Все статьи на QRZ.RU Экспорт статей с сервера QRZ.RU Все статьи
категории "Распространение радиоволн"
Proceedings of Fine Tuning - сборник статей, касающихся приема вещательных и любительских радиостанций, предназначен для опытных радионаблюдателей. Перевод UA9CIR.
Прежде всего я хотел бы поблагодарить Джона Брайанта (John Bryant) за его предложение написать статью для этого выпуска Proceedings. Будучи радиолюбителем (мой позывной WØZV), я был в восторге от обзорной статьи о выпуске Proceedings 1989 года, вышедшей в июньском номере 1990 года журнала QST. Мой основной интерес - DX на НЧ-диапазонах 1.8 и 3.5 МГц, поэтому мне был интересен опыт, накопленный наблюдательскими сообществами на средних и коротких волнах. Я проштудировал выпуск Proceedings 1989 года, затем выпуски 1988 и 1990 годов, после чего началась наша переписка с Джоном. Дело кончилось тем, что Джон попросил меня написать статью для выпуска этого года, что я и делаю в знак благодарности за великолепные статьи предыдущих выпусков Proceedings.
Я стал радиолюбителем в 1957 году в возрасте 12 лет. Меня тогда интересовали в основном DX на ВЧ-диапазонах - 14, 21, 28 МГц, и я сработал все страны по списку ARRL кроме Албании. Теперь и этой страны ждать осталось недолго, судя по тому, как развиваются события. После того, как на ВЧ было почти всё переработано, и я переехал в деревню в штате Колорадо в 1980 году, моим новым увлечением стали DX на 3.5 МГц. В октябре 1984 года я повесил "временную" антенну на 1.8 МГц для работы в контесте, и это стало началом моего увлечения диапазоном 160м, называемым еще Top Band. В настоящее время у меня 293 стран по списку ARRL на 3.5 МГц и 224 страны на 1.8 МГц, что даёт представление о силе моей увлечённости. По списку NASWA это соответственно 204 и 140 стран.
Несмотря на то, что успехи были и без использования антенны Бевереджа, мне очень скоро стало ясно, что без таких антенн невозможен хороший приём. В то время о бевереджах было маловато публикаций, поэтому чтобы узнать, как сделать работающий бевередж, пришлось поговорить со всеми, кто имел дело с этой антенной. Первый, сырой, вариант без согласующего трансформатора был повешен в декабре 1984 года. В августе 1985 года я построил систему из семи бевереджей:
Рис.1 Ориентация бевереджей на WØZV. Центр карты - Berthoud, Colorado, USA.
шесть в направлении основных центров активности и один в направлении 210° для работы по длинному пути. Все антенны были соответствующим образом нагружены и имели длину 180-240м, что составляет более 1λ на 1.8 МГц и почти 3λ на 3.5 МГц. Направленные свойства этой антенны (Рис.2a, Рис.2b) действительно открывают новые горизонты на НЧ-диапазонах, что подтвердит каждый обладатель бевереджа. Кстати, по сравнению с имеющейся у меня вращающейся Yagi на 7 МГц на высоте 45м оказывается, что даже на 40м бевередж работает по крайней мере не хуже, а часто - лучше, чем эта яги. Бевередж можно применять вплоть до 21 Мгц, хотя выше 7 МГц яги лучше.
Читая прошлые выпуски Proceedings, а также большую подборку статей по прохождению, предоставленных мне Джоном Брайантом, я с удивлением обнаружил почти полное отсутствие упоминания феномена, который мы называем "прохождение по длинному пути" (Long Path). Поэтому Джон и предложил мне восполнить этот пробел и написать статью о прохождении по длинному пути на низкочастотных диапазонах. И хотя в этой статье рассматривается прохождение на любительских диапазонах, но общие рассуждения применимы и к вещательным диапазонам 60, 90 и 120м.
Распространение радиоволн по длинному пути является хорошо известным явлением среди радиолюбителей. Большинство из них имеет вращающиеся антенны на диапазоны 14 МГц и выше, и поэтому легко может определить оптимальное направление прихода сигнала в каждом конкретном случае. Накопленный со временем опыт позволяет большинству операторов заранее сказать, с какого направления в данное время суток придет сигнал от станции, находящейся в данной точке земного шара. Такой опыт отсутствует у многих наблюдателей радиовещательных станций, так как многие из них не имеют вращающихся или направленных антенн.
Рис.2a. Диаграмма направленности бевереджа длиной 1λ на 1.8 МГц (рисунок из программы ELNEC).
Рис.2b. Диаграмма направленности бевереджа длиной 3λ на 3.5 МГц (рисунок из программы ELNEC).
Феномен длинного пути заключается в том, что в некоторых случаях сигнал распространяется не по кратчайшему пути по дуге большого круга, а в обратном направлении. Появление этого феномена зависит от времени суток, даты и даже фазы цикла солнечной активности, так как все эти параметры влияют на состояние ионосферы.
Следует обратить внимание на то, что трасса длинного пути редко совпадает с дугой большого круга, то есть 180° от направления по кратчайшему пути. Поэтому для радиолюбительской практики я предлагаю следующее определение понятия "длинный путь". Длинный путь - это путь, который отличается от кратчайшего пути по дуге большого круга более, чем на 90°. Иногда этот угол равен 180°, но чаще он бывает меньше. Самый популярный пример длинного пути на 14МГц - утреннее прохождение на Европу, Ближний Восток и Азию. Во время восхода солнца в Северной Америке европейские станции проходят громче, если повернуться на Новую Зеландию. Фактический азимут для моего QTH составляет около 210°, причем важно отметить, что он один и тот же для Европы и для Азии, несмотря на то, что по расчету азимут должен в зависимости от QTH корреспондента изменяться от 150° до 210°. Например, из моего QTH направление на Бутан по короткому пути составляет 346°, расчётный азимут по длинному пути должен быть 166°, а фактически на моём восходе сигнал по длинному пути на 14 МГц приходит с направления 210°. Обратите внимание, что для меня азимут 210° примерно совпадает с положением терминатора на восходе в середине зимы.
Эта трасса довольно часто имеет место также на 7 МГц, реже на 21 МГц, и я даже был свидетелем таких случаев на 28 МГц. Поэтому не вызовет удивления наличие этого явления также на 3.5 МГц и даже очень редко на 1.8 МГц (одна связь за более чем 6 лет наблюдений!).
Можно привести много других примеров прохождения по длинному пути на любительских ВЧ диапазонах. Например, Австралия с востока зимой после обеда на 7 и 14 Мгц, Юго-восточная Азия с направления Южной Америки во время и после захода зимой на 7 и 14 МГц, Европа через Новую Зеландию после европейского восхода или Япония через Южную Америку после нашего восхода на 28 МГц.
Это самый распространённый случай прохождения по длинному пути на 3.5 МГц. Имеет место на протяжении от Бостона (W1) до Сиэтла (W7), хотя, возможно, чаще случается в западной половине США. Так оказалось, что для меня этот вариант наиболее удобен, так как я встаю рано, и обычно в этот ранний час я нахожусь дома. Второй вариант, когда длинный путь имеет место на заходе, для меня менее удобен, так как во время захода и долго после него я обычно на работе. Кстати, работу с DX на восходе/заходе описали Dale Hoppe K6UA и Peter Dalton W6NLZ в журнале CQ за сентябрь 1975 года, в статье "The Grey Line Method of DXing".
Как и на ВЧ-диапазонах, на 3.5 МГц возможны связи с Европой, Ближним Востоком, средней Азией и даже юго-восточной Азией, в зависимости от времени года. На рис.3 приведен список стран, услышанных или сработанных из моего QTH в Колорадо.
Рис.3. Страны, услышанные или сработанные на WØZV на 3.5 МГц по длинному пути на восходе.
На ВЧ-диапазонах направление прихода всех сигналов относительно постоянно и составляет для моего QTH 210°. Американские обладатели вращающихся Yagi на 80-ку подтверждают, что в утренний пик прохождения по длинному пути направление прихода сигналов составляет 200°-220° независимо от QTH корреспондента.
Постоянство азимута 210° для всех сигналов длинного пути - интересный эффект. Несмотря на то, что точная траектория распространения сигнала нам неизвестна, я осмелюсь вынести на суд читателя свою гипотезу. Как известно, когда в северном полушарии зима, то на южном полюсе полярный день. Область полярного дня максимальна во время зимнего солнцестояния (21 декабря), когда она простирается от южного полюса до южного полярного круга (67°S). Это описано Джоном Брайантом в выпуске Proceedings за 1988 год (Рис.4).
Рис.4. Границы области полярного дня зимой (перепечатано из выпуска Proceedings 1988 года.)
В области полярного дня уровень затухания высокий, в отличие от области сумерек или грейлайн, которая в США на зимнем восходе проходит касательно к западному краю области полярного дня. Мое предположение в том, что трасса сигнала совпадает с грейлайн, а не с дугой большого круга, которая проходит через саму область полярного дня, где велико затухание. Мне кажется, это объясняет, почему сигналы по длинному пути приходят с азимута 210°, это как раз азимут от моего QTH на левый (западный) край южного полярного круга в середине зимы. Как видно из рис.4, от ноября до февраля этот азимут почти постоянен и изменяется от 195° до 210°. Хотя прохождение по длинному пути на 3.5 МГц имеет место с сентября по март (то есть приблизительно между осенним и весенним равноденствием), чаще всего оно случается именно с середины ноября до середины февраля. Следует также отметить, что диаграммы направленности бевереджа или яги не позволяют уловить разницу в несколько градусов между 210° и фактическим азимутом. Я предполагаю, что трасса сигнала отслеживает грейлайн, но изменения угла при этом настолько малы, что с имеющимися антеннами зафиксировать их невозможно.
Как использовать эту теорию для работы с DX? Из своего опыта я могу сказать, что для моего QTH справедливы следующие приблизительные соотношения. Пик прохождения по длинному пути имеет место за 20 минут до нашего восхода, хотя оно наблюдалось и более чем за 2 часа до восхода и через 30 минут после восхода. Аналогично, для DX-конца трассы: пик прохождения - через 10-20 минут после захода на том конце, но может существовать в течение 2 часов после захода. На рис.5 показаны примеры связей по длинному пути. Связь 13 февраля с RVØYF особенно интересна, так как состоялась через два часа после захода в Кызыле и больше чем за час до восхода в Колорадо. Как отмечал в своей книге ON4UN, продолжительность прохождения по грейлайн зависит от широты, а именно: для экваториального QTH оно короче, чем для приполярного.
Рис.5. Примеры трасс длинного пути на восходе на WØZV (рисунок из программы DX-AID).
К примеру, нас интересует QTH Лахор, Пакистан. Требуется узнать оптимальное время связи по длинному пути. С помощью таблицы восходов и заходов, например той, которую приводит ON4UN (рис.6), определим даты, когда восход на нашем конце трассы происходит примерно на 30 минут позже захода на DX-конце трассы. (Есть множество компьютерных программ для подобных расчетов, проверьте правильность их работы на примере своего QTH, так как даже 15-минутная ошибка может все испортить.)
Рис.6. Восход/заход для Lahore (AP) и Denver (WØ).
Мы видим, что 16 октября заход в Лахоре произойдет в 1231 UTC, а наш восход - в 1311 UTC, то есть с разницей в 40 минут. Отсюда можно предположить, что пик прохождения случится примерно в 1245 UTC. Следует слушать ежедневно, начиная с 1 октября, потому что прохождение бывает не каждый день. Кстати, есть и другое окно, примерно в 1315 1 марта, когда заход в Лахоре в 1300, а наш восход - в 1333.
ON4UN опубликовал компьютерную программу для расчета всех возможных вариантов грейлайн (не только по длинному пути) для конкретных QTH. Пример работы этой программы см. на рис.7. Точками отмечены те трассы, на которых имели место связи по длинному пути.
Рис.7. Таблица грейлайн (из программы ON4UN).
Что касается не упоминавшегося до сих пор уровня сигналов, то они по длинному пути довольно слабые, отсюда необходимость хорошей направленной приемной антенны, например бевереджа, ориентированной в нужном направлении (210°). Тем не менее при наилучшем прохождении уровень сигналов может возрастать до S7, а в исключительных случаях - до S9+10 dB. При этом следует отметить, что эти станции работали мощностью меньше 1 кВт и часто простейшие антенны (низковисящие диполи, лучи, вертикальные антенны, запитанные в основание и т.д.).
Что касается географического положения DX-станций для работы по длинному пути, то западная граница этой зоны определяется положением линии захода на DX конце трассы во время вашего восхода 21 декабря. Пример такого соотношения для моего QTH показан на рис.8, картинка получена с помощью DX Edge. Видно, что для Колорадо западная граница зоны для работы по длинному пути проходит через Данию, Венгрию и о.Реюньон. А, к примеру из Сиэтла, можно работать буквально всю Европу. Восточная граница зоны длинного пути для моего QTH проходит примерно по азимуту 330°.
Рис.8. Линия терминатора для WØZV 15 декабря на восходе (DX Edge).
По непонятным для меня причинам на восходе в Колорадо в направлении 330° идут одновременно связи и по длинному, и по короткому пути. Например, Улан-Батор/Монголия (339°), Вьентьян/Лаос (331°), Гонконг (322°), Иркутск/СССР (342°) были сработаны на нашем восходе и по длинному, и по короткому пути. Обычно происходит так: задолго до восхода их слышно по короткому пути, за 20 минут до восхода наблюдается пик уровня по длинному пути, а после восхода - опять по короткому пути. Фединги сигнала по длинному пути наблюдаются редко, даже в таких случаях смешанного прохождения.
Почти все мои связи со Средней Азией и Ближним Востоком были по длинному пути. Вечером по короткому пути через Северный полюс, когда на дальнем конце трассы восход, связи бывают очень редко. К сожалению, на 1.8 МГц прохождения по длинному пути почти не бывает, поэтому и стран у меня там сработано гораздо меньше.
Что касается зависимости прохождения по длинному пути от солнечной активности, то в целом оно лучше в годы максимума, хотя с разной вероятностью имеет место в разные фазы цикла. Предсказать появление длинного пути на основании индексов активности Солнца очень трудно, поэтому, и это знают все настоящие охотники за DX на НЧ-диапазонах, ничто не может заменить постоянного прослушивания диапазонов. По-моему, в этой непредсказуемости и заключается привлекательность нашего хобби, которая заставляет вставать каждое утро и слушать эфир.
Как уже отмечалось, для станций восточного побережья также существует возможность работать по длинному пути на своем восходе, однако не так далеко на запад, что связано с положением линии терминатора. Но у восточного побережья есть другие возможности работать с DX по длинному пути.
Эта трасса особенно подходит для станций восточного побережья США. Она позволяет работать с Дальним Востоком, Индонезией и Юго-восточной Азией через юго-восток. У меня мало связей на этой трассе (только Диего Гарсия, Индия и Мальдивские о-ва), однако могу предположить, что трасса аналогична предыдущей, утренней, и отличается от нее только тем, что проходит по другую сторону области полярного дня на южном полюсе, то есть примерно по азимуту 150°.
Bob Eshleman W4DR является лидером в США по числу стран на 3.5 МГц, а в мире он уступает по-моему только Джону ON4UN. Он применяет решетку из 4-х сфазированных четвертьволновых вертикалов, которые, как он считает, не уступают по направленности бевереджам. Поскольку заход солнца редко застает меня дома, Боб любезно поделился со мной данными о своих связях по длинному пути на заходе, которые он проводил из Ричмонда, Вирджиния. На рис.9 показано несколько примеров его работы в юго-восточном направлении, то есть через Южную Америку.
Рис.9. Примеры трасс на заходе у W4DR. Карты с центром в Ричмонде, Вирджиния (из программы DX-Aid).
На рис.10 перечислены страны, сработанные Бобом W4DR по длинному пути.
Рис.10. Список стран, услышанных или сработанных на W4DR на заходе по длинному пути на 3.5 МГц.
Судя по данным W4DR, можно предполагать, что механизм прохождения подобен ранее описанному для восхода, то есть пик прохождения имеет место между заходом в США и восходом у DX. Кстати, эта трасса аналогична той, которую используют европейские и азиатские станции при работе с нами по длинному пути на нашем восходе - они также ориентируют свои антенны на юго-восток на своем заходе.
Еще один выдающийся DX-man, John Kaufman W1FV из Массачусетса, добавил несколько интересных замечаний к первоначальному варианту данной статьи.
"В целом, мои наблюдения за прохождением по длинному/косому пути близки к вашим. В районе Бостона на восходе по длинному пути наилучшее время - годы максимума солнечного цикла, наилучшее направление - Сибирь через юго-запад. В годы минимума по моим наблюдениям утренний длинный путь исчезает почти полностью. В среднем прохождение длится 10-15 минут, пик - непосредственно перед восходом. В тех случаях, когда прохождение продолжается и после восхода, направление прихода сигналов изменяется с юго-западного на северо-западное. С другой стороны, в годы солнечного минимума чаще открывается вечерний длинный путь, в основном на Японию, Дальний Восток (СССР) и Перт (Австралия)."
Джон также сообщает: "Я полностью согласен с вами, что бевереджи открывают целый мир на НЧ диапазонах. (У него два двухпроводных бевереджа по 150 м на направления С-В, Ю-В, Ю-З и С-З). Много людей отмечали мою способность постоянно слышать и работать по длинному пути. Здесь следует подчеркнуть, что работа по длинному пути на НЧ - это очень редкий (но захватывающий) вид связи, и низковисящий диполь или провод случайной длины просто не смогут его обеспечить." Я не совсем согласен с последним утверждением Джона после нескольких случаев, которые я наблюдал в Колорадо, однако в том, что касается северо-востока США, его наблюдения очень ценны.
К сожалению, обсуждать тут особенно нечего, так как прохождение по длинному пути на 1.8 МГц - большая редкость. За 6 лет активных наблюдений мне удалось всего одно QSO с UA9UCO из Прокопьевска (рис.11).
Рис.11. Трасса по дуге большого круга WØZV-UA9UCO (Прокопьевск) по длинному пути на 1.8 МГц и QSL-карточка, подтверждающая эту связь.
Эту станцию я слышал на своем восходе примерно 12-14 сентября. Он меня не принимал, как я подозреваю из-за высокого уровня грозовых помех в Юго-восточной Азии. Наконец нам удалось двухстороннее QSO 29 сентября по времени примерно посредине между его заходом и моим восходом, которые к тому времени отличались почти на час. Зимой я много раз слушал его по длинному пути, но ничего не слышал. Могу только предположить, что из-за высокого уровня поглощения в ионосфере южного полушария нашей зимой прохождения по длинному пути нет. Возможно, только во время равноденствия (как было во время QSO с UA9UCO) уровень поглощения в обоих полушариях выравнивается, открывая на короткое время окно для связи по длинному пути.
Джон Кауфман W1FV пишет: "Я слышал на 1.8 МГц по длинному пути 9M2AX (западная Малайзия) на своем заходе, с ним сработало несколько станций северо-востока США. Также в Новой Англии по длинному пути слышали Гонконг, и по-моему работали с Индонезией. Точно работали на заходе с Пертом (зап. Австралия), кроме того есть неподтвержденные слухи о том, что слышали Японию по длинному пути. О каких-то случаях работы по длинному пути на восходе с восточного побережья мне неизвестно."
Сначала договоримся о понятии "косой путь" (skew path). Косой путь - это любой путь, который отличается от прямого пути по дуге большого круга на угол меньше 90°. Это феномен совершенно иного рода, чем обсуждавшийся только что длинный путь. По моему мнению, его основной причиной является геомагнитное возмущение в авроральной области, что заставляет трассу сигнала отклоняться от дуги большого круга. Вот типичный пример. Отсюда из Колорадо мой 40°-ный бевередж оптимален для работы с Европой по вечерам. Но во время возмущений геомагнитного поля (A-индекс WWV больше 10) сигналы европейцев идут громче с азимута 70°, а не 40°. На восточном побережье США подобный эффект наблюдается на японских сигналах по утрам: они приходят не по прямому пути (для Новой Англии это 330°), а с более южных направлений, но их отклонение к югу не такое сильное как для длинного пути. Чем больше возмущение - тем больше отклонение. Как-то раз на 1.8 МГц я работал со Швецией во время сильной магнитной бури (A-индекс был 103), и максимум сигнала был на 110°-ный бевередж, в то время как прямое направление из Колорадо равно 27°! Шведский оператор подтвердил, что принимал меня через Южную Америку (рис.12).
Рис.12. Косой путь на Европу от WØZV и карточка, подтверждающая связь.
И наоборот, я не наблюдал отклонения к югу японских сигналов, также как и восточное побережье - отклонение к югу европейских сигналов. Это можно объяснить расположением трассы относительно северного магнитного полюса (СМП). Из Колорадо магнитный полюс имеет азимут 13°, поэтому через авроральную зону проходит европейская трасса, но не японская. Для восточного побережья - наоборот, так как для них азимут на СМП равен 350°.
Надеюсь, что эта статья будет полезной читателю, будь то наблюдатель на длинных или коротких волнах, или радиолюбитель. Мне кажется, мы многим могли бы поделиться друг с другом. Удачи на низкочастотных диапазонах!
October 2004 73 de Mike