Radiostanice celostátního a mezinárodního dosahu

[Josef]

Při obecných úvahách o radiovém spojení by se mohla možná někomu hodit mapa vzdáleností. Křivky na mapě (na první pohled trochu připomínající vrstevnice), mají tu vlastnost, že spojují body, které jsou stejně vzdálené od Prahy. Stačí se tedy podívat na libovolné místo na mapě, podívat se mezi kterými nejbližšími křivkami leží, abyste měli alespoň přibližnou představu, jak daleko od nás (vzdušnou čarou po povrchu Zeměkoule) se toto místo nachází a kolik kilometrů musí překonat radové vlny, abyste se tam dovolali.

Mapa vzdáleností od Prahy: (kliknutím zvětšit)

Když si to pak dáte dohromady s obrázkem o úhlu odrazu radiových vln od ionosféry, můžete si ověřit, že doporučené frekvence pro spojení v rámci Střední Evropy i pro spojení do okrajových států Evropy byly zvoleny správně.

[Josef]

Radiostanici jde samozřejmě propojit se zvukovou kartou počítače a pak se s tím dá i lecos podnikat. Jdou přenášet obrázky prostřednictvím SSTV (omezené velikosti). Pokud vás zajímá provoz SSTV, zkuste si pro první pokusy naladit frekvenci 14,230 MHz, kde na tento specifický druh provozu můžete narazit nejčastěji. Koho nebaví telegrafovat ba ani mluvit, může si "chatovat" provozem PSK (prostým psaním textu na klávesnici). Pokud chcete zkoušet provoz PSK, zkuste ladit v okolí kmitočtu 14,070 MHz nebo na 7,035 MHz. Většinou tam narazíte na čilý ruch. Ale bez znalosti radioamatérských zkratek se tu neobejdete. Protistanice určitě nebude chtít rozepisovat mnohaslovné rozprávky, když je radioamatérská zkratka dokáže vyjádřit dvěma nebo třemi písmeny.

Ukázka přijmu obrázků v programu pro SSTV: (náhodný příjem 27.2.2016 přes poledne)

Ukázka provozu PSK: (náhodný příjem 27.2.2016 přes poledne)

Různých druhů provozů využívající spolupráci počítače a radiostanice je jistě ještě mnohem více. Ty výše zmíněné jsou jen tak na ukázku. Bohužel (budeme-li se zabývat nouzovou komunikací) je s těmito druhy na počítači závislých provozů určitý problém v tom, že se spotřebou počítače bude muset kalkulovat vaše krizová energetická bilance. Což není snadné. Tyto provozy by bylo možné akceptovat v situaci, kdy natolik zrychlí přenos vaší zprávy, že ušetříte na době provozu samotného vysílače. Nebo vám, díky svým některým vlastnostem, umožní spojení při tak slabém signálu protistanice nebo rušení, kdy už standardní fonický provoz už není čitelný a z nějakého jiného důvodu nemůžete použít telegrafii.

[Josef]

Pro mnohé návštěvníky těchto webových stránek je mé vyprávění o krátkých vlnách asi příliš vzdálené a obtížně představitelné. Pokud jste někdy měli v ruce vysílačku PMR-ku nebo CB-rádio, asi jste si o radiovém spojení udělali nějakou vlastní představu. Mohu vás však ujistit, že krátké vlny - to je úplně jiný svět. Už jen pokud jde o specifický zvuk řečové komunikace modulací SSB. I ten je, ve srovnání s FM modulací PMR-ky či CB-čka, něco diametrálně odlišného a slovy jen těžko popsatelného. Aby člověk získal alespoň nějakou představu, tak se to prostě musí slyšet na vlastní uši. Chápu, že si pořídit přijímač nebo dokonce radiostanici na tyto vlnové rozsahy je značný finanční výdaj. Udělat to jen tak, na zkoušku, když nevíte, zda vás to nakonec osloví, je risk. Co když to vlastně není to pravé sametové, co nový adept očekával? Ale pomoc je vlastně jednoduchá. Pro první seznámení s krátkými vlnami a radioamatérským provozem nepotřebujete mít vůbec nic. Nemusíte nic kupovat, ani natahovat žádné antény. Stačí, když zůstanete sedět klidně dál za počítačem. Nevěříte?

Web SDR
Někteří radioamatéři zřídili veřejně přístupné SDR přijímače ovládané přes internet. Na těch si můžete krátkovlnný provoz "on-line" poslechnout i na vašem počítači. Některé z těchto přijímačů mají parametry stejné a často i lepší, než drahé krátkovlnné radiostanice. Přijímač můžete prostřednictvím vašeho počítače libovolně dálkově ovládat. Nebojte se, nic nemůžete pokazit, i kdybyste jej ovládali úplně špatně.

Podmínkou je, aby váš počítač měl repráčky či sluchátka, nějaký univerzálně kompaktibilní webový prohlížeč zvládající Javu - ideálně Firefox (s Internet Explorerem bývají potíže) a přiměřeně rychlé připojení k internetu (pokud běžně prohlížíte videa na Youtube, tak to naprosto stačí).


Tak to pojďte zkusit:

1. Chcete-li zkoušet poslech na krátkých vlnách, pak (jak už jsem psal) je zapotřebí poslouchat jen tehdy, když tyto vlny fungují a někdo tam vysílá. Proto své první pokusy naplánujte třeba na podvečer, kdy bude zapadat slunce nebo brzy z rána.
2. Otevřete internetový prohlížeč (samostatné okno, abyste dál mohli číst tento návod) a zadejte adresu: http://www.websdr.at/ *)
3. Otevře se vám webová stránka webového přijímače který je v jihovýchodní části Rakouska v obci Markt Allhau. (Záměrně jsem pro začátek vybral tento, protože má dobré antény, dobře přijímá zahraniční i české stanice a jeho okolí není zarušené průmyslovým elektrosmogem, jak tomu bývá ve velkých městech).
4. Pokud je váš internetový prohlížeč kompaktibilní, uslyšíte v reproduktorech šum nebo hovor. Pokud ne a i při zesílení zvuku je hrobové ticho, jde nejčastěji o "přezabezpečení" prohlížeče, stará verze Javy (chybová hláška upřesní o co jde).

*) Může se stát, že internetová adresa nemusí být vždy přístupná. Přijímač využívá antény, na které majitel-radioamatér také občas vysílá. Samozřejmě v té době nemůže být přijímač v provozu. V takovém případě zkuste adresu nějakého jiného webového přijímače, které uvádím níže.

Vzhled ovládacího okna:
(rozkliknutím zvětšit)

Jak se přijímač ovládá (na obrázku zakroužkované prvky):

č.1 - Zvolte radiové pásmo (např. 80m, abychom slyšeli i území ČR)
č.2 - Zvolte druh modulace, který je na daném pásmu nejběžnější (na pásmu 80m zvolte LSB, příznivci morseovky CW-wide)
č.3 - Zadejte frekvenci, kterou chcete poslouchat. Můžete to udělat několika způsoby. Buď ji do kolonky přímo zadáte číslem, ale to ji musíte předem znát (třeba: 3756kHz; 3760kHz; 3773kHz; 3775kHz aj). Když ji neznáte, nebo se na ní nic neozývá, postupujte jinak - na modrém pozadí se většinou pohybují vzhůru nějaké světlé pruhy - to je "zviditelněný" signál jednotlivých radiových stanic.
č.4 - Uchopte myší značku pod stupnicí a posuňte ji pod některý z běžících pruhů. Značka ukazuje šířku pásma, jakou přijímač "poslouchá" a svislá čárka na značce naznačuje polohu nosné vlny (i když u LSB nosná vlna vlastně neexistuje). Jemně můžete značkou posouvat vlevo či vpravo i rolováním kolečka na myši, pokud máte kurzor těsně pod značkou.
č.5 - Většinou se vám nepodaří myší pracovat tak přesně, abyste naladili stanici ideálně a její hlas byl příjemný. Nevadí. Pomozte si klikáním na tlačítka + nebo - a dolaďte si stanici přesně.
č.6 - Hlasitost poslechu nastavíte posuvníkem.
č.7 - Když do okénka napíšete svoje jméno, budou ostatní uživatelé (kteří s vámi v dané chvíli přijímač sdílí) vědět, kdo přijímač používá. Je to nezávazné a není třeba se nikde registrovat ani se obávat, že se tím k něčemu zavazujete. Radioamatéři tam občas dávají svoji značku, aby kolegové věděli, že tam právě poslouchají a mohli jim třeba vysílačkou i něco vzkázat. Nikoho svým poslechem neblokujete. Přijímač pracující na principu SDR totiž může současně ovládat velké množství návštěvníků, aniž by si vzájemně překáželi.
č.8 - Když nastavíte něco špatně (např. si nechtíc změníte šířku "filtru" (značky pod poslouchanou stanicí) a nedaří se vám to z nějakého důvodu uvést do původního stavu, tak prostě webovou stránku uzavřete, znovu otevřete a začněte pěkně od začátku...

Naučte se přijímač ladit opatrně, aby byl zvuk srozumitelný a všímejte si svislých pruhů, tzv. "vodopádů". Úplně stejně důsledně byste to museli dělat se skutečným stolním přístrojem. Během chvilky zjistíte, že o poslouchané stanici a jejím signálu jde z jejího "vodopádu" mnohé vyčíst ještě dříve, než si ji naladíte. Vyzkoušejte všechny možné "vodopády", které na stupnici naleznete. Brzy odhalíte "zvukové" zvláštnosti SSB i chování stanic na pásmu. Vyzkoušejte i pásma jiná a jinou denní dobu. O to tu vlastně jde.

"Vzhled" různých druhů modulací i příjmových podmínek na pásmu:
(rozkliknutím zvětšit)

Ejhle, tady se někdo ladí na pásmu se zapnutým vysílačem (nepřípustné chování):

Hned na první pohled vidíte, že na celém pásmu vysílá jen jedna silná stanice, ostatní tři jsou v šumu:

(Na ploše vodopádů se zřetelně objeví i jedno jediné osamělé "pípnutí", stačí aby bylo jen nepatrně odlišné od souvislého šumu na pozadí. Pak už asi chápete, že se v dnešní době jakékoli pirátské vysílání poměrně snadno odhalí... ...i kdyby je nikdo záměrně nehledal.)

Komu by to bylo na pokusy a trávení volného času málo, může si vybrat z velkého množství dalších webových přijímačů. Jejich aktuální seznam naleznete na http://www.websdr.org. Vybírejte však uvážlivě. Mnohé veřejně přístupné přijímače používají nedostatečné antény (Whip a pod.) a jsou dobré jen pro místní příjem. Vyberte si raději ty, které používají plnohodnotné antény (LW, dipól, Windom aj.), na těch toho uslyšíte nejvíce.

Dále vyzkoušejte adresy:
Česká republika http://websdr.cz:8901/
Polsko http://websdr.sp3pgx.uz.zgora.pl:8901/
Polsko http://websdr.pzk.pl:8901/
Německo http://dk0te.dhbw-ravensburg.de:8901/
Německo http://dj3le.spdns.de:8901/
Rumunsko http://websdr.yo3ggx.ro:8765/
...atd.

Příznivci leteckého provozu určitě ocení i SDR přijímač http://sdr.hkfree.org:8901/

Majitele vysílaček určitě napadne, že by si pomocí těchto "on-line" přijímačů mohli zkontrolovat i svůj dosah a kvalitu své vlastní modulace...
Samozřejmě s poslechem webového SDR přijímače můžete počítat jen v "normální" situaci. Za krizové situace je velmi pravděpodobné, že internetové spojení bude narušené nebo přetížené a přijímač pro vás bude nedostupný.

[Josef]

Kde lze mezi sebou úspěšně komunikovat a kam až se dá aktuálně dovolat na radioamatérských pásmech, ale také co a odkud lze třeba slyšet za rozhlasové krátkovlnné stanice - lze vyčíst a odvodit z map na následující stránce https://www.pskreporter.info/pskmap.html

Zvolte si radiové pásmo, které vás zajímá (v červěně zakroužkovaném menu) a ostatní údaje v menu si zadejte třeba podle níže uvedeného obrázku. Zobrazí se vám mapka, která ukazuje AKTUÁLNÍ spojení, která proběhla během posledních 15 minut (nebo jiného časového intervalu, který si nastavíte). Jedná se o reálná (systémem vyposlechnutá) spojení, nikoli o nějakou virtuální prognózu. Budete-li situaci sledovat během dne, můžete se přesvědčit, jak výrazně se na radiových pásmech mění situace při přechodu ze dne na noc a opačně i jaký vliv to má u té které radiové frekvence. Co máte šanci slyšet večer a co ráno. Síbíčkáři mohou použít pro sledování svého pásma i volbu 10m nikoli jen 11m (v něm je počet stanic zapojených do systému pro plnohodnotnou analýzu podmínek šíření ještě poměrně malý). Systém je mezinárodní a úspěšně se ho účastní i Česká republika se svou sítí SDR přijímačů i přímým provozem operátorů.

Ukázka snímku obrazovky - pásmo 40m (7 MHz) 22.5.2020 v 11 hodin dopoledne:
(kliknutím zvětšit)

[Josef]

Většina radioamatérů se soustřeďuje na spojení se vzdálenými stanicemi. Mnozí už komunikovali prakticky se všemi zeměmi světa. Spojení v rámci vnitřního prostoru ČR považují za bezvýznamnou banalitu, která od nich nevyžaduje zvláštní pozornost a kterou hravě zvládnou, bude-li to třeba. Ale praxe (kterou občas slýchám na krátkých vlnách) mě přesvědčuje, že vnitrostátním spojení není pro mnohé jejich silnou parketou - ať už z důvodů nevhodného technického vybavení nebo kvůli opomenutí některých důležitých fyzikálních aspektů (které se při změně komunikační vzdálenosti výrazně promění). Většinu základních informací, i technických řešení, ohledně spojení na krátkých vlnách, jsem tu už napsal. Nyní (pokud budete mít trpělivost to číst) bych se pokusil trochu detailněji "rozhrábnout" problematiku krátkovlnného spojení uvnitř území republiky. Celé by se to dalo shrnout pod jediný nadpis...

NVIS není DX !
Musím se tak trochu vrátit na začátek tohoto vlákna k různým způsobům šíření radiových vln. A také úvodem vysvětlit, že DX je zkratka používaná pro označení spojení na extrémně velké vzdálenosti. Naopak NVIS je zkratka slov "Near vertical incidence skywave" a označuje se s ní spojení, kdy signál při vysílání nevysíláme vodorovně směrem k protistanici, ale vzhůru. Nahoře, přibližně ve výšce 250 km nad zemí je v ionosféře vrstva (označovaná jako F2), o kterou se radiové vlny odrazí (jako o zrcadlo) a zamíří téměř kolmo shora zase zpět k zemi, kde je zachytí naše protistanice. Komunikace od ní směrem k nám probíhá na stejném principu, ale v opačném směru.

Určitě se pozastavíte nad tím, jak to, že se vyplatí vysílat 250 km vzhůru a čekat na odraz, který letí 250 km dolů, když potřebujeme hovořit s protistanicí ve vzdálenosti třeba jen 80km. Je to všetečná, ale i zcela logická otázka. Odpověď zní - vyplatí! Cesta signálu vzhůru do ionosféry je přímá a snadná. Laicky by se řeklo, že nad námi je "řidší vzduch". Ztráty způsobené absorpcí v přízemní vrstvě D se tím minimalizují, protože signál ji rychle opustí, místo toho, aby se v ní jako "v mlze na dálnici" brodil. I když signál urazí celkově přes 500km, doletí k protistanici silnější, než o kolik by zeslábl při přízemní vlně na trase pouhých 80 km. To všechno hraje v náš prospěch. Pak ke spojení stačí i výkony nižší než 100 wattů a obyčejné "drátové" antény.

Trasa signálu při spojení technologií NVIS:
(kliknutím zvětšit)

Hlavní přednosti NVIS technologie:
Umožňuje přímé spojení dvou a více stanic (bez další podpůrné infrastruktury třetí strany, jako jsou převaděče aj.)
a to i na místa skrytá za vysokými terénními překážkami (kam se signál ručních radiostanic nedostane)
To všechno jsou vlastnosti, díky kterým je spojová technologie NVIS mimořádně vhodná pro použití v krizových situacích. A proto nás bude detailně zajímat.

Pokud si zadáte heslo NVIS do Wikipedie, dočtete se něco v tom smyslu, že:
- umožňuje spojení na vzdálenosti 0 až 650km bez hluchých míst
- je to sice klasická, ale stále důležitá strategická spojová technologie pro armádu
- nejspolehlivější frekvenční rozsah pro komunikaci je 1,8 až 8 MHz, nad 8 MHZ se pravděpodobnost úspěchu začíná snižovat
- použitelná frekvence je dána místními ionosférickými podmínkami, které mají silnou závislost na geografické poloze. Optimální frekvence NVIS mají tendenci být vyšší k tropům a nižší k arktickým regionům. Jsou také vyšší během let vysoké aktivity slunečních skvrn.
- vysílání využívá tropická vysílací pásma mezi 2,3 a 5,06 MHz a mezinárodní vysílací pásma mezi 3,9 a 6,2 MHz. Vojenská komunikace NVIS probíhá většinou na 2–4 MHz v noci a na 5–7 MHz za denního světla. Používaná radioamatérská pásma ve středních šířkách jsou 3,5 MHz v noci a 7 MHz za denního světla, s experimentálním využitím frekvencí 5 MHz. Během zimních nocí na konci cyklu slunečních skvrn může být vyžadováno pásmo 1,8 MHz.
.
...a tak dále a tak dále.

Problém výše uvedených informací je v tom, že jsou sice pravdivé, ale pro naše praktické použití příliš obecné. Stejné je to i s většinou jiných článků a návodů, které na internetu k tématu NVIS najdete. Největší potíž nastává, pokud čerpáte z amerických zdrojů. Nejčastější použití NVIS v americkém civilním sektoru se odehrává při spolupráci tamních radioamatérů s Červeným křížem při řešení krizových situací během hurikánové sezóny. Z geografického hlediska se jedná o oblasti pobřeží Mexického zálivu, Floridy a jihovýchodního pobřeží Spojených států. Je to oblast blízká třicáté rovnoběžce severní zeměpisné šířky. Ale ČR leží na padesáté rovnoběžce. Vlastnosti ionosféry jsou pro různé zeměpisné šířky odlišné. Jižněji sídlícím Američanům budou lépe fungovat frekvence vyšší, zatím co u nás v ČR nižší. Proto, pokud jde o frekvence, nelze americké návody bez korekcí a úprav bezmyšlenkovitě přejímat.

[Josef]

Pro pochopení, čím se práce s technologií NVIS liší od navazování DX spojení:
Představte si, že jedete v létě na kole po rozpálené asfaltové silnici... Horký vzduch nad asfaltem před vámi se zrcadlí a leskne. Ale když přijedete na místo, kde se lesknul a koukáte se na zem, nic tam není. Vzduch se leskl jen při hodně šikmém úhlu pohledu. Při kolmém pohledu je průhledný. A místo, kde se zase leskne leží na trase kdesi v dáli před vámi - opět v místě, které s vašima očima svírá potřebný úhel.
Stejně tak se chová ionosféra pro radiové vlny (jen s tím rozdílem, že vše se odehrává ne na silnici, ale nad vašimi hlavami), když radioamatér vysílá do velkých vzdáleností pomocí vyšších frekvencí krátkých vln, blízkých kmitočtu označovaného jako MUF (maximální použitelný kmitočet, kdy ještě dojde k odrazu, zatím co při kmitočtu vyšším už signál ionosférou projde a letí dál do vesmíru). Zjednodušeně řečeno operátora zajímá, jaké jsou podmínky a odrazivost z hodně šikmého úhlu "nad obzorem" ve směru k vzdálenému cíli. Pak je spojení snadné.
Pro spojení NVIS však potřebujeme v ionosféře situaci, kdyby se ten horký vzduch na silnici choval spíš jako vodní hladina a leskl se nám pod nohama, i když se na něj budeme dívat přímo shora. Aby se ionosféra "leskla" i při této situaci, musí být vysílací kmitočet výrazně nižší než MUF. Kmitočet, při kterém bezpečně dojde i ke kolmém "zrcadlení", se označuje foF2. Pokud chceme využít technologie NVIS musíme vysílat na frekvenci "lehce nižší" (ideálně o 5%), než kolik je aktuální frekvence foF2 v místě, které se nachází přímo nad námi.
A protože kmitočet foF2 (kterému se musíme při používání NVIS podřídit) je mnohonásobně nižší než kmitočet MUF (který nám limituje vzdálená spojení), je vám asi už jasné, že veškeré tabulky, doporučené denní časy a doporučená radiová pásma, které jsou primárně zaměřená na dálkový příjem i vysílání na krátkých vlnách, jsou pro vás a technologii NVIS nepoužitelné, dokonce až zavádějící.

Musíte si umět poradit sami:
Mapku, která každých 15 minut zobrazuje aktuální stav ionosféry a barevně označuje oblasti s konkrétními hodnotami kmitočtu foF2 naleznete na stránkách https://www.sws.bom.gov.au

Ukázka mapky foF2:
(kliknutím zvětšit)

Na mapce je vidět, že směrem od rovníku k pólům hodnota foF2 klesá. Tím tedy klesá i kmitočet, který můžeme pro úspěšnou komunikaci NVIS použít. Když si na stránkách spustíte nabízenou animaci, vidíte, že barevné oblasti krouží okolo Zeměkoule v rytmu jejího otáčení, přesněji podle toho, kam dopadá sluneční záření, které vlastnosti ionosféry silně ovlivňuje.

[Josef]

Pokud si z mapek postupně vypíšete hodnoty, které v určitém období platily pro území České republiky,
můžete vytvořit graf, který zobrazuje, jak se situace během dne mění...

Graf kolísání kmitočtu foF2 nad územím ČR dne 21.7.2020:
(kliknutím zvětšit)

Legenda:
1. šedá čára = hodnoty vyčtené z mapek nad Střední Evropou
2. červená čára = celkový zprůměrovaný trend
3. modrá čára = denní doba vhodná pro použití kmitočtu 1,8 MHz,
4. zelená čára = denní doba vhodná pro použití kmitočtu 3,6 MHz

Jak je v grafu naznačeno, pokud potřebujeme udržet spojení a komunikovat po celý den, pak kvůli rozdílům mezi dením a nočním šířením musíme použít dvě různé frekvence. Protože se NVIS podmínky mění (a dopředu můžeme jen tušit jak), je zapotřebí mít vždy dohodnutou náhradní frekvenci i na druhém (nižším) pásmu, než na jakém se během dne vysílá - pro případ, že by spojení z ničeho nic přestalo fungovat. Protože jsme omezeni jen na použití radioamatérských pásem, pak (abychom se bezpečně dostali pod hodnotu foF2), můžeme v době od 7:30 do 23:00 (místního letního času) použít poměrně snadno dostupnou frekvenci okolo 3,6 MHz (pásmo 80 metrů), ale přes noc a ráno musíme pro úspěšné spojení použít kmitočet nižší - radioamatérský kmitočet okolo 1,8 MHz (pásmo 160 metrů)*. Prostě modrá a zelená čára znázorňující vysílací kmitočty by měla ležet pod tenkou šedou čárou, případně pod červenou čárou, která náhlá kolísání zprůměrovává. Rozhodně ne výrazně nad ní.

Výše citované NVIS frekvence a časy jsou odvozeny od konkrétního grafu foF2. Ale graf se mění s ročním obdobím a sluneční aktivitou. Proto okamžik, kdy bude zapotřebí přejít z jednoho pásma do druhého, se bude posouvat. Denní doba, kdy bude možné úspěšně použít frekvenci 3,6 MHz se bude od léta k podzimu zkracovat (tak, jak bude současně ubývat i denního světla) a noční i podvečerní doba s použitím frekvence 1,8 MHz (160 m) se bude naopak postupně rozšiřovat. V zimních měsících, za normální sluneční aktivity, bude frekvence 3,6MHz použitelná už jen ve dne od 8:00 do cca 15:30 (místního zimního času). Ale mohou se vyskytnout roky s tak slabou sluneční aktivitou, kdy v zimním období frekvence 3,6 MHz pořádně fungovat nebude v žádnou denní hodinu a frekvence 1,8 MHz (160 m) pak bude jediná, kterou bude možné použít - po celý den i celou noc**.

Naopak v letních měsících, zejména v období okolo letního slunovratu nebo v letech s výraznou sluneční aktivitou, se mohou vzácně vyskytnout i v našich zeměpisných šířkách během den určité hodiny, kdy bude možné pro NVIS spojení používat i radioamatérské pásmo 7 MHz (40 m). Nejčastěji je příhodná doba večer okolo 22 hodiny místního času, viz. obrázek. Ale plánovat využití kmitočtu 7 MHz v krizových situacích na území ČR a dopředu se na to spoléhat určitě nelze.

Graf kolísání kmitočtu foF2 nad územím ČR dne 28.6.2021:

Pokud máme dnes anténu schopnou vysílat jen na pásmu 80 metrů a pásmech vyšších, musíme se smířit s tím, že během noci a zejména k ránu bude nastávat období, kdy se na některé stanice ležící na území ČR prostě nedovoláte (zatím co třeba do Francie velmi snadno) a že v zimních měsících se to bude ještě zhoršovat. Krizový scénář tomu musíme přizpůsobit nebo pokud by byl takový výpadek schopnosti vysílat nepřípustný, se pokusit postavit anténu i na pásmo 160 metrů.

Poznámky:
*) Že fyzikální zákony obejít nelze, se můžete přesvědčit nejen praktickým vysíláním, ale i poslechem na scaneru nebo komunikačním přijímači, který umí SSB. Například zatím co na meteokolečku, které se v létě koná už časně ráno na pásmu 80 metrů, se stowattové stanice sotva slyší (je to pro tak vysoký kmitočet ještě příliš brzy), tak třeba při "Čarodějnickém závodě" (30.4.), který se sice odehrává na úplně stejném pásmu, ale v podvečer (kdy je pásmo 80m pro NVIS už vyhovující) se české, moravské i slovenské stanice mezi sebou slyší bravurně i s malým výkonem (např. jen 5 wattů). A proto bývalo v zimě na silvestra pirátské Rádio Bílá hora (s vysílací frekvencí 3333kHz) na našem území slyšet slaběji než v zahraničí.
**) To je poměrně nepříjemné, protože nás to v praxi nutí používat konstrukčně dlouhé antény. To je právě jeden z rozdílů oproti americkým návodům (které jsem zmínil minule), kde se nejčastěji dočtete o používání dvojice kmitočtů 3,5 a 7 MHz a antény jsou kratší.
***) Aktuální denní graf f0F2 vytvářejí v Průhonicích a zkuste si ho vyhledat či stáhnout zde.

[Josef]

Jaké požadujeme vlastnosti od antény, aby byla vhodná pro vysílání technologií NVIS:

- anténa by měla co nejvíce vysílat i "poslouchat" ve směru kolmo vzhůru. Nahoru potřebujeme směřovat maximum signálu a odtud signál od protistanice po odrazu získat. Vyzařování energie v jakémkoli jiném směru je jen neužitečná ztráta vysílané energie.

- anténa by měla být co nejméně citlivá na signály přicházející z vodorovného směru. V rovinatém terénu se může stát, že k anténě dorazí od protistanice jak signál odražený od ionosféry, tak ale současně i zbytek signálu šířící se přízemními vrstvami. Když se tyto signály na anténě potkají, mohou se rušit. Navíc radiová pásma ve spodní části krátkých vln, na kterých komunikace technologií NVIS nejčastěji probíhá, jsou často rušeny bouřkovými výboji. Protože bouřkové mraky jsou ve srovnání s ionosférou nízko, rušivý signál ze vzdálené bouřky přichází k anténě z vodorovného směru. Stejně tak z vodorovného směru přichází rušení způsobené průmyslovým zařízením. Z vodorovného směru tedy nepřichází nic užitečného, jen samé problémové věci. Pokud bude anténa "hluchá" na vodorovně přicházející signály, nebude přijímat rušení a hlavní signál přicházející s ionosféry bude čistý a dobře srozumitelný.

- anténa by měla být co množná nejjednodušší, snadno vyrobitelná a nevyžadující žádné speciální součástky. Aby ji bylo možné bez složitého měření a oživování vyrobit ve větším počtu kusů a v případě jejího poškození v krizové situaci, ji kdykoli vyrobit a postavit znovu, jen na základě rozměrového plánku a z běžných věcí, které se vyskytují v civilní sféře okolo nás.

- anténa by už sama o sobě měla mít nízkou impedanci, vhodnou pro připojení k radiostanici.
Aby ji bylo možné připojit buď napřímo ke stanici nebo sice přes anténní tuner, ale aby anténní tuner zpracovával pokud možno co nejmenší rozdíl impedancí mezi stanicí a anténou a nevznikaly zbytečné ztráty.

Většinu těchto požadavků splňují vodorovně, relativně nízko nad zemí natažené, drátové antény typu dipól nebo antény odvozené od tohoto typu.

---------------------------------------------------------------

Pozor na polarizaci !
Dovedu si představit, jak po této větě někteří DX-manni vyskočí ze židle: "Cože? Jaká polarizace! Cožpak nevíš, že ionosféra při odrazu polarizační rovinu náhodně stáčí?" Navíc většině radioamatérů, když tady celou dobu píši o vodorovných drátových anténách, se zákonitě vybaví jen a pouze polarizace horizontální, tak o čem je tu vlastně řeč?

Ano, souhlasím s prvním bodem, ale jen částečně - pokud budeme vysílat daleko a ionosféra náš signál bude odrážet kdesi daleko za obzor a pod velmi šikmým úhlem, skutečně dojde ke stočení polarizační roviny signálu. V praxi můžete vysílat na drátový dipól s horizontální polarizací a protistanice může přijímat na anténu GP se svislou polarizací, protože z původně horizontální polarizace se po odrazu stala polarizace "náhodně šikmá". Pokud ale budeme vysílat kolmo vzhůru a odraz vlny nastane po téměř kolmém dopadu, polarizační rovina se prakticky nezmění a pokud ano, stočí se jen málo. Odražená vlna se k zemi vrátí s polarizační rovinou podobně orientovanou s jakou byla vyslána.

Souhlasím i s druhým bodem. Pokud máme vodorovnou drátovou anténu, vysílá logicky v horizontální polarizaci. Jenže... Háček je v tom, z jakého stanoviště budeme polarizaci posuzovat. Nyní na chvíli zapomeňte, že stojíme nohama na zemi. Neposuzujme polarizaci z hlediska roviny vertikální či horizontální. Podívejme se na celou věc z pohledu ionosféry - pohleďme na to shora. Ano, s našimi drátovými anténami budeme vždy vysílat radiové vlny s polarizací horizontální, ale záleží v jakém směru bude anténa natažená. Pak naše polarizace může být například "severo-jižní", "východo-západní" nebo třeba "jihozápado-severovýchodní".

Má-li spojení proběhnout s minimálními ztrátami, bylo by vhodné, aby obě komunikující stanice měli své antény zeměpisně orientované v podobném směru.

Zeměpisná orientace antény udává polarizaci signálu:
(kliknutím zvětšit)

Tedy například obě ve směru východ-západ, jak ukazuje obrázek. Signál vyslaný s "východo-západní" polarizací se pak odrazí a dopadne na "východo-západně" orientovanou anténu protistanice, která ho zužitkuje lépe, než kdyby byla orientovaná "severo-jižně". Je úplně jedno, že se jedna stanice nachází v Českém Krumlově a druhá v Jeseníku. Není vůbec potřeba, aby na sebe antény mířili maximem svého vyzařovacího laloku - neděláme přeci spojení přízemní vlnou! Naopak, ideální bude, pokud na sebe budou obě antény mířit vyzařovacím minimem. Tím výhodně potlačíme přízemní vlnu, která by příjem mohla rušit. Maximum vyzařování půjde u vodorovného, nízko umístěného, dipólu vždy vzhůru - tak jak potřebujeme.

Právě tyhle drobné odlišnosti oproti DX spojení jsou "ona zákeřná specifika" při komunikaci technologií NVIS. (Samozřejmě by to chtělo udělat ještě více praktických pokusů, více objektivních měření a získat více provozních zkušeností.)

[Josef]

Správná výška dipólu pro technologii NVIS
Když se počítačovou simulací (a potvrzují to i praktické pokusy) bude měnit výška zavěšení dipólové vysílací antény nad zemí, bude se měnit i její vyzařovací diagram - tedy síla signálu šířící se z antény do různých směrů.

Vyzařovací diagram vodorovného dipólu v různých výškách nad zemí:
(kliknutím zvětšit)

Čím více je "bublina" nafouknutá směrem vzhůru, tím více se anténa hodí pro vysílání NVIS. Nejvíce směrem vzhůru, tak jak potřebujeme, vyzařuje dipól ve výšce 0,18 lambda (zelená křivka). U dipólů umístěných ještě níž, ve výšce 0,09 lambda (modrá křivka) nebo dokonce jen 0,045 lambda (červená křivka) už hodně vysílané energie pohlcuje země a tak i když je vyzařovaný směr správný, vysílaný výkon je citelně menší. U dipólů umístěných výš než optimum, např. ve výšce 0,37 lambda (oranžová křivka) vyzařování směrem vzhůru klesá, zatím co vodorovně přibývá. A když zdvihneme dipól do výšky 0,5 lambda (šedá křivka) či ještě výš, dipól přestává vyzařovat vzhůru a vysílá šikmo vodorovně při zemi. To je sice výborné na vysílání DX, protože signál letí ke vzdálenému obzoru, ale na technologii NVIS se nám to vůbec nehodí.

Výsledek po všech těchto experimentech - ideální výška vodorovného dipólu pro NVIS vysílání je 0,18 lambda nad zemí. V praxi to znamená že...

Pro frekvenci 3,6 MHz bude optimální výška antény 15 metrů nad zemí a dipól bude mít délku cca 40,5 metru.
Pro frekvenci 1,8 MHz bude optimální výška antény 30 metrů nad zemí a dipól bude mít délku cca 81 metru.

Dokážete si představit čtyřicetimetrovou drátovou anténu? Asi ano - tak dlouhou anténu přeci má většina radioamatérů, kteří dnes na krátkých vlnách vysílají. A jak ji mají vysoko? Většina ji má od 8 (modrá křivka) do 15 metrů (zelená křivka). Těch, co mají anténu výš než 15 metrů, je hodně málo - většinou jsou to radioamatéři ve městech, kteří si natáhli anténu mezi paneláky (oranžová a šedá křivka). Když to shrneme, můžeme říci, že vlastně většina radioamatérů používá při vysílání na frekvenci 3,6 MHz anténu, která (aniž by to nějak předem plánovali) splňuje parametry i pro vysílání NVIS technologií. V předchozích příspěvcích jsem už stavbu domácí dipólové antény popsal. V přírodním terénu si můžete pro frekvenci 3,6 MHz nejsnáze postavit anténu invertované-V. Anténa to je jednoduchá a pro NVIS technologii velmi spolehlivá. Takže jediné co si musíte pro úspěšné spojení pohlídat je foF2 a podle toho zvolit správný vysílací čas.

Co ale anténa na 1,8 MHz? Délka přes 80 metrů, výška 30 metrů? To je pro praktické použití přeci jen trochu velké sousto. Dokážete si představit, že budete v krizové situaci, v kdoví jak drsných povětrnostních podmínkách stavět dva stožáry vysoké - každý 30 metrů a natahovat přes 80 metrů dlouhou anténu? To je mimo realitu! Musíme najít způsob, jak to "ošidit". Jak stavět antény nižší a kratší - ale tak, aby neztratily své dobré parametry.

[Josef]

Velmi nízko zavěšená anténa
Co se stane, když nám situaci komplikuje silný vítr, námraza, nemáme vhodné podpěry, nechceme aby anténa budila pozornost apod. Když nemůžeme anténu natáhnout v optimální výšce, ale musíme ji dát výrazně níž? Porovnejme si měření se standardní "normálně vysokou" anténou typu invertované-V (modrá křivka na diagramu).

Vyzařovací diagram tří různých antén:
(kliknutím zvětšit)

Jakmile dáme anténu nízko k zemi, anténa bude sice stále vyzařovat vzhůru, ale velké množství energie pohltí zem pod ní (protože je blízko, je vlhká a VF proudy, které se v ní indukují se mění na teplo). Anténa bude vysílat výrazně slaběji (červená křivka) a i pro příjem se bude tvářit "nahluchleji". To první nám vadí hodně, protože vyzáříme málo signálu a protistanice nás bude slyšet špatně. To druhé na první pohled také nevypadá dobře. Co s "nahluchlou anténou"?! Ale v praxi se ukazuje, že mírná "nahluchlost" nevadí. Sice klesne síla signálu od naší protistanice, ale současně klesne i radiový šum a cizí rušení. Čitelnost a srozumitelnost zprávy zůstává zachována. Takže to nemusíme řešit a můžeme se soustředit jen na hledání způsobu, jak zabránit hlíně pod anténou pohlcovat náš signál.
Aby nám zem pod anténou signál nepohlcovala, nesmíme ho k ní pustit. Když pod anténu (přímo na zem nebo kousek nad ni) natáhneme několik měděných drátů, které budou o kousek delší než anténa, budou pro vysílaný signál "neprůchodné"*. Signál se o ně odrazí zpět, jako o zrcadlo. To je pro nás velmi prospěšná služba. Signál se nedostane pod dráty, takže země jej už nemůže pohltit. Dráty odražený signál zamíří vzhůru stejně, jako hlavní signál z antény. Vyzařování antény se výrazně zlepší (zelená křivka). I když je anténa velmi nízko, funguje skoro stejně dobře, jako kdyby byla v normální (optimální) výšce.

*) Mají-li dráty fungovat jako zrcadlo reflektoru, musí REZONOVAT a nic jejich rezonanci nesmí tlumit. Nesmí být se zemí vodivě spojené! Leží-li volně na zemi, jsou z izolovaného drátu. Jsou-li holé, musejí být napnuté na izolátorech těsně nad zemí.

Snížíme-li výrazně výšku dipólu nad zemí, sníží se i jeho vstupní impedance v místě, kde je k němu připojený koaxiál. Z původní hodnoty okolo 75 ohmů u vysoko zavěšeného dipólu klesne impedance u nízkého dipólu až čtyřikrát. Připojit takovou anténu na kabel o impedanci 50 ohmů nám bude vytvářet nepřizpůsobení, ztráty. A to i když se vše pokusíme dodatečně "doladit" anténním tunerem před radiostanicí, aby bylo dobré SWR. Pokud však místo obyčejného otevřeného dipólu natáhneme antény dvoudrátově - jako tzv. dipól složený (smyčka podobného tvaru jako u staré televizní antény), nevhodně nízká impedance se tím zečtyřnásobí a bude pro naše použití mnohem příznivější.

Uspořádání NVIS antény s tzv. "skládaným" (smyčkovým) dipólem a se sítí reflektorů:
(kliknutím zvětšit)

Obrázek zobrazuje anténu samostatně stojící ve volném prostoru, ale nic nebrání ji natáhnout mezi dvěma nižšími budovami (v krajním případě lze dráty i zaasfaltovat do plochy nádvoří) nebo ji naopak postavit přímo na ploché střeše paneláku. Anténa může být "obklíčená" budovami nebo stát na pozemku v úzkém údolí. Neovlivňuje ji podloží, takže má stále stejné parametry, i když je půda pod ní vyprahlá nebo naopak nasáklá po dešti. Dovoláte se s ní i ze dna propasti Macocha nebo lomu Velká Amerika. Pro dobrou funkci potřebuje jediné (to co každá NVIS anténa) - "volné nebe nad hlavou".