|
…Это как подарок к Новому Году! Я долго искал статью о том, как же все-таки работать через Rain Scatter(RS) на 10ГГц? И вдруг обнаружил её в своем Дубусе за 2002г, которую тогда (7 лет назад) благополучно пропустил. Сразу же сел за перевод и спешу поделиться им с вами. Извините за мой английский и всех с Новым Годом!
73 de UA3DJG!
Введение: С 1950-х годов эксплуатация радарной техники выявила, что сильный дождь производит эхо (отражения) в Х-диапазоне. С 1970-х годов это общепринятый инструмент для метеорологии и пилотирования в авиации. Когда радиолюбители начали использовать диапазон 3см (1977-1982гг.) у них были только передатчики на диодах Ганна с малой мощностью и широкополосные ЧМ приемники с низкой чувствительностью. С такой Аппаратурой работать через RS было невозможно. Дальнейшее развитие аппаратуры (1980) привело к мощности 100мВт и более и узкополосным видам связи SSB и CW. Но даже тогда большинство станций работало из портативных QTH и проводили QSO по прямому (оптическому) пути. Большие дома и горы (Альпы) иногда использовались для QSO с отражением от них. В конце 80-х для радиолюбителей стало доступно 10дб увеличение мощности и сигналы от грозы стали детектироваться. Об этом эффекте в 1987г. сообщили HB9AMH и HB9MIN, когда они проводили QSO с HB9RG. Также DF7FJ сообщил о том, что работал со станциями Италии. В августе 1988года он работал через RS и сообщил об «авроральном звуке». OE8MI (jn66tn) работал в 1991году из долины через RS со станциями Италии. DK3UC делал эксперименты с 1989 по 1991 годы и провел сотни скедов с DJ5BV и HB9RG (дистанции 272 и 582 км). Он нашел связь между хорошим отражением и дождливой погодой и сообщил об этом на Dorten Microwave Meeting в феврале 1991г. DJ5BV также прочел лекцию на Wenheim VHF Meeting в сентябре 1991года, где он показал связь между увеличением силы сигнала и дождливой обстановкой в середине трассы. LX1DU (jn29xm) и DL9SH (jn49dn) проводили ежедневные скеды с октября 1991 по февраль 1992 и обнаружили такие же результаты. Очевидно, эти результаты небыли использованы большинством операторов 3-см диапазона вначале. Мне бы хотелось дать небольшой импульс OM’s использовать RS виды связи на 10ГГц. Сам я начал работать на 10ГГц с 1982 года с 1.6 метровой параболой и услышал первый RS сигнал от HB9RG в 1989 году. При «голубом небе» я не мог слышать HB9RG, но при облачном (на трассе) я начинал принимать CW сигнал. А при грозе в середине трассы сигнал проходил еще сильнее (максимально +30дб). Как заключение,- я заявил в конце 1991 года, что «10ГГц-диапазон плохой погоды» Ua3djg: в последние годы в нашем регионе во время «Полевого дня» всегда плохая, дождливая погода. Hi! В 1993 году я улучшил свой сетап новой (1.21м) параболой и 18Вт в облучателе, и получил 15дб улучшение отношения сигнал/шум. Несколько интересных QSO были сделаны со станциями из DL. CW QSO-s были возможны даже с мощностью 200мВт с обеих сторон. В 1993 году я впервые рассказал о 10ГГц-RS на Wenheim VHF Meeting. Хорошо, что же я теперь могу сказать вам, чтобы вы могли сделать свои первые эксперименты через RS? Ответ: Вам необходимо следующее: 1-Радиолюбительский дух. 2-Аппаратура на 3см. 3-Отражающие облака(тучи) и специальные способы работы. Можно заметить, что под первым номером есть некоторые намеки на второй и третий. СТАНЦИЯ/АППАРАТУРА Для начала экспериментов достаточно маленькой системы (портативной станции): А)RX с NF=3дб или лучше Б) TX=0.3Вт или больше в облучателе В) Антенна - портативная парабола с диаметром около 48 см. Теперь вы должны попробовать принять маяк на 3см из вашего QTH. Если нет маяка - нужно найти другого оператора на 3см, который будет «маяком» для вас Дистанция должна быть 20-100 км и ваш партнер не должен находиться за горой. Вы можете с ним поддерживать связь на 144 или 432 МГц (или по ТЛФ). Для детектирования вашего первого RS сигнала выберите дождливый день. Настройте ваш RX на сигнал маяка(корреспондента) и начинайте вращать вашу параболу МЕДЛЕННО. Вы обнаружите точку, когда чистый до этого сигнал начнет звучать как «шум» или «аврорально». После нескольких точных настроек парабол на обеих сторонах, вы должны найти направление на центр отражения. Теперь у вас есть пассивный погодный радар! Ua3djg: Во время QSO между UA3DJG и RA3DQT в этом году наблюдался точно такой эффект Если вы хотите иметь DX через RS на 10ГГц (без перемещения в более высокий QTH), вам необходимо знать и делать следующее. ЧАСТОТА. Очень важно знать вашу точную частоту на 10ГГц. По крайней мере вы должны установить частоту с ошибкой не превышающей 5кГц. Конечно, 1кГц будет намного лучше. Для примера, вы можете синхронизировать ваш частотомер по сигналу DCF77 на VLF. (Имеется KIT от DK2DB). По крайней мере вы можете сравнить кварцевый генератор с DCF77. после умножения частоты, подходящая гармоника может быть использована для калибровки вашего трансивера где-нибудь близко к 10368. Для DSP тестов необходима точность частоты в 100Гц, но это сделать очень трудно. АНТЕННА. Вам желательно использовать параболу немного больше, чем в моем примере 48см. Уже 60см парабола дает усиление на 1.25дб больше, а 80см-еще на 2.2дб больше, чем 60см. Очень важно иметь точную азимутальную шкалу. Для 80см необходима точность, по крайней мере, не хуже, чем +/- 2гр. Стандартное поворотное устройство для КВ антенн совершенно не подходит для этого, хотя возможна механическая модификация шестеренок в этих поворотных устройствах. Сделав это, я получил +/- 0.5 гр точность. В продаже имеются поворотные устройства для спутниковых антенн, но цена их довольно высока. Для оптимальной работы через RS парабола должна иметь возможность элевации с такой же точностью. Для RS, обычно, вам необходима элевация (в зависимости от QTH) не более 10-20гр. Я сделал очень простую систему элевации, взяв шпильку с резьбой и небольшой моторчик на 24VDC с редуктором. Но опять же, можно использовать и промышленный актуатор. Если отражающее облако находиться на высоте 7км и удалено на 90км, - необходима элевация +4гр. В этом случае хорошая парабола без элевации размером 60см будет ниже оптимума на 20дб!!! В холодные месяцы слоистые облака обычно на высоте 2км, и даже в этом случае необходима элевация около +2,3 гр, чтобы избежать потери в 7дб! Конечно все это совершенно не означает, что невозможно иметь RS-QSO на 10ГГц без элевации, но теперь вы понимаете, почему фиксированная парабола не очень подходит для RS. Замечание: Не очень хорошо известно,- но немного поднять антенну над горизонтом полезно и для тропо QSO. Я рекомендовал бы элевацию 40% от полного 3дб угла раскрыва в вертикальной плоскости. Для того, чтобы была возможность направить параболу в определённую точку(солнце, горизонт, гора, луна и т.д.), необходимо иметь также телескопическую трубку или другое устройство для визуального наведения на этот объект. Я использую самодельную систему, сделанную из трубки (длинна 20см, диаметр 2см.) со скрещенными по центру проводниками(0.5мм) на каждом конце. Эта трубка закреплена на каком-либо торце параболы и должна совпадать с направлением диаграммы антенны. ДРУГАЯ АППАРАТУРА. Технические характеристики аппаратуры для первых экспериментов (см.выше) недостаточны для проведения многих QSO через RS. Современная станция должна иметь предусилитель (NF<1дб) вблизи облучателя. Усиление предусилителя должно быть, по крайней мере, на 10дб больше, чем последующие потери (реле, кабель и т.д.). 5Вт мощности на коаксиальном реле или уже в облучателе антенны дадут возможность работать с большинством других станций через RS на 10ГГц. ТЕОРИЯ. Согласно теории, преломление и отражение электрического поля происходит, если диэлектрическая постоянная (эпсилон) изменяется через короткие промежутки. Капли воды обеспечивают эти условия достаточно хорошо. Они «ведут себя» как маленькие диэлектрические шарики диаметром < 1/20 лямбда (<1.5мм для 10ГГц). Для уверенного отражения очень важные параметры дождевых капель- плотность и размер (диаметр). Сила отражения зоны, наполненной водяными каплями (диаметром от 0.001 до 0.5мм) пропорциональна: FxNxD(2)xf(4) , где F-проекция размера зоны N-количество капель на единицу объема D-диаметр капель f-частота. (В формуле в скобках указана степень) 
РИС.1 Для примера, если 1000 капель диаметром 0.005мм сливаются в одну каплю диаметром 0.05мм (N-уменьшиться в 1000 раз), то сила уменьшиться в 999 раз. Однако, образовавшиеся капли большего диаметра(D) будут отражать в миллион раз сильнее!! Если это происходит одновременно со всеми каплями отражающей зоны, сила сигнала увеличиться на 30дб. Это не обязательно происходит именно так, но помогает понять разницу силы эха между небольшим дождем, ливнем, штормом ит.д., и почему возможно резкое возрастание сигнала в течение нескольких минут. На РИС.1 показано, как теплый, влажный, насыщенный воздух восходит и конденсируется в очень маленькие капли, которые затем становятся все больше и больше и, наконец, начинают падать вниз. Сильный ветер перемещает капли выше, и они снова сливаются и т.д. Эта система называется «труба». При диаметре капель 8мм и более, сила отражения не увеличивается. Картинки радара показывают, что активные центры отражения в середине этих новых «труб» на высоте примерно 3500м.Они растут и быстро перемещаются вверх (и вниз). Могучие «трубы» могут достигать уровня тропосферы и выше. В течение летних месяцев (с июня по август) они достигают максимальной высоты 10-12км, но осенью и зимой только 5км. Иногда, проходя область, где t достигла 0С, они замерзают до льда и падают вниз. Обычно они снова тают перед достижением земли, но иногда в виде ледяных шариков летят некоторое время сквозь «трубу», увеличиваясь все больше, и больше и достигают поверхности земли в виде града. Кристаллы льда имеют другую отражающую характеристику, чем у водяных капель. Кристаллы до 10см имеют такой же эффект отражения, как и вода, но лед дает примерно на 10 дб меньше силу сигнала. Куски льда 20мм и более дают в 20 раз сильнее отражение до тех пор, пока их поверхность сухая и не тает. Когда их поверхность начинает подтаивать, они отражают так же, как и водяные капли. «Сухие» шарики льда рассеивают энергию не так, как изотропный излучатель. Если они большого размера, то энергия фокусируется в основном назад, к источнику сигнала. Также и водные капли могут изменить свою форму в «трубе», и выглядеть как маленькие диски. Я думаю, что такая необычная форма капель может быть причиной специфических отражающих эффектов, но это еще не доказано. 
РИС.2 На РИС.2 изображен график, который показывает, на какой высоте (Hz) окажеться луч антенны на расстоянии D от антенны при разных углах элевации (Э). График РИС.2 удобен еще в тех случаях, когда в некоторых направлениях у вас имеются преграды (деревья, дома, горы) и элевация , к примеру, ниже 15гр. невозможна.Тогда вы поднимаете антенну на 15 гр. и по этому графику определяете, что на удалении 30 км ваш луч будет на высоте 8000 метров. Если там есть обрасть отражения, то вы можете работать со станциями до QRB равной 360-400км (см график РИС.4). P.S. В реальных условиях работы луч антенны окажеться на высоте равной сумме высот Hn (РИС.4) и Hz (РИС.2).
Приведенная выше формула показывает. Что на частоте 24ГГцсила отражающих сигналов должна быть на 14дб больше, чем на 10ГГц! Поэтому, несмотря на более высокие потери, связанные с прохождением сигнала в тумане, RS QSO на 24 ГГц возможны. Боковое рассеивание с углом от 20 до 40гр. дает лучший результат на 24 ГГц. В районе грозы может быть несколько «труб». Обычно они существуют около 20минут, но в то время, как старые исчезают, появляются новые. Вся система может существовать от 40 до 120минут, в зависимости от размеров. Известно, что RS-QSO на дистанциях более 300км возможны с мощностью 0.1Вт и тарелкой 60см,. Но это может звучать неубедительно для тех, кто говорит о киловаттных мощностях коммерческих погодных радаров с их магнетронами. Но эти радары передают только в течении микросекунд и имеют тупые приемники из-за необходимости широкой полосы по ПЧ. Обратимся к цифрам. Типичный 3.2см погодный радар (1970г-обзор 300км) имеет следующие параметры: мощность 100кВт, длительность импульса Tx: 2мкСек, частота повтора-4мСек. Это эквивалентно только 50Вт постоянной мощности или равна 17дбВт. Усиление антенны – 39дби. Для Rx и Tx вы имеете двойное значение или 78дби. Чувствительность Rx: -130дбВт. Если сложить: 17+78+130=225дб. Мы можем использовать эту величину как типичные общие потери на распространение и обратное рассеивание погодного радара. Теперь посмотрим на нашу любительскую радиостанцию. Станция А передает сигнал в точку рассеивания, находящуюся на удалении 300км, а станция В(расположенная близко от А) принимает рассеянный сигнал (эхо) на 225 дб слабее. Тх мощность А: 100мВт=-10дбВт, Gант А(60см парабола) =34дби. Gант В (90см парабола)=36.8 дби, потерь в реле В – 0.8дб. Потери на распространение и рассеивание:225дб. Итого: -165дбвт. Сигнал достигает входи МШУ станции В с уровнем -165дбвт. Мощность шумов резистора при 293К (20С) составляет -170дбвт термического шума в полосе 2.5 кГц. Парабола генерирует такие же шумы если «смотрит» в землю с такой же температурой. МШУ с NF=1.5 дб будет иметь шум -168.5 дбвт (полоса 2.5). Как результат, станция В слышит станцию А с уровнем на 3.5 дб выше уровня шумов (168.5-165=3.5дб) в полосе 2.5 кГц. Принимать такой CW сигнал - нет проблем!! Если же элевация составит 2 гр. (или более), то мы имеем дополнительную прибавку за счет уменьшения шума земли. Если знать эти цифры, то для вас уже не будет чудом, что RS-QSO возможны с маломощными сетапом. ТИПЫ ОТРАЖЕНИЙ. (см. РИС.3) Имеются три главных типа отражения: прямое, боковое и заднее. Есть еще отражение типа «пинг-понг», но оно встречается крайне редко.. Отражение вперед. Прямое отражение на 10ГГц очень похоже на обычное тропосферное рассеяние. На этой длине волны участвуют не только неоднородности тропосферного преломления, но также мельчайшие капли воды. Часто наблюдаются смесь тропосферного и RS прохождений. Отклонение отражения от направления антенны +/- 20гр. Все типы облаков (туч), наполненных влагой, хороши для прямого отражения! Сигнал часто проходит с быстрыми QSB (10-15дб), а звук RS шипения отсутствует, или его совсем немного. Если на трассе пошел дождь, то сила сигналов увеличивается, QSB уменьшаются, а SSB сигналы имеют шумовую окраску, как при «Авроре». В летние месяцы возможно проводить QSO с отражением от верхних облаков «труб» (на высоте 10-12км) и это обеспечивает дальность связи до 750км (или 1000км- с небольшой помощью «тропо»). В зимнее время высота облаков обычно ниже и это приводит к уменьшению дальности связи больше, чем наполовину (40%) от максимальных дистанций летом. 
РИС.3 Отражение вбок. После 7 лет экспериментов, я классифицировал боковое отражение как отличающиеся от направления антенны на углы 20-90гр.( в этом же секторе углов должен находиться и корреспондент, с проводиться RS QSO). При углах от 20 до 30 гр., SSB сигнал почти чистый. От 30-40гр, RS сигнал становиться неразборчивым, а свыше 40гр. – трудно разбираемым (зависит от силы сигнала, конечно же). Медленное и четкое произношение слов с повторениями может помочь в проведении полного QSO. При углах свыше 50гр. – возможны только CW и FM связи! Максимальная дальность связи через боковое RS: 500…700 км (и меньше в зимнее время). Отражение назад. Углы отражения в секторе 90-180 гр. От направления антенны. Рекомендуется в основном работа CW. SSB невозможно использовать при углах 90-130 гр. Однако на углах от 130 гр и более можно попробовать и SSB. Максимальная дистанция 300-500км. Отражение «пинг-понг». Встречается не очень часто, однако я обнаруживал его несколько раз в течение последних лет. ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ. Для большинства азимутальных углов к точке отражения, SSB сигнал становится искаженным, а FM сигналы остаются разборчивыми, т.к. FM более устойчив к быстрым изменениям амплитуды и фазы. FM можно использовать на частотах 10.368.350-450 как рекомендуется в “DUBUS”-е 3/1997. Подсказки для проведения RS QSO. (RS: Как часто? Когда? Продолжительность?) В течение холодных месяцев года имеются шансы для проведения RS гораздо более чаще, чем считалось до 1993 года. Даже зимой есть дни для проведения RS QSO. Кристаллы снега отражают сигналы на 10 ГГц, только с меньшей эффективностью, чем дождь. Хорошие RS условия можно ожидать, если холодные фронта встречаются с теплыми: - появляются грозы - могучие облака несут дождь или снег. Отражающая среда на больших высотах (8-12км) бывает только в течение теплых летних месяцев с мая по сентябрь. В эти месяцы получается хорошая возможность проводить дальние QSO. Осенью и весной область отражения находиться не так высоко, более часто 2-4 км, но это еще довольно хорошо для DX- RS- QSO. Условия для RS могут держаться в течение нескольких часов, в зависимости от погоды, а иногда от 9 до 12 часов. Близкие и быстро передвигающиеся слои отражения обеспечивают, конечно же, более короткие окна для RS. Как обнаружить отражающую зону (точку) Любой шум от отдаленной грозы означает: «ВНИМАНИЕ- RS!!» Очень полезно следить за прогнозом погоды по ТВ и показаниями барометра в шэке. Холодные фронты с дождевыми облаками приводят к быстрому падению давления. Также полезно следить за DX кластером по интернету. Некоторые кластеры позволяют включать фильтры, чтобы вы получали только 3см споты. Карты гроз с их вспышками и карты погодных радаров сейчас также доступны через WEB. Они обновляются каждый час и очень полезны для нас. Обнаружение отражения. Для обнаружения отражающих систем на дистанциях до 150 км могут помочь следующие советы: а) Определите вид облаков и направление, откуда они идут. Б) Наблюдайте за вспышками гроз (ночью максимум 150 км) В) Слушайте грозовые разряды в виде QRN на диапазонах 144 или 432МГц. С помощью яги на эти диапазоны вы можете определить направление. (100-200км) Г) Слушайте гром (максимум за 30км) Д) Слушайте маяки 3см диапазона, которые обычно не слышны. Е) Слушайте маяки, которые вы обычно слышите слабо (макс 100км). Вращайте параболу по максимальным отраженным RS сигналам. Ж) Следите за диапазоном 3см от 10.368.050 до 10.368.150 МГц. З) Производите проверки с другим корреспондентом на 3 см, который будет «маяком» для вас. И) Следите за DX-кластером. К) Следите за картами погоды на WEB. Для отражений на длинные дистанции, помните, что ваш МШУ «должен услышать» слабый сигнал, если что-то отражающее появиться на высоте 10км. Это гораздо дальше, чем связь на обычное «визуальное» расстояние, которое может быть только 20-30км и даже при хороших условиях – до 120 км. Для дистанции 450 км и более, вы можете использовать только пункты с Ж) по И) чтобы помочь вам в нахождении центра отражения. Частоты переговоров. В течение последних лет много стационарных станций делают QRV на 3см через RS. Не так много передвижных станций сейчас активны, потому, что «супер УКВ» место не так необходимо для RS и разговорные частоты 144390 и 432350 не так уж и заняты. Несколько лет назад эти частоты часто посещали портативные станции для назначения скедов и т.д. Сейчас большинство используют DX-кластер, интернет и телефон. 
РИС.4 Техника проведения RS QSO. Когда ваша антенна направлена на зону отражения- вы должны слушать частоты 10.368.050-10.368.150 МГц. Если ни кого не слышно, начинайте делать общий вызов сами. Имеет смысл передавать также WW-локатор и QTF антенны несколько секунд в конце передачи. Первое CQ не должно быть больше 3-х минут. Если никто не ответил, дайте повторное CQ в течение 5 минут. Зона отражения часто уходит от направления антенны через 10-15 минут. Тогда вы должны корректировать направление снова. Если опять нет ответа, вы можете попробовать найти другую зону отражения или снова давать CQ. Если вы отвечаете станции, которая давала CQ, то вы должны дать ей шанс оптимизировать азимут и элевацию её антенны по максимальному сигналу. Когда сигнал слабый, то это очень трудно сделать в режиме SSB, поэтому лучше дать несущую или серию «точек» в течении 30-40 сек. Теперь вы можете закончить QSO обменом позывных, WW-локаторов и RS(Т), а возможно еще QTF и элевации. Для примера: G3LQR DE DL3NQ RRRRRR FB… UR RST 52S 52S 52S LOC JN49IN JN49IN JN49IN QTF 294 294 294 EL 05 05 05 --HW? G3LQR DE DL3NQ AR K K K. При передаче RS(Т) вместо Т используется буква S, когда вы работаете через RS. Например «59S» (передавать 599S-неразумно!). Также важно, особенно при слабых сигналах использовать медленную скорость в CW!!! Если вы слышите две станции, работающие между собой через RS, то вы можете передать несколько раз «SSS» («S»- скаттер) в режиме CW. Ваши «SSS» не должно сильно нарушить их QSO!! Заключение. Я подсчитал количество дней с RS прохождением в центральной Европе (квадраты JN и JO). В последние годы 1996-58, 1997-87, 1998-199, 1999-258, 2000-225, 2001-221. В 2002 году более 250 различных станций делали QRV на 10ГГц в центральной Европе! 2002 год принес новый мировой рекорд (958 км) между DL6NCI и IW4CJM/p (SSB QSO). IW4CJM/p также слышал DF2CK(1018 км) и SP7JSG(1168 км). ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ К RS! De DL3NQ. Всех хотелось бы поздравить с Новым Годом и пожелать скорейшего появления на 10ГГц через тропо и RS. 73 de UA3DJG-перевод RA3WND-оформление |
Статьи 
