Kako se šire elektromagnetski kratki valovi (HF)

Ivica Nitraj 9A7IUY

ŠTO SU KRATKI VALOVI:

Elektromagnetske valove čija je frekvencija između 1.7MHz i 30 MHz nazivamo kratkim valovima (HF). Valna im je duljina između 10 i 160 metara. Zbog svojih fizikalnih osobina atraktivni su za održavanje radioamaterskih bliskih i dalekih veza. Drvo, manji brijeg, zgrada,... su prepreke u drugim valnim područjima, za kratki val ne. No, mogućnost uspostavljanja veza nije ujednačena, već se mijenja sa dobom dana, Sunčevom aktivnosti, temperaturom, količinom i rasporedom vlage i prašine u zraku... Zbog svega toga kratki je val nepredvidiv, no upravo zato ga obožavaju mnogi radioamateri jer im se povremeno stvaraju neponovljivi uvjeti za radioamatersku vezu.

OSOBINE ŠIRENJA KRATKOG VALA:


Zemljina ionosfera - raspored i visine slojeva tijekom dana i noću
Kratki valovi prigodom prolaska kroz Zemljinu atmosferu proživljavaju različite promjene. Energija elektromagnetskog vala će opasti upola na dvostruko većoj udaljenosti. Uz linearan prolaz kroz zrak, zbog zakrivljenosti Zemljine površine dolaze i u kontakt sa gornjim slojevima atmosfere - IONOSFEROM. Već dugo ljudi opažaju da se ionosfera ponaša različito u različito vrijeme tijekom dana, promjenom vremena, Sunčeve aktivnosti, temperature zraka i drugo. Danas se zna da je ionosfera sloj atmosfere na koji najviše djeluje Sunce svojim zračenjem. U tom sloju su atomi i molekule s promijenjenim brojem elektrona - ioni. Tako je oko Zemlje stvoren sferni omotač ioniziranih molekula koji znatno utječe na način širenja elektromagnetskih valova.
Ionosfera se, prema današnjim spoznajama, dijeli u tri sloja: D, E i F. Sloj F se još dijeli u dva podsloja: F1 i F2. Intenzitet, gustoća i veličina ovih slojeva se mijenja tijekom dana.
Sloj D na visini oko 50 kilometara opstoji samo danju. Još se može reći da je najintenzivniji u podne, da od izlaska sunca prema podnevu jača, dok poslije podneva počinje slabiti. Kada tome dodamo da je D sloj apsorber elektromagnetskih valova, odmah nam je puno toga jasno: zato se emisije na kratkom valu tako slabo čuju oko podneva - domet prosječnog transmitera je krug s promjerom oko 500 km, a noću se ostvaruju i daleke veze (DX). Kako?
Visine, raspored i osobine slojeva u Zemljinoj ionosferi danju - noću. jedna od rijetkih ilustracija nastanka sjene i zone u kojoj se ne može čuti emisija, mada udaljenost nije velika...
Preostala dva sloja, E i F na visini 120 do 200 kilometara, reflektiraju i refraktiraju elektromagnetski val poput zrcala, ali - to zrcalo nije ravno već zakrivljeno poput Zemljina omotača. I još: visina, oblik i veličina im se mijenjaju ovisno o osunčanosti, dnevnom vremenu, sastavu i temperaturi zraka, rasporedu temperaturnih područja i slojeva i tlakova,... i neprestano su u promjeni, svakog dana, svakog trena su drugačiji. Tako se na određenom mjestu susreću dijelovi istog vala - onaj koji se širio usporedno sa Zemljinom površinom i onaj koji se reflektirao od ionosfere. Oni interferiraju, zbrajaju se ili oduzimaju ovisno koliki je njihov međusobni pomak u fazi, a ovaj ovisi o razlici puteva koje su prevalila dva dijela istog vala. Ta razlika nije stalna - i ona se mijenja, pa se isti val čuje glasnije - tiše - glasnije. Ta se pojava zove faiding (feding). I brzina i "dubina" faidinga se mijenja.
Nastanak sjene, refleksija i difrakcija vala u zemaljskim uvjetima Dijagram zračenja četvrtvalne vertikalke - očekivao sam veći odnos horizontalni-vertikalni smjer
Te promjene nisu stalne, možda će se ponavljati neko vrijeme, ali već sljedećeg trena će stvari biti drugačije. Ovo sve ovisi još i o frekvenciji na kojoj se emitira, tako da je vrlo složeno načiniti matematički model širenja jednog elektromagnetskog vala i predvidjeti kako će se širiti i kamo će sve doprijeti. Samo je jedno sigurno: "Mijena stalna jest". I u tome je čar radioamaterstva na kratkom valu: i danas je puno iznenadnih, slučajnih i nepredivih događaja uz sva moguća pomagala i proračune. Tome dodajmo još i kako se antene između ostalog razlikuju po usmjerenosti emitirane energije horizontalno ili u visine. Tako vertikalno postavljene antene najveći dio energije zrače u horizontalnim smjerovima, usporedno s površinom, pa im je domet i danju dobar - u granici obzora, ali iza crte obzora se pojavljuje zona tišine ili "mrtva zona". Tako stvoreni elektromagnetski val je i polariziran drugačije nego onaj koji nastane na horizontalnim antenama.
SW yagica - zrači usmjereno i horizontalno polarizirano Proplab Pro Radio Propagation Laboratory - registracija nevjerojatnih 250$
Antene kojima je zračeći element horizontalan zrače uz horizontalnu komponentu još i znatno u visinu, pa imaju izraženiji efekt djelovanja ionosfere danju, a osobito noću. Iznimka među njima su usmjerene Yagi antene kao ova koju sam snimio na krovu RK Lipik.
Emitira najveći dio energije u smjeru u kojem je usmjerena, a o mnogo čemu ovisi kamo i koliko će doprijeti kada dođe do obzora i dosegne E ili F sloj ionosfere. Zato primopredajnici gotovo u pravilu imaju na poleđini dva priključka za antenu A ili B (vertikalku za rad u lokalu ili horizontalni dipol ili yagi za DX).
Praktično: ovisno o tome žele li radioamateri uspostavljati lokalne ili daleke veze, ovisit će kada će biti uz svoje prijemnike. Tijekom noći je vrijeme dalekih veza. U vrijeme izlaska sunca počinju slabiti signali dalekih radio stanica, a to je vrijeme kada lokalni radioamateri otpočinju svoje razgovore (u BiH postoji redovito "druženje ranoranilaca"). Tijekom dana se odvijaju samo najkraće veze, a kako se bliži zalazak sunca opet počinju sve dalje i brojnije veze.

MALO POVIJESTI:
Popis savezničkih bežičnih uređaja za komunikaciju tijekom WW2 i njihove osobine TX-bijele crte, RX-crne.

Tijekom II. svjetskog rata većina bežičnih veza se odvijala na kratkom valu. Mnogi podatci, koje sam pronašao na Internetu ili osobno proučio, govore da su gotovo svi uređaji za bežičnu komunikaciju među vojnim jedinicama na različitim nivoima radili na opsegu frekvencija između 1.2 i 17.5 MHz. Snaga im je bila različita, od desetak wata (u početku WW2) do 250W (u mobilnim jedinicama pred završetak rata).
Upravo pred neki dan sam čuo podatak kako je posada tenka u Tuzli u 2. svjetskom ratu mogla razgovarati s posadom tenka na ruskom frontu.
Još i danas je moguće pronaći u prodaji različite primopredajne uređaje iz vremena WW2. Ima ih vrlo očuvanih, ali napretkom tehnologije zastarjeli su jer u radu nisu više dovoljno precizni (očitavanje frekvencije na tri decimalna mjesta), niti stabilni u radu.

KRATKI VALOVI DANAS:
Još uvijek tražim odgovarajuću scenu iz navedenog filma

Danas kratke valove koristi sve manje institucija, pa se stvorio prostor u kojemu će moći svoje veze održavati radioamateri. Budući da su suvremeni uređaji za rad na kratkovalnim područjima vrlo skupi, broj radioamatera nije velik. Uglavnom se radi o zaljubljenicima u kratki val kojima nije žao probdjeti i cijelu noć da bi se održala veza s udaljenim radioamaterom iz zemlje ili otoka koji još "nije rađen".
Novija iskustva s uporabljivošću kratkog vala za komunikaciju datiraju iz vremena domovinskog rata u Hrvatskoj, događaja 11. rujna u Americi i zemljotresa na Haitiju. Svima je zajedničko: u trenutcima velikih katastrofa "padaju" konvencionalna sredstva komuniciranja (prevelik broj poziva, energija, blokada sustava) i dogodi se da je kratkovalni primopredajnik s napajanjem iz akumulatora (mnogi uređaji se napajaju sa 12V) jedino sredstvo komuniciranja. O tome mogu posvjedočiti mnogi radioamateri, kod nas primjerice 9A3CC, Rafo iz Požege.
Ne mogu zaboraviti posljednju scenu u filmu "Day after" u kojoj nakon nuklearne katastrofe iz sivih i beživotnih ruševina viri jedna žičica i čuje se "Anybody heare me?".
Poput krhkog cvijeta koji izniče iz vulkanskog praha, i radioamaterizam uz sport i hobi je i "emergency radio", ruka pomoćnica u teškim situacijama.