夏天到了!来认识VHF波段的迷人特性!

在学习A类习题的过程中,我们会认识到一些典型的波段与其传播的特征,比如HF波段的电波最显著的特征就是能够被电离层部分折射,完成更远距离的通联,而VHF、UHF波段的电波则通常被认为是“视距波”,沿直线传播。这些特征会在我们的脑海中形成各种各样的记忆模型并通过考试复习的方式记忆下来。

 

 

但凡事皆有例外,所有的模型只在某个特定的范围内成立,而现实中存在的种种例外正是大自然的神奇之处。就像英国的统计学家乔治·博克斯所说的那样“一切被抽象化的模型都存在着各种各样的问题,但大部分模型都有着部分可取之处”。今天我们就来看一下,在我们知识体系中的VHF波段,其“特殊之处”是怎样让业余无线电爱好者痴狂的。

 

50-54业余

广播

固定

移动

5.162A   CHN4   CHN8



144-146

业余

卫星业务

【无线电定位】

【航空移动(OR)】


146-148

业余

固定

移动

【无线电定位】

 

VHF(超短波或甚高频,这两个名字一个描述波长、而另一个则描述频率)波段,指的是无线电频谱中位于30MHz~300MHz的这一部分。由于其波长范围为1~10米,因此又被称作米波。在大部分情况下,电离层的电离粒子浓度都不足以直接将该波段的电波折射并反射回地面,因此我们习惯上将其视为视距波。在这个频段内,我国所在的IARU 3区对其有着6米波段(50~54MHz)、2米波段(144~148MHz)两段共8MHz的划分,供业余无线电爱好者使用。

 

而除了普通的本地VHF FM直频和中继通联以外,在这些波段上常见的通联玩法还有业余卫星、流星余迹通信、极光通信、月面反射以及各种各样的远距离通信等等。而能够承载这些业余业务的前提就在于它们所存在的各种各样的传播特性。

 

WA6PY 2×20 Ele 2m Band Yagi Stack

 

首先我们来看一下视距波的情况。正如人的视力所及范围一样,以直线传播的电波也有着相似的情况,沿直线传播的电波也有着自己的传播极限,我们称这个极限为电波视距。而平常我们常说的:高度决定距离正是通过提高高度,从而增加电波视距的方式完成的。

 

 

虽然这个数值能够通过计算得到,但在实际通联中,常常会遇到达不到这个数值或超过这个数值的情况——这是因为,电波在遇到不同介质的表面的时候(比如水面,建筑或是其他障碍物),会产生反射,增强或衰弱电波的强度。当你急需和某个处于视距边缘的电台通联时,增加功率或采用指向性天线是你最好的选择——可能这时候你和他之间的信号是通过其他障碍物反射传播的。切换为其他对信噪比要求不高的模式可能也是一种好选择。

 

在这张图中,展示了由于山峰导致的尖峰散射效应(来自Campbell Sci)

 

接下来,该谈到最吸引人的部分:远距离传播了。将铅笔插入盛有水的玻璃杯中,从外边看到的铅笔就会变得像是被折断了一样。而电波在大气中传播也遵循相同的规律。对于VHF波段的电波来说,也有着多种大气结构能够使得电波发生多次折射,从而使得原本不能通联的两个VHF台站完成通联。一般来说,最常见的两种特殊传播是对流层波导和突发E电离层。

 

突发E电离层

 

即使你不参与VHF DX通联,这个词你也绝不会陌生:有时候,10米波段的突发E电离层也会产生,并带来意想不到的通联体验。很多文献将这种传播的“元凶”形容为在E电离层低层所产生的,一小团高度电离化的“离子云”。电波借助这团离子发生反射,实现通联。在它发生的时候,双方电台都能够以较小的功率完成效果很好的通联,以这种模式完成的通联,其通联距离一般为800~2200km。

 

 

一般产生这种现象时,从10米波段到2米波段都会产生传播的机会,而其中就覆盖了FM广播的频段。当在收音机中听到来自远方的FM电台时,就说明这种现象产生了。相对的,低波段的传播机会要比高波段的传播机会要多,所以10米和6米的开通机会就要多于FM广播和2米。其开通展现出明显的季节特征,一般是盛夏至初秋,以及冬天的某些时段。

 

对流层波导

 

海市蜃楼现象,同样是由于大气温度差所导致的光学折射现象

 

有些时候,当大气层中某一部分相对于周围的其他部分产生了反向的升温时,两者之间的温差就像是水杯中的水一样能够对无线电波产生折射的效果。而这一效果的结果就是对流层波导。相比于大家所熟知的突发E电离层,这种现象其实更为常见——在冷锋与暖气团冲突、海岸线上空暖气团与冷气团融合的边界线上都有很大几率产生这样的现象。在这种情况下,其通联距离最大可为1300km左右,并随着大气波导的长度而改变——在水面上产生的大气波导甚至可以长至几千公里。而当大气作用剧烈时,双方的信号同样可以非常稳定,且波段开通时间更长。

 

 

一般来说,发生这样的对流层波导的季节同样为夏秋两季,温度变化大、大气活动剧烈的地方更是非常容易产生。这就使其很难与突发E电离层进行明显的区分。不过它的独特特点是持续时间长且衰落相对较慢。在笔者这里,夏日每天对JA的动辄几小时、甚至全天的稳定传播大概率便是对流层波导的效果。

 

除了上述两种传播以外,在赤道地区还有着赤道共轭E层传播。不过考虑到我国国土范围,这种传播便不进行具体的描述。这是一种从初春开始,几乎一直持续到初冬的传播,多在当地每天正午产生。

 

一张极光现象预测图

 

除此之外,还有两种借助其他载体的特殊传播值得一提,它们是流星余迹通信和极光通信。提及道理,两者有着类似之处:都是通过电离出的粒子来实现对电波的反射的,流星余迹通信使用的是流星所划出的电离气体余迹,而极光通信则是使用太阳风在大气中电离出的离子。笔者尝试过流星余迹通信,做了一些QSO,但很难判断深夜的突发传播究竟是来自流星、还是一片非常积极、想要表现自己的E电离层——或许只有电波自己才知道吧!

 

 

最后,卫星通信和EME通信比起上述的特殊传播方式来说,大家应该是非常熟悉了。相比起上述特殊传播方式来说,这两种通信方式反倒具有一定的确定性。而简单的FM卫星转发器并不难使用。在前辈的带领下,现在很多刚刚拿到A类操作证书并设台的年轻一代不满足于VHF、UHF的本地通联,而是尝试FM卫星通联,这是一个非常令人欣喜的变化。

 

VHF并不是一个只有视距传播的波段。不管是卫星还是特殊传播模式,都能够让你的信号走的更远,你所需要做的就是增加自己的知识储备,准备自己的台站,然后在机会到来之时,抓住它,搞定它!

 

转载 | CQ现代通信