Radiogolven en propagaties

Radiogolven en frequentiespectrum

Een radiogolf is niets anders dan een golf van elektro magnetische energie binnen het radio frequentie spectrum. Met de frequentie van de radiogolf wordt het aantal periodes of trillingen per seconde bedoelt, uitgedrukt in Herz (Hz) of een veelvoud daarvan. 1000Hz is 1 kHz, 100 kHz is 1 Mhz, enz.

Bij iedere radiogolf hoort een golflengte, uitgedrukt in meter (m), of een veelvoud of een deel daarvan. De golflengte van een radiogolf is afhankelijk van zijn frequentie. Hoe hoger de frequentie, hoe lager de golflengte.

Volgens dezelfde berekening kom je bij een frequentie van 1563 kHz op een golflengte van 192 meter.
Het radiospectrum loopt van 3 kHz tot 300 GHz. Daaronder zit het audiospectrum, daarboven infrarood.

Zendbereik en Propagatie

Het zendbereik van een zender is afhankelijk van een aantal factoren. Dit noemen we propagatie. Er zijn vier wegen die het, door een zender, uitgezonden signaal kan bewandelen:

1. Line-of-sight (zichtcontact tussen zend- en ontvangstantenne)
2. Grondgolf Propagatie (radiogolven volgen de kromming van de aarde)
3. Atmosferische Propagatie (‘hoppend’ tussen aardoppervlakte en ionosfeer)
4. Ionosferische Propagatie (terugkaatsing door verschillende ionosfeerlagen)

Line-of-sight
Het spreekt voor zich dat, bij "Line-of-sight", de hoogte van de antenne van groot belang is. Dat heeft alles te maken met de kromming van de aarde. Op 2 m van de grond is de effectieve horizon maar een kilometer of 5 ver weg. Wil een radiozender 100 tot 150 km bereik hebben, dan is daar al snel een mast van zo'n 300 meter hoog voor nodig. Obstakels tussen zender en ontvanger, evenals de weersomstandigheden, zijn van invloed of zelfs belemmerend op de zendenergie en de ontvangst van radiosignalen.

Grondgolf Propagatie
Grondgolf propagatie, waarbij de radiogolven de kromming van de aarde volgen, komt vooral voor in de lagere frequentiegebieden, tot ongeveer 30 MHz met een bereik tot ongeveer 1000 km. Ook hier kunnen obstakels tussen zender en ontvanger, evenals de weersomstandigheden, van invloed of zelfs belemmerend zijn op de zendenergie en de ontvangst van radiosignalen. Daarnaast speelt ook de atmosferische toestand en het tijdstip van de dag een rol. Een verticaal gepolariseerde antenne werkt hier beter dan horizontaal gepolariseerd. Voor de kenner: het verschil kan zelfs oplopen tot 5 S-punten.

Atmosferische Propagatie
Hierbij worden de radiogolven door de troposfeer (op ongeveer 10km hoogte) terug gekaatst naar het aardoppervlak. Vervolgens worden de golven weer terug gekaatst naar de troposfeer, dat ze opnieuw naar het aardoppervlak reflecteerd. Dit effect noemen we hoppen. Bij iedere hop komt het signaal zo'n 1500 tot 1700 km verder, en is alleen te ontvangen op die plekken waar het signaal het aardoppervlak raakt.

Er kunnen zo grote afstanden worden overbrugt en zendamateurs op de korte golf experimenteren hier vaak mee. Na de vierde hop kan er zomaar een oproep worden beantwoord vanuit een plek in bijvoorbeeld Amerika. Onder de meest ideale omstandigheden en voldoende vermogen uit de antenne, kan het signaal zo de hele aarde omlopen en als echo terug te horen zijn, bij de degene die het signaal heeft verstuurd.

Ionosferische Propagatie
De ionosfeer is een boven de troposfeer gelegen gebied (tussen 50 en 500 km hoogte) en bestaat uit verschillende lagen van geïoniseerde lucht met eigen specifieke elektromagnetische eigenschappen. Vanaf de aarde gerekend, zijn dat de D-laag, de E-laag en de F-lagen. Deze lagen hebben de eigenschap radiosignalen (tot ongeveer 50 MHz), onder de juiste omstandigheden, terug te kunnen kaatsen naar het aardoppervlak.

De lagen zijn constant in beweging en hun eigenschappen wisselen onder andere gedurende dag en nacht maar ook gedurende de seizoenen. Daarnaast spelen de aanwezigheid van zonnevlekken een rol. Iedere 11 jaar is er een opleving in zonneactiviteit en daarmee ook in de condities. Radio zendamateurs maken hier graag gebruik van.

Overdag is de laag gelegen E-laag het meest aktief en kunnen grote afstanden worden overbrugt. Denk aan verschillende Europese landen, maar ook ook aan de V.S. In de nacht komt de F-laag in beeld en kunnen nog veel grotere afstanden worden gehaald. Meest ideaal is als beide stations in de schemerzône zitten.

Skipzône
Deze term is van toepassing bij Atmosferische - en Ionosferische Propagatie. De gebieden die bij signaalreflectie voor ontvangst worden overgeslagen (geskipt) worden "skipzône" genoemd. Bij atmosferische propagatie zijn er dus meerdere skipzônes, 1e skip, 2e skip, enz.

Parameters
Propagatie is sterk afhankelijk van diverse wisselende invloeden en een aantal vaste bekende parameters. Hieronder staan enkele vermeld:

• De gebruikte frequentie.
• De gebruikte antenne, de antennehoogte, en hoe deze is gepolariseerd. Horizontaal of verticaal.
• Het zendvermogen.
• De omgeving, bebouwing, bos, grondsoort.
• Dag, nacht,schemer.
• Zonneactiviteit.
• De ionosfeer.

Modulatie

Een radiogolf kan ook worden gebruikt als draaggolf voor spraak en muziek. En natuurlijk ook voor audio-toontjes die als morsesignaal over de constante draaggolf worden vervoerd. Dit alles noemen we modulatie. Deze audiosignalen kunnen worden overgebracht door:

• Amplitude modulatie (AM) Het variëren van de amplitude in het ritme van het audiosignaal.
• Frequentie modulatie (FM) Het variëren van de frequentie (periode) in het ritme van het audiosignaal.

En dan is er nog Single Side Band (SSB). Dit is een vorm van amplitude modulatie, waarbij slechts één deel van de draaggolf wordt gebruikt, om het signaal over te brengen. Met als voordeel, minder last van interferentie en een groter bereik. In gebruik door o.a. zendamateurs voor het overbrengen van gesproken woord.

• Upper Side Band (USB) Het variëren van alleen de bovenste amplitude van de draaggolf in het ritme van het audiosignaal.
• Lower Side Band (LSB) Het variëren van alleen de onderste amplitude van de draaggolf in het ritme van het audiosignaal.

Wil je hier meer over weten, dan kijk je bij Enkelzijbandmodulatie op wikipedia.