Það er svolítið á reiki hvaða íslensk orð eru notuð sem þýðing á enska heitinu "eletromagnetic wave". Stundum er notað heitið rafsegulbylgja og stundum eru notuð orðin radíóbylgja eða útvarpsbylgja. Segja má að tvö seinni orðin séu heldur þrengri hugtök en það fyrsta.
Rafsegulbylgjur eru fyrirbæri sem alltaf er erfitt að skýra nákvæmlaga þó svo að þær séu í dag orðnar mjög stór þáttur í tilveru okkar. Eitt er þó ljóst að við getum myndað þessar bylgjur mjög auðveldlega með rafeindatæki og loftneti og sent þær út eins og það er kallað. Við sendum þær út í loftið og þær berast á einhvern hátt um allan jörðina og út í himingeiminn án þess að nokkur efni séu þar til staðar svo vitað sé til að bera þær. Hér áður fyrr þegar þessi tækni var í sinni barnæsku trúðu menn því að eitthvert efni væri til staðar sem bæri bylgjurnar og kölluðu það eter. Þess vegna er oft talað um að senda hitt eða þetta á eternum. Íslenska orðið fyrir eter er ljósvaki en deila má um réttmyndun þess orðs í ljósi þess að tómarúmið vekur ekkert ljós. En ljósvaki er ágætt orð sem slíkt og sagt er að útvarpað sé á öldum ljósvakans. Orðið ljósvaki mun vera um 150 ára gamalt og búið til á þeim tíma þegar menn höfðu ekki mikla hugmynd um hvað þetta fyrirbæri rafsegulbylgjur væri.
Rafsegulbylgjur ferðast um með ljóshraða ef engin fyrirstaða er og haga sér ekkert ósvipað því sem við sjáum að ljós gerir. Enda er ljós ekkert annað en rafsegulbylgja með stuttri bylgjulengd eða hárri tíðni. Þær endurkastast frá vissum efnum og sökkva í önnur og mynda þar hita eins og við vitum að ljósið gerir þegar það lendir á svörtum fleti. Í örbylgjuofnninum er búin til rafsegulbylgja svokölluð örbylgja sem er radíóbylgja á svipaðri tíðni og ratsjár vinna á og hún hitar upp matinn þegar hún lendir á honum og sekkur í hann. Ef hins vegar er settur málmur í ofninn getur hann eyðilagst eða jafnvel sprungið því málmurinn endurkastar mjög vel rafsegulbylgjum á radíótíðnum.
Hraði ljóss og annarra rafsegulbylgja er 300.000.000 metrar á sekúndu í tómu rúmi (300x10*6 m/á sekúndu).
Ef við köllum sveiflufjöldan á hverri sekúndu í rafsegulbylgju tíðni þá getum við fundið bylgjulengdina því hraðinn í metrum á sekúndu er þekktur. Tengslin milli tíðni sem er táknuð með bókstafnum f og bylgjulengdar sem ávallt er táknuð með gríska bókstafnum lambda eru því eins og eftirfarandi jafna sýnir:
bylgjulengd = 300 000 000 m/sek deilt með tíðni í sveiflum á sek (hertz) eftir situr einigin metrar á hverja sveiflu eða bylgjulengd í metrum.
Venjulega er jafnan rituð á eftirfarandi hátt:
bylgjulengd = 300/ f (í megariðum)
Þannig finnum við bylgjulengd útvarpsbylgju sem hefur tíðnina 2 megarið:
= 300/2 = 150 metrar
Á sama hátt má finna tíðnina, ef bylgjulengdin er þekkt. Ef útvarpsbylgja
er 3 metrar, þá er tíðnin: = 300/3 = 100 megarið
Útgeislun frá loftneti fríu rúmi breiðist út frá því á föstum hraða í sammiðja kúlu sem stækkar sífellt. Við venjulegar aðstæður er þó alltaf eitthvað sem breytir lögun kúlunnar þannig að aflið berst ekki jafnvel í allar áttir. Þannig eru flest loftnet stefnuvirk og beina því aflinu frekar í eina átt en aðra. Oft eru loftnet staðsett nálægt jörðu og því hefur jörðin áhrif á hvernig bylgjan breiðist út. Ef við skoðum hvernig bylgja breiðist út í plani þá má líkja því við það sem gerist þegar steini er kastað í lygna tjörn. Þá myndast gárur á lendingarstaðnum sem mynda stækkandi hringi en gáruhæðin fer lækkandi með fjarlægðinni og deyr að lokum út. Hversu langt gárurnar komast ákveðst meðal annars af því hversu mikið skvampið var þegar steinninn lenti.
Radíóbylgjur endurkastast, brotna, beygja og sogast rétt eins og ljós. Þess vegna hafa misfellur eins og fjöll, hús sjór og fleira áhrif á útbreiðslu þeirra nálægt jörðu en þegar komið er upp í loftið geta ský, rigning og snjókoma haft áhrif á útbreiðsu bylgjanna og þá oftast til hins verra. Þegar komið er upp fyrir gufuhvolfið eða veðrahvolfið þá er lítið sem hefur áhrif og bylgjur sem beint er upp á við mundu að öðru jöfnu stefna beint út í geiminn og ekki verða neinum til góðs. En svona einfalt er þetta nú ekki sem betur fer fyrir radíóamatöra því í miklum hæðum yfir jörðinni frá 80 km upp í 400 km hæð fyrirfinnst það einkennilega fyrirbrigði að sólarljósið jóniserar það þunna loft sem þar fyrirfinnst. Í vissum hæðum yfir jörðinni myndast því leiðandi lög sem virka eins og spegill á radíóbylgjur á vissum tíðnum. Þessi leiðandi lög eru kölluð jónhvolf.
Í jónhvolfinu jónast loftmólekúlin vegna útfjólublárrar geislunar frá sólinni og ýmissa annarra geimgeisla og klofna í lausar elektrónur og pósitífar, jákvæðar jónir. Þessi jónuðu hvolf leika þannig stórt hlutverk í útbreiðslu radíóbylgja á vissum tíðnum, aðallega 3 - 30 MHz, um langan veg. Jónunin myndar lög í mismunandi hæð frá jörðu og er þéttleiki þeirra mismunandi eftir því hvort það er dagur eða nótt og einnig eftir því hvaða árstími er.
Þessi lög hafa mismunandi nöfn:
F-lagið
Á dagin skiptist F-lagið í tvö lög, F1 og F2. Á nóttunni og um háveturinn sameinast þau aftur í eitt lag, en í heldur minni fjarlægð frá jörðu. Meðan sólargeisla nýtur ekki, sameinast jónir og elektrónur smám saman og er jónun F-lagsins minnst rétt fyrir dögun.
E-lagið
E-lagið er í nánast sömu fjarlægð frá jörðu hvort sem er á nóttu sem degi en jónunin eykst ( og þar með endurkastseiginleikinn ) með tilkomu sólarljóss og er hvað mest um hádegisbil. Er sólskinið hverfur, sameinast jónir og elekt- rónur tiltölulega fljótt, en einhver jónun helst þó alltaf.
D-lagið
Jónunin í D-laginu fer eftir hæð sólarinnar. Þetta veldur bæði aðsogi og endurkasti útvarpsbylgja. D-lagið hverfur um nætur og hvernig það myndast og eyðist er ekki alveg ljóst.
Endurkastseiginleikar laganna eru ekki aðeins háðir því hve mikil jónun er hverju sinni því áfallshorn bylgjunnar á lagið og tíðni skiptir einnig máli.
Radíóbylgjur breiðast út með mismunandi hætti. Jarðbylgja eins og nafnið bendir til fylgir yfirborði jarðar og verður að engu að lokum vegna deyfingar í yfirborði jarðar. Háloftabylgjan er sú bylgja, sem er endurkastað/tvístrað aftur til jarðar frá jónahvolfinu. Þá er að nefna, að fyrir hverja tíðni er talað um ákveðið hámarks útgeislunarhorn, en þær bylgjur sem sendar eru út með stærra horni miðað við lárétta jörð , leka í gegnum jónahvolfið og út í geiminn.
Við getum nefnt þessar bylgjur lekabylgjur. Hámarks útgeislunarhornið er tengt "hámarks nothæfri tíðni" eða m.u.f. (maximum usable frequency).
Á lágum tíðnum endurkastast merki, sem sent er lóðrétt upp í jónahvolfið, aftur að sendinum, en ef tíðni merkisins er aukin kemur að því að endurkast hættir og kallast það þoltíðni viðkomandi jónalags.
Hvarfsvæði (skip zone) og endurkastsfjarlægð
Frá þeim stað, þar sem jarðbylgjan endar og til þess staðar, þar sem háloftabylgjan kemur fyrst niður er kallað "hvarfsvæði" eða skip zone. Á þessu svæði heyrist lítið eða ekkert í sendi, sem sendir út frá stað A. Endann á jarðbylgjunni getum við kallað B og staðinn þar sem háloftabylgjan lendir C. Bilið milli B og C er þá hvarfsvæðið en bilið milli A og C er endurkastsfjarlægðin eða fyrsta "hopp". Hoppin geta orðið nokkur eftir skilyrðum og bylgjan þannig náð umhverfis jörðina.
Hámarks nothæf tíðni
Oft er þörf á að senda merki til ákveðins staðar eða svæðis. Hugsum okkur bylgjuna í dæminu hér á undan, sem hoppar milli punktaA og C. Ef tíðni merkisins er aukin kemur að því að bylgjan fer í gegn um jónahvolfið og hættir að endurkastast aftur til jarðar. Til þess að endurkast geti átt ser stað á hinni auknu tíðni, verður að minnka út-geislunarhorn bylgjunnar, en það veldur því aftur að endurkastið kemur til jarðar á allt öðrum stað en ætlast var til heldur fjær í punkti D. Þannig að fyrir stað sem er í ákveðinni fjarlægð og miðað við ákveðið jónalag er til tíðnihámark. Ef farið er yfir þetta hámark, hættir merkið að heyrast á þessum stað. Miðað við ákveðna tíðni þýðir lágt útgeislunarhorn lengra hopp og sífellt stærra útgeislunarhorn styttir hoppið uns kemur að því að merkið fer gegnum jónahvolfið. Hámarkstíðnin, þar sem merkið er enn að endurkastast til jarðar í tilætlaðri fjarlægð, er hámarks nothæf tíðni (maximum usable frequency) eða "múffinn". Lengsta hoppinu miðað við ákveðið jónalag er náð, þegar bylgjan lendir sem flatast á jónalaginu og endurkastshornið verður sem gleiðast. Slíkt hopp, miðað við F2 lagið, er í kring um 4000 km og E lagið um 2500 km.
Ef við hugsum okkur einfalt loftnet, sem geislar jafnt í allar áttir, fer bylgjan út frá því, líkt og bóla, sem þenst út. Þegar talað er um ákveðið útgeislunarhorn er aðeins átt við hluta af bylgjunni, sem fer frá netinu, en auðvitað fer bylgjan í allar áttir jafnt.
Útbreiðsluskilyrði útvarpsbylgja eru sjaldnast stöðug og sveiflur á mótteknu merki, geta verið af ýmsum ástæðum. Ef merki frá sendi kemur að móttökuloftneti eftir fleiri en einni leið, geta fasabreytingar valdið því að merkin styrkja eða upphefja hvert annað og valdið sveiflu í styrk. Umpólun merkisins úr láréttu í lóðrétt á leiðinni og öfugt, gæti valdið því að merkið virtist veikara. Einnig getur merkið dofnað við að endurkastast á jónalögunum, sérstaklega ef tíðni merkisins fellur nálægt hámarks nothæfri tíðni. Á VHF og UHF geta sveiflurnar verið vegna ýmissa þátta í gufuhvolfinu, hitastigs eða rakastigs, svo eitthvað sé nefnt.
Sólblettir
Sólblettir eru segulsviðstruflanir á yfirborði sólarinnar. Þeim fylgir aukning útfjólublárra geisla og annara geimgeisla, en það hefur mjög mikil áhrif á styrk jónunarinnar í jónahvolfinu. Sólblettafarið gengur í sveiflum, en topparnir eru á u.þ.b. 11 ára fresti. Þess á milli geta komið stuttar gusur, jafnvel þegar lágmarki er náð. Vegna þess að jónunin fylgir þessum sveiflum er einnig mikið um sambönd við mjög fjarlæga staði á háum tíðnum á sama tíma. Aðrar sveiflur verða vegna hreyfingar jarðarinnar umhverfis sólu, vegna halla jarðarinnar eða vegna snúnings sólarinnar (1 hring á 27 dögum). Sólgos geta orsakað snöggar sveiflur í jónalögunum, en það hækkar oft "múffinn", en getur á sama tíma orðið til þess að útvarps-bylgjur hverfi ("blackout"), allt frá nokkrum mínútum upp í einn til tvo sólarhringa. Stundum verða til blettir í E-laginu þar sem mjög sterk jónun á sér stað, sérstaklega yfir sumartímann. Þessir blettir endurkasta mun hærri tíðnum en vant er, yfir 70 megariðum. Slíkt endurkast kallast "sporadic E". Þegar þetta gerist hafa bylgjur á 70 megariðum og 144 megariðum borist um langan veg.
Útbreiðsla í gufuhvolfinu.
Gufuhvolfið nær frá yfirborði jarðar og u.þ.b. 10 km upp. Þar ráða hiti og raki miklu um útbreiðslu vhf og uhf bylgja. Endurkast vhf og uhf bylgja orsakast af mismunandi leiðni og hæð loftlaganna við yfirborð jarðar. Bylgjurnar sveigja af leið og hafa tilhneigingu til að fylgja útlínum jarðarinnar. Þetta getur valdið því að merkið heyrist allt að 15% lengra en að sjóndeildarhring. Skilyrði, þar sem saman fara raki í lítilli hæð samfara hærri hita í meiri hæð, verða til þess að bylgjurnar fara sem í leiðslu um talsverða leið og gjarnan án mikilla tapa.
Útbreiðsla á einstökum amatörböndum.
1,8 megarið(160 metrar):
Venjulega er þetta tíðnisvið aðeins nothæft fyrir styttri vegalengdir. Allt að 80-100 km að degi til, en að næturþeli vex landrægið í nokkur hundruð km. Dæmi eru þó um að langdrægi skipti þúsundum km við afar hagstæð skilyrði og með notkun góðra loftneta.
3,5 megarið(80 metrar) :
Langdrægi að degi til er um 3-400 km en breytilegt að nóttu til. Getur náð nokkrum þúsundum km á vetrum.
7 megarið(40 metrar) :
Mjög áþekkt 80 metra bandinu en breytilegt og getur gefið aukið langdrægi á dagin eftir sólblettafari. Gott DX band (DX, stytting fyrir "long distance") á vetrarnóttum og snemma á morgnana.
14 megarið(20 metrar) :
Bandið sem mest er notað í DX. Opið að degi til nánast allan ársins hring. Dögun og rökkvun aðaltíminn fyrir DX sambönd um nánast allan hnöttinn. Það eru þó nærri alltaf hvarfsvæði (skip zones) á þessu bandi.
21 megarið(15 metrar) :
Svipað og 20 metrar en háðara sólblettafari. Best á vorin og á haustin fram í rökkur.
28 megarið(10 metrar) :
Mjög háð skilyrðum í jónahvolfinu. Mjög gott DX-band þegar sólblettir eru í hámarki, en venjulega "dautt" í sólblettalágmarki, nema eitthvað sé um "sporadic E" endurkast að ræða.
144/432 megarið(2m/70cm):
Unnt er að ná sambandi allt að 160 km á þessum böndum. Langdrægi ræðst af hindrunum í umhverfinu, t.d. háum húsum, hæðum og hólum o. fl.. Við hagstæð skilyrði í gufuhvolfinu getur langdrægi aukist í nokkur hundruð km.
Það sem hér hefur verið farið yfir eru þau amatörbönd, sem mest eru notuð hér á landi, en því er við þetta að bæta að við sem búum hér á norðurhveli jarðar erum talsvert háð norðurljósunum. Þarna er um að ræða straum agna frá sólinni, sem streyma til jarðarinnar eftir sólgos og dragast að pólunum. Agnirnar eru um 20-40 klst á leiðinni frá því að gos hefst. Sterk norðurljósavirkni getur gert útaf við öll fjarskipti. Hér í Reykjavík mælist virkni norðurljósa að meira eða minna leyti 260 daga á ári og er það mesta í veröldinni. Þetta snarminnkar er sunnar dregur á hnöttinn, þannig að á t.d. Spáni eru þetta kannski 2 dagará ári. Sólgos hefur einnig þau áhrif, að jónun verður mjög sterk í D-laginu vegna mikillar geislunar og orsakar "blackout" eða fjarskiptarof, sem getur varað allt frá nokkrum mínútum uppí 1-2 sólarhringa.
Það sem hefur verið tekið saman hér um útbreiðslu útvarpsbylgja, er langt frá því að vera tæmandi, en meira er um þetta efni að finna í amatörabókmenntum, svo sem ARRL handbókinni og RSGB handbókinni svo eitthvað sé nefnt. Ætlunin er hins vegar að auka við þetta efni smá saman þannig að til verði innan tíðar fullkomið kennslu og uppflettingaefni fyrir radíóamatöra.
73 de TF3GB/TF3JA
Til baka efst á síðu