الانتشار الاستوائي للموجات والانتشار الراديوي للخط الرمادي عالي التردد

تم ملاحظة (TEP) لأول مرة في أواخر الأربعينيات من قبل المشغلين العسكريين وهواة الراديو الذين كانوا يجرون اتصالات من جانب واحد من خط الاستواء إلى الجانب الآخر، كما أنّ مسارات الانتشار كانت متاحة بعد أن توقعت النظرية والحسابات التقليدية أنّه لن يكون هناك أي مسارات مفتوحة حيث غالباً ما كانت الترددات المستخدمة في منطقة (VHF) بحد أقصى (60 ميجا هرتز).

ما هو الانتشار الاستوائي للموجات – Trans equatorial Propagation؟

الانتشار الاستوائي للموجات (TEP): هو نمط انتشار يتم اختباره أحياناً عند الإرسال عبر خط الاستواء ويمكن أن يوفر الاتصال عندما لا يكون متوقعاً.

يدعم الانتشار عبر التسلسل الاتصالات عبر مسافات تتراوح بين (2500 و5000 كم)، حيث تحدث هذه المسارات عبر خط الاستواء في اتجاه شمال جنوبي أو جنوبي شمال، كما كانت الزوايا تصل إلى (20 درجة) من اتجاه الشمال والجنوب معروفة ولكن كلما اقتربنا من اتجاه الشمال والجنوب كان ذلك أفضل.

يحدث الانتشار الاستوائي للموجات (TEP) بشكل عام في وقت متأخر بعد الظهر أو في وقت مبكر من المساء، حيث تميل الإشارات التي تم نشرها باستخدام هذا الوضع إلى بعض التشويه نتيجة لتأثيرات تعدد المسارات، ولكن على الرغم من ذلك يمكن استخدام أوضاع مثل النطاق الجانبي الفردي (SSB).

الانتشار عبر خط الاستواء والأيونوسفير:

ينشأ (TEP) من عدة عوامل، لكن قبل أي تفسيرات يجدر التمييز بين خطوط الاستواء الجغرافية والمغناطيسية الأرضية، حيث أنّ خط الاستواء الجغرافي يتعلق بموضع دوران الأرض والقرب من الشمس، كما يتلقى خط الاستواء الجغرافي الحد الأقصى من الإشعاع الشمسي، وهذا يختلف قليلاً على مدار العام.

أمّا خط الاستواء المغناطيسي الأرضي فهو يعادل الموقع بين القطبين المغناطيسي الأرضي الشمالي والجنوبي، حيث وجد في القطبين المغناطيسيين أنّ خطوط القوة المغناطيسية عمودية تقريباً فيما يتعلق بسطح الأرض وعند خط الاستواء المغناطيسي الأرضي تكون موازية لسطح الأرض، ومن المتوقع أن يكون الحد الأقصى لمستويات التأين متوقعاً عند خط الاستواء لأنّه يتلقى الحد الأقصى من الإشعاع من الشمس بنفس الطريقة التي يكون بها خط الاستواء أكثر سخونة من درجات الحرارة المرتفعة.

ومع ذلك فقد وجد أنّ ذروة إلكترون عالية لوحظ على جانبي خط الاستواء المغناطيسي الأرضي عند خطوط العرض المغناطيسية بحوالي (10 إلى 20 درجة)، حيث تؤدي هذه القمم في مستوى التأين إلى ظهور ترددات حرجة أعلى من تلك الموجودة عند خط الاستواء المغناطيسي الأرضي، ويرجع سبب ذلك إلى مزيج من المجالات الكهربائية والمغناطيسية الموجودة.

تخلق الشمس مستويات أعلى من التأين عند خط الاستواء الجغرافي نتيجة لمستوى الإشعاع الأعلى الذي يتم تلقيه هنا حيث تبدأ الشحنات في التحرك تحت تأثير المجالات المغناطيسية والكهربائية للخارج من خط الاستواء، كما تبدأ مستويات التأين بالتراكم بعد شروق الشمس أي عندما يبدأ الغلاف الأيوني في تلقي الإشعاع، ممّا يرتفع مستوى التأين وبحلول منتصف الظهيرة تكون مستويات التأين أعلى بشكل ملحوظ في المناطق من (10 إلى 20 درجة) خارج خط الاستواء المغناطيسي الأرضي.

بعد غروب الشمس عندما لا يتم تلقي المزيد من الإشعاع من الشمس، تبدأ مستويات التأين في الانخفاض مع إعادة اتحاد الأيونات والإلكترونات، كما يُعتقد أنّ (TEP) ينشأ عندما يكون هناك مستوى متزايد من التأين في المناطق الاستوائية، حيث يتيح ذلك نشر الإشارات التي تدخل طبقة الأيونوسفير بالزاوية الصحيحة عبر خط الاستواء، وبالاعتماد على الطريقة التي تنتشر بها الإشارات يجب أن تدخل الأيونوسفير فعلياً في اتجاه الشمال والجنوب، وإلّا فلن يحدث الانتشار كما وجد أنّ الإشارات تخضع لانعكاسين بواسطة طبقة الأيونوسفير قبل إعادتها إلى الأرض.

الانتشار الاستوائي للموجات VHF وUHF:

يحدث هذا الشكل من (TEP) عادةً في المساء وغالباً بين حوالي (1900 و2300) بالتوقيت المحلي، وهو يدعم الاتصال على ترددات تصل إلى حوالي (450 ميجاهرتز) في المناسبات، حيث يُعد هذا الشكل من (TEP) غير مفهوم لكن يُعتقد أنّه ينشأ من شكل من أشكال الانتشار الاستوائي (F phenomenon) وعندما يحدث الانتشار (F) تعمل المنطقة من الأيونوسفير على الانقسام إلى عدد من فقاعات التأين التي تدعم الانتشار عبر شكل من أشكال الوضع الموجه الميداني، وعند استخدام هذا الوضع من الانتشار (TEP) فإنّ الإشارات تخضع إلى خبو سريع وتحولات دوبلر كبيرة وتشويه كبير.

انتشار الخط الرمادي – Grey Line HF Radio Propagation:

انتشار الخط الرمادي: هو شكل من أشكال الانتشار الراديوي عالي التردد يظهر عند الفجر والغسق حيث تُسمع الإشارات التي تنتقل على طول الخط بقوة أعلى بكثير، حيث يوفر اتصالات لاسلكية بعيدة المدى بشكل مدهش عند الفجر والغسق في بعض الأحيان عندما لا يُتوقع أن توفر أشكال أخرى من انتشار الأيونوسفير مسارات إشارة لهذه المسافات.

انتشار الخط الرمادي موجود فقط عند الفجر والغسق، وبالتالي لا يمكن استخدامه لدعم الاتصالات اللاسلكية العالمية في أي وقت حيث يتم استخدامه بشكل رئيسي من قبل هواة الراديو وعدد قليل من المستخدمين الآخرين الذين يمكنهم استيعاب التوقيت والقيود الأخرى لتوافره.

أساسيات انتشار الخط الرمادي:

بالنسبة لإشارات انتشار الخط الرمادي فإنّها تنتقل على طول المنطقة الرمادية أو الشفق بين الليل والنهار، وهذه هي المنطقة التي يلتقي فيها الليل والنهار وتُعرف باسم المنهي، حيث في هذه المنطقة تكون الإشارات على بعض الترددات ضعيفة بدرجة أقل ممّا يمكن أن يحدث في المعتاد ونتيجة لذلك يمكن استقبال الإشارات عند مستويات عالية بشكل مدهش عبر مسافات طويلة جداً حتى من الجانب الآخر من الكرة الأرضية.

تكون ظروف الانتشار المحسنة حول الخط الرمادي أكثر وضوحاً في المقام الأول في نطاقات التردد الأدنى في الجزء (HF) من الطيف حيث يكون لمستوى التأين في الطبقة (D) تأثير أكبر بكثير على الإشارات الموجودة على تلك الترددات الأعلى، حيث تتلاشى المنطقة (D) قبل الغسق ممّا تُقلل الإضاءة من الشمس حول الغسق على سطح الأرض، كما ينخفض ​​مستوى التأين في المنطقة (D) بسرعة كبيرة عند الغسق وبعد حلول الظلام لأنّ كثافة الهواء عالية ويحدث إعادة تركيب الإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة بسرعة نسبياً.

يحدث هذا عندما يكون مستوى التأين مرتفعاً داخل الطبقة (F)، ممّا يعطي معظم الانتشار الراديوي للاتصالات اللاسلكية لمسافات طويلة، ويحدث هذا لّأن المنطقة (F) أعلى بكثير من حيث الارتفاع وعندما تغرب الشمس تبقى مضاءة بإشعاع الشمس لفترة أطول من المنطقة (D) وهي المنطقة المنخفضة لأسفل، كما يستغرق إعادة تركيب الأيونات وقتاً أطول لأنّ الهواء يكون أرق كثيراً على ارتفاع المنطقة (F) مقارنة بالمنطقة (D).

يحدث نفس الشيء في الصباح مع شروق الشمس حيث تستقبل المنطقة (F) إشعاعاً من الشمس قبل المنطقة (D) ويبدأ مستوى تأينها في الارتفاع قبل المنطقة (D)، ونظراً لأنّ مستوى تأين المنطقة (D) منخفض فهذا يعني أنّ درجة التوهين التي تتعرض لها إشارات التردد المنخفض أقل بكثير ممّا هي عليه في اليوم حيث يحدث هذا في وقت لا يزال فيه تأين منطقة (F) مرتفعاً جداً، ولا تزال الانعكاسات الجيدة قابلة للتحقيق، حيث ينتج عن هذا خسائر في المسار الإجمالي أقل بكثير حول الخط الرمادي ممّا عليه.

عند النظر إلى منطقة فاصل الراديو فإنّه يوجد هناك مجموعة متنوعة من المتغيرات التي تعني أنّها لا تتبع تماماً فاصل وقت النهار أو الليل كما يظهر على سطح الأرض حيث تكون المناطق المتأينة أعلى بكثير من سطح الأرض وبالتالي مضاءة لفترة أطول، على الرغم من أنّ الشمس منخفضة في السماء ومستوى التأين منخفض، حيث هناك وقت محدد مطلوب حتى يرتفع مستوى التأين ويتلاشى، ونظراً لوجود العديد من المتغيرات المرتبطة بإنهاء انتشار الإشارة الراديوية فإنّه يجب اعتبار المنهي العادي فقط كدليل تقريبي لظروف انتشار الإشارة الراديوية.

لا يمكن أن يوجد انتشار الخط الرمادي إلّا للمحطات الموجودة في المواقع التي تقع على طول الخط الرمادي أو الفاصل حيث يحد بشكل كبير من عدد المناطق لمحطة معينة في موقع معين لإعداد اتصالات بعيدة المدى، على الرغم من أنّه ستكون هناك تغييرات طفيفة على مدار العام للعديد من المحطات.

تأثر الترددات بانتشار الخط الرمادي:

عادةً ما تقتصر الترددات التي تتأثر بهذا الشكل من الانتشار على ترددات تصل إلى حوالي (10ميجا هيرتز) حيث تميل الترددات الأعلى في التردد من (10 ميجاهرتز) إلى التوهين إلى درجة ثانوية فقط بواسطة المنطقة (D) وبالتالي هناك القليل من التحسين حول الغسق والفجر بواسطة هذه الآلية، كما يُلاحظ انتشار الخط الرمادي بشكل خاص على الترددات المنخفضة كنطاق راديو الهواة (3.5 ميجا هرتز) وعادة يمكن سماع الإشارات عبر مسافات تصل إلى بضع مئات من الكيلومترات في اليوم، وربما تصل إلى ألفي كيلومتر في الليل لتلك المحطات ذات الهوائيات الجيدة.

يتيح انتشار الخط الرمادي بانتظام إجراء اتصالات لاسلكية لمسافات طويلة مع محطات على الجانب الآخر من الكرة الأرضية بمستويات قوة جيدة جداً حيث تكون الأوقات المثلى عادة حول الاعتدالات الربيعية والخريفية وحيث لا يخضع أي من طرفي الوصلة لأقصى انتشار في الصيف والشتاء، أمّا في هذه الأوقات من العام يمكن إنشاء اتصالات لاسلكية بعيدة المدى مع المحطات الموجودة على الجانب الآخر من الكرة الأرضية بمستويات قوة إشارة جيدة بشكل ملحوظ.

آليات مماثلة للترددات الأعلى في انتشار الخط الرمادي:

يمكن أن تتأثر إشارات التردد العالي بتحسينات نوع الخط الرمادي حيث يحدث هذا نتيجة لحقيقة أنّ مسار الانتشار ينفتح في منطقة ويغلق في منطقة أخرى ممّا يعطي نافذة قصيرة يكون خلالها المسار مفتوحاً على تردد معين أو نطاق تردد معين، كما يمكن أن يوضح النظر إلى (MUFs) على مدار اليوم الطريقة التي يحدث بها ذلك حيث ينخفض ​​مستوى التأين في الطبقة (F) بعد الغسق ويرتفع عند الفجر، ممّا ينتج عن سقوط (MUF) بعد حلول الظلام.

تجد المحطات التي تشهد الفجر ارتفاع (MUF) وأولئك الذين يعانون من الغسق يجدونها يسقط، أمّا بالنسبة للترددات التي تزيد عن (MUF) ليلاً وللمحطات التي يمر فيها أحدهم بالغسق والآخر فجرًا لا يوجد سوى وقت محدود حيث يبقى المسار مفتوحاً، كما ينتج عن هذا تأثير مشابه للتأثير الذي يظهر من خلال تحسين الخط الرمادي ذي التردد المنخفض.

تحسينات انتشار الخط الرمادي على مدار العام:

يتغير مسار الخط الرمادي خلال العام، ومع تغير الزاوية التي تقابلها أشعة الشمس مع تغير الفصول يتغير الخط الذي يتخذه المنهي، كما ينتج هذا عن حقيقة أنّه خلال أشهر الشتاء يتم توجيه نصف الكرة الشمالي للأرض بعيداً عن الشمس ونحوها خلال أشهر الصيف، وأنّ العكس صحيح بالنسبة لنصف الكرة الجنوبي.

كما يتغير عرض الخط الرمادي ويكون أوسع بكثير باتجاه القطبين لأنّ الخط الفاصل بين الظلام والضوء أقل وسيتم تعريفه كنتيجة لحقيقة أنّ الشمس لا تشرق أبداً في السماء عند القطبين كما أنّه أضيق كثيراً عند خط الاستواء، ممّا ينتج عن هذا انتشار الخط الرمادي نشطاً لفترة أطول عند القطبين منه عند خط الاستواء.

يوفر انتشار الخط الرمادي فرصة لإجراء اتصالات وروابط اتصالات لاسلكية بعيدة المدى غالباً مع المحطات الموجودة على الجانب الآخر من الكرة الأرضية حيث تنتقل الإشارات على طول الخط الرمادي أو المنهي وتعاني من ضعف ضئيل كما قد يستمر الفتح عبر انتشار الخط الرمادي لمدة نصف ساعة فقط، ولكنّه يعطي الفرصة لإنشاء اتصال لاسلكي بين المحطات البعيدة مثل الجانب الآخر من الكرة الأرضية.