Neobvyklá pozorování na 144 MHz pásmu

“Abnormální odrazy od polární záře" sledované na radioamatérských pásmech

Volker Grassmann, DF5AI

November 10, 2002

volný překlad OK1VPZ 2.prosince 2002

Úvod

Radioamatéři zasílají zprávy o pozorování neobvyklých aurorální spojení, které nemohou být vysvětlena v mezích teorie ideálního  statického radarového pozorování, které se obvykle aplikuje při amatérských spojeních odrazem od polární záře. Tento článek  hodnotí informace  Olivera (DL1EJA), zaslané  emailem, uvedené dole k analýze jeho aurorálních QSO s Peterem SM2CEW na severu Švédska. Jsou zde uvedeny důkazy o tom, že jejich pozorování mohou být vyložena jako odrazy od polární záře, která odporují ideální geometrii odrazů při běžném radiovém šíření. Tento zajímavý fenomén je již znám při použití ionosférických radarových systémů velmi vysokého výkonu, ale v radioamatérských podmínkách byl nyní pozorován poprvé.

Email od Olivera, DL1EJA, 5 a 7 listopadu 2002

Ahoj Volkere,

 

Četl jsem tvůj článek o (kombinaci) polární záře a FAI s velkým zájmem. Tvé výpočty jsou v souladu s mým pozorováním téměř při každém spojení, které jsem udělal během posledních 10-ti letech, ale jsou zde také některá QSO do oblasti SM3/OH a speciálně s  SM2CEW, která nemohou být tímto algoritmem vysvětlena. Diskutoval jsem o tom s Petrem  SM2CEW, po dokončení aurorálního QSO a on mi řekl. že to byla opravdové spojení odrazem od polární záře v azimutu 250°na jeho straně, přičemž odrazy na mé straně přicházely z QTF  5-10°. Odrazné místo tedy bylo někde okolo lokátoru JP43. Hovořil jsem o tom také s dalšími hamy, jako jsou SM5BSZ, SM4IVE a také oni došli ke stejnému závěru, že na jejich straně byla pozorována cesta ke spojenípři směrování v rozsahu mezi 240-270° až  90-120° (tedy na jih).

 

Oliver, DL1EJA (JO31DS)

Spojení odrazem od polární záře mezi  JO31 a KP15

Při použití programu  BeamFinder analysis  [2], oblast Evropy, dosažitelná  odrazem od polární záře ve výšce 110 km a spočítaná pro zeměpisné umístění DL1EJA je na obrázku 4. Tato analýza odpovídá odkazům  [3] a [4], a ukazuje DX poloměr dosažitelný odrazy od této polární záře ze čtverce JO31.  Obrázek ukazuje, že spojení mezi JO31 a severním Švédskem je nemožné, neboť, jak vidíte, modrá oblast možných odrazů sice pokrývá jižní Švédsko, ale vylučuje severní Skandinávii.

Ze čtverce KP, pozemská komunikace související s odrazy od polární záře je celkově nemožná. Jev, který ji vylučuje, je detailně diskutován v odkazech [3] a [4]. Je to proto, že ze  čtverec KP15 postrádá možnost dx spojení odrazem od polární záře z toho důvodu, že leží asi 200 km severněji od oblasti, kde je spojení takovým způsobem možné, jak je vidět na obrázku 7 v  [3] a [4].

Tedy spojení odrazem od polární záře mezi  JO31 a KP15 je nemožné, resp.  DL1EJA a SM2CEW nemohli navázat  QSO via Aurora. Ale nicméně, oni takové spojení udělali, a to dokonce vícekrát. Pokud vezmeme v úvahu směrování  Oliverovy a  Peterovy antény, můžeme určit jejich společné místo odrazu ve čtverci JP nad územím Norska, jak je ukázáno na obrázku 2.

Geometrie ideálního odrazu od polární záře

Geometrie aurorálních a FAI odrazů radiových vln je diskutována v materiálech [1], [3] a [4]. Obrázek 5 znázorňuje geometrii odrazů v tak zvaném bistatickém radarovém případě.  Vlnový vektor k_tx je vyslán od vysílače do místa odrazu a vlnový vektor k_rx je směrován z místa odrazu k přijímači.. Zanedbáme-li dopplerův posun, vlny mají stejnou délku, ale samozřejmě rozdílný směr. Při odrazech od polární záře a FAI  rozdíl mezi směrem vektorů  k_tx - k_rx je směrován kolmo k rovině magnetického pole, procházející místem odrazu.

Síla pole odražených radiových vln se výrazně zmenšuje, pokud se směr elektromagnetické vlny odchyluje od normálního směru, popsaného nahoře. Proto amatérská komunikace odrazem od polární záře odpovídá teorii ideálního bistatického radarového případu, protože dokonce i  amatérské vysílače velmi vysokého výkonu nemohou kompenzovat výkonovou degradaci odražené radiové vlny, pokud by se tato vlna měla odrážet mimo normální místo odrazu, jak je vidět na obrázku 6.

Abnormální QSO odrazem od polární záře - (Off-normal Auroral scattering =ONA)

INa obrázku 7, červené křivky naznačují dosah viditelnosti vrstvy E (110 km) od DL1EJA a SM2CEW. Můžeme tedy usoudit, že jakékoli spojení odrazem mezi JO31 a KP15 pochází z místa uvnitř odpovídající oblasti přesahu.

Naštěstí, grafický interface programu  BeamFinder umožňuje uživateli měnit úhel odrazu pro analýzu FAI, jak je vidět v příloze. Při empirickém nastavení tohoto parametru bylo nalezeno místo, které by vskutku mohlo  podporovat předpoklad aurorální komunikace mezi  DL1EJA a SM2CEW, jak  je znázorněno zelenými tečkami na obrázku 7. Při porovnání s výsledky na obrázku 2, zeměpisná pozice místa odrazu také odpovídá společnému místu odrazu, jak bylo zjištěno ze směrování antén obou stanic.

Pokud jsme tedy určili odrazné místo, výpočet může být otočen ke zjištění odpovídající oblasti, která by se mohla stát cílem DX komunikace. Modré křížky na obr.7 ukazují dva  význačné oblasti, tedy pásmo rozšiřující se na obě strany z jižního Norska, poskytující DX příležitosti pro  DL1EJA a také přibližně kruhová oblast od Welsu do Německa, která by mohla představovat potenciální DX cíle pro SM2CEW.

Celkový dosah možných ONA 

Modifikoval jsem software BeamFinder, aby spočítal dx dosah pro abnormální odrazy podobné obrázkům uvedeným v [3], [4] a obrázku 4.

Překvapující výsledky jsou zobrazeny na obrázku 8. Pro srovnání s "běžnými" aurorálními spojeními (pro úhel 90°uvedený na obr. 8 nahoře) ONA výrazně zlepšuje dosah možných aurorálních spojení. Například, radioamatéři v západním Německu (JO31 square) mohou navázat spojení odrazem od polární záře do oblasti SM3 a SM2, Finska a dokonce až na jižní pobřeží Islandu, jak je vidět na obrázku s úhlem  77.5 °.

Ze severního Švédska (SM2), je ONA  jediný možný aurorální způsob komunikace, protože "běžné" odrazy od polární záře jsou zde nemožné.

Diskuse

V principu, spojení  pomocí odrazů od polární záře odpovídají při amatérské radiové komunikaci ideálnímu modelu geometrie radiových odrazů.  Ovšem, takový model  nemůže vysvětlit existenci neobvyklých aurorálních QSO. To je důkaz, že tyto neobvyklá aurorální QSO můžou být vykládána jako nenormální šíření odrazem od polární záře (ONA) *).

Pokud zahrneme  ONA v úvahu, můžeme shrnout:

• ONA předpovídají existenci míst odrazů v situacích, pro které běžný model šíření nemůže poskytnout žádné vysvětlení
• zeměpisná pozice místa odrazu odpovídá oblasti, kde je při směrování antén takové místo nalezeno, jak je vidět na obr. 2 a 7
• ONA předpovídá možnost  dálkových QSO  s využitím  aurorálních odrazů na 144 MHz ze západního Německa (JO31) do SM3, SM2 a OH, která nejsou uskutečnitelná podle běžného aurorálního modelu - viz obr. 7 and 8
• ONA předpovídá možnost DX QSO na 144 MHz ze severního Švédska (SM2) do západního Německa, Holandska a Velké Británie, která jsou rovněž nemožná v případě aplikace běžných aurorálních modelů. viz obr. 7 a 8
• ONA vysvětluje azimutální rozsah směrování DX stanic, pracujících  ze severní Skandinávie, jak je uvedeno v Oliverově emailu (QTF 240-270 ° a 90-120° ") a "vymazání jižních azimutů na dolním pravém panelu obr.8

Na druhé straně, tato zjištění jsou překvapující z geofyzikálního pohledu, protože takové nenormální odrazy, jak se dosud věřilo, vylučovaly využití ze strany amatérské radiové komunikace. Můžeme tedy předpokládat, že taková ONA spojení budou doménou vysoce sofistikovaných amatérských radiových stanic, vybavených anténami s vysokým ziskem a s vysokým výkonem vysílače. Můžeme také spekulovat, že tyto abnormální  odrazy nemusí být omezeny jen na polární ionosféru, a tedy možný objev takových abnormálních FAI odrazů (ONF) ve středních šířkách je také velmi pravděpodobný.

Nejdříve se autor zdráhal publikovat tyto "syrové"  objevy, protože dosud nemáme dostatečný počet pozorování, která by mohla ověřit tyto závěry a protože to bylo první použití programu  BeamFinder pro analýzu abnormálních odrazů. Autor tedy nejprve čekal na další podobná pozorování dalších radioamatérů a použití dalších zpráv, aby otestoval výpočetní nástroje.  Ovšem, taková pozorování neobvyklých aurorálních spojení jsou raritní v radioamatérské společnosti a proto jsem se rozhodl napsat tento článek ve víře, že větší počet radioamatérů se osmělí začít zkoumat tento zajímavý fenomén.

*) Upozorňuji, že termín "běžný" je užit v matematickém smyslu (kolmý), t.j. abnormální znamená nekolmý směr rozdílu vlnových vektorů vůči magnetickému poli. Ovšem, "běžný" také  znamená typický, normální, nebo předpokládaný. Tedy můj termín abnormální odrazy může znamenat oba možné jevy, tedy buď "nekolmé" odrazy (při kterých úhel  dopadu neodpovídá úhlu odrazu), nebo jiná, neočekávaná  příčina takového druhu šíření.

Příloha

Analýza ONA při použití  programu  BeamFinder

Pro použití SW BeamFinder  v abnormálních analýze radiových odrazů, vyberte v menu Preferences...  menu  Edit . V dialogovém boxu klikněte na sekci Models a táhněte horní šipkou do levé pozice, která je označena "relaxed"  - viz obr. 9.

Poznámka pro uživatele  BeamFinder verse 1.x.x: ONA analýza je omezena na křivky odrazů Scatter curve...v menu RadioProp  BeamFinderu. Ve verzích vyšších, než 1.x.x,  také Backscatter locations... a Dx range...  podporují možnost analýzy ONA.

Tento článek je zveřejněn na webových stránkách OK2KKW s laskavým souhlasem autora.

From: http://www.df5ai.net