Propagatie staat voor voortplanten, in dit geval dus van radiogolven. Amateurs praten heel vaak over propagatie, maar wat wordt daar nu mee bedoeld? Wel dat is het radioweer.
Rondom de aarde bevindt zich een luchtlaag die naarmate hij verder van de aarde afligt, dunner wordt. Het gebied waar de lucht zo dicht is dat er “weer” kan ontstaan met mist, wolken, luchtstroming, enz. is de troposfeer die zich tot op een hoogte van zo’n 15 kilometer uitstrekt. De ionosfeer is het gebied boven het aardoppervlak waar de dichtheid van de moleculen nog voldoende is dat ze van structuur kunnen veranderen, kunnen ioniseren. Dit gebied loopt tot op een hoogte van meer dan 400 kilometer. De belangrijkste factoren die bepalen welk pad radiogolven volgen van zender naar ontvanger zijn: de frequentie die gebruikt wordt, de antennes en de toestand van de ionosfeer. Voor radiogolven op de VHF en UHF frequenties is vrijwel alleen de troposfeer van invloed.
Buigende golven
In het meest eenvoudige geval verplaatsen radiogolven zich in een rechte lijn van de ene antenne naar andere als die elkaar zien. Op VHF en UHF is dit de meest voorkomende propagatie. Met normale antennes zijn dan verbindingen te horen tot aan de horizon, zo’n 150 km.
Een rietje wat in een glas water staat lijkt gebroken maar dit komt omdat we een gedeelte van het rietje door lucht zien en een ander gedeelte door water. De lichtstralen buigen op het vlak van lucht naar water. Ook is dit fenomeen mooi te zien als een lichtstraal die door een glazen prisma wordt gestuurd en aan de andere kant afgebogen en in veel kleuren er weer uitkomt.
Radiogolven worden op dezelfde manier beïnvloed terwijl ze de ionosfeer rondom de aarde doorkruisen. De elektrische eigenschappen van de ionosfeer is niet op elke hoogte boven de aarde hetzelfde, maar opgebouwd in lagen van verschillende elektronen dichtheid.
Deze lagen noemen we de D, E, F1 en F2 laag.
| Laag | Hoogte | Opmerking |
|---|---|---|
| D | ca. 50 – 100 km | overdag aanwezig, ionisatie overeenkomstig met zonnestand |
| E | ca. 100 – 130 km | overdag aanwezig, ionisatie overeenkomstig met zonnestand |
| Es | ca. 100 km | treedt sporadisch in de zomer op |
| F1 | ca. 200 km | overdag aanwezig, versmelt ’s nachts met de F2-laag |
| F2 | ca. 250 – 400 km | overdag en ’s nachts aanwezig |
De structuur van deze lagen verandert per uur, per dag, per seizoen, per jaar en plaats op de aarde.
Opstralingshoek
De antenne is van behoorlijke invloed op de afstand die te overbruggen is. Zo is zijn opstralingshoek belangrijk voor de eerste hop, de sprong die wordt gemaakt totdat de eerste keer weer de aarde bereikt wordt. Een draad of dipool straalt behoorlijk steil op. Een groot deel van het signaal gaat dan recht door en verloren in het heelal (geld ook voor luisteren).
Met een dipool kunnen we wel uitstekend lokale en Europese amateurs horen. De steile opstraling zorgt ook voor een eerste hop die relatief dichtbij is. De DX komt er ook wel door, maar wordt soms ernstig gestoord door de harde Europeanen en de DX signalen verzwakt omdat ze veel meer hops moeten maken. Je kunt met een dipool ook naar een bepaalde richtingen luisteren en zo storing uit andere richtingen afschermen.
Met een beam (Yagi) combineren we de richtinggevoeligheid en lage opstralingshoek. Ideaal voor DX is dus een antenne met een lage opstralingshoek en een richtwerking. Voor lokaal verkeer is een laag hangende draad ideaal. Die heeft een steilere hoek en is weinig richting gevoelig.
Lagen en hun gedrag
De verschillende lagen in de ionosfeer ontstaan door de straling van de zon die de verschillende gassen in de atmosfeer ioniseert, ondermeer ultraviolet en röntgenstraling. Ioniseren is het opsplitsen van atomen in elektronen en kernen. Afhankelijk van hun structuur en de sterkte van de straling vormt een gas een geïoniseerde laag op een bepaalde hoogte. Een van die lagen is ook de ozonlaag met de beruchte gaten. De lagen die een rol spelen bij kortegolf ontvangst worden aangeduid met de letters D, E en F1 en F2. De lagen groeien als overdag de zon er op schijnt en verdwijnen ’s avond weer langzaam als de zon onder gaat. Alleen de F2 laag kan zoveel energie opnemen dat hij ’s nachts niet volledig verdwijnt. Dat is dan ook de laag waar we op de kortegolf ’s avonds van profiteren.
De D laag is de onderste laag, op 50 tot 100 km hoogte, die door ultraviolette straling (UV) en door Röntgen straling gevormd wordt. De D laag reflecteert alleen extreem lage frequenties in het kHz gebied.
Wel dempt hij overdag flink de signalen van langegolf, middengolf, en wat erger is, ook die op 160, 80, 40 en 30 meter band. Voor de hogere banden op kortegolf is hij van vrijwel geen invloed.
De verzwakking van de golf is het grootst in de onderste laag van de ionosfeer waar het aantal botsingen groot is, in de D-laag beneden 100 km dus. De verzwakking is natuurlijk ook groter naarmate de golffrequentie kleiner is.
De E laag is de oudst bekende laag, vroeger ook wel “Heaviside” laag genoemd. Op een hoogte van 100 tot 120 km ontstaat hij tijdens de ochtend en verdwijnt aan het einde van de middag. Hij reflecteert frequenties vanaf 1,5 MHz maar schermt zo ook overdag de F laag af voor de lagere kortegolfbanden. De E laag is nabij de polen en evenaar veel zwakker. In de zomer ontstaan er in de E laag dunne slierten extreem dicht geïoniseerde lagen, sporadische E-lagen, waarschijnlijk door UV en de straalstromen.
De sporadische E lagen kunnen frequenties tot wel 200 MHz reflecteren en zijn dan ook belangrijk voor VHF-DX verkeer. Met zo’n reflector op 100 km hoogt boven Zuid-Europa kom je ver over de horizon maar, zoals de naam al aanduidt, gebeurt dit slechts sporadisch.
De geioniseerde gebieden schijnen zeer dun te zijn, vaak maar 1km dik. Hoe hoger nu de ionisatie, hoe hoger de MUF (Maxium Usable Frequency). De MUF bereikt meestal de hoogste waarde om 0900-1000 en rond 1800. Maar hierop zijn natuurlijk uitzonderingen te verwachten.
Verder naar het noorden ontstaat bij sterke zonneactiviteit het poollicht, ook wel Aurora genoemd. Daarmee kunnen we weer VHF-DX werken in Noord-Europa. Door sterk geïoniseerde E laag komt de F2 lagen pas laat in de avond beschikbaar voor de kortegolf, maar VHF-DX is een leuk alternatief. Een zwakke hoge E laag in de winter geeft de bekende DX mogelijkheden op 80 en 160 meter.
De F laag bestaat uit twee lagen, F1 en F2.
De F1 laag bestaat alleen overdag op 150 a 230 km hoogte met maximale sterkte rond 12 uur en is zomers veel actiever. Aan de F1 laag danken we de DX op 15 en 10 meter. Verder lijkt de F1 laag veel op de E laag.
De F2 laag op een hoogte van 230 tot 400 km is sterk van de zonnenactiviteit afhankelijk. Overdag ligt hij veel lager en verborgen achter de andere lagen maar ’s avonds verdwijnen de andere lagen en ligt de F2 laag hoog en vrij voor DX gebruik.
Waarnemen en voorspellen
De energie om de atmosfeer te ioniseren komt van de zon en is sterker als er op de zon uitbarstingen zijn die we ook kunnen waarnemen als zonnenvlekken. De zon draai in ongeveer 27 dagen rond haar as. Een groep zonnenvlekken en daarmee ook DX-condities herhalen zich min of meer na 27 dagen.
Zo hebben we al de dag-nacht invloed, de 27 dagen cyclus, zomer-winter condities en er is ook nog een 11 jaren cyclus van verhoogde zonnenactiviteit. Dat, in combinatie met grillige zonne-uitbarstingen, maken het voorspellen van de condities moeilijk en een ware uitdaging. Dankzij onderzoek van amateurs en de wetenschap weten we steeds beter van te voren wat de condities gaan doen.
Zo kunnen we de zonne-uitbarstingen al na 8 minuten zien en is de ioniserende straling pas na een dag bij de aarde. Op die manier weten we wat er op kortegolf in de komende uren en dagen ons te wachten staat. De informatie over een zonnenuitbarsting is vrijwel onmiddellijk beschikbaar. Op packet verschijnen de mededelingen van bakenstations zoals WWV en DK0WCY.
Op internet zijn sites die een soort webcam op de zon gericht hebben staan en de informatie van satellieten die de zonneactiviteit meten en doorgeven.
Dankzij het jarenlang onderzoek is het ook mogelijk per maand een goede indicatie te geven van de propagatie. Dit wordt gebaseerd op de te verwachten zonneactiviteit en de invloed van de seizoenen.
Zo zal dat voor Tokio ’s morgens het hoogst zijn en die voor New York pas later op de dag. Immers als beide plaatsen, zender en ontvanger, in het zonlicht liggen zal de F-laag maximaal geactiveerd zijn!
Overdag is dit niet zo interessant maar als je een Japanner op 3,8 MHz wilt horen, je ’s winters direct na onze zonsondergang moet luisteren. Het is dan op beide plaatsen donker en de dempende D-laag zal dan hier net verdwenen zijn en in Japan nog niet ontstaan zijn.
Wanneer meteorieten onze atmosfeer binnendringen, geeft dat aanleiding tot een plaatselijke felle ionisatie (ook zichtbaar als sterrenregen). Die ionisatie maakt gedurende een heel korte periode voortplanting via weerkaatsing (op die geïoniseerde vlek) mogelijk. De tijdsduur daarvoor is meestal zeer kort en varieert van één seconde (dan spreken we van een “ping”) tot 20 seconden (een “burst”). Er zijn 14 jaarlijks terugkerende “meteorietenregens” deze zijn uiterst geschikt om te experimenteren met deze soort propagatie. De bijzonderste zijn de Perseïden (rond 12 augustus), de Geminiden (rond 14 december) en de Quadranten (rond 3 januari).
Radiobakens kunnen worden gebruikt om de propagatieverschijnselen te bestuderen en te bewaken.
Artikel is samengesteld uit verschillende bronnen om een zo compleet mogelijk beeld te geven.
Met dank aan:
Thieu Mandos, NL-199
ON6AA en ON7YD
http://hamradio.nikhef.nl/tech/propagatie/el200202.htm
http://www.oma.be/BIRA-IASB/Public/Research/Iono/Propagation.nl.html
