|
Мы не сеем и не пашем,
А валяем дурака:
Вертикально излучаем,
Нагреваем облака
Стало почти аксиомой, что все радиолюбители стремятся проводить как можно более дальние связи, поднимая повыше свои антенны и используя все другие средства, чтобы прижать главный лепесток излучения к горизонту. В то же время практика показывает, что очень много связей проводится внутри региона, со своими ближайшими соседями в диапазонах 160, 80 и 40 м, часто в форме «скедов», «круглых столов» и т. д. Для таких связей прижатый к горизонту максимум излучения антенны совсем не оптимален, и даже вреден. А если к этому добавить неподходящий выбор диапазона, ближние корреспонденты вообще могут оказаться в мертвой зоне.
В последние годы возрос интерес к технике связи, названной NVIS — NearVertical Incidence Skywave propagation (NVIS обычно произносится как нэ-вис). Эта техника предусматривает работу пространственной волной, падающей на ионосферный слой почти вертикально, и отражающейся тоже почти вертикально вниз, создавая значительную напряженность поля на небольших (десятки — сотни километров) расстояниях от передатчика.
Первыми использовали такой тип распространения волн, по-видимому, военные, в целях тактической связи на КВ. Не случайно во всех странах диапазон частот 2...8 МГц часто называют "военным". Указанный диапазон также широко используют спасатели, пограничники и береговая гвардия, то есть службы, аналогичные нашей МЧС. Этот вид связи незаменим там, где расстояния не так уж и велики, но дальности действия обычных УКВ радиостанций уже не хватает.
Большую работу по исследованию NVIS на о. Цейлон с привлечением местных радиолюбителей провел английский коротковолновик G3BGL/VS7PS в начале 50-х годов прошлого века. Его результаты были использованы при организации тропической радиовещательной службы в диапазонах 120, 90, 60, 49, 41 и 31 м. В последующие годы неоднократно появлялись публикации по использованию NVIS для целей ближней радиосвязи.
Из теории распространения радиоволн известно, что ионизированные слои полностью характеризуются высотой максимума электронной концентрации h и критической частотой fкр — максимальной частотой отражающейся волны при вертикальном зондировании (рис. 1). Критическая частота зависит только от электронной концентрации в слое и определяется простой формулой:
fкр2 = 80,8 N, где N - число электронов в 1 м3.
Так, например, если в летний полдень концентрация электронов в слое Е достигла 1012 электронов/м3, то fкр = 9.106 Гц или 9 МГц.
 При увеличении частоты сигнала вертикально падающие волны перестают отражаться, но полого падающие волны еще отражаются. При этом вокруг передатчика образуется «мертвая зона», в которой сигнал не слышен. На больших же расстояниях сигнал может быть достаточно сильным. Максимально применимая частота (МПЧ) — та, при которой еще отражаются волны, посланные антенной передатчика в направлении на горизонт. На частотах выше МПЧ слой вообще перестает отражать волны, посланные с поверхности Земли, и они уходят сквозь ионосферу в Космос. МПЧ обычно в несколько раз выше fкр. Связь тоже очень простая:
(МПЧ/fкр)2 = 1 + R/2h, где R - радиус Земли (6300 км).
Для вышеприведенного примера, если h = 90 км, то МПЧ = 2,5fкр или 22,5 МГц. В этих условиях сильной дневной ионизации для NVIS связей подойдет диапазон 7 МГц, а для дальних связей — 21 МГц.
Из нашего краткого рассмотрения ясно, что для NVIS пригодны волны с частотами ниже критической. А насколько ниже? Здесь надо учитывать поглощение волн в ионосфере. Теория говорит, что поглощение в ионосфере увеличивается с понижением частоты. Так, например, средние волны днем полностью поглощаются слоем D (h = 70 км), критическая частота которого недостаточна для отражения, и волне приходится дважды его пронизывать при отражении от слоя Е (h = 90...120 км, ночью выше). Таким образом, для уменьшения поглощения надо выбирать частоту как можно ближе к fкр, но немного ниже ее.
Критические частоты слоя Е и вышележащего слоя F (h = 200...250 км) очень сильно зависят от времени суток, времени года и солнечной активности. Все эти факторы определяют электронную концентрацию в слое, а следовательно и fкр. Так, например, расчеты, проведенные американскими радиолюбителями для трассы Сакраменто — Рено на западном побережье США показывают, что критические частоты могут изменяться от 2 до 14 МГц. Чаще же всего они лежат в области 2...7 МГц, понижаясь ночью и возрастая днем.
Антенны для NVIS, в шутку называемые «нагревателями облаков», должны излучать преимущественно вверх. Они очень плохо подходят для дальних связей, зато создают повышенную напряженность поля в ближней зоне, на расстояниях от 30 (где прямая поверхностная волна уже затухает) до 300 км. Оптимальная ДН NVIS-антенны показана на рис 2.
Хорошие результаты дают горизонтальный диполь и Inverted V, расположенные на высоте 0,1...0,15 l над землей. Земля в этом случае служит естественным, и довольно неплохим рефлектором, направляя излучение вертикально вверх. Входное сопротивление полуволнового диполя, расположенного горизонтально, и невысоко над землей, заметно понижается, и надо подумать о его согласовании.
В ряде случаев на сухой земле и на скальных грунтах возможно вообще не поднимать антенну, расстелив ее просто по земле. Потери при этом, конечно, больше, но в экстренных ситуациях, когда речь идет хоть о какой то связи, по сравнению с ее полным отсутствием, это может оказаться радикальным выходом из положения.
Другой вариант, предложенный военными, состоит в использовании штатной штыревой антенны, которой оборудовано транспортное средство, со своим согласующим устройством. Антенну просто отгибают в сторону любыми подручными средствами (рис. 3), например, с помощью веревки. Пример из книги Near Vertical Incidence Skywave Communications привелRichard Morrow, K5CNF.
Подобный вариант использует и другой американский любитель, назвавший свой луч "Roadside antenna" (антенна для обочины). Это провод длиной 20 м, разделенный в середине изолятором с перемычкой, оснащенной "крокодилом". Луч он протягивает горизонтально с крыши джипа, стоящего на обочине, к соседнему дереву. При разомкнутой перемычке 10 м провода образуют четвертьволновый вибратор в диапазоне 40 м. Для работы в диапазоне 80 м перемычку замыкают. В диапазоне 160 м в точке питания (на крыше джипа) включают удлиняющую катушку. Полагают, что 2 тонны автомобильного металла служат достаточным противовесом этой четвертьволновой антенне.
СО2КК усовершенствовал антенну для NVIS, применив петлевой полуволновой диполь, изогнутый в виде Inverted V. Под диполем, на высоте около 1 м над землей, протянут проволочный рефлектор, длина которого увеличена на 5 % относительно диполя. Он уменьшает потери в земле и увеличивает направленность антенны вверх. Расстояние от центра диполя до рефлектора 0,15...0,2 l,расстояние от концов диполя дорефлектора 0,1 l.
Подобные же варианты дипольных антенн с рефлектором, пригодных для NVIS связей, показаны на рис. 4 и 5.
И, в заключение, приведем рисунок "Супер Бима" на диапазон 40 м для NVIS, где использованы петлевой вибратор и целых три рефректора, по всей видимости, просто расстеленных по земле (рис. 6).
Рисунки антенн заимствованы с сайтов, где можно найти и дополнительную полезную информацию (на английском языке):
http://www.antennex.com/shack/Jan02/nvis.html
http://www.nviscom.com/
http://www.emcomm.org/projects/nvis.htm
http://www.hamuniverse.com/nvisbeam.html
http://www.hamuniverse.com/supernvis.html
http://www.stealth-us.com/
Особый интерес вызывает последняя ссылка, где дана фотография прямоугольной рамочной магнитной антенны, замаскированной под конструктивный элемент багажника на крыше автомобиля (рис. 7). В рабочем положении рамку устанавливают вертикально (как на снимке), а в походном — откидывают вбок. Информация о способах ее согласовании не приводится, по-видимому, из коммерческих соображений.
Рис. 7
23.07.07. В. Поляков, RA3AAE
|
Статьи 
Комментарии
http://rfanat.ru/s3/urt-377.html — Техника УКВ ЧМ связи
http://rfanat.ru/s3/urt-377.html — Радиосвязь с ФМ.
Поляков В. Т. Радиовещательны е ЧМ приемники с фазовой автоподстройкой . - М.: Радио и связь, 1983.
http://lpd.radioscanner.ru/topic26051.html — Преимущества ЧМ (ФМ) на СВ
https://radioprog.ru/post/400 — ФМ: теория, частотная и временная области.
Очень близка к ФМ квадратурная модуляция, КАМ (QAM), и она хорошо подходит для NVIS связи. О КАМ можно прочитать в CQ-QRP # 52, 63 - 66.
RSS лента комментариев этой записи