Minu Eesti

Amburi koduleht             Raadiolainete levimisest lühilainel             Amburi koduleht

• Lainealade liigitus • Kasutatavad modulatsioonid • Levi lühilainel •
Päikese mõju levile • Tsüklilised ionosfääri oleku muutused •
• Päikese aktiivsustsükkel 25 • Korrapäratud ionosfääri oleku muutused •

Elektromagnetilise kiirguse spekter

Elektromagnetilise kiirguse spekter, mille sisse jäävad nii raadiosagedused kui ka nähtav valgus.

Raadio lainealade liigitus

Lainealade liigitus lainepikkuste ja sageduste järgi.

Raadiosides kasutatavad modulatsioonitüübid

Et saatjas genereeritud kõrgsageduslik raadiosignaal sisaldaks endas ka informatsiooni,
segustatakse see enne antenni suunamist madalsagedusliku audiosignaaliga (kõne, muusika jne.).
Seda toimingut nimetataksegi raadiosignaali moduleerimiseks.

   Amatöörsides (ka CB-il) kasutatakse raadiosignaalide moduleerimiseks põhiliselt kolme erinevat modulatsioonitüüpi.

   FM - sagedusmodulatsioon, milles saatja kõrgsagedussignaal moduleeritakse helisagedussignaali sagedusega. Modulatsioon annab parima audiosignaali kvaliteedi, mistõttu on peamise modulatsioonitüübina kasutusel ka kõigis ringhäälingu stereosaatjates. Modulatsiooni puuduseks sidepidamisel on vastuvõtjas tekkiv tugev omakahin signaali puudumisel, mis sunnib ka amatöörvastuvõtjates kasutama mürapiirajaid. SQUELCH ehk kahinalukk avab vastuvõtja ainult kahinast tugevama signaaliga, mistõttu jäävad kahinapiiril olevad nõrgad signaalid tihti kuulmatuks.

   AM - amplituudmodulatsioon, milles saatja kõrgasagedussignaal moduleeritakse helisagedussignaali amplituudiga. Modulatsiooni paremuseks on segavalt tugeva kahina puudumine ilma signaalita. See ei sunni kasutama kahinalukku, tänu millele on kuuldavad ka väga nõrgad siganaalid. Puuduseks on väikene moonutustevaba modulatsiooni sügavus (helitugevus sama kandva juures tunduvalt nõrgem kui FM-is) ja suur tundlikus kõiksugu elektriliste häirete suhtes.

   SSB - külgriba modulatsioon on tegelikult amplituudmodulatsiooni eri liik, milles AM signaali üks külgribadest, kas ülemine või alumine, lõigatakse maha (vaata alumist pilti). Saatjas summutatakse maha ka signaali kandevsagedus, mis taastatakse vastuvõtjas.
   USB - SSB moduleeritud ülemise külgriba signaal, mille kasutamisel lõigatakse saatjas maha alumine külgriba.
   LSB - SSB moduleeritud alumise külgriba signaal, mille kasutamisel lõigatakse saatjas maha ülemine külgriba.

   Tänu kitsale ribale (signaali koguvõimsus suurem) ja kandva puudumisele (ei tekita häireid) levib SSB moduleeritud signaal kõige kaugemale ja on seetõttu ka enimkasutatav modulatsioonitüüp kaugsidepidamisel kogu maailmas.

Erinevad modulatsioonitüübid graafilisena.

Raadiolainete levimine lühilainel

Raadioühenduse pidamine maakera kaugemate punktidega on võimalik ainult lühilainel
(sagedusalas 3 - 30 MHz), tänu peegelduvale ehk nn ionosfäärilisele lainele. Selles sagedusalas raadiolaine, kiirgudes saateantennist ruumi, peegeldub atmosfääri ülemistest kihtidest uuesti tagasi maapinnale.

   Laine tagasipeegeldumist põhjustab atmosfääri ülemine kiht ionosfäär, mis sisaldab suurel hulgal vabu elektrone ja ioone, millede kontsentratsioonist sõltub murdumisnäitaja (peegeldumise tugevus).
   Ionosfääri ioniseerumise tekitab Päikese ultraviolettkiirgus (molekulaarne lämmastik ja hapnik lagunevad kiirguse mõjul atomaarseks), mis on väga intensiivne atmosfääri kõrgemates kihtides. Selle tagajärjel tekib mitu ioniseeritud kihti, mis asuvad erinevatel kõrgustel ja omavad erinevat ioniseerumise tihedust.

Ioniseeritud kihtide paiknemine maa atmosfääris.

   Ionosfääri kõige madalamal asetsevat ioniseeritud kihti, nimetatakse D kihiks.
   D kiht moodustub päikesekiirguse mõjul ionosfääri alumises õhutihedamas osas keskpäeval, keskmiselt 70 - 80 km kõrgusel ja peale päikese loojumist hajub kaunis kiiresti. Kuna õhutihedamas keskkonnas asuvale D kihile on päikese ioniseeriv mõju suhteliselt väike, on ka ioniseerumise tihedus väike ja suurem osa raadiolaineid (välja arvatud pikad ja ülipikad lained) läbib nõrgalt ioniseeritud kihi tagasi peegeldumata.

   Ionosfääri järgmist, kõrgemal asetsevat ioniseeritud kihti nimetatakse E kihiks.
   E kiht asub keskmiselt 110 - 120 km kõrgusel. Ioniseerumistihedus tõuseb maksimaalseks keskpäeval kui päikese kiirgus on maksimaalne ja langeb öösel võrdlemisi hõredaks, kuid ei haju täielikult.
   D kihist hõredamas õhukeskkonnas asuvale E kihile on päikese ioniseeriv mõju tunduvalt tugevam, tänu millele hakkavad peegelduma ka lühilained.

   Ionosfääri kõrgeimat ja kõige tugevamini ioniseeruvat kihti nimetatakse F kihiks.
   F kiht asub öösiti keskmiselt 270 - 280 km kõrgusel. Päevasel ajal aga jaguneb F kiht päikesekiirguse mõjul kaheks, F1 ja F2 kihiks, millede keskmised kõrgused on ligikaudu 225 km ja 320 km. Sellises kõrguses on õhk juba eriti hõre, mistõttu ka päikesekiirguse ioniseeriv mõju väga tugev.
  F1 ja F2 kihid, mis saavutavad maksimaalse ioniseerumistiheduse samuti keskpäeval, liituvad päikeseloojangul uuesti üheks, F kihiks, mille järel suur ioniseerumistihedus hakkab küll hõrenema, kuid jõuab miinimumi lähedale alles päikese uueks tõusuks.
   F, F1 ja F2 kihtide kriitilised sagedused on ionosfääri kihtidest kõige kõrgemad.

   Mida suurem on ioniseerumise tihedus, seda tugevam on peegeldumine, kuid sageduse suurenedes peegeldumise omadused vähenevad ja lõpuks saabub piir, kus peegeldumine muutub sedavõrd nõrgaks, et laine maakera pinnale enam tagasi ei jõua.

   Kõrgeimat sagedust, püstloodis (90°) ülessaadetuna, mis teatud ionosfääri tingimustel veel tagasi peegeldub, nimetatakse kriitiliseks sageduseks.

   Kõik kriitilisest sagedusest kõrgemad sagedused läbivad atmosfääri maapinnale tagasi tulemata. Kriitiline sagedus pole aga püsiv, vaid muutub koos ioniseerumise tihedusega.
   Päikese intensiivsema kiirguse mõjul on kriitilised sagedused suvel märgatavalt kõrgemad kui talvel ja päeval kõrgemad kui öösel.

   Kriitiline sagedus pole siiski kõrgeimaks kaugsidel kasutatavaks sageduseks, sest laine kiirgusnurga vähenedes 90°- st allapoole peegeldumise sagedus tõuseb. Väga väikese kiirgusnurga all antennist väljasaadetud raadiolained peegelduvad ionosfäärist veel kriitilisest sagedusest kuni kolm korda kõrgemal sagedusel.

   Mida väiksem on nurk, mille all raadiolaine lahkub maapinnalt, seda suurem on tagasipeegelduse ulatus, ehk seda suurem on kaugus saate- ja vastuvõtupunkti vahel.
   Nurka, mis moodustub saateantennist väljakiirgunud laine levimissuuna ja maakera puutuja vahel, nimetatakse kiirgusnurgaks.
   Kiirgusnurka, millest suurema puhul raadiolaine enam tagasi ei peegeldu, nimetatakse kriitiliseks nurgaks. Kriitilise nurga all veel maapinnale tagasipeegelduv laine määrab lühima vahemaa, millel ionosfääri normaalsete tingimuste juures on ühenduse pidamine peegeldunud lainega võimalik.

Mida väiksem on kiirgusnurk, seda suurem on peegeldunud laine hüppetsooni vahemaa.

   Tuleb aga meeles pidada, et ionosfäär ei ole tihke lagi taevas. Liiga suure suunatud võimsuse puhul võib juhtuda, et tugev signaal lagundab ionosfääri ja tungib sellest läbi ka väikese nurga all. Sellisel juhul jääb tagasipeegelduv signaal nii nõrgaks,
et maapinnalt uuesti üles peegeldudes ionosfäärini enam ei jõuagi ja mitmekordset peegeldust ei toimu.

Signaali peegeldus ionosfäärist liiga suure suunatud võimsuse puhul.

   Vahemaad saatekoha ja peegeldunud ionosfäärilaine maakera puutuja vahel kutsutakse hüppetsooniks.
   Vahemaad pinnalaine ulatuse ja peegeldunud ionosfäärilaine maakera puutuja vahel aga vaikusetsooniks, sest sellesse tsooni jäävate aladega lühilainel raadioühendusi ei saa.
   Hüppetsooni ulatus oleneb sagedusest ja ionosfääri seisundist, olles seda suurem, mida kõrgem on saatesagedus ja mida madalam on kriitiline sagedus.
   Peale selle sõltub hüppetsooni ulatus veel kihi kõrgusest, millest laine peegeldub. Ionosfäärilaine võib läbida E kihi ja peegelduda alles F või F1, F2 kihist, olenedes ööpäeva ajast ja valitsevatest tingimustest, sest ülemiste kihtide kriitilised sagedused on kõrgemad. Kõrgemal asetsevad kihid põhjustavad pikemaid hüppeid sama kiirgusnurga juures. Kiirgusnurgad on saate- ja vastuvõtupunktides ligikaudu võrdsed.

   Olenedes kiirgusnurgast ja sagedusest, on kihtide suure ioniseerumistiheduse puhul võimalik ühendusi saada samaaegselt nii E, kui ka F1 ja F2 kihtide kaudu samal sagedusel (üheaegselt mitu erinevat kiirgusnurka), see võimaldab sidet erinevate hüppetsoonide kaugustel asuvate jaamadega.

   Ionosfäärist tagasipeegeldunud raadiolaine peegeldub alati ka maapinnalt uuesti tagasi. Ionosfääri kihtide eriti tiheda ioniseerituse puhul, kui lainete sumbuvus ionosfäärist tagasipeegeldumisel on väike, võib see protsess korduda mitu korda ja tänu sellele on võimalik lühilainel (ka CB 27 MHz-il) raadioühendusi saada väga suurte kauguste taha, praktiliselt ka maakera vastaspunktiga.

Päikese mõju levile

Päikesekiirguse intensiivsuse erinevustest põhjustatud ionosfääri ioniseeritud kihtide
tiheduse muutumine on peamine raadiolainete levi mõjutaja lühilainel,
mis muutub pidevalt nii tsükliliselt kui ka korrapäratult.

Tsüklilised ionosfääri oleku muutused ...

... toimuvad kindlate seaduspärasuste järgi ja jagunevad viieks erinevate tsüklite sarjaks. Need on:
Ööpäevane tsükkel,  28 päevane Päikese pöörlemise tsükkel,  Aastaaegade vaheldumise tsükkel,
~11 aastane Päikesekiirguse intensiivsuse tsükkel  ja Kuu tiirlemise erinevad tsüklid.

   Ööpäevase tsükli muutused sõltuvad otseselt päikese kiirguse intensiivsuse muutusest ööpäeva kestel, tingituna maakera pöörlemisest oma telje ümber, seetõttu on kauglevi tingimused lühilaine kõrgematel sagedustel päevasel ajal tunduvalt paremad kui öösel (seda ka 27 MHZ-il). Need muutused arenevad kooskõlas kohaliku ajaga.

   28 päevase päikese pöörlemise tsükli kestel (tingituna päikese eri külgede erinevast kiirguse intensiivsusest) tõusevad kauglevi tingimused lühikeseks ajaks tippväärtuseni, millele järgneb võrdlemisi järsk langus alla normaalse. Sellele langusele järgneb ühtlane pidev tõus, mis areneb jälle uueks lühiajaliseks tippväärtuseks.
   28 päevase tsükli mõju on eriti tähelepandav 14 MHz, 27 MHz ja 28 MHz sagedusalades.

   Aastaaegade vaheldumisest mõjutatuna langevad ionosfääri E kihi kriitilised sagedused, millede suvine keskväärtus on
~ 4 MHz, talvel ~ 3 MHz-ni.
   F kiht muutub aastaajaga vähe, selle kriiriliseks sageduseks õhtuti on keskmiselt 4 - 7 MHz.
   F1 kiht, mille kriitiliseks sageduseks suvel on ~ 5 MHz, kaob talvel harilikult täielikult.
   F2 kihi kriitiliseks sageduseks on suvel keskmiselt 7 - 9 MHz, talvel 11 - 12 MHz.
   Ionosfääri olek on väga muutlik aastaaegade üleminekuperioodidel, kevadeti ja sügiseti.

   ~11 aastane Päikesekiirguse intensiivsuse tsükkel on Päikese aktiivsuse perioodiline muutumine, tõustes miinimumist maksimumini ja langedes tagasi miinimumini (tsüklite pikkused võivad erineda, kestes 9. aastast kuni 12. aastani). Tsükkel mõjutab atmosfääri ioniseeritud kihtide tiheduse muutumist kõige tugevamini. Alates 1749. aastast, on teadlased pidevalt Päikest jälginud ja igale tsüklile on sellest ajast alates antud järjekorra number. Kokku on vaatluste algusest peale selliseid tsükleid olnud koos praegusega 25.

Päike - intensiivsuse miinimumis, uue tsükli alguses ja intensiivsuse maksimumis

   Tsükkel algab üksikute päikeselaikkude ja radiatsioonipursete arvu ning esinemistiheduse pideva suurenemisega, millega kaasneb ka päikesekiirguse intensiivsuse pidev kasv. Selle tagajärjel hakkab järjest suurenema E, F1 ja F2 kihtide ioniseerumise tihedus, mis saavutab maksimumi umbes tsükli keskpaigaks. Kriitilised sagedused muutuvad tunduvalt kõrgemaks ja raadiolainete sumbuvus ionosfäärist tagasipeegeldumisel väiksemaks.
   Kauglevi lühilainel, eriti selle kõrgematel sagedustel, paraneb kardinaalselt (sealhulgas ka 27 MHz-il).

   Peale intensiivsuse maksimumi saavutamist ~ 5,5 aasta pärast, hakkab Päikese aktiivsus jälle vähenema, jõudes 11 aastase tsükli lõpuks taas miinimumi.

Päikesekiirguse intensiivsuse tsüklid Galileo ajast kuni tänapäevani.

   Kuu tiirlemise erinevad tsüklid mõjutavad samuti teatud määral raadiolainete levi, seda nii oma gravitatsiooniga, mis kõigutab Maa magnetvälja kui ka Maa magnetväljade läbimisel tekkivate staatilise elektri väljadega.

   Maa ja Kuu on teineteisele kõige lähemal kord kuus (perigee). Maa ja Päikese kaugus väheneb miinimumini kord aastas (periheel). Maksimaalsed gravitatsioonijõud tekivad, kui perigee ning periheel satuvad samale päevale.
   Kuu orbiit on Maa orbiidiga nihkes ligikaudu 5°. Iga 18 aastase Kuu tiirlemise tsükli perioodi jooksul muutub Kuu asukoht Maa ekvaatori suhtes 23,5° - 5° põhjapoole ja 9,5 aasta pärast 23,5° + 5° lõunapoole, vastavalt muutub ka Kuu gravitatsiooni mõju Maa eri piirkondadele.
   Kuu 18 aastase tsükli eelmine maksimaalne kalle ekvaatori suhtes põhjapoole oli 2009. aastal. Järgmine maksimum on aastal 2027.

  Päikesetuul surub pidevalt Maad kaitsvat magnetvälja tagasi Maa suunas, puhudes selle laetud osakesed ümber Maa teisele poole, luues nii pika väljavenitatud laetud osakeste saba, mis jääb alati suunaga allatuult.
   Kord kuus, täiskuu ajal, siseneb Kuu sellesse laetud osakeste sabasse, jäädes sinna kuueks päevaks enne väljumist teiselt poolt. Kogu selle aja kestel pommitab see hiiglaslik laetud osakeste saba Kuud, tekitades Kuu pinnal eriti tugeva staatilise elektri laengu, mille väli koos Kuu pinnalt tagasipeegeldunud laetud osakestega mõjutab Maa ionosfääri ioniseeritud kihtide laetud osakeste hulka ja seega ka raadiolainete levi.

Päikesekiirguse intensiivsuse tsükkel 25 . . .

. . . algas detsembris 2020 ja peaks jõudma maksimumini 2025. aastal.

Päikese 25-nda aktiivsustsükli ennustus ja senine kulg.

    Osade teadlaste arvamuse kohaselt võib päikesekiirguse intensiivsuse lõppenud tsükli pikalevenimine ennustada hoopis järgmise "Maunder minimumi", Päikese pikaajalise aktiivsusetuse perioodi peatset algust ja seetõttu võib alanud 25. tsükli päikesekiirguse intensiivsuse maksimum jääda lõppenud 24. tsükli maksimumist veelgi madalamaks. Aktiivsustsükli senine kulg näitab siiski, et intensiivsuse maksimum eelmise tsükli maksimumist madalamaks ei jää.
   Kas praegune Päikese aktiivsuse langustendents viib ka järgmise pikaajalise aktiivsusetuse perioodini, nagu oletavad osad teadlased, näitab aeg.

Päikesekiirguse intensiivsuse järgmise pikaajalise miinimumperioodi oletatav algusaeg.

http://www.solarham.net/                 http://www.solen.info/solar

Nendelt aadressidelt saab vaadata päikese aktiivsuse hetkeseisu

Korrapäratud ionosfääri oleku muutused . . .

. . . tekivad eelpool kirjeldatud tsüklite väliselt, peamiselt päikesetuulte toimel,
mis Maani jõudes kutsuvad esile suuri Maa magnetvälja kõikumisi, nn magnettorme.

Päikesetuuli tekitavad aegajalt Päikesest väljapaiskuvad plasma- ja radiatsioonipursked, protuberantsid.

Maal magnettorme põhjustavad plasma- ja radiatsioonipursked, protuberantsid Päikesel.

   Eriti tugevate magnettormide puhul, mis võivad kesta järjest mitu päeva, ioniseeritud kihid hajuvad, millega kaasneb märgatav raadiolainete neeldumine atmosfääris. Selliste magnettormide ajal kauglevi lühilainel praktiliselt puudub.

*

   Vahel ilmuvad tugevate magnettormidega põhjataevasse virmalised. Need, päikesetuulte poolt kokkukeerutatud, silmale kaunist vaatepilti pakkuvad, mänglevad ioonide lehvikud, peegeldavad aga oma suure ioniseerumistiheduse tõttu raadiolaineid, ka tunduvalt kõrgemaid sagedusi, suurepäraselt.

Virmalistelt peegelduvat põhjalevi kutsutakse Auroraks.

http://www.aurora-service.eu/

Virmaliste hetkeseis

Virmalised, tütre tehtud foto Tabasalu kaldapealselt 17.03.2013.

Ja täpselt samal kuupäeval 2 aastat hiljem Vääna rannast. 17.03.2015

*

   Korrapäratute ionosfääri oleku muutuste hulka kuuluvad samuti vahetevahel, umbes E kihi kõrgusel, taevalaotusse ilmuvad erakordse tihedusega pilvetaolised ioniseeritud laigud (enamasti hiliskevadel ja varasuvel).
   Nende, erakordse tihedusega ioniseeritud "pilvede" ilmumisel tõusevad kriitilised (tagasipeegelduvad) sagedused selles piirkonnas ligikaudu kahekordselt, mistõttu lüheneb märgatavalt raadiolainete esimese tagasipeegelduse vahemaa, eriti lühilaine kõrgematel sagedustel. Tänu sellele saab 27 MHz ja 28 MHz ühendusi ka harilikult vaikusetsooni jäävate aladega.

   Ioniseeritud laikude tekitatud levi kutsutakse E-sporaadiliseks leviks.
(sporaadiline - üksikuna, hajusana esinev)

*

   Korrapäratult esinevate raadiolainete levi üks eriliik on Tropolevi. See tekib madalal maapinna kohal troposfääris 1 - 2 km kõrgusel, suurte temperatuurierinevuste tekkimisel. Raadiolaine hakkab peegelduma maapinnalt ülestõusva sooja ja kuiva õhumassi ning allapoole jääva jahtunud ja niiske õhumassi piiri vahele moodustuvas elektriseerunud "koridoris".

Atmosfääri erinevate kihtide kõrgused.

Peegeldumine elektriseerunud koridorist tagasi maapinnale võib toimuda otse...

...või koridori siseselt peegeldudes, jõuda maapinnale tagasi alles selle lõppedes.

   Põhjapoolkeral esineb tropolevi peamiselt sügisel ja kevadel, sagedamini hilisõhtul ja öösel, kui maapinna lähedal hakkab õhk kiiresti jahtuma. Harilikult kahesuunaline, kuid esineb ka ühesuunalisena. Madalalt peegelduva laine leviulatus on keskmiselt mõnisada km, kuid võib ulatuda, liikudes pikki koridiori, ka üle 1000 km.

https://tropo.f5len.org/forecasts-for-europe/

Tropolevi hetkeseis Euroopas

*

http://www.voacap.com/coverage.html

Momendi leviennustus lühilainel (3 - 30 MHz) maailma eri paikkades

Tagasi algusesse