Чтобы хорошо закрепился образ NVIS прохождения, полюбуйтесь на эту замечательную мультипликацию. Всё же, современная компьютерная техника творит художественные чудеса!

Так как наша тема касается установлению радиосвязи на дистанции 50-150 км, то мы не будем затрагивать УКВ диапазон, а сразу поговорим о диапазоне коротковолновом, то есть 2-30 МГц. Но и тут я сразу "обрублю" частоты выше 7 МГц, так как для наших расстояний они не интересны. Частоты выше 7 МГц полезны на трассах от 400 км и выше, то есть DX-связи. Нам же интересны связи в ближней зоне. Для этого пользуются таким природным феноменом, как NVIS отражением. Это отражение радиосигнала при его практически вертикальном падении от нижних слоёв ионосферы и падение последних под такими же углами неподалёку от передатчика.




Итак, диапазон 2-7 МГц. Новичок сразу и не поймёт, насколько сильно отличается природа распространения сигналов на нижней и верхней границе этого частотного диапазона! Но давайте взглянем на ионограммы вертикального зондирования. Ах, да, эта диаграмма показывает высоту слоёв отражения радиосигнала в зависимости от времени суток и частоты. И он времени года тоже.

Как же меняется дальность радиосвязи от рабочей частоты, сезона и времени суток?

В этом вопросе нам помогут ионограммы от ФГУП ИПГ имени Фёдорова и обычная геометрия. То, что вы сейчас увидите не стоит расценивать как точный научный материал гарантирующий именно этот результат, это лишь научно обоснованная демонстрация.

При моделировании мы условились принять следующие допущения:
• не учитывается мощность передатчика
• не учитывается полоса и чувствительность приёмника.
• не учитывается кривизна земли
• не учитываются поглощения и рефракция в ионосфере
• не учитывается отражение вторым слоем ионосферы
• не учитывается поляризация отражённого сигнала
• не учитываем диаграмму антенн в азимутальной плоскости

Что же учитывается?

А учитывается высота первого отражающего слоя, измеренная благодаря ионограмме, и диаграмма направленности передающей и приёмной антенн в вертикальной плоскости.



Зная из оптики, что угол падения, равен углу отражения, мы строим простую модель и наблюдаем на какой дальности упадёт сигнал на той или иной частоте в определённое время суток.


Введя в результат затухание, вызванное диаграммой направленности приёмной и передающей антенн, мы отображаем уровни сигналов с помощью цветовой гаммы где интуитивно раскрашены зоны связи горячими и холодными цветами. Мы сделали небольшой интерактивный пример на основе 96-ти ионограмм, снятых в течении одних суток с периодом 15 минут, за один день лета в Москве.

Передатчик тут

Расстояние до приёмника

А теперь попробуйте сами управляя движками частоты и времени понаблюдать за изменениями в дальности связи.

Давайте попробуем интерпретировать несколько картинок

Ростов, лето, день
Ростов, лето, ночь

Сравнивая ионограммы, сделанные в южных широтах летом, можно отметить сильное различие высот отражения от высоких слоёв ночью и низких днём, когда концентрация ионов достигает высот всего 100 км. над землёй.

Поигрались? Теперь давайте повнимательней рассмотрим и обоснуем, как можно применить это на практике.


Тут мы видим, что на частотах любительского диапазона 1,8 МГц (160м) существует отражающий слой на высоте 120 км достаточно слабой плотности. Это означает, что мы можем им пользоваться для проведения радиосвязи на дистанции около 100 км. Но вы видите какая интенсивность раскраски бледненькая? Вот и связь будет такая же.

Гораздо выше плотность отражающего слоя, а следовательно и эффективность отражения тоже выше-на частотах 3,5 МГц (80 м). Только отражение происходит уже на высотах 220-250 км, поэтому связь мы получим на дистанции 50-200 км, причём от 150 до 200 км связь будет лучше всего.

Это мы рассмотрели дневное время зимой. Теперь посмотрим тоже самое, только ночью.



Интенсивность отражающего слоя в диапазоне 160 м значительно выросла, а это значит что качество связи возрастёт. Правда, к ближним станциям имеющих зенитное отражение сигналов, добавятся ещё и дальние, так как высота отражающего слоя поднялась и в точку приёма начнут приходить сигналы, приходящие под некоторыми углами. С диапазоном 80 м примерно тоже самое, только обратите внимание, что интенсивность обозначена другим цветом-зелёным. Это означает, что на этих частотах лучше отражается т.н. необыкновенная волна, то есть с другой поляризацией. Это может дать некоторый проигрыш по уровню в точке приёма.

А что на частоте 7 МГц (40 м)? Да нету там никакого интересного для нас отражения. Япония, Австралия-это пожалуйста. А вот соседнего лагеря вы там не услышите.

Давайте теперь метнёмся из зимы в лето. Причём южнее Москвы, на широту Ростова-на-Дону. В середину дня.



Вы видите, что происходит? При таких условиях ближняя КВ связь может быть вообще на любых частотах! Причём, максимальная эффективность в районе 8 МГц, что не так уж и далеко от любительского диапазона 40 м.

А что в эту же дату, только ночью?

Да чем -то похоже на зимнее распространение:



Всё, что мы сейчас рассмотрели, хорошо демонстрирует природу возникновения радиосвязи на ту или иную дистанцию. Однако, для более точного прогнозирования такого беглого обзора не достаточно. Да и не нужно оно вам. Всё равно идеального прогноза не получится. Но вот чтобы оценить качество прохождения в своей местности на интересующей вас дистанции есть два способа- просто установить две радиостанции и проводить QSO , или установить маломощный маячок, например телеграфный. А более полезно с протоколом WSPR, который в численных значениях отображает отношение сигнал/шум на выходе вашей радиостанции.

Но об этом более подробно вы можете ознакомится на страничке WSPR грабберы. А тут я лишь воспользуюсь для анализа данными с этого устройства.

Зима, дистанция 70 км. Диапазон 80 м.



Уверенное прохождение от рассвета до заката с флуктуациями в пределах 6дБ. С исчезновением Солнца связь резко исчезает. Однако, спорадически возникает в середине ночи.

Теперь дистанция 180 км.



Связь такая же уверенная, причём уровень сигнала даже выше. Также ночью иногда появляется прохождение. Однако, голосовая связь вряд ли будет возможна, а вот цифровая с передачей текстовых сообщений - бесспорно.

Но это дальние дистанции. А вдруг вам нужно всего на 20 км связаться и вы предполагаете, что связь будет прямой волной без каких-то изменений, как это пишут в учебниках. Не будем такими доверчивыми, а проведём свой эксперимент.

Вот вам диаграмма для дистанции 16 км.



Не обращайте внимание на абсолютный уровень сигнала, тут на маяке применялась короткая вертикальная антенна. Но посмотрите на сам характер суточного изменения параметра "сигнал/шум". Во-первых, бросаются в глаза максимумы в середине дня. А это значит, что без ионосферного прохождения тут не обошлось. В ночное время сигнал падает чуть ли не на 10 дБ. Я не исключаю, что тут могли повлиять помехи-шумы от дальних станций. Но факт остаётся фактом- результат днём лучше, чем ночью.

И уж особенно что выделяется, так это провалы кривой диаграммы перед восходом и после заката. В радиотехнике такие диаграммы называются "с полюсами".

Вообще радиосвязи, как науке, уже более 100 лет. Поэтому давайте воспользуемся опытом наших дедов и отцов, и взглянем на эти графики.



Чтобы побыстрее понять, что же на них изображено, я предупрежу -не ищите тут времени суток. Его нет. Тут либо полдень-одна штриховка, либо полночь-другая штриховка. Только два момента времени. И вот в эти временные моменты мы наблюдаем дальность связи в зависимости от частоты. Да, и самое главное- верхняя картинка касается летнего периода, а нижняя- зимнего.

Что и следовало ожидать из показаний ионограм,то и отражено на этих графиках. Лето, полдень (слепни,Солнце по репе лупит),На частотах от 2 до 4 МГц связь до 100 -120 км.

Причём диапазон 160 м на трассе в 60-80 км будет немного выигрывать,так как на нём меньше будут мешать дальние грозовые разряды,чем на 80 м диапазоне. На частотах выше ,например диапазон 40 м связь будет до 800 км. Но на графике как-то не указана мёртвая зона,лежащая от 40 до 400 км приблизительно. Но я вам это смело заявляю-мёртвая зона будет! Частоты выше 7 МГц тоже можно применять,но это будут уже дистанции начиная от 800 км. Так что для туристической связи диапазоны 10 и 14 МГц будет интересен только истинным радиолюбителям DX-менам.

А что ночью летом? Когда комары уже спать ушли, но костерок ещё догорает.

На низких частотах 160м и 80 м ближнее прохождение будет продолжаться!

Но добавятся и дальние станции примерно до 1000 км в радиусе. И идти они будут лучше, и то что вы алёкаете на частоте они вас врядли услышат. А если услышат,то довольны не будут слабому QRP сигналу,так как они привыкли гнуть стрелки друг другу несколькими киловаттами выходной мощности. Да и сидят они все по своим хатам, окученные электромагнитным смогом. Не мучайтесь их вызывать, поищите ребят из полевых условий. На ВЧ диапазонах ближнего прохождения не будет. Обратите внимание, как выпячивается вправо отрог диаграммы, реально на 40 м и выше связь будет от 1000 км и дальше.

Давайте теперь взглянем на зиму днём. Падают снежинки, тусклое солнышко, но антенна натянута и радиостанция потрескивает. Днём нас ожидает также надёжное ближнее прохождение Причём диапазон 80 м будет надёжней, так как поглощение в слое D меньше. Но этот диапазон "вырубится сразу с наступлением темноты. И нужно будет ещё немного подождать,обычно до 20 часов местного времени, чтобы открылся диапазон 160 м. И тогда ждите чудес. При отсутствии помех будет достаточно и 1-2 Ватт для проведения связи. Таким образом, для радиосвязи зимой на ближние расстояния пригоден только диапазон 160 м,не забывайте это!

Радисты прошлых лет прекрасно знали все эти условия и пользовались этими знаниями. Сейчас не помню,но в какой-то книге читал, как одного радиста попросили продемонстрировать связь . Он дал вызов, но ответа не поступило. На лицах "экзаменаторов" выступила улыбка. Ничего,сказал радист,глядя на часы, подходите через полчаса. И они подошли, и связь была.

Вот какие рекомендации давались в инструкции к радиостанции "Ангара".

Рабочие частоты выбираются в зависимости от длины линии радиосвязи, времени суток и года (см. § 2.9). При длине линии радиосвязи до 50 км радиосвязь осуществляется на частотах 1,6... 2,2 МГц, свыше 100 км — на частотах 3,8 ... 5,2 МГц, весной и осенью во время захода и восхода солнца, а также ночью на частотах 3,2... 4,2 МГц. Зимой в полдень используется частота 8 МГц, а в период восхода и захода солнца 4,5 ... 5,5 МГц, ночью 2,2 ...2,8 МГц. Оптимальный выбор частот позволяет вести радиосвязь на расстоянии до 200 ... 400 км.

А вот к аварийной радиостанции, и частоты тоже указаны морские аварийные.