Uitgezonden op 20 oktober 2016

Deel 7
Het propagatie-onderwerp ging gisteren onder meer over het meten aan de ionosfeer dat vaak gebeurt met een zogenaamde ionosonde, een soort kortegolfradar, dat recht omhoog golven tegen de lagen in de ionosfeer laat botsen.

Tegenwoordig wordt naast de ionosonde ook vaak een systeem gebruikt waarbij zender en ontvanger op een afstand uit elkaar staan waarbij ze schuin omhoog stralen. Dit type sounder kan de propagatie meten op een specifiek traject, en kan daarbij verschillende mode’s van propagatie in de ionosfeer zichtbaar maken zodat deze bestudeerd kunnen worden.

Er bestaan daarnaast nog zogenaamde backscatter sounders. Hierbij wordt een signaal over de horizon gestuurd, en dan wordt daarbij gekeken of het signaal terugkeert. Zender en ontvanger hoeven daarbij niet op dezelfde plaats te staan.

Een over-the-horizon-radar zoals de oude woodpecker en modernere versies daarvan zijn ook backscatter sounders, zij het met een enigszins ander doel dan propagatie-onderzoek.

De ionosfieer is overigens niet bepaald een stabiel medium. Zoals amateurs ook weten, het is niet gegarandeerd dat een verbinding op een bepaald tijdstip  lukt, ook al is er een voorspeling van een goede propagatie voor zo’n verbinding. En een kwartier of een half uur later kan het allemaal alweer heel anders zijn.

Behalve een bepaalde instabiliteit die er ook altijd in aanwezig is, varieert de ionosfeer, zoals ook al eerder aangehaald met de cyclus van de zonnevlekken, met de seizoenen en ook met de tijd van de dag.

Deel 8
Het onderwerp over ionsoferische propagatie ging gisteren onder andere over de variaties die de ionosfeer kent.

De zon gaat telkens door een periode van toename en dan weer afname in de activiteit. Dit heeft invloed op de communicatie op de kortegolf.

Een zonnecyclus, waarvan we voor het gemak zeggen dat hij 11 jaar duurt, varieert in werkelijkheid in lengte tussen 9 en 14 jaar. 11 jaar is een gemiddelde.

Bij het zonnevlekkenminimum worden alleen de laagste amateurbanden op HF door de ionsofeer gereflecteerd, terwijl bij het maximum frequenties tot aan 30 MHz of hoger worden gereflecteerd.

Dit is een rechtstreeks gevolg van een grotere hoeveelheid straling vanuit de zon bij het zonnevlekkenmaximum, wat direct resulteert in meer vrije elektronen in de ionosfeer.

Er zijn nog meer gevolgen van de variatie in zonneaciviteit. Zonnevlammen, dat wil zeggen enorme explosies op de zon, die met name een gevolg hebben voor de absorberende D-laag zijn bij het zonnevlekkenmaximum bijvoorbeeld veel waarschijnlijker. Tijdens zo’n uitbarsting op de zon kan na enige tijd het verkeer op de kortegolf grotendeels stil vallen. Dat is overigens alleen bij afstanden die via gebieden waar het dag is het geval, omdat de D-laag sowieso alleen overdag aanwezig is.

Deel 9
Het propagatie-onderwerp werd gisteren besloten met de zonnevlammen die met name bij het zonnevlekkenmaximum soms de D-laag zeer versterken, waarna het verkeer op HF grotendeels kan stilvallen.

Een dergelijk fenomeen wordt overigens in het Engels een short-wave fade-out genoemd.

Fade-outs gebeuren plotseling en hebben het grootste effect op de lagere kortegolffrequenties. Het kan als je vermoedt dat je te maken hebt met een fade-out dus zinnig zijn om op een hogere band te gaan zitten waar communicatie dan nog wèl mogelijk is.

De tijdsduur van zo’n fade-out varieert tussen slechts 10 minuten en enkele uren, dit afhankelijk van de sterkte van de zonnevlam.

De seizoenen hebben ook een grote invloed op de propagatie. De E-laag bijvoorbeeld is vaak sterker aanwezig in de zomer dan in de winter. De variaties in de F laag of lagen zijn gecompliceerder. Op de beide halfronden worden de hoogste frequenties gereflecteerd in het midden van het voorjaar of het najaar, in maart dus en september. Die frequenties zijn hoger dan die in de zomer of de winter.

Dit geldt overigens zowel in het zonnevlekkenminimum als in het maximum. Gereflecteerde frequenties zijn daarnaast in de winter ook nog weer hoger dan in de zomer.

Daarnaast zijn er geografische verschillen, bijv. hoe noordelijker je op het noordelijk halfrond zit, en hoe zuidelijker op het zuidelijk halfrond.

Uitgezonden op 19 oktober 2016

Deel 5
Eergisteren ging het over de verschillende lagen, waarvan de F2-laag de belangrijkste is, omdat die er altijd is, hij is de hoogste en reflecteert ook de hoogste frequenties.

Verder is de D-laag een laag die niet reflecteert, maar wel heel belangrijk is, omdat hij er bijvoorbeeld overdag op de lagere banden voor zorgt, dat het maximale bereik nogal gereduceerd wordt.

De vrije elektronen ¨leven¨ in de F2-laag het langst. Dat is ook de reden waarom deze laag ook ’s nachts van betekenis blijft.

In de E-laag blijven atomen en moleculen het kortst geïoniseerd, cq. leven de vrije elektronen, eenmaal ontstaan, het kortst. Dat is daar slechts 20 seconden, in de F1-laag is dat één minuut en in de F2-laag is dat 20 minuten.

Bij beschouwingen over propagatie wordt vaak de F1-laag weggelaten, omdat deze er niet altijd is, en vaak versmelt in de F2-laag. Daarom wordt vaak gesproken over een F-laag, maar in dat geval wordt eigenlijk de F2-laag, al dan niet versmolten met de F1-laag bedoeld.

Het is de straling van de zon die het proces van ionisatie in de lagen van de ionosfeeer veroorzaakt. Elektronen worden vrije elektronen waneer de straling van de zon ongeladen atomen en moleculen raakt.

Omdat er bij dit proces dus zonlicht nodig is, vindt de aanmaak van vrije elektronen alleen plaats, daar waar dit zonlicht aanwezig is.

Deel 6
In het onderwerp over kortegolfpropagatie gingen we gisteren onder andere in op het feit dat het het licht van de zon is dat ervoor zorgt, dat via ionisatie van moleculen en atomen er vrije elektronen in de ionosfeer terechtkomen die wij op hf kunnen gebruiken om grote afstanden te overbruggen.

Na verloop van bepaalde tijd, het kortst in de lagere lagen in de ionosfeer, het langst in de hogere, verdwijnen de vrije elektronen weer. Dit proces van het verlies van vrije elektronen is een proces dat zowel gebeurt bij aanwezigheid van zonlicht als wanneer dat licht afwezig is. Wat er dan gebeurt is dat de elektronen terugkeren bij een geioniseerd molecuul, dat daarmee opnieuw neutraal wordt, dat wil zeggen. opnieuw niet-geioniseerd.

Voor radiocommunicatie is de belangrijkste eigenschap van de ionosfeer de mogelijkheid om signalen te reflecteren, cq. af te buigen.

Deze mogelijkheid om de golven te reflecteren varieert met de frequentie van het betreffende signaal. En het werkt ook alleen voor bepaalde frequenties, waarbij het ook weer verschilt over de tijd gezien.

Om vast te stellen hoe de ionosfeer deze signalen reflecteert zijn verschillende methoden bedacht. Het meest gebruikte instrument hiervoor is echter een ionosonde. Dit is een soort van HF-radar, dat zeer korte pulsen met radiogolven recht naar boven straalt, de ionosfeer in. Wanneer de frequentie niet te hoog is, komt het signaal vanuit de ionosfeer terug naar aarde. De ionosonde legt hierbij de tijdsduur vast die de signalen erover doen om naar aarde terug te komen met de frequentie waarmee op dat moment werd gemeten.

Deze serie over propagatie is oorspronkelijk uitgezonden vanaf 23 februari 2015. Voor de nieuwe serie zijn de afleveringen, oorspronkelijk max. 01:30 minuut lang, gecombineerd tot langere afleveringen. De bedoeling is om de afleveringen dit keer tegelijk ook op www.pa0ete.nl te publiceren.

Delen 1, 2, 3, 4 zijn uitgezonden op 18 oktober 2016, de nieuwe hoofdstuk-indeling van de serie is in Romeinse cijfers.

Deel 1
In een gebied tussen 50 km hoog en meer dan 500 km hoog zijn de meeste moleculen van de atmosfeer door de straling van de zon geïoniseerd. Dit stuk van de aardatmosfeer wordt gewoonlijk aangeduid met ionosfeer. Het zijn de luchtlagen waar de propagatie op de kortegolf gewoonlijk zijn oorspron vindt.

Ionisatie is een proces waarbij elektronen die negatief zijn geladen, worden verwijderd van neutraal geladen atomen of moleculen, waardoor deze atomen en moleculen dus als positief geladen ionen achterblijven en er sprake is van vrije elektronen.

Het zijn deze ionen waar de ionosfeer dus naar is genoemd. Het belangrijkst hierbij zijn echter de veel lichtere en vrijelijk bewegende elektronen die belangrijk zijn in termen van de propagatie op de kortegolf.

De vrije elektronen in de ionosfeer zorgen ervoor dat de radiogolven op de kortegolf worden afgebogen, en zo eventueel terug worden gestuurd naar de aarde. Daarbij geldt, hoe groter de dichtheid van die elektronen, hoe hogere frequenties worden er nog gereflecteerd of afgebogen.

Deel 2
Gisteren kwam de ionosfeer aanbod en de vrije elektronen daar.

Overdag bestaat die ionsofeer dus vaak uit vier verschillende lagen, met elk hun specifieke eigenschappen.

Het laagst is de zogenoaamde D-laag, die bevindt zich tussen 50 en 90 km.  Iets hoger zit de E-laag, tussen 90 en 140 km hoog . Daarboven weer de F1-laag 140 tm 210 km en de F2-laag boven de 210 km.

Ter referentie: de ionosfeer begint bij 50 km hoog de maximale hoogte waarop een concorde kon vliegen was ruim 18 km, de ballon van de ballonvossenjacht komt als ik het goed heb tot ongv 34 km hoog.

Deel 3
Wat propagatie betreft, ging het gisteren over de vier lagen waar de ionsosfeer in was ingedeeld, de D-laag, met daarboven de E-laag en dan de F1 en F2-laag, alle vanaf 50 km hoogte.

De meeste mensen zullen bekend zijn met de 11-jaarlijkse variatie in de zonneactiviteit, de zogenaamde zonnevlekkencyclus.

Op bepaalde tijden tijdens die zonnevlekkencyclus zal de F1-laag, de op één na hoogste laag, niet te onderscheiden zijn van de hogere F2-laag. De twee vloeien dan als het ware in elkaar over en vormen een tamelijk homogene F-laag.

Niet alleen tijdens de zonnevlekkencyclus varieert de zonne-activiteit, ook is er een verschil tussen zomer en winter en de tijd van de dag.

’s Nachts verdwijnen de vrije elektronen in de D, de E, en de F1-laag grotendeels. Dan blijft de F2-laag alleen nog over.

Omdat dat de hoogste laag is, verklaart dat het effect van de propagatie over grotere afstanden ’s nachts grotendeels.

Deel 4
Wat de propagatie betreft had ik het gisteren over de eigenschappen van de verschillende lagen, en dat op de zich boven de 210 km bevindende F2-laag na, ’s nachts de andere lagen gewoonlijk verdwijnen. Alleen de F2-laag is er dan nog, en mede vanwege de hoogte zijn de afstanden dan ook heel behoorlijk.

Het zijn verder trouwens ook alleen de E, de F1 en F2-lagen die de golven reflecteren.

Dat betekent niet dat de D-laag, die dus geen signalen reflecteert onbelangrijk is, integendeel. De D-laag buigt de signalen dan wel niet terug naar aarde, de D-laag  verzwakt of absorbeert de golven wel degelijk. Ga je recht omhoog dan valt dat nog mee, maar richting horizon ga je schuin door een groter deel van die laag. Dat zorgt er bijvoorbeeld voor dat je overdag op 80 meter en in mindere mate 40 meter niet zo makkelijk DX kunt werken.

De F2-laag, die hoogste, dus is echter wel de belangrijkste voor de propagatie op HF. De redenen daarvan zijn:

– ten eerste de F2-laag is 24 uur per dag aanwezig

– ten tweede het is de hoogste laag, en dat geeft ook de grootste afstanden

– de derde is een belangrijke: de F2-laag reflecteert van alle lagen ook de hoogste frequenties in het HF bereik.

Bronvermelding: het propagatie-onderwerp is losjes gebaseerd op ‘Introduction To HF Radio Propagation’ van IPS Radio and Space Services van de Australian Government. Andere gebruikte bronnen (onder andere): Wikipedia in verschillende talen, Rothammel en verschillende ARRL-publicaties.