:   Když nebeská vlna opustí zemský povrch a cestuje nahoru, první zájmová oblast, které dosáhne v ionosféře, se nazývá D oblast. Tato oblast zeslabuje signály, když procházejí. Úroveň útlumu závisí na frekvenci. Nízké frekvence jsou tlumeny více než vyšší.
• E oblast:   Jakmile signály projdou oblastí D, dosáhnou oblasti E. I když stále existuje malý útlum signálů, tato oblast odráží, nebo přesněji láme signály, někdy dostatečně na to, aby je vrátila zpět na zem. Úroveň lomu se snižuje s frekvencí, a proto mohou signály s vyšší frekvencí procházet touto oblastí a dále do další oblasti. Oblast E má velký význam pro šíření HF na spodním konci HF spektra a dokonce i MF spektra.
• F oblast:   F oblast nebo vrstva je ta, která umožňuje HF šíření k zajištění celosvětové komunikace. Signály, kterým se podaří projít oblastmi D a E, se dostanou do oblasti F. Opět to působí tak, že láme signály a mohou být vráceny na Zemi. Během dne se tato oblast často dělí na dvě, známé jako oblasti F1 a F2.

Vf šíření, délka skoku, oblast ticha

Když signály putují směrem k ionosféře a pryč od zemského povrchu, jsou ze zřejmých důvodů známé jako prostorové vlny.

Jak se pohybují od zemského povrchu směrem k ionosféře, prakticky se zeslabují pouze v důsledku vzdálenosti, kterou urazí, dokud nedosáhnou ionosféry.

Nicméně signály šířící se blízko země trpí určitými úrovněmi útlumu v závislosti na frekvenci přenosu. Brzy jsou utlumeny do bodu, kdy je nelze slyšet.

Na větší vzdálenost mohou být signály znovu slyšeny, jakmile byly odraženy, nebo správněji lámány zpět na Zemi.

Při použití HF šíření je často vhodné definovat některé z dotčených vzdáleností.

• Délka skoku:   délka skoku pro signál využívající HF šíření přes ionosféru je vzdálenost na zemském povrchu mezi bodem, kde se rádiové signály z vysílače vysílané do ionosféry a lámané dolů ionosférou, do bodu, kde se vracejí k zemi a jsou přijímány.
• Oblast ticha:   Když jsou signály vysílány v HF části spektra, rozšíří se pouze na malý poloměr kolem vysílače přes pozemní vlnu. Kromě toho nejsou slyšitelné, dokud se nebeská vlna nevrátí na zem. Oblast ticha (přeslechu) je oblast, kde nelze přijímat rádiové vysílání. Zóna se nachází mezi oblastmi pokrytými přízemní vlnou a tam, kde se prostorová vlna poprvé vrací na zem.

HF šíření a výběr frekvence

Jedním z klíčových aspektů HF šíření je použití správné frekvence. Může být možné, že šíření umožní komunikaci s jednou oblastí, ale ne s jinou.

Protože signály s vyšší frekvencí mohou procházet nižšími oblastmi, signály na různých frekvencích se budou šířit na různé vzdálenosti při použití HF šíření přes ionosféru. Vzhledem k tomu, že vyšší frekvence mají tendenci být odráženy vyššími oblastmi, jsou schopny dosáhnout mnohem větších vzdáleností v důsledku geometrie.

Existuje několik definic, které se používají v kruzích šíření HF:

• Nejnižší použitelná frekvence, LUF:   LUF je nejnižší frekvence, při které je intenzita přijímaného pole dostatečná k zajištění požadovaného poměru signálu k šumu v určitou denní dobu.
• Maximální využitelná frekvence MUF:   MUF je nejvyšší frekvence signálu, kterou lze použít pro přenos mezi dvěma body prostřednictvím odrazu od ionosféry v daném čase.
• Kritická frekvence:   Kritická frekvence pro danou vrstvu nebo oblast v ionosféře je nejvyšší frekvence, při které se signál pohybující se svisle nahoru odráží zpět k zemi. To dává dobrý přehled o stavu ionosféry.
• Optimální pracovní frekvence:   Optimální pracovní frekvence je nejvyšší efektivní frekvence, o které se předpokládá, že bude použitelná pro určitou trasu a denní dobu po 90 % dnů v měsíci.

Vícenásobné odrazy

I když je možné dosáhnout značných vzdáleností pomocí oblasti F, jak již bylo popsáno, to samo o sobě nevysvětluje skutečnost, že rádiové signály jsou pravidelně slyšet z opačných stran zeměkoule pomocí HF šíření ionosférou.

K tomu dochází, protože signály jsou schopny podstoupit několik „odrazů“. Jakmile se signály z ionosféry vrátí na zem, mohou se od zemského povrchu odrazit zpět nahoru a opět mohou podstoupit další „odraz“ od ionosféry. Síla signálu je přirozeně snížena při každém „odrazu“ a také se zjistilo, že různé oblasti Země odrážejí rádiové signály odlišně.Jak se dalo předpokládat, povrch moře je velmi dobrým reflektorem, zatímco pouštní oblasti jsou velmi chudé. To znamená, že signály, které jsou "odraženy" zpět do ionosféry Tichým nebo Atlantským oceánem, budou silnější než ty, které využívají saharskou poušť nebo střed Austrálie.

Ve skutečnosti není stav ionosféry tak čistý , jak bychom si přáli, a existuje mnoho způsobů, jak mohou být signály odraženy vícekrát a dosáhnout velmi velkých vzdáleností, někdy se odrazí na jiném odrazu ionosférou. Někdy mohou být vedeny mezi vrstvami nebo oblastmi.

Rádiové šíření a ztráty signálu

Ztráty do signálové cesty vnáší nejen zemský povrch a odrazy. Ve skutečnosti je hlavní příčinou ztráty oblast D, a to i pro frekvence vysoko do HF části spektra.

Jedním z důvodů je, že signál musí projít oblastí D dvakrát pro každý odraz ionosférou. To znamená, že pro dosažení nejlepší síly signálu je nutné, aby signálové cesty umožňovaly použití minimálního počtu skoků. Toho je obecně dosaženo použitím frekvencí blízkých maximálním frekvencím, které mohou podporovat komunikaci využívající ionosférické šíření, a tím využívat nejvyšší oblasti v ionosféře.

Kromě toho je také snížena úroveň útlumu zaváděného oblastí D. To znamená, že rádiový signál například na 20 MHz bude silnější než signál na 10 MHz, pokud lze šíření podporovat na obou frekvencích. To může být klíčovým faktorem při pokusu o navázání obousměrné rádiové komunikace.

Slunce a HF šíření

Ionizace v ionosféře je způsobena především zářením ze Slunce. Výsledkem je, že stav Slunce a záření z něj přijímané řídí stav ionosféry a šíření HF.

Existuje několik klíčových témat týkajících se Slunce a záření z něj přijímaného.

• Slunce:   Slunce je fascinující hvězda – objevování všeho o ní je fascinující. Navzdory tomu je naše Slunce hlavním zdrojem záření, které vytváří ionosféru.

  Přečtěte si více o . . . . Slunce a faktory ovlivňující šíření rádia.
  
  

• Sluneční skvrny a cyklus slunečních skvrn:   Sluneční skvrny jsou oblasti na povrchu Slunce, které jsou o něco chladnější než okolní oblasti. Jejich přítomnost vede k vyšším úrovním vyzařování, a proto to ovlivňuje šíření HF.

  Sluneční skvrny byly na povrchu Slunce rozpoznávány již mnoho let a jejich vliv na rádiové šíření byl zaznamenán, jakmile začal být chápán způsob, jakým se signály putovaly na velké vzdálenosti. Bylo zjištěno, že existuje korelace mezi slunečními skvrnami a podmínkami pro šíření HF rádia a rádiovou komunikaci.

  Přečtěte si více o . . . . Sluneční skvrny a šíření rádia.

• Sluneční poruchy:   Čas od času dochází na povrchu Slunce k masivním poruchám. Sluneční erupce a výrony koronální hmoty, CME také vedou ke zvýšení úrovně radiace, která zase ovlivňuje šíření HF.

  Menší zvýšení úrovně záření může zlepšit podmínky HF rádia, ale jak se zvýší, může to dokonce vést k výpadku rádiového signálu na HF.

  Viditelnými známkami slunečních poruch mohou být viditelné polární záře na pólech. V případě velkých slunečních poruch se úrovně ionizace na pólech výrazně zvyšují a mohou umožnit některé speciální režimy šíření na VHF, což umožňuje navázání rádiové komunikace na těchto frekvencích. Zde stanice nasměrují své antény na sever a odrazy lze často slyšet na přiměřeně velké vzdálenosti.

  Přečtěte si více o . . . . Sluneční poruchy a erupce.

• Náhlé ionosférické narušení, SID:   Náhlé ionosférické narušení je obvykle výsledkem výronu koronální hmoty. CME má velký vliv na podmínky šíření HF.

  Přečtěte si více o . . . . Náhlé ionosférické poruchy, SID.

HF ionosférické šíření je stále široce používané jako forma rádiové komunikace. I když není tak spolehlivá jako satelitní komunikace, není ani zdaleka tak drahá a může poskytnout užitečnou zálohu v případě, že satelitní komunikace selže.

HF šíření je také široce používáno pro vysílání, armádu a mnoho dalších organizací vyžadujících komunikaci na dlouhé vzdálenosti. HF šíření je také široce používáno radioamatéry, kteří jsou schopni komunikovat po celé zeměkouli.

Za určitých okolností je možné použít nízké úrovně výkonu a jednoduché antény k navázání rádiové komunikace na velké vzdálenosti.

V důsledku toho vysokofrekvenční šíření pomocí ionosféry pravděpodobně zůstane v používání na dobu neurčitou jako forma radiokomunikační technologie