ELEKRIMAGNETNI TALASI - EMT

Antena predajnika zrači I prima energiju koja se u slobodnom prostoru širi u vidu elektromagnetnih talasa (EMT). Elektromagnetni talasi se definišu slijedećim pojmovima:

 - λ   (čitaj: lamda)- talasna dužina ,tj. najmanje međusobno rastojanje između dvije tačke
                     koje se nalaze u istom stanju talasanja,

- F - frekvencija (broj talasa koji se ostvare u jednoj sekundi)

- C - brzina širenja talasa od izvora energijje
                                                           

Broj promjena u jednoj sekundi nazivamo frekvencijom. Jedinica za frekvenciju je Herc, a obilježava se kao Hz.    1 Hz = jedna oscilacija u sekundi. Veće jedinice su KHz, MHz i GHz.

Brzina prostiranja EMT u slobodnom prostoru jednaka je 300.000.000 m/s i to odgovara brzini svjetlosti. U atmosferskom prostoru smanjenje brzine prostiranja EMT je tako malo da se može i zanemariti. Odnos brzine, talasne dužine i frekvencije se izražava formulom:  l=C/F. Iz ovoga možemo zaključiti da se talasna dužina l i frekvencija F odnose obrnuto proporcionalno, a to znači što je frekvencija viša to je talasna dužina za tu frekvenciju manja. Primjer:
            -  3.5MHz = 80m talasna dužina
            -    7 MHz = 40m talasna dužina
            -   50MHz = 6m talasna dužina
            - 144MHz = 2m talasna dužina …

Prostiranje EMT

Zemljina atmosfera ima veoma značajnu ulogu u prostiranju EMT. Ovaj omotač zemlje doseže do visine od 2000 do 3000 km i sastoji se od azota, kiseonika, ugljendioksida i vodene pare. Atmosfera se djeli na troposferu,stratosferu i jonosferu.

Troposferom se naziva Zemljin omotač koji se proteže od Zemljine površine do visine od 11 km. Njeno stanje je od značaja za prostiranje UKT frekvencija, tj. za površinske radio-talase.

Stratosfera se proteže na visini od 11 do 80 km. Za ovaj omotač je karakteristično da uopšte ne sadrži vodenu paru. U njoj se nalazi ozonsko područje koje je vrlo značajno za život na Zemlji, jer upija veliki dio ultraljubičastog zračenja.

Jonosfera se proteže na visini od 80 do 800 km iznad zemlje. U jonosferi se nalazi veliki broj jona i elektrona. Oni nastju uslijed cjepanja neutralnih atoma vazduha. Zahvaljujući tome visoka atmosfera postaje električni provodnik koji ima osobinu da reflektuje EMT određenih frekventnih područja. U jonosferi se javlja nekoliko maksimalnih koncetracija elektrona.

Na visini od 50 do 80 km danju se stvara sloj D koji se noću gubi.
Sledeći sloj je na visini od 110 do 130 km i naziva se sloj E.
Iznad njega je sloj F koji se ljeti danju razvija na slojeve F1 i F2. Maksimalna jonizacija sloja F1 nalazi se na visini od 200 km, a sloj F2 na visini od 250 do 400 km, a zatim postepeno nestaje.

Jonosfera je podvrgnuta stalnim promjenama stanja. Stepen jonizacije  i visina do koje dosežu pojedini slojevi zavisi od godišnjeg doba, od doba dana, od cikličkih promjena sunčeve aktivnosti, geografske širine i drugih prirodnih uticaja. Jonosofera je od izuzetnog značaja za prostiranje KT frekvencija,  tj. za prostorne talase.

Površinski talas

Kada se predajnik i prijemnik nalaze na zemlji EMT se može prostirati na dva načina:

- kroz troposferu duž zemljine površine kao površinski talas (Ground Wave) i

- refleksijom u jonosferi kao prostorni talas (Sky Wave).
                            

Površinski talas (Ground Wave) slijedi zaobljenje zemlje pa je izložen apsorpciji zemljine površine preko koje se širi. Apsorpcija se povećava sa porastom frekvencije. Zbog toga se na niskim frekvencijama pomoću površinskog talasa postižu veliki dometi. Na površinski talas utiču električna provodljivost i struktura zemljišta, a domet mu zavisi od snage zračenja. Kratki talasi imaju mali domet površinskim talasom. Ako se uzme amaterski predajnik srednje snage (oko 100 wati) na frekvencijama 80m opsega može se računati na domet od oko 100 km površinskim talasom.

Prostorni talas

Prostorno zračenje (Sky Wave) omogućava veze na velikim udaljenostima u KT području. Pri tome se prostorni talas reflektuje od jonosferske slojeve F1 i F2. Da bi se kratki talasi refelektovali od jonosferu koncetracija elektrona mora biti veća ukoliko je frekvencija veća. Savijanje talasa prema zemlji je lakše ako je ugao zračenja antene manji. Udaljenost skoka je veća što je veća visina reflektujućeg sloja. U sloju F2 maksimalna daljina skoka iznosi nešto više od 4000 km. Između polaznog mjesta talasa i mjesta gdje taj talas ponovo stigne na zemlju nalazi se mrtva zona prijema (Skip Zone). Ukoliko se zanemari kratak domet površinskog talasa mrtva zona odgovara zoni skoka tj. daljini skoka. Talas može da se reflektuje i po nekoliko puta (jonosfera-zemlja-jonosfera-zemlja), pa tako da čak obiđe i zemljinu kuglu.

Prostiranje kratkih talasa i njihove specifičnosti

Mogućnost uspostavljanja veza na KT frekvencijama pomoću prostornog talasa zavisi od stanja jonosfere. Stanje jonosfere zavisi od sunčeve aktivnosti. Na sastav i stanje jonosfere najviše utiču rendgensko i ultraljubičasto zračenje sunca. Prodorom u zemljinu atmosferu ova zračenja jonizuju atome i molekule. Gustina atmosfere je različita pa tako uslijed djelovanja sunca dolazi do pojave više jonosferskih slojeva.

Sloj D je najniži sloj i nalazi se na visini od 50 do 80 km iznad zemlje. Gustina elektrona u njemu je vrlo mala i zbog toga se od njega mogu reflektovati samo veoma dugi talasi. Ovaj sloj postoji samo pod sunčevim zracima i nestaje brzo nakon zalaska sunca. On ne može doprinijeti prostiranju KT talasa na veće udaljenosti pomoću refleksije i predstavlja samo prigušujući sloj koji ometa širenje prostornih talasa.

Sloj E ima maksimalnu koncentraciju elektrona na visini od 110 do 130 km. Ovaj sloj se formira po izlasku sunca i nestaje oko jedan sat nakon zalaska sunca. Maksimalnu jonozaciju dostiže oko podneva i zatim postepeno slabi. Od ovaj sloj danju se mogu reflektovati talasi maksimalne frekvencije oko 4 MHz, dok sve veće frekvencije prolaze kroz ovaj sloj.

Sloj F je najjače jonozovan od svih slojeva i nalaazi se na visini od 200 do 400 km. Preko ovoga sloja se ostavuje najveći broj KT veza na velikim udaljenostima (DX veze). Ovaj sloj se dijeli na slojeve F1 i F2. Sloj F1 se javlja samo u toku dana i nalazi se na visini od oko 200 do 230 km. Ovaj sloj je nepoželjan za prostiranje KT jer svojom apsorpcijom otežava prostiranje preko sloja F2. Sloj F2 se nalazi na visini oko 400 km., a ljeti se spušta na visinu od oko 250 do 300 km. Preko F2 se ostvaruje najveći broj DX veza na KT frekvencijama.

Direktna radio-veza je ona kod koje talas iz antene predajnika direktno, bez bitnih promjena prilikom prostiranja, dolazi do antene prijemnika. To su veze ostvarene površinskim talasom i veze ostvarene u uslovima optičke vidljivosti između predajne i prijemne antene. Uobičajne veze na KT opsezima se zasnivaju na refleksiji između jonosfere i Zemlje. Direktne veze i veze prostornim talasom se smatraju vezama u običajnim uslovima prostiranja talasa. Osim ovih postoje i specijalne komunikacije koje se ostvaruju korišćenjem refleksije od sporadični sloj E, Aurore, meteorskih tragova, Mjeseca i sl.

Sporadični sloj E (ES)

Sporadični sloj E je pojava pojačane jonizacije na visinama koje odgovaraju E sloju i usljed toga omogućava ostvarivanje veza na razdaljinama koje se inače ne bi mogle premostiti. Ova pojava traje prosječno nekoliko časova, a veze se ostvaruju na frekvencijama od 50 i 144 MHz i udaljenostima od 1000 do 10000 km.

Aurora

Aurora je poznata kao polarna svjetlost i nastaje kao posljedica magnetnog polja zemlje. Pojavljuje se oko 200 dana godišnje  u oblastima polarnih krugova, a veoma je rijetka (oko 1 dan godišnje) na geografskim širinama srednje Evrope. Aurora ometa komunikacije na KT. Pomoću Aurore veze se ostvaruju na 50 i 144 MHz i udaljenostima do 1500 km na relaciji istok-zapad. Za veze na 430 MHz preko Aurore su potrebne veće snage predajnika, zbog većeg slabljenja, a rastojanja su preko 2000 km.

Siva linija

Siva linija je pojas oko Zemlje koji odvaja dnevnu svetlost od tame. Propagacije u sivoj zoni su veoma efikasne. Jedan od glavnih razloga za to je taj što D sloj, koji apsorbuje VF signale, brzo nestaje na strani zalaska sunca na sivoj liniji i još uvek nije izgrađen na strani izlaska sunca. Radio-amateri  i slušaoci kratkih talasa mogu da optimizuju komunikacije na velike udaljenosti do različitih delova sveta nadgledajući ovaj opseg dok se kreće širom sveta.

„Siva linija“ se dešava u zoru i sumrak, prateći put sever-jug. S obzirom da se nalazite na jednoj tački svijta i krećete se, vremenski okvir je kratak. Prenos istok-zapad nije siva linija. D sloj je tanak do nikakav, dok je F2 sloj i dalje prilično jak, što vam daje mogućnost skoka radio-talasa na velike udaljenosti. 30 metara je vjerovatno najbolji opseg za isprobavanje.

Meteorski tragovi

Meteorski tragovi nastaju ulaskom meteora u atmosferu, čime se izaziva pojačana jonizacija, a to omogućava održavanje veza refleksijom. Za komunikacije najveći značaj imaju rojevi koji traju nekoliko dana sa gustinom od desetak do 50 meteora u satu. Veze se ostvaruju u opsegu 144 MHz na rastojanju od 1000 pa do preko 2000 km. Zbog kratkog trajanja ove pojave primjenjuje se metod snimanja poruka.

Refleksija od Mjeseca

Refleksija od Mjeseca je pojava da se signal koji se sa zemlje pošalje na Mjesec reflektuje od njega  i ponovo vraća na Zemlju. Za ovakve veze su potrebni proračuni položaja Mjeseca, kvalitetne antene i predajnici srednje snage. Na ovaj način se ostvaruju veze na 144, 432 i 1250 MHz. Veze su na rastojanjima od posječno 18000 km na 144 MHz i 1300 km na 432 MHz.

Specifičnosti  radio-amaterskih KT opsega (bandova)

Prostiranje na amaterskom opsegu 80m (3.5-3.8 MHz)

Po danu se mogu uspostaviti veze na relativno malim udaljenostima jer se ovaj talas potpuno apsorbuje u sloju D. Zimi su dnevni dometi nešto veći nego ljeti i maksimalno iznose oko 400 km. Sa nestankom sloja D u toku noći mogu se uspostaviti veze i na udaljenostima većim od 1000 km. Zimi u jutarnjim satima, prije izlaska Sunca, moguće je uspostaviti veze sa vrlo dalekim stanicama i pri tome se javlja daljina skoka od oko 1000 km.

Prostiranje na amaterskom opsegu 40m (7.0-7.2 MHz)

Slabljenje uslijed sloja D intezivno je i na ovom opsegu i dnevni dometi su oko 1000 km. Mrtva zona u toku dana iznosi oko 100 km.  Noću, naročito u zimskim mjesecima, povećava se daljina skoka.  Maksimum je u toku ponoći i tada se Evropa nalazi u mrtvoj zoni,  pa je moguće ostvariti veze bez smetnji sa svim kontinentima. Uticaj atmosferskih smetnji je na ovom opsegu manje izražen nego na 80m. Za 40m opseg se s pravom kaže da je to pravi DX opseg.

Prostiranje na amaterskom opsegu 20m (14.0-14.350 MHz)

Ovo je tradicionalni DX opseg. Ovaj opseg se skoro uvijek može koristiti za veze  sa stanicama van Evrope. On je otvoren samo po danu, rano ujutru i u predvečerje, dok u toku noći je veoma mala mogućnost uspostave veza. Daljina skoka skoro uvijek iznosi oko 1000 km. Noću se daljina skoka brzo proširi i do 4000 km. Za evropske veze se ovaj opseg uslovno može koristiti samo u toku ljeta, kada su atmosferske smetnje (QRN) skoro neznatne.

Prostiranje na amaterskom opsegu 15m (21.0 – 21.450 MHz)

Prostiranje u amaterskom opsegu 15m veoma zavise od cikličkih aktivnosti Sunca. U vrijeme maksimalne aktivnosti Sunčevih pjega, ovaj opseg je skoro stalno otvoren za DX saobraćaj. Pri tom se, zbog malog slabljenja, malim snagama zračenja mogu premostiti velike udaljenosti. U vrijeme minimalnih aktivnosti Sunčevih pjega opseg se može koristiti ,u najboljem slučaju, danju u toku ljetnjih mjeseci i to najčešće veoma kratko. Noću ne postoje mogućnosti za uspostavljanje veza na velike udaljenosti, a u zimskim jesecima se ovaj opseg skoro ne može nikako koristiti. Uticaj atmosferskih smetnji na ovaj opseg je skoro nikakav.

Prostiranje na amaterskom opsegu 10m (28.0-29.7 MHz)

Ovaj opseg se može koristiti samo u vrijeme jake Sunčeve aktivnosti za veze pomoću refleksije prostornog talasa. Pri takvim Sunčevim aktivnostima postoje mogućnosti da se danju uspostave veoma daleke veze sa malim snagama zračenja. Treba napomenuti da je za mrtva zona obično oko 4000 km. U jutarnjim časovima na ovom opsegu je moguće uspostaviti veze sa stanicama na Dalekom istoku. Ljeti pri maksimalnoj Sunčevoj aktivnosti, opseg se može koristiti do kasnih večernjih časova.

Prostiranje ultrakratkih talasa i njihove specifičnosti

Ultrakratki talasi (UKT) zauzimaju talasno područje od 10m do 1m ili što odgovara frekvencijama od 30 do 300 MHz. Ultrakratki talasi se međrunarodno obilježavaju kao VHF (Very High Frequencies). Prostiranje UKT je veoma slično prostiranju svjetlosti, pravolinijsko prostiranje.  UKT su iznad graničnih talasa koje jonosfera može da freflektuje, tako da se na njihovo prostiranje ne može računati na jonosfersku refleksiju. Domet UKT je obično zavisan od optičke vidljivosti između predajne i prijemne antene, ali taj domet je obično nešto veći od toga, oko 15% . DX veze na UKT se ipak ostvaruju i to zahvaljujući refleksiji ovih talasa od Mjesečevu površinu, meteorske prašine, polarnu svjetlost, satelite i još neke pojave u atmosferi. Kako je veliki raspon od početka do kraja UKT opsega tako je i ponašanje prostiranja talasa unutar njega ipak dosta različito. Što je frekvencija niža UKT ima veći domet direktnim talasom i moguće je ostvariti veze sa stanicama koje i nisu optički vidljive. Sa porastom frekvencije sve je više potrebna optička vidljivost, a i sve je veći uticaj okolnih objekata kao refleksnih površina.