UKW-Weitverbindungen
Für mich ist das 2m Band, 144-145 MHz, das interessanteste Band im Amateurfunk. Dieses hat zu einem den Grund, das es auf dem 2m Band viele unterschiedliche Ausbreitungsbedingungen gibt und zum Anderen, das ich zu meiner Anfangszeit meiner Amateurfunkgenehmigung mich auf das 2m und 70cm Band beschränken musste.
Die Wellenausbreitung
Die elektromagnetischen Wellen im Ultrakurzwellenbereich breiten sich geradlinig etwa wie das Licht aus. Das bedeutet, dass z.B. bei normalen Ausbreitungsbedingungen die Wellen nach etwa 150 km nicht dem Verlauf der Erdkrümmung folgen würde und irgendwann im Weltall verschwinden. Stationen, die weiter als 150 km entfernt wären, könnte man nicht erreichen. Natürlich hängt die zu überbrückende Entfernung von der Sendeleistung, des Antennengewinns, der Standorthöhe und von der Bodenbeschaffenheit ab. Nun gibt es, zum Glück, Ausbreitungsbedingungen, die die Wellen beugen, brechen, streuen oder reflektieren und somit die Möglichkeit bieten, dem Verlauf der Erdkrümmung zu folgen. Die bekanntesten Ausbreitungsbedingungen, oder auch Überreichweiten, sind:
Troposphärische Überreichweiten (Tropo)
Sporadic-E (Es)
Reflexion an Polarlichtern (Aurora)
Meteorscatter (MS)
Transäquatoriale Ausbreitung (TEP)
Field-Aligned Irregularites (FAI)
Daneben gibt es noch andere Möglichkeiten, das Signal weiter zu leiten, wie Erde-Mond-Erde-Verbindung (EME), Relais, Transponders und Satelliten.
Die folgende Karte zeigt meine erreichten Großfelder auf 144 MHz im
Locatorsystem (05.10.07)
Der schwarze Punk zeigt meinen Standort, JO41EQ.
Die weitesten Stationen sind über 2000 km von meinem Standort entfernt.
Der schwarze Punk zeigt meinen Standort, JO41EQ.
Die weitesten Stationen sind über 2000 km von meinem Standort entfernt.
Überreichweiten
Troposphärische Überreichweiten (Tropo)
In der Troposphäre sinkt normalerweise die Lufttemperatur um 6-8 K
pro 1000 m steigende Höhe ab. Durchmeteorologische Einflüsse, wie Luftbewegungen, kann es zu einer Temperaturumkehrung (Inversion) mit unterschiedlicher Luftdichte kommen. Dabei schieben sich warme Luftmassen über eine oder zwischen zwei kalte Luftschichten. Der Bereich, in dem diese Inversionen auftritt, wird als Inversionsschicht bezeichnet. Elektromagnetische Wellen (VHF, UHF bis SHF), die auf so eine Inversionsschichten treffen, werden zur Erdoberfläche hin gebeugt und können so Entfernungen von 100 - 1000 km überbrücken. In der Meteorologie wird dieses Ereignis "Inversionswetterlage" bezeichnet. Troposphärische Überreichweiten (Tropo)Es gibt unterschiedliche Arten
und Entstehungen der Inversionensichten.
Bodeninversion: Besonders im Herbst oder Winter kann es bei einer Hochdruckwetterlage zu einer Abkühlung der Erdoberfläche durch die nächtliche Ausstrahlung kommen, die zuvor von der Sonnen am Tag erwärmt wurde. Die Luft in Bodennähe ist dann kühler als die in den darüber liegenden Luftschichten. Beim Abkühlen kann die Luft weniger Wasser binden und es kann, durch Kondensation, Nebel entstehen. Die Temperatur nimmt mit steigender Höhe zu, bis die Inversionsschicht überschritten wird. Und danach nimmt sie mit steigender Höhe normal ab. Es können Entfernungen von 100 - 400 km überbrückt werden. Die Sonne löst im Verlauf des Tages die Inversion wieder auf (wegheizen). Besonders bemerkbar ist eine Inversion in Gebirgsregionen, wo im Tal bei Nebel eine niedrigere Temperatur vorhanden ist als auf dem nächstgelegenen Berg mit strahlendem Sonnenschein.
Höheninversion: Ähnelt der Bodeninversion, bloß ist die Inversionsschicht höher (1000 m bis 2000 m über der Erdoberfläche). Die Entfernungen, die so überbrückt werden können, hängen von der Höhe der Inversionsschicht ab. Je höher die Inversionsschicht ist, desto größer sind die Reichweiten
Absinkinversion: Bildet sich, wenn Luftmassen beim Absinken durch den steigenden Druck erwärmt werden(Adiabatische Erwärmung).
Advektionsinversion: Die bedeutendste, für den VHF DXer, Inversionswetterlage bildet sich, wenn sich horizontal bewegte Warmluftmassen über kältere Luftmassen schichten. Dabei strömt meistens Warmluft vom Mittelmeer oder subtropische Luft aus Richtung Südwesten nach Deutschland. Diese Inversionen wandern im Verlauf des Tages.
Schlauch (Duct): Bilden sich zwei Inversionsschichten in unterschiedlichen Höhen entsteht ein Schlauch. Geraten Funkwellen zwischen diese Inversionsschichten werden sie so lange von einer Schicht zu anderen reflektiert, bis das Ende der unteren Schicht erreicht wird oder Löcher vorhanden sind. Dieses wird troposphärische Ductübertragung genannt. Stationen, die sich am Anfang oder am Ende der Inversionswetterlage befinden, können nur von diesen Überreichweiten profitieren und so Entfernungen von über 1000 km überbrücken. Stationen, die genau unter diesen Schichten sind, bekommen von der Möglichkeit der Ausbreitung nichts mit. Ebenfalls könnte eine Ductübertragung zwischen eine Inversionsschicht und der Erdoberfläche, wie das Meer, verlaufen.
Sporadic-E (Es)
In den Sommermonaten Mai bis Oktober können so starke ionisierte Bereiche am untern Rand der E-Schicht entstehen, dass plötzlich und sporadische Stationen aus Spanien, Italien oder Griechenland mit staken Signalen zu hören sind. Hierbei handelt es sich um Sporadic-E. Diese Sporadic-E-Öffnungen können meisten Minuten oder Stunden (eher seltener) andauern. Bis heute ist noch nicht geklärt, wie es zu diesen ionisierten Bereichen kommen kann. Es wird vermutet, das Meteoridenschauer und Gewitter für die Entstehung mitverantwortlich sind. Elektromagnetische Wellen, im Bereich von etwa 10 - 200 MHz können so Entfernungen über 2000 km überbrücken. Im 144 MHz Band ist es möglich mit 5 Watt und einer Rundstrahlantennen z.B. bis nach Spanien zu funken. Je stärker der Ionisierte Bereich ist, desto höher ist die Frequenz, die reflektiert wird. Das heißt, dass im 10m Band (28MHz) längere und häufiger Sporadic-E-Öffnungen zu beobachten sind als im 2m Band (144MHz).
Beobachtungen haben gezeigt, dass Funkamateure nur in eng begrenzten Gebieten von so einer Öffnung profitieren können und das die Sporadic-E-Wolken häufig über das südliche Mitteleuropa auftreten. Ebenfalls wurde beobachtet, das diese Sporadic-E-Wolken in ständiger Bewegung sind. Daher schwanken die Signale stark (QSB) und Funkamateure können zunächst nicht und dann zu einem späteren Zeitpunkt doch diese Öffnungen nutzten. Es lohnt sich auf dem Band zu warten!
Info: MUF ist die höchste Frequenz (Grenzfrequenz) die noch von der Ionosphäre reflektiert wird
Aurora
Besonders im Maximum des elfjährigen Sonnenfleckenzyklus werden bei
einer Sonneneruption (Flare) große Mengen an Teilchen ins Weltall
geschleudert. Diese Teilchen (Plasma), bestehend aus elektromagnetischen
Strahlungen sowie Protonen, Elektronen und Ionen prallen als Sonnenwind
nach etwa zwei bis drei Tagen gegen das Erdmagnetfeld. Dabei wird das
Erdmagnetfeld stark deformiert und leitet die Teilchen, entlang der
Feldlinien des Erdmagnetfelds, zu den Erdpolen, wo sie in die Atmosphäre eindringen
(Bild, Quelle: NASA). Diese Ionisierung,
die als Polarlicht sichtbar ist, reflektiert Funkwellen im
VHF-Bereich. Dabei werden die Funkwellen stark verzerrt und SSB hört
sich leise und heiser an. Daher ist meistens nur eine Verbindung in
Telegraphie möglich. Die Antennen muss in dem Bereich 340°- 45°
zeigen, um das Signal zu reflektieren zu können.
Meteorscatter (MS)
Wenn die Erde auf der Umlaufbahn um die Sonne Bahnen von Meteoritenströmen streift, können durch die Anziehungskraft Teilchen der Meteoritenströme in die Atmosphäre eindringen. Diese Teilchen verglühen in der Atmosphäre in einer Höhe von 100 km (Sternschnuppen) und hinterlassen eine ionisierte Bahn. Diese Bahnen existieren nur Sekundenbruchteile bis wenige Sekunden. Bei großen Meteoritenschauern können dieser sogar in seltenen Fällen bis zu zwei Minuten andauen. Funkwellen, die auf diese Ionisierten Bahnen treffen, werden gestreut (Scatter). Es lassen sich so Entfernungen von 500 - 2500 km überbrücken.
Aus der geringen Lebensdauer hat sich eine besondere Betriebstechnik entwickelt. Früher wurde in Hochgeschwindigkeits-Telegraphie (HSCW) mit Hilfe von Speichermorsetasten gesendete und die Morsezeichen mit einem Tonbandgerät beim Empfang aufgenommen, um sie später in eine geringere Geschwindigkeit abzuspielen. Dabei wurde in einer Periode von 2,5 Minuten gesendet und anschließend in der 2,5 Minuten-Periode empfangen. Die Geschwindigkeit der Morsezeichen lag bei 1000 bis 3000 Zeichen pro Minute. Später wurden die Morsezeichen mit Hilfe von Computerprogrammen erzeugt und in SSB ausgesendet, aber es war noch immer ein Tonbandgerät nötig um die Signale zu decodieren, weil die Morsezeichen durch die Streuung verzerrt wurden. Diese Zeichen konnte kein Computerprogramm decodieren, sondern nur der Mensch.
Durch die Software WSJT von Joe Taylor, K1JT, einen amerikanischen Wissenschaftler und Nobelpreisträger für Physik, wurde das Funken über Meteoriden sowie Erde-Mond-Erde-Verbindung (EME) revolutioniert. WSJT steht für "Weak Signal communication by K1JT" und bedeutet Funkverbindung für schwache Signale von K1JT. In der Betriebsart FFK441 können, durch die hohe Übertragungsgeschwindigkeit von 8820 Buchstaben pro Minute oder 147 Buchstaben/Sekunde, bei Sternschnuppen, die nur 100 Millisekunden ionisieren (ein Ping oder länger ein Burst) 15 Buchstaben übermitteln werden. Kleineren Meteoriten können so genutzt werden, um ein Signal zu streuen.
Screenshots: WSJT-Ausschnitt zeigt das QSO zwischen RX1AS (KO59FX) und mir DM2HB (JO41EQ) bei einer
Entfernung von 1650km.
Transäquatoriale Ausbreitung (TEP)
Eine sehr interessante, aber leider in Deutschland nur sehr seltene Möglichkeit im VHF-Bereich sehr weite Entfernungen zu überbrücken, ist die Transäquatoriale Ausbreitung (trans equatorial propagation) TEP. Durch aufsteigende Plasmablasen entstehen zeitgleich nördlich und südlich vom erdmagnetischen Äquator ionisierte Wolken. Diese Wolken, die sich in mehreren hundert Kilometern über den Erdboden befinden, ermöglichen Entfernungen von 5000 km bis 7000 km zu überbrücken. Sie treten bei starker Sonnenaktivität im Sonnenfleckenmaximum vorwiegend in den frühen Abendstunden auf. Stationen, die sich senkrecht bei der selben Entfernung von 2500 km bis 3500km vom erdmagnetischen Äquator befinden, können diese Ausbreitungsart nutzen. Eine Station muss sich nördlich und die andere südlich vom erdmagnetischen Äquator befinden. Die Signale weisen ein typisches Flattern mit Dopplershift auf. Bekannt ist, dass Verbindungen zwischen dem Pazifik und Südamerika, Südeuropa und Südafrika, Japan und Australien möglich sind.
Field-Aligned-Irregularities (FAI)
Bei Field-Aligned-Irregularities FAI werden die Antennen, während der in den Sommermonaten auftretenden Sporadic-E- Wolken (Es), nicht auf die Gegenstation ausgerichtet, sonder auf die Es-Wolken selbst. Die Antenne muss auf einem gemeinsamen Scatterpunk gerichtet sein. Daher auch der Name Es-Backscatter. In der Regel befindet sich eine Station südwestlich und die Andere südöstlich vom Scatterpunkt. Die Signale weisen ein starkes Flatterfading auf und ist etwa wie Aurora verzerrt. Die Stationen müssen eine ausreichende Strahlungsleistung aufweisen, um FAI nutzen zu können.
Literatur
Jeratsch, Ralf, DL8RJ: Kleine Wetterkunde / Tropo-Ausbreitung für den UKW-DXer. Packet-Radio, Rubrik UKW, 1999.
Moltrecht, Eckart K.W., DJ4UF: Amateurfunk-Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis Klasse 3. 2. Auflage, Baden-Baden 2000, S.18 bis 27
Steyer, Martin, DK7ZB: Zauberhafte 6-m-Band (3) - DX und die Physik der Ionosphäre. Funkamateur 05/2000, S. 531 bis 533
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