Radioviļņu Izplatīšanās

Radioviļņu izplatīšanās ēterā

Andris Bruņenieks YL2FD, konsultēja Viesturs Valdmanis YL2AJ

Veidojot, modelējot un būvējot antenas, nonākam pie nākošās tēmas – radioviļņu izplatīšanās ēterā. Radioviļņi ēterā izplatās pēc zināmiem likumiem. Pēdējos 100 – 120 gados šie likumi ir atklāti, noskaidroti un šobrīd atliek tikai tos ievērot. Būvējot antenas der zināt izplatīšanās pamatprincipus un necensties sasniegt neiespējamo. Šeit aprakstīti pamatprincipi, kas dos interesi iepazīties ar šo tēmu detalizētāk speciālajā literatūrā. Atkal atvainojamies tēmas speciālistiem par dažreiz vienkāršotiem skaidrojumiem. Raksts domāts iesācējiem, lai viņi saprastu lietas būtību.

Tātad elektromagnētiskie viļņi no antenas izplatās ēterā. Tiem no antenas sākotnēji ir piešķirts kāds virziens un polaritāte. Kas notiek tālāk.

Radioviļņiem pamatā ir trīs izplatīšanās veidi: tiešais, atstarotais un virsmas (zemes vilnis). Katru no tiem izmanto savām vajadzībām, jo arī īpašības tiem ir dažādas.

Tiešais vilnis veidojas tad, kad signāls no raidītāja uz uztvērēju var pārvietoties pa taisnu līniju, bez kādiem nopietniem šķēršļiem savā ceļā. Tipiskākais piemērs tam – sakari ar kosmisko pavadoni.

Atstarotais vilnis veidojas tad, kad tiešais vilnis nonāk uztvērējā nevis pa taisni, no raidošās antenas, bet - no kaut kā atstarojoties.

Virsmas vilnis ir kaut kas līdzīgs tam, kā pa vadiem pārvietojās augstfrekvences strāva – pa vada virsmu, tikai nedaudz "ielienot" vadā (Skin efekts). To pašu arī dara elektromagnētiskais vilnis, plūstot pa zemes virsmu – nedaudz iespiežas zemes slānī. Virsmas vilni izmanto vietējām apraidēm, jo zemes slānī tas dziest ātrāk, kā gaisā. Lai darbotos ar zemes vilni, signālam ir jābūt ar vertikālo polaritāti. Tad signāla horizontālā - magnētiskā sastāvdaļa labi sadarbojās ar zemes magnētisko lauku.

Amatieri, zinot, vai nezinot, izmanto visus trīs šos izplatīšanās veidus. Tomēr visbiežāk viņi izmanto atstaroto vilni. Kā tad tas notiek? Ir saprotams, ka vilnis var atstaroties no cieta priekšmeta, vai virsmas. Bet eksistē vēl viena "viela", no kā vilnis var atstaroties. Tie ir specifiski elektrizēti (jonizēti) atmosfēras slāņi, kas, kā sfēras, dažādos augstumos, apjož zemeslodi. Šos slāņus kopā sauc par jonosfēru.

Lai paskaidrotu, kur tie atrodas, un kā rodās, sākumā īsi par zemes atmosfēru (no fizikas grāmatām):

Atmosfēra, no grieķu atmos (tvaiks) un sphaira (lode) ir gāzveida apvalks, ko zeme ar savu gravitāciju notur ap sevi. Atmosfēra pamatā sastāv no četrām gāzēm – slāpekļa, skābekļa, argona, oglekļa dioksīda un vēl dažām citām, ļoti mazās koncentrācijās. Aptuveni 3 % no atmosfēras ir ūdens tvaiks, un tā daudzums mainās atkarībā no attāluma līdz zemei. Vēl atmosfērā ir sīkas pelnu, putekļu un sāļu daļiņas, augu putekšņi un mikroorganismi (dažādi aerosoli). Atmosfēras gāzu maisījumu nodrošina pati zeme ar, uz tās notiekošajiem procesiem – organisko vielu pūšanu un fotosintēzi. Šo maisījumu kopā sauc par gaisu.

Tieši atmosfēras sastāvā esošais ūdens tvaiks ir svarīga tā sastāvdaļa. Tas absorbē Saules starojumu un aiztur zemes siltuma starojuma aizplūšanu kosmosā, respektīvi – uztura un izlīdzina temperatūru uz zemes (šobrīd vidējā zemes temperatūra ir 14 oC). Atmosfērā sastāvošais ūdens tvaiks, atkarībā no attāluma līdz zemes jūras līmenim, ir mainīgs. Tieši tvaika daudzums atmosfērā maina kopējo gāzu īpašības un veido tajā četrus slāņus un trīs starpslāņus. Galvenais parametrs pēc kā iedala šos slāņus ir temperatūras gradients, kas nosaka kurā virzienā mainīsies temperatūra ceļoties augstāk no zemes. Slāņos mainās arī gāzes koncentrācija un sastāvs.

Zemei tuvāko slāni sauc par Troposfēru. Tās augstums ir 7 - 15 km, un tā satur 80% no visas atmosfēras masas. Troposfērā notiek gaisa masu pārvietošanās visos virzienos un tā sajaukšanās. Te atrodas arī gandrīz visi ūdens tvaiki un notiek zemes klimata veidošanās – cikloni, anticikloni, vējš, mākoņi, migla, nokrišņi utt. Troposfēru raksturo: temperatūras gradients - 6.45 oC /km (negatīvs), temperatūra slāņa apakšā ir ~ +14 oC, temperatūra slāņa augšā ~ -56 oC, atmosfēras sastāvs: slāpeklis – 78.08%, skābeklis – 20.95%, argons – 0.93%, oglekļa dioksīds – 0.04% un vairākas citas gāzes - neons, hēlijs, metāns, kriptons, slāpekļa dioksīds, ūdeņradis, ozons, ļoti mazā koncentrācijā, kopumā – 0.03%.

Nākošais slānis ir Tropopauze. Tas ir aptuveni 1-2 km biezs slānis starp troposfēru un stratosfēru, kurā notiek temperatūras gradienta maiņa, jo virs tā atrodas siltāks atmosfēras slānis.

Pēc Tropopauzes ir Stratosfēra (Grieķiski – lēzeni gulošais slānis). Stratosfēras galvenā sastāvdaļa ir ozona slānis, kas pilnībā absorbē Saules ultravioleto starojumu un tādejādi sasilst. Tāpēc tā temperatūras gradients ir pozitīvs. Stratosfērā atrodas aptuveni 20% no atmosfēras. Stratosfēru raksturo: temperatūras gradients 1.30 oC /km (pozitīvs), temperatūra slāņa apakšā ir ~ - 56 oC, temperatūra augšējā slānī ~ - 2 oC, gaisa sastāvā dominē ozons – O3. Stratosfēras slānis atrodas no ~12 līdz ~50 km virs zemes.

Stratosfērai seko Stratopauze. Tā ir pāreja uz nākošo slāni (temperatūras gradients – nemainīgs) un tajā beidzās ozona slānis.

Nākošais slānis – Mezosfēra ir no ~50 līdz ~ 85 km augstumā no zemes. Šajā slānī gaiss ir stipri retināts, ozona tur vairs praktiski nav. Gaisa procentuālais sastāvs praktiski ir tāds pat, kā zemākajos slāņos, bet tā blīvums ir stipri mazāks. Mezosfēru raksturo: temperatūras gradients -2.56 oC /km (negatīvs), temperatūra slāņa apakšā ~-2 oC, temperatūra slāņa augšā ~ -92 oC, gaisa sastāvā O2+, NO+. Mezosfērā praktiski sadeg visi meterīti kas lido pie mums no kosmosa.

Mezosfērai seko Mezopauze – pāreja uz nākošo slāni Termosfēru.

Termosfēra ir slānis no ~85 km līdz ~650 km no zemes. To raksturo: pozitīvs temperatūras gradients 3.11 oC/km, temperatūra slāņa apakšā ~ - 92 oC, temperatūra slāņa augšā ~ + 120 oC, gaisa sastāvā O2+, NO+. Termosfērā gaiss ir ļoti retināts un Saules ultravioleto starojuma rezultātā tas tiek jonizēts. Termosfērā veidojas arī auroras - ziemeļblāzmas. Ziemeļblāzma ir jonizēta gaisa spīdēšana zemes polu rajonos. Violetie slāņi atrodas augstāk, sarkanie – vidusdaļā, zaļi zemāk. Termosfērā atrodas arī Magnetosfēra, kurā Zemes gravitācijas lauks pasargā mūs no Saules vēja. Termosfērai seko nākošais slānis -

Eksosfēra, kas ir atmosfēras pēdējais, noslēdzošais slānis, no kura starpplanētu telpā izlido tikai dažas atmosfēras daļiņas. Atmosfēru pie zemes notur zemes pievilkšanas spēks, un tieši Ekosfērā notiek daļiņu atraušanās no zemes gravitācijas.

Atmosfēra zemes attīstības procesā ir mainījusies un attīstījusies kopā ar to. Uzskata, ka atmosfēra ir 2.3 miljardus gadus veca. (Paldies Imantam, YL3IR par precizējumu). Kopējā atmosfēras masa ir ap 5148 triljoni tonnu.

Atmosfēra ir tā, kas aizsargā zemi no tiešas Saules iedarbības. Tā izlīdzina dienas un nakts temperatūru uz zemes virsmas un aizsargā no pārlieku lielas ultravioleto staru iedarbības.

Ko dara Saule?

Zeme lido ap Sauli pa elipsi, kuras vienā no fokusiem tā (Saule) atrodas. Saule no mums ir perihēlijā - 3. janvārī, 147 miljoni km attālumā (vistuvāk zemei, un izskatās 3% lielāka) un afēlijā - 4. jūlijā – 152 miljoni km attālumā. Zemes rotācijas ass attiecībā pret Saules asi, ir sagāzta 23.5 grādu leņķī, līdz ar ko Saules starojuma daudzums, kas nonāk līdz zemei tās ziemeļu un dienvidu puslodēs, ir dažāds. Šī iemesla dēļ uz zemes veidojas ziemas un vasaras sezonas.

Saule mums sūta plaša spektra enerģētisku (elektromagnētisku) starojumu. Uz zemes šo starojumu galvenokārt jūt gaismas un siltuma veidā. Enerģijas apjoms vairāk kā 10000 reizes pārsniedz planētas kopējo enerģijas patēriņu. Līdz zemes virsmai nonāk tikai 55% no šī starojuma, pārējais tiek absorbēts, vai atstarots, atmosfērā. No nonākušā starojuma – 50% ir gaisma, 45% - infrasarkanais starojums (siltums) un 5% ultravioletais un cita veida starojums.

Saules starojums, ejot cauri atmosfēras slāņiem, tur tiek absorbēts dažādi, un tas ir atkarīgs no starojuma viļņa garuma (frekvences). Spektra daļa no 10^-7 metriem līdz 10^4 metriem (redzamā gaisma - 0.39 µm līdz 0.76 µm, infrasarkanais starojums, mikroviļņi, radioviļņi) caur atmosfēru iet cauri praktiski netraucēti. Savukārt spektra daļa no 10^-16 metriem līdz 10^-7 metriem (Gamma stari, Rentgena stari, ultravioletie stari – līdz redzamajam gaismas spektram) tiek absorbēta un slāpēta.

Pats Saules starojums arī ir mainīgs – galvenokārt enerģētiski. Bez tam tas ir arī ciklisks, ar aptuveni 11 gadu periodu, kad tas kļūst stiprāks un vājāks. (Saules aktivitātes gadi)

Atmosfērai, ar savu gāzu sastāvu, ir vēl viena īpašība – veidot jonizētus atomu un molekulu slāņus. Šos slāņus kopā sauc par Jonosfēru. Šie dinamiskie slāņi, Saules starojuma ietekmē, veidojās no 48 km, līdz pat atmosfēras beigām ~ 1000 km augstumā no zemes. Fiziski viņi var novietoties sākot no mezosfēras, termosfērā un beidzot – eksosfērā.

Neliela Jonosfēras vēsture. 1901. gadā Gulielmo Markoni veica savu pirmo transatlantisko sakaru. (skat nodaļu – Ko Markoni nezināja). Sakaru iespējamību tobrīd apšaubīja rinda zinātnieku, bet daži sāka šo fenomenu pētīt sīkāk. Jau 19. gadsimtā dabā bija novērots tāda parādība, kā atmosfēras slāņu elektrizācija (uzlādēšanās). Gadu vēlāk divi zinātnieki – amerikānis Arturs Edvīns Kenlijs (Arthur Edwin Kennly) un brits Olivers Hevisaids (Oliver Heaviside), neatkarīgi viens no otra, izvirzīja hipotēzi par iespējamu radioviļņu atstarošanos no šāda elektrizēta slāņa, un par tāda pastāvēšanu. Tie bija pirmsākumi vēlākajiem D un E slāņiem, kurus zinātnieki noformulēja 1910. gadā ( Hevisaida slāņi). Pētījumi turpinājās, un 1925. gadā, tos nosauca par Hevisaida – Kenly slāņiem. 1924. gadā angļu fiziķis Eduards Appletons (Edward Appleton) un Jaunzelandes fiziķis Mails Barnets (Miles Barnett) atklāja slāņiem jaunas īpašības, un nonāca pie secinājuma, ka runa ir jau par jaunu slāni (Appletona-Barnetta slānis). Kad 1925. gadā G. Breits un Merle A. (Breit, Merle) piedāvāja konkrētu slāņu sadalījumu (tādu, kā tas ir šobrīd), slāņiem, ko atklāja Appletons un Barnets, piešķīra F slāņu nosaukumu. 1947. gadā Appletonam par darbu šai jomā piešķīra Nobeļa prēmiju.

Jonosfēra ļoti ietekmē radioviļņu izplatīšanos. Radio raidītājs savu enerģiju, ar antenas palīdzību, raida ēterā. Vairāk, vai mazāk, daļa no šīs enerģijas nonāk jonosfērā (tas atkarīgs no antenas). Enerģija, sasniegusi dažādus jonosfēras slāņus, mēģina ierezonēt tajos esošos jonizētos elektronus, atomus un molekulas. Ja tas neizdodas, enerģija iet šim slānim cauri. Ja izdodas ierezonēt, tad daļu enerģijas absorbē jonizētais gaiss, bet daļu – lauž, un atstaro, atpakaļ uz Zemes virsmu.

Jonosfēra ir mainīga – tā tiek izveidota un pati rekombinējas. Jonosfēru izveido Saules starojuma (arī kosmiskā starojuma) enerģija. Tās spektra ultravioleto, Rentgena un Gamma staru ietekmē no atmosfērā esošo gāzu atomiem un molekulām tiek izsisti brīvi elektroni (Izsit - no Saules un kosmosa nākošie protoni, ar savu enerģiju). Veidojas Plazma. Tā eksistē tik ilgi, kamēr pozitīvie joni noķer atpakaļ šos izsistos elektronus. Jonosfēru raksturo ar tās jonizācijas līmeni, nosacīti sakot – cik brīvo elektronu ir tilpuma vienībā.

Jonosfēra pastāv vairākos paralēlos slāņos, kas savā starpā atšķiras ar: augstumu no zemes, izveidošanās iemeslu, un savām rezonanses īpašībām (atstarošanas frekvencēm). Zeme griežas ap savu asi, tādejādi pret Sauli ir tikai puse no zemeslodes, un veidojās diena un nakts. Dienā slāņi veidojās, bet naktī, kad tieša Saules starojuma nav – tie vairāk, vai mazāk rekombinējas. Ir vēl kosmiskais starojums, kas šos slāņus veido nepārtraukti.

Pēc savām īpašībām šobrīd ir izdalīti D, E un F slāņi.

D slānis veidojas 48 līdz 90 km augstumā no zemes. To veido Saules starojuma spektra Limana plūsma (121.6 nm) jonizējot NO, un Rentgena stari (< 1 nm), jonizējot atmosfēras N2 un O2. Ātri rekombinējas. D slānis absorbē radio frekvences, zemākas par 10 Mhz. D slānis pastāv tikai dienas laikā.

E slānis veidojas 90 līdz 150 km augstumā no zemes. To veido Saules starojuma spektra Rentgena stari (1 - 10 nm) un Ultravioletais starojums, jonizējot molekulāro skābekli - O2. E slānis parasti atstaro frekvences, zemākas par 10 Mhz, augstākas frekvences tam iet cauri, bet ir izņēmumi:

Es slānis (sporadiskais E slānis) veidojas uz kādu īsu brīdi, dažreiz tikai dažas minūtes. To veido intensīvāku jonizēto O2 mākoņi, slāņu veidā. Šis slānis var atstarot radio frekvences jau līdz 50 Mhz, un dažreiz – līdz pat 450 Mhz. Parsti tādi veidojās jūnijā – jūlijā. Atstarošanās attālums var sasniegt no 1600 km līdz pat 2500 km, bet vairākkārtīgi atstarojoties, pat 15000km.

F slānis (Appletona-Barnetta slānis) veidojas 150 līdz 500 km augstumā no zemes. To veido Saules starojuma Ultravioletie stari (10-100 nm), jonizējot atomisko skābekli - O. Naktī, kad nav tieša Saules starojuma, ir viens F slānis, bet dienā F slānis dalās divos slāņos - F1 un F2. F2 slānis ir tas, kas ir palicis no iepriekšējas dienas un nakts, bet F1 ir jaunais slānis, kas rodas konkrētajā dienā. F1 atrodas tuvāk zemei, kā F2. F slānis ir galvenais radioviļņu atstarotājs frekvencēm virs 10 Mhz.

Apkopojot to – naktī virs zemes atrodas E un F jonosfēras slāņi, bet dienā D, E, F1 un F2 slāņi. Līdz ar to top skaidrs, kāpēc radio naktī skan citādāk, kā dienā un kādas frekvences kad būtu jālieto.

Jonosfēra nepārtraukti mainās. To ietekmē no Saules nākošā enerģijas plūsma. Šo plūsmu pēta jau divus gadsimtus, pēdējā laikā – ļoti rūpīgi. Notiek nepārtraukti mērījumi, gan uz zemes, gan kosmosā. Jonosfērai ir izveidoti matemātiskie modeļi, kur šos datus ievada, un ar kuru palīdzību var nofiksēt esošo un nedaudz paredzēt arī turpmāko tās stāvokli. Viens no tādiem ir starptautisks projekts IRI (International Reference Ionosphere), kuru sponsorē un uztur kosmosa pētniecības komiteja (COSPAR) un starptautiskā radio zinātnes apvienība (URSI). No 1999. gada IRI ir pieņemts par standartu jonosfēras pētījumos.

Lai radioamatieris varētu plānot, un saprast, sakaru iespējamību, der nedaudz iepazīties ar datiem, ko dod šī modelēšanas programma. Amatieriem ir izveidots neliels datu apkopojums, kas tiek regulāri atjaunots internetā. (piemēram: https://www.hamqsl.com/).

Tabuliņa, dažādos tās formātos, apskatāma minētajā mājas lapā. Aktuālu tās kopiju var atrast arī kādā citā amatieru interneta lapā, jo to brīvi ļauts izmantot arī citās mājas lapās.

Vispirms: HF Conditions. Tur pa diapazoniem norādīts, kāda ir radioviļņu izplatība šajos diapazonos. Novērtējumi: Poor, Fair, Good (slikts, vidējs un labs) dod priekšstatu par diapazona stāvokli. VHF Conditions – dažādu VHF diapazonu un darba veidu šī brīža raksturojums. Te galvenais parametrs ir MUF (Maximal usable frequency – maksimālā izmantojamā frekvence). Šis parametrs norāda, kāda ir radiosignāla stabilā augstākā frekvence, kuru jonosfēras slāņi (F1, F2) atstaros. Tabulas kreisajā pusē ir apkopoti dažādi lielumi, kas raksturo Saules plūsmu un tās ietekmi uz jonosfēru. Tos lieto un tie kaut ko izsaka, kad amatierim ir radusies jau zināma pieredze.

SFI – Saules plūsmas indekss. Labs F slāņa jonizācijas indikators. Jo lielāks skaitlis, jo lielāks jonizācijas līmenis un augstāka iespējamā darba frekvence.

SN – Saules plankumu skaits, aprēķināts pēc Volfa formulas.

A – Planetārais indekss, norāda zemes ģeomagnētiskās aktivitātes dienas vidējo līmeni.

K – Planetārais K indekss – raksturo ģeomagnētiskās vētras stiprumu šai brīdī. Indeksu, ik pēc 3 stundām, aprēķina no vairākiem citiem mērījumiem, un tas var būt vērtībās no 0 līdz 9.

Ģeomagnētiskā vētra ir nopietns Zemes magnetosfēras traucējums, kas rodas tad, kad pēkšņi sākas ļoti intensīva enerģijas apmaiņa starp Saules enerģētisko plūsmu un zemes magnetosfēru. To visu vēl pastiprina fakts, ka no Saules nākošās enerģijas magnētiskais lauks nāk ar pretēju polaritāti, kā tas ir zemei. Ģeomagnētiskā vētra var ilgt vairākas stundas un tā notiek dienas laikā.

Ģeomagnētiskās vētras uz Zemes notiek dažas dienas pēc uzliesmojumiem uz Saules. Saules uzliesmojuma rezultātā notiek tās koronālās masas izvirdumi (CME), un tā rezultātā Zemes atmosfērā nonāk stipri palielināts, kā parasti daudzums plazmas ar tajā ietverto magnētisko lauku (domeniem).

Plazma ar savu magnētisko lauku izraisa intensīvu magnētisko plūsmu kustību zemes magnetosfērā. Šo kustību rezultātā notiek termosfēras sasilšana, kas aktivizē Auroru (Ziemeļblāzmu).

Auroras aktivitāte saistīta ar Kp indeksu, un pie Kp = 3, Aurora ir klusa, Kp = 5, Aurora ir vidēja, Kp = 7, Aurora ir aktīva, Kp = 7, Aurora ir ļoti aktīva. Ja vēlaties izmantot iespēju atstarot savu radiosignālu no Auroras, sekojiet šim indeksam, vai Auroras prognozēm internetā.

Vēl - Saules uzliesmojuma laikā Saules sūtītie rentgenstari iekļūst jonosfēras apakšā (aptuveni 80 km no zemes). Tur rentgena fotoni jonizē atmosfēru un izmaina jonosfēras D slāni. Tas sāk atstarot radioviļņus jaunās frekvencēs, un absorbēt citās frekvencēs. Nedaudz mainās arī F slāņi. Uz brīdi mainās jonosfēras īpašības, un līdz ar to radioviļņu izplatīšanās. Tas bieži izraisa īslaicīgas problēmas standarta radiosakaru sistēmās, tādās kā Globālā pozicionēšanas sistēma, kosmiskie sakari, mobilie sakari un citas.

Arī amatieru diapazoni šai laikā kļūst savādāki. Daži kļūst pavisam klusi, bez korespondentiem, bet dažos var izveidoties arī kāda negaidīta veiksme. Auroras laikā – strādājiet ar signāla atstarošanos no tās!  

X-Ray - Norāda rentgenstaru intensitāti, kas sasniedz zemes jonosfēru. Galvenokārt ietekmē D slāni. Burts apzīmē rindu (A, B, C, M, X), kur A ir vājākā. Cipars precizē starojuma līmeni.

304A - Saules starojuma relatīvais stiprums 304 angstromu (30,4 nm) viļņa garumā, ko galvenokārt izstaro jonizēts hēlijs Saules fotosfērā. Puse no F slāņa jonizācijas saistīta ar šo starojumu. Korelē ar SFI.

Pnt Flx - Lādētu protonu blīvums Saules vējā. Augstāki rādījumi vairāk ietekmē jonosfēras E slāni.

Elc Flx - Lādētu elektronu blīvums Saules vējā. Vērtības virs 1000 būtiski ietekmē jonosfēru (E slāni).

Aurora - Augstas vērtības izraisa Auroras redzamību zemākos platuma grādos.

Aurora Lat - Norāda zemāko ģeogrāfisko platumu (grādos), kur iespējami Aurorālie traucējumi.

SW - Lādētu daļiņu kustības ātrums Saules vējā. Ātrumi >500 km/s ietekmē īsviļņu sakarus.

Tādi lūk aktuālie, šī brīža parametri, tiek piedāvāti radioamatieriem. Populārākais no tiem ir K. Arī citiem ir sava nozīme jonosfēras novērtējumā,

Jonosfēru un tās slāņus bieži raksturo sadarbībā ar radioviļņu frekvenci. Radioamatierim visā radioviļņu spektrā ir izdalīti 27 atsevišķi apgabali, kas atšķiras ar savām frekvencēm un izplatīšanās īpašībām, un ļauj tur veikt dažādas darbības.

Apkopojot augstāk minēto, radioamatieris sakarus parasti veido, izmantojot visus trīs radioviļņu izplatīšanās veidus - tiešo, atstaroto un zemes vilni.

Tiešais vilnis parasti tiek izmantots sakariem ar mākslīgajiem zemes pavadoņiem (Satellites), dažreiz uz zemes, starp stacijām starp kurām nav citu šķēršļu. Nosacīti tiešais vilnis tiek izmantots lai ar radiosignālu sasniegtu mēnesi, vai meteoru plūsmas, kur tas atstarojas un atgriežas uz zemi jau citā vietā.

Maksimālais radiosakaru attālums (radiohorizonts) starp korespondentiem uz zemes (vai rādiuss ap sakaru torni), lietojot tiešo vilni, ir aprēķināms pēc formulas:

R_tv = 3.57 (sqrt(h1)+sqrt(h2)),

Kur R_tv ir radiohorizonta attālums (kilometros), h1 un h2 – abu korespondentu augstums (metros).

Piemēram: tornis ar bāzes staciju (retranslatoru) ir 15 metrus augsts, ap to staigā cilvēki ar pārnēsājamajām rokas stacijām, 1.5 metrus - no zemes līdz ausij. Lietojot tiešā viļņa starojumu maksimālais attālums starp torni un stacijām var būt R_tv = 3.57 * (sqrt(15)+sqrt(1.5)) = 3.57*(3.87+1.22)=18.17 kilometri. Šis attālums iespējams vidē bez kādiem šķēršļiem, un tas aprēķināts relatīvi gludā vietā, ņemot vērā zemes lodes liekuma rādiusu un staciju augstumus. Reālos apstākļos vide šajā trasē ienes savu slāpējumu, tā 500 metrus lapu koku mežs, signālu uz frekvences 144 MHz, slāpē par -30 dB, bet uz frekvences 430 MHz, jau par –50 dB. 

Visplašāk radioamatieri savos sakaros izmanto atstaroto vilni. Radiosignāls var atstaroties no visādām vidēm un priekšmetiem. Vispirms no apkārtējiem priekšmetiem – kokiem, dažādām būvēm, zemes un ūdens. Vēl no jonosfēras un Tropo slāņiem, kas atrodas virs mums. Dažreiz no Auroras, kad tā izveidojas. Un beidzot no kosmiskiem objektiem – mēness, meteoru plūsmām. Dažreiz tie atstarojas arī no lidmašīnām

Ar zemes vilni radioamatieri eksperimentē mazāk. Pirmkārt tāpēc, ka tā īpašības vairāk izpaužās garajos un vidējos viļņos (amatieri vairāk darbojās īsajos un ultraīsajos viļņos). Un amatieru mērķis nav organizēt regulāras apraides savā rajonā. Tomēr daži amatieri, kas var to atļauties (antenas garas, vajag platību, kur tās izvietot), ar to nodarbojas.

Jonosfēra ir tā, ar ko radioamatieris sadarbojās visvairāk. Tā visu laiku mainās un ir saistīta ar konkrēto diennakts laiku, sezonu un konkrētu Saules apstarojuma intensitāti dienas pirms, un tagad.

Kā jau tika minēts, jonosfēras slāņi dažādi reaģē uz radiosignāliem ar dažādām frekvencēm. Signāli ar vienām frekvencēm slāņiem iet cauri, bet ar citām frekvencēm – jonizē tos un atstarojas tajos. Diemžēl arī paši slāņi arī nav vienmērīgi un jonizējas dažādi – gan no radiosignāla frekvencēm, gan leņķa, kāda radiosignāls nonāk tajos. Jonosfēras slāņos var būt par atsevišķi apgabali, kas jonizējas savādāk, kā pats slānis (Es).

Konkrēts radiosakars, atstarotā viļņa režīmā, ir iespējams sadarbojoties ar kādu, vai vairākiem jonosfēras slāņiem. Ir amatieru sakaru reģistrācijas programmas, kas pat norāda ar kādu sakaru režīmu, un pa kādu trasi dotais sakars notiek, vai ir noticis. Sekos divi pārskati – kā slāņi reaģē uz radioamatieru frekvencēm un kā konkrētais amatieru diapazons sadarbojas ar konkrētiem jonosfēras slāņiem.

Zemei tuvākais jonosfēras D slānis. Vispirms - D slānis izveidojās Saules starojuma ietekmē un pastāv tikai dienā. Naktī viņš rekuperējas un pazūd. Šis slānis īpaši sadarbojās ar MW un LW diapazona viļņiem (vidējie un garie viļņi) ar frekvencēm zem 3 MHz. Visi radiosignāli, ar frekvenci zem ~ 3 MHz, dienas laikā, nonākot šajā slāni, tiek pilnībā slāpēti. Tas pateicoties daudzajiem brīvajiem elektroniem šajā slāni, kuri elekromagnētiskā viļņa ietekmē atrod savus atomus, bet paņem enerģiju no radiosignāla. Ja arī signāls iziet cauri šim slānim, un atstarojas pret kādu augstāku slāni, tas, atgriežoties uz zemi, tiek vēlreiz slāpēts, līdz pazūd pavisam. Tātad: slāpē signālus dienas laikā, bet nakts laikā šāda slāņa nav, un signāli, bez slāpējuma, var doties uz nākošajiem jonosfēras slāņiem. Tas arī nosaka, ka pēc Saulrieta vidējos un garajos viļņos parādās daudz vairāk klausāmu staciju. D slāņa dēļ amatieriem eksistē dienas un nakts diapazoni. Nakts diapazoni ir visi zem 3.5 MHz. Tur dienā iespējami tikai vietējie sakari zemes viļņa un lokālas atstarošanas dēļ. Naktī D līmenis rekuperējas un radiosignāli sāk atstaroties jonosfērā.

Nākošais – E slānis. Tur brīvo elektronu ir mazāk, bet ir. Un tie ar radiovilni sadarbojas citādi. Ja D slānī tie galvenokārt savienojās atpakaļ ar atomiem, atņemot enerģiju radiosignālam, tad te tie tiek "uzlādēti" un paši sāk starot enerģiju. E slānis nav viendabīgs un tur veidojas šo brīvo elektronu kopas, kas šo starošanas procesu pastiprina. Ļoti svarīgs E slānim ir leņķis, kādā radiosignāls tajā ieiet (pastāv termins – jonizācijas leņķis). Vertikāls signāls tam var iziet cauri, bet signāls, ienācis tajā ar kādu leņķi, var izraisīt tajā jonizācijas procesu, atstaroties atpakaļ uz zemi, vai turpināt ceļu pa šo jonizēto slāni, un tad nonākt, vai nu augstākā slānī, vai atpakaļ uz zemi. Slānī protams notiek arī signāla slāpēšana. E slānī brīvo elektronu kopas veidojas dažādu iemeslu dēļ – sākot ar apakšējo slāņu klimatu, lidmašīnu dūmu astēm un daudz ko citu.

F1 slānis pamatā darbojas kā radiosignāla atstarotājs. Signālu slāpē maz. Par viņu svarīgāks ir nākošais F2 slānis. F slāņi arī ir atkarīgi no diennakts laika: dienā ir abi, bet naktī – tikai viens, jo F2 pamazām rekuperējas, un pāriet kopējā F slānī. Dienā F2 veidojās no jauna. F2 ir pats svarīgākais slānis, jo tas nodrošina visus tālos radiosakarus. Pirmkārt tas ir visjonizētākais slānis no visiem jonosfērā un otrkārt, tas atrodas visaugstāk. Atstarošanās no šī slāņa nodrošina vistālākos sakarus.

Radioamatierim, ja viņš apzināti vēlas izmantot jonosfēras un atstaroto signālu īpašības, ir jānodrošina divas galvenās lietas: pareiza signāla frekvence (diapazons) un leņķis pret horizontu, kādā šo signālu tur starot. Bez šīm divām, ir arī vairākas citas svarīgas lietas, tādas kā horizontālais starošanas virziens, darba veids, kādā darboties (populārie CW, SSB, vai kāds no MGM) un vēl citi faktori. Ja ar frekvenci ir skaidrs – to uzstāda uz transīvera, tad kur atrast konkrētās antenas signāla vertikālās izstarošanas leņķi? Var to meklēt literatūrā, bet daudz efektīgāk – nomodelēt esošo antenu antenas modelējošajā programmā. Tur šis leņķis ir viens no modelēšanas rezultātiem.

Lietot atstaroto signālu ir vienkārši – signālu raida jonosfērā, tas tur atstarojas, un nonāk atpakaļ uz zemes, jau citā vietā. Attālums, kur šis signāls atgriežas uz zemes, ir stipri atkarīgs no tā - pret kuru slāni (E, vai F) signāls ir atstarojies, ko tas darījis jonosfērā, un protams, no frekvences un sākotnējā izstarošanas leņķa. Signāls var arī atkārtoti, nonācis uz zemes (vai okeāna), staroties atpakaļ jonosfērā un taisīt otro, vai vairākus tādus lēcienus.

Mazliet par signālu trasēm, attālumiem un vēl dažiem fenomeniem. Ja antenai ir vertikāla izstarošana zenītā, tad signāls, atstarojies no jonosfēras slāņiem, var atgriezties uz zemes, netālu no jums. Ja korespondentam pienāk vienlaicīgi divi signāli – tiešais un atstarotais, tad tie var sadarboties savā starpā. Atstarotajam signālam var ceļā mainījusies fāze, vai vēl kas, un sadarbojoties tādam signālam ar tiešo signālu, tas pie korespondenta var stipri vājināties, izklausīties dīvains, pastiprināties, vai pazust pavisam (fedings). Samazinot raidītā signāla leņķi pret horizontu, tas var ieiet jonosfērā, un tur tikt slāpēts tā, ka tur pazūd. Samazinot leņķi vēl, jonosfērā iegājušais signāls var sākt atstaroties no tās slāņiem un atgriezties uz zemes. Atstarošanās leņķis ir atkarīgs no daudziem faktoriem, bet pieņem, ka viņš ir vienāds ar ieiešanas leņķi. Atkarībā no raidītā leņķa, tas būs pēc kāda attāluma uz zemes. Ja ģeometriski uz zemeslodes mēs uzvelkam divus apļus, ar to centru vietā, kur atrodas raidošā stacija, iegūstam sekojošu ainu. Pirmā apļa rādiuss ir attālums, kurā zenītā starotais vilnis vēl atgriežas uz zemes, un ir dzirdams korespondentiem. Otrā apļa rādiuss ir attālums, kur stacijas signālu jau sāk dzirdēt atstarotu no jonosfēras. Starp šiem apļiem veidojas zona, kur raidošo staciju uz zemes nedzird. To sauc par Kluso zonu (Dead zone). Internetā un literatūrā ir atrodami precīzi lielumi šai zonai, raksturoti: ziemā, vasarā, dienā un naktī un atkarīgi no frekvences. Piemēram: uz 40 metriem, vasarā, naktī šī zona ir no 450 – 1200 km. Tāpat ir atrodami dati par kaut cik drošiem sakaru attālumiem, izmantojot pirmo atstarošanos. Kā piemērs – 40 metriem: vasarā, dienā 150 – 400 km, naktī 1000 - 3000 km, ziemā, dienā 250 – 1500 km, naktī 2000 – 6000 km. Paaugstinot raidītāja frekvenci, ši attālumi kļūst vēl lielāki. Uz 10 metriem – līdz pat 15000 km. Pie labvēlīgiem apstākļiem radiosignāls vairākkārtēji atstarojoties, var aplidot ap zemeslodi, un atgriezties atpakaļ pie Jums stacijā (echo signal, vairāk, kā 40000 kilometri). Pati tālākā signāla trase, laikam ir sakaros ar atstarošanos no mēness (EME). Uz zemes, ja stacijas tobrīd atrodas zemeslodes pretējās pusēs, šis attālums, mērot uz zemes, var būt līdz 14000 kilometriem, bet signāla ceļš līdz mēnesim, un atpakaļ, ir aptuveni 710 tūkstošus kilometru.

Ļoti bieži radioamatieri neko speciālu neveido, bet viņu signāls nonāk jonosfērā. Lietojot antenas kurām ir apļveida, vai līdzīgas vertikālās starošanas diagrammas (rezonanses dipoli, vai pat kaut kas vienkāršāks), daļa signāla aiziet jonosfērā un tur atstarojās. Un tad korespondents, pa tādu pat trajektoriju, atbild. Ir daži QSO reģistrācijas žurnāli uz datora, kas sakara laikā parāda sakara veidu, un kāda ir varbūtējā signāla trajektorija jonosfērā. Tie var būt stipri dažādi (nosacīti apzīmējumi): F, F-F, 2F, E-F, EF, F-E-F un vēl citādas kombinācijas.

Zemāk divi kopēti grafiki, diviem jonosfēras slāņiem, kuros ir labvēlīgi apstākļi signālu atstarošanai. Pirmais slānis ar augstumu 250 km (aptuveni F1 apakša) un 400 km (aptuveni slāņa F2 vidus).

Grafiku horizontālā ass rāda iespējamo sakaru attālumu tūkstošos kilometru, vertikālā ass – leņķi kādā jāstaro signāls pret horizontu, bet līknes 1x – 6x – reizes, cik signāls atkārtoti atstarojas no jonosfēras (lēcienus). Ar šo grafiku palīdzību iespējams novērtēt, ko iegūsiet, ja starosiet signālu ar kaut kādu leņķi pret horizontu. Piemēram, ja notiek atstarošanās 400 km augstumā (2. grafiks) un Jūs signālu starojat ar 30 grādu leņķi pret horizontu, tad atstarojoties vienu reizi, signāls uz zemi atgriezīsies pēc 1300 km, tur atstarojoties pret zemi, un vēlreiz no jonosfēras, tas atgriezīsies jau 2500 km attālumā, un tā tas turpināsies, ja signāls neizdzisīs. Paanalizējot šos grafikus, redzam, ka lielāki attālumi sasniedzami pie mazākiem starošanas leņķiem pret horizontu. To der atcerēties izvēloties, vai konstruējot savu antenu.

Bez šaubām radiosakaros svarīgs ir arī horizontālais (azimutālais) leņķis, kuros sūtīt signālu. Saprotams, ka to jādara tieši korespondenta virzienā . Bet zeme ir apaļa, un kā atrast to pareizo leņķi? Visvienkāršāk ir - aiziet uz adresi:

https://ns6t.net/azimuth/azimuth.html

ievadīt savu lokatoru (piemēram: KO26aw) un sakaru distanci (jo īsāka, jo detalizētāka karte būs, bet neredzēsiet tālākus punktus). Tiks sagatavots .pdf fails, kuru varat lejuplādēt, izdrukāt un lietot. Fails izskatās šādi:

Azimuthal Map

Center: 56°56'15"N 24°2'30"E Radius: 10000 km

Vēl nedaudz par Pelēko zonu (Grey - line). Saullēkta un saulrieta laikā, kad nakts pāriet dienā un otrādi, Notiek jonosfēras D slāņa izveidošanās un rekuperācija. Šis process notiek pakāpeniski, kādas pusstundas garumā. Tad rajonos, kur lec, vai riet Saule, parādās specifiski radioviļņu izplatīšanās apstākļi. Radioamatieri to mēdz izmantot, veidojot tālus sakarus izmantojot savu, vai korespondenta Pelēko zonu.

Tā, kā sakari dažādos diapazonos notiek dažādi, tad amatierim ir jāsaprot, ko viņš konkrētajā diapazonā var sasniegt. Tas noteiks vēlāku antenas un darba veidu izvēli. Zemāk neliels diapazonu raksturojums:

136 kHz (135.7 – 137.8 khz)

Diapazons amatieru rīcībā ir no 2007. gada, WRC-07 vienošanās. Viszemākais amatieru un tipisks zemes viļņa izplatīšanās veida diapazons. Te darbībai ir atļauts 1 vats ERP (efektīgā izstarošanas jauda, kas ir antenai pievadītās jaudas reizinājums ar antenas pastiprinājuma koeficientu). Pusviļņa antenai ir nepieciešams 1.094 kilometrus garš vads. Protams, šo antenu var veidot arī citādu, īsāku. Izstarotā signāla joslas platums – ne lielāks par 200 Hz. No joslas viedokļa darbs te domāts telegrāfā -CW, bet galvenokārt - QRSSCW (ar datoru iegūts ļoti lēns telegrāfa signāls un uztverot - tiek lasīts datorā, kā ciparu signāls), kā arī šaurajās MGM. Lietojot pareizi izveidotu aparatūru un antenu, sakari tiek nodrošināti aptuveni 100 km rādiusā, bet ir arī tālāki – pat pāri okeānam. Te tiek izmantots zemes vilnis, bet izskatās, ka ir izņēmumi un reizes, kad izveidojas arī citi "kanāli". Kam ir vēlme ar to nodarboties –instalējiet datorā QRSS CW programmu un paklausīties – vai Jūs savā atrašanās vietā vispār kādu dzirdat. Reāli sakari tur notiek.

472kHz (472 – 479kHz)

Diapazons amatieru rīcībā ir no 2012. gada, WRC-12 vienošanās. Nākošais "zemes viļņa" diapazons. No diapazona sākuma, līdz aptuveni 475 kHz - visi darbojas telegrāfā - CW, augstāk – MGM darba režīmos. Darbošanās un izplatība ir līdzīgi kā iepriekš aprakstītajam diapazonam, tikai šeit antena ir īsāka ( pusvilnis – 315 metri). Ja ir iespējams izveidot normālu antenu, var eksperimentēt. Reāli sakari arī tur notiek.

160 m (Top Band) (1.80 – 2.0 MHz)

Šī diapazona frekvence atrodas vidējo viļņu (MW) joslā. Tāpēc dienas laikā signāli izplatās ar zemes viļņa palīdzību, un jonosfēras virzienā starotie - tiek absorbēti tās D slānī. Sakaru attālums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem – raidītāja jaudas un vertikālās polarizācijas antenas efektivitātes (parasti GP antena, kurai vertikālais elements būtu vajadzīgs 41 metru garš). Zemes vilni ļoti ietekmē augsnes mitrums un ūdens tilpņu klātbūtne. Labvēlīgos apstākļos ar zemes vilni var sasniegt līdz pat 75 km attālumu. Nakts laikā, kad jonosfēras D slānis izzūd, sakaru attālumi ievērojami palielinās. Šīs frekvences signāli tad sadarbojas ar E slāņa apakšējo daļu, tur nedaudz iespiežoties un atgriežoties uz zemi. Sakaru attālumi palielinās līdz 1000 un vairāk kilometriem. Dažreiz tie iespējami pat ar zemeslodes otru pusi, tomēr tad ir jāpielieto precīzas antenas abu korespondentu stacijās. Sakari, īpaši tālie, ir ļoti atkarīgi no nakts (pulksteņa) laika un sakaru kanāls var pastāvēt tikai kādu īsu brīdi. Īpaši izteikta šajā diapazonā ir pelēkā zona un tās izmantošana. Pelēkā zona ir saullēkts un saulriets, kad D slānis tikko sāk veidoties, vai pazūd (reciklējas). Trases, kur izmanto pelēko zonu īpašības galvenokārt veidojas austrumu un rietumu virzienos. Trases ziemeļu un dienvidu virzienos visefektīvākās ir ap pusnakti. Šī diapazona aktivitātes vislabāk izpaužas ziemas laikā, kad naktis ir garākas un statiskās elektrības līmenis gaisā ir zemāks. Bet pasaule ir tā iekārtota, ka tad, kad zemes vienā puslodē ir ziema, tad otrā - ir vasara. Līdz ar to process paliek interesantāks. Par Top Band šo diapazonu iesauca tajā laikā, kad divi iepriekšējie vēl amatieriem nebija izdalīti. Bija laika posms, kad uz šī diapazona ļāva strādāt un mācīties amatieriem iesācējiem. Tomēr atklāja, ka šis diapazons ir vēl jāpēta tālo sakaru dibināšanas jomā, un iesācējiem to atņēma.

80 metri (3.5 – 3.8 MHz)

Dienas laikā šī diapazona frekvenču signāli tiek slāpēta jonosfēras D slānī. Tomēr ir iespējami gadījumi, kad ar antenām, kas staro zenītā (+/- tieši virs galvas), radiovilnis tiek cauri D slānim un, atstarojies no E slāņa, atgriežas uz zemes. Šādi dienas laikā uz 80 metru diapazona var nodibināt sakarus dažu simtu kilometru attālumā. Nakts laikā, kad D slānis izzūd, sakari notiek atstarojoties no augstākiem slāņiem un var sasniegt vairākus tūkstošus kilometru. Kas vēl ir īpašs šim diapazonam. Augsts statiskās elektrības trokšņu līmenis. Laika posmā no pavasara līdz rudenim uz šī diapazona var veiksmīgi dibināt radiosakarus izmantojot pelēkās zonas īpašības. Vēl uz šī diapazona radiosakarus, dažādu faktoru dēļ, ievērojami labāk var nodibināt Saules aktivitātes minimuma gados (zemāka D slāņa jonizācija). Šim diapazonam parasti veido horizontālas antenas. Tās var starot zenītā, un arī leņķī pret horizontu. Vertikālās antenas šeit veido zemes vilni, kas noder vietējiem sakariem nelielos attālumos. Bet vertikālajām antenām te ir cita priekšrocība – tās veido pastiprinātu starojumu konkrētā leņķi pret horizontu (skat GP diagrammu "Antenu prakses" sadaļā), un tādejādi signālu iespējams efektīgāk sūtīt jonosfērā. Ja tādu GP ir vairāki, tad tos pareizi safāzējot, var iegūt sakoncentrētu radiosignālu konkrētā virzienā.

60 metri (5.258 – 5.406 MHz)

Diapazons amatieru rīcībā ir no 2015. gada, WRC-15 vienošanās. Šis diapazons sākotnēji piederēja militārajam dienestam, un tika izmantots gadījumos, kad atmosfēras stāvokļa dēļ izplatīšanās nebija iespējama virs 7 MHz, bet dienas laikā, D slāņa dēļ – zem 3 MHz.

40 metri (7.0 – 7.2 MHz)

Diapazonam ir abas, bet atšķirīgas - dienas un nakts radioviļņu izplatīšanās. Dienā ir dzirdamas stacijas dažu simtu kilometru attālumā, jo galvenokārt notiek vertikālā atstarošanās no zenīta. Tie signāli, kas zemākos leņķos nonāk D slānī tiek absorbēti. Naktī, kad D slāņa nav, tuvākās stacijas pazūd, bet atstarošanās no augstākiem slāņiem rezultātā sakaru distances palielinās. Parasti veido horizontālās antenas, kas labi pilda abas funkcijas – sūta signālus zenītā, un arī kaut kādos leņķos pret horizontu. Populāras ir arī vertikālās antenas, kas veido gan zemes vilni, gan sūta savus signālus jonosfērā ar konkrētiem leņķiem pret horizontu. Lieto arī Yagi tipa grozāmās antenas, tie, kas tādas var atļauties uzstādīt.

30 metri (10.100 – 10.150 MHz)

Diapazons amatieru rīcībā ir no 1979. gada, WARC vienošanās. Diapazonā sakari ļauti tikai telegrāfā CW un ciparu MGM darba veidos. Izplatīšanās šeit ir ļoti līdzīga 40 metru diapazonam, atšķiras ar to, ka jonosfēras D slānī šīs frekvences signāli dienas laikā tiek slāpēti mazāk. Tas nozīmē, ka signālus jonosfērā var sūtīt jau ar zemākiem leņķiem pret horizontu, un sakarus var dibināt lielākos attālumos. Arī nakts laikā sakaru distance starp korespondentiem palielinās, jo signāla slāpējums jonosfēras slāņos ir mazāks.

20 metri (14.000 – 14.350 MHz)

Populārākais amatieru diapazons. No jonosfēras atstarotais signāls atgriežas 1500 km rādiusā ap raidītāju. Regulāri ir arī tālāki sakari. Jonosfēras D slānis signālu slāpē ļoti maz, un dienas laikā bieži tas nonāk līdz F2 slānim. Tad iespējami tālākie sakari. Naktī Saules aktivitātes minimuma gados un ziemā diapazons aizveras pilnīgi ciet (MUF < 14 MHz). Vasarā tas paliek atvērts. Izplatīšanās izmainās un uzlabojas Saules aktivitātes maksimuma gados. Pavasaris un rudens ir labākās sezonas sakariem šajā diapazonā, jo tad izlīdzinās starpība starp gadalaikiem ziemeļu un dienvidu puslodēs. Ar labiem rezultātiem šeit darbojas visu veidu antenas – gan horizontālās (vienkāršas vadu un grozāmās Yagi), gan vertikālās.

17 metri (18.068 – 18.168 MHz)

Diapazons amatieru rīcībā ir no 1979. gada, WARC vienošanās. Diapazonam ir daudz kopīgas īpašības ar 20 metru diapazonu. Galvenokārt tas ir dienas diapazons, kad aktivizējas F2 slānis. Naktī šis diapazons lietojams vasarā, īpaši saules aktivitātes maksimuma gados. Tomēr, sakarā ar to, ka diapazona frekvence ir augsta, un tā bieži robežojas ar MUF (maksimāli lietojamā frekvence – specifisks jonosfēras stāvoklis konkrētajā brīdī), radiosakari te ne vienmēr ir iespējami. Ar antenām – līdzīgi kā 20 metros.

15 metri (21.000 – 21.450 MHz)

Populārs amatieru dienas diapazons. Diapazonu sāk ietekmēt Saules aktivitātes cikls un savā minimumā tas var būt pilnīgi aizvērts. Ja diapazons ir atvērts, tad sakari tajā iespējami pat tālāki, kā zemākos diapazonos. Ir nelielas īpatnības saullēktos, jo jonosfēras slāņi jonizējas ar zināmu inerci un sāk darboties vēlāk. Antenas – līdzīgi, kā 20 un 17 metros, bet savu mazāku izmēru dēļ tās var būvēt efektīgākas.

12 metri (24.89 – 21.99 MHz)

Diapazons amatieru rīcībā ir no 1979. gada, WARC vienošanās. Diapazonam frekvence ir augstāka kā15 metru diapazonam, un tas nodrošina dienas laikā tālākus sakarus par tiem 15 metros. Diapazons ir ļoti atkarīgs no MUF frekvences un Saules minimuma gados bieži ir aizvērts. Tomēr šajā diapazonā parādās jauns efekts – sporādiskā Es izplatīšanās. Tad iespējami negaidīti sakari negaidītos attālumos. Antenas šim diapazonam ir vēl mazākas kā 15 metru diapazonam.

10 metri (28.000 – 29.700 MHz)

Šis ir augstākais īsviļņu diapazons. Un pie reizes arī kaprīzākais no tiem. Ja tas ir atvērts (MUF>28 MHz) tad tur var dibināt stabilus un tālus radiosakarus. Jonosfēras D slānis šo frekvenci slāpē ļoti maz, un sakari iespējami ar zemām jaudām. Tāpēc šo diapazonu iecienījuši QRP entuziasti (amatieri, kas mēģina nodibināt radiosakarus ar raidītājiem, kuriem ir maza izejas jauda). Diapazons ļoti ietekmējas no Saules aktivitātes un tās minimuma gados var būt pilnīgi aizvērts. Nakts laikā diapazons ir aizvērts. Brīžiem šajā diapazonā iespējami radiosakari ar atstarošanos no sporādiskā Es jonosfēras slāņa. Populāras šajā diapazonā ir vertikālās antenas, kas reizē var veidot zemes vilni un sūtīt signālus jonosfērā ar zemu leņķi pret horizontu. Var veidot efektīvas grozāmās Yagi antenas, jo to izmēri ir stipri mazāki, kā zemākajos diapazonos.

Radiosignāli, iepriekš minētajos diapazonos, pamatā sadarbojās ar jonosfēru, kura reāli sākās kādus 40 km virs zemes atmosfēras slāni – Mezosfērā, izejot cauri Troposfērai un Stratosfērai. Tomēr, paaugstinoties frekvencei, arī zemākie atmosfēras slāņi sāk izrādīt savu ietekmi uz radioviļņu izplatīšanos. Galvenā zemes klimata veidotāja – Troposfēra, uz augstākas frekvences radiosignāliem, atstāj savu iespaidu. Tiešā sakaru veidā sūtītie signāli sāk liekties ap zemi un sakaru trases paliek garākas. Tas tāpēc, ka gaiss, pa kuru izplatās radioviļņi, parasti nav viendabīgs. Signāls savā ceļā sastop dažāda spiediena, temperatūras un mitruma gaisu, kas šo signālu lauž (liec, refract) dažādi. Līdz ar to taisnes vietā signāls pārvietojas pa līkni. Tā - signāls var apliekties un aiziet arī aiz horizonta. Šo izplatīšanās īpašību un veidu sauc par Tropo. Tropo izplatīšanās veidojas tad, kad temperatūras gradients ir negatīva. Tas bieži notiek pēc karstām dienām, kad Saule ir sasildījusi zemi, un to pārklāj vēsāki gaisa slāni. Vēl rītausmās, kas Saule sasilda zemi, bet gaiss vēl nav iesilis. Gaiss atmosfērā reizēm veido arī īpatnējus veidojumus – sablīvējumus ar citas temperatūras, blīvuma un mitruma gaisu, vai pat veselus tādus apgabalus (kaut kas līdzīgs mākoņiem, bet ne vienmēr redzami). Pret šiem sablīvējumiem radiovilnis var atstaroties un atgriezties uz zemi (scatter), vai ieiet tajos, un tur dažādos veidos turpināt savu ceļu, līdz kaut kur tiek no tā ārā, uz zemi (duct). Signāls, atstarojies pret zemi, var vēlreiz sadarboties ar šo sablīvējumu. Ar šo Tropo izplatīšanos aizraujas ultraīso viļņu entuziasti, tāpēc nedaudz par diapazoniem, kuros tas lietojams.

6 metri (50.000 – 52.000 MHz) un 4 metri (70.000 – 70.500 MHz)

Šie diapazoni kļuva pieejami radioamatieriem sakarā ar virszemes televīzijas pārraižu samazināšanu, un dažās vietās – ar pilnīgu to pārtraukšanu. Pēc būtības diapazoni ir pārejas diapazoni no īsviļņiem uz ultraīsviļņiem. Tiem ir 10 metru diapazona īpašības, bet dažreiz jāpielieto ultraīsviļņu darba metodes. Atkarīgi no MUF. Jonosfērā šīs frekvences atstarojas no F2 slāņa. Pie veiksmes, var dibināt sakarus ar atstarošanos no sporādiskā Es slāņa, meteoru plūsmām un Auroras. Var veidot arī EME (atstarošanās no mēness) sakarus. Tropo izpaužas, bet vāji. Antenas īsas, līdz ar ko var būvēt efektīvas. Jāveido grozāmas.

2 metri (144.000 – 146.000 MHz), 135 cm (222-225 MHz amerikāņiem)

Šie ir amatieru populārākie ultraīsviļņu diapazoni. Tiem ir sava specifika. Signāla frekvence ir augstāka un signāli, neatstarojoties, sāk iet caur jonosfēras slāņiem. Tīri bez atstarošanās neiztikt. Dažreiz jonosfērā izveidojas kādi slāņi, kur atstaroties. Dažreiz tā ir Aurora, vai meteoru plūsmu radītie putekļi, dažreiz mēness, dažreiz kādi priekšmeti. Pie Tropo izplatīšanās iespējamas pat samērā tālas sakaru distances. Dažreiz veidojas arī sporadiskie Es sakari. Antenas šeit nepieciešamas ievērojami mazākas, kā īsajos viļņos, līdz ar ko tās var būvēt efektīvākas. Vietējiem sakariem izmanto vertikālās polarizācijas antenas, bet tālākiem sakariem – horizontālās, vai jauktās polarizācijas antenas. Antenu grozīšana bieži notiek ne tikai horizontāli, bet arī vertikāli.

70 cm (430 - 440 MHz)

Sakarā ar komerciālas radioaparatūras pieejamību arī šis amatieru VHF diapazons kļūst arvien populārāks amatieru vidu. Te galvenokārt darbojas dažādi repīteri. Stabila sakaru distance ir ap 20 km, bet pie speciālas, sagatavotas aparatūras – var sasniegt no 300 - 4000 km. Īpaši izpaužas troposfēriskā (Tropo) radioviļņu izplatīšanās.

Augstākas frekvences

Paaugstinoties radiosignāla frekvencei sakaru attālumi samazinās. Savu iespaidu sāk atstāt gaisa ūdens tvaiki, kas signālu sāk pastiprināti slāpēt. Tomēr arī pie 10 GHz esot sasniegts 1500 km attālums.

Vienā ļoti vecā, Krievijā izdotā grāmatā, esmu atradis divus skaistus zīmējumus, kas saprotami parāda, kas vispār ir sagaidāms ēterā, dažādos laikos un frekvencēs. Gados pēc grāmatas izdošanas daudz kas vēl ir noskaidrojies, bet pašus pamatus te var redzēt visskaidrāk. Citur šādu apkopojumu, diemžēl, neesmu atradis, protams ir daudzi citi – detalizētāki.

Grafiku kreisajā pusē, uz vertikālās ass, ir radiosignāla frekvence (metros un megahercos), uz horizontālās ass ir iespējamo sakaru attālums kilometros. Iekrāsotās zonas nozīmē: 1 – stabīli sakari cauru gadu, 2 – stabili sakari vasarā, 3 – stabili sakari ziemā, 4 – negarantēti sakari, 5 – sakari var notikt, bet nejauši. Augšējais grafiks ir nakts laikam, apakšējais – dienā. Grafikos skaisti redzams, kur beidzas zemes viļņa izstarošana un kur tā pāriet atstarotajā vilnī. 

Vēl literatūrā ir atrodami leņķi pret horizontu, kuros visefekīgāk ir sūtīt signālus uz F2 slāni, atkarībā no frekvences. Ja veidojiet, vai modelējiet antenas, ir vērts par to padomāt. 40 metru diapazonam tie ir 12 - 40 grādi, 20 metru diapazonam tie ir 10 - 25 grādi, 15 metru diapazonam tie ir 7 - 20 grādi, bet 10 metru diapazonam tie ir 5 - 14 grādi. Par šiem datiem joprojām vēl notiek diskusijas.

Īpaši neaprakstot šeit, ir vēl daudz citas nodarbes, ar kurām radioamatieri, pilnveidojot savu aparatūru un antenas, var nodarboties. Piemēram radiosakari ar signāla atstarošanās no mēness (EME), sakari ar kosmiskajiem pavadoņiem (Space Satellies), sakari ar atstarošanos no meteoru plūsmu atstātajiem putekļiem (Ms) (Plūsmas ir vismaz 17, konkrētos kalendāra datumos). Ar atstarošanos no meteorītiem sakaru attālums var sasniegt 1200 – 2000 km. Šīm nodarbēm ir speciāli jāgatavojas, un tās jāapgūst detalizētāk grāmatās un internetā. Piemēram trasē zeme-mēness-zeme (EME) signāls tiek slāpēts veselus 200 dB, tāpēc te vajadzīgas ļoti efektīgas antenas 15 – 18 dBi un pieklājīga raidītāja jauda – daudzus simtus vatu.

Sākot ar 2m 144 MHz, 70cm 432MHz un 23cm 1296MHz diapazoniem daudzi radioamatieri veido sakarus ar atstarošanos no lidmašīnām, jo tās mūsdienās lido ļoti lielā skaitā, un lielā augstumā, no 8000 līdz 12000 m. Ja antenas virziens uz izvēlēto korespondentu sakrīt ar lidojošu lidmašīnu, kas šķērso šo azimutu, raidītāja signāls, atstarots no lidojoša objekta, var sasniegt ievērojamus attālums - līdz 750km. To mēs izmantojam mūsu Ziemeļu aktivitātes sacensībās (NAC), kas notiek katra mēneša otrdienās. Vienīgais nosacījums, ka sakara ilgums ir ierobežots ar laiku, kuru lidojošais objekts šķērso izvēlēto azimutu. Sakars jātaisa ļoti ātri 1 - 2 minūšu laikā. Jo augstāka frekvence, jo sakoncentrētais raidošais kūlis ir šaurāks un attiecīgi sakara laiks ir īsāks. Ir pieejamas programmas (Piemēram tāda: https://airscout.eu/) ar kuru palīdzību var redzēt lidmašīnas un virzienus starp korespondentu atrašanās vietām. Varbūt tas būtu interesanti zināt, un pamēģināt kādam jaunam radioamatierim.

Radioamatieri ir izstrādājuši, un savās aktivitātēs lieto, datorprogrammas. Tādas ir arī izplatības prognozēšanai. Saprotot ap ko lieta grozās, un iepazīstoties ar pašu programmu, Jūs paši varat izvēlēties kādu no tām. Te ir neliels sarakstiņš ar tām:

https://www.voacap.com/

https://www.g4ilo.com/voaprop.html

https://dxatlas.com/ - tur ir vēl dažas vērtīgas programmas, ne tikai prognozēšanai

https://hfradio.org/ace-hf/

https://www.qsl.net/w6elprop/

https://www.hoka.it/product/ips/asaps.html

https://soundbytes.asia/proppy/

Un pašās beigās – ir vēl viena metode, kā novērtēt izplatību un jonosfēras stāvokli. Patiesībā, tā ir visprecīzākā, jo veidota balstoties uz reālo, pašreizējo, situāciju ēterā. Tiek izmantoti dati par speciāli izveidotu radio bāku signāla stipruma mērījumiem, un uz reāli radioamatieru notikušu sakaru faktiem. Papētiet internetā resursus:

https://www.swpc.noaa.gov/

https://www.solarham.com/

https://www.dxmaps.com/

https://www.wsprnet.org/ - būs jāpierakstās, kā lietotējam

https://pskreporter.info/

Sāciet ar šiem resursiem, tad vēlāk varēsiet izvēlēties sev piemērotākos. Tie šobrīd kļūst arvien populārāki.

Te nedaudz atsauces uz satelītu sakariem un mēness sakariem (EME)

https://satellitetracker3d.com/

https://www.n2yo.com/

https://www.satview.org/

https://www.gm4jjj.co.uk/index.html

https://dk5ew.com/2016/02/09/moon-tracker-by-sm5cui/

https://www.vk5dj.com/moontrack.html

https://www.dxmaps.com/moon.php

Interneta norādes ir informatīvas, no kurienes šo procesu var sākt pētīt tālāk un sīkāk.

Veiksmi radiosakaros!

Jautājumus, labojumus un atsauksmes, lūdzu, rakstiet iedaļā – "Sazinies ar mani".

Materiāls precizēts 14. jūlijā, 2025. gadā