الانتشار المتقطع E وانتشار راديو F

انتشار (E) المتقطع لا يمكن التنبؤ به بطبيعته، لكنّه يمكّن الإشارات الراديوية من الانتقال عبر مسافات أكبر بكثير وغالباً بترددات أعلى ممّا هو ممكن عادة عبر الأيونوسفير، كما يمكن أن يؤثر على الترددات في الطرف الأدنى من طيف (VHF) حيث قد تواجه خدمات مثل البث (VHF FM وPMR) مستويات متزايدة من التداخل، كما يمكن أن يؤثر على الاتصالات اللاسلكية على ترددات تبلغ حوالي (150 ميجا هرتز).

ما هو الانتشار المتقطع Es؟

الانتشار المتقطع (Sporadic E): هو وضع انتشار لاسلكي يحدث في المناسبات كما ليس من السهل التنبؤ بـ (E) المتفرقة حيث يحدث على أساس عرضي، ويمكن أن يؤثر على الاتصالات اللاسلكية على الترددات من بضعة ميغا هرتز إلى تلك الأعلى بكثير ممّا هو متوقع عادةً.

لا يتم استخدام (E) المتقطع عادةً لأغراض الاتصالات اللاسلكية على الرغم من أنّ هواة الراديو يستخدمونه بسبب الطبيعة المتقطعة لحدوثه ولا يمكن الاعتماد عليه، كما يجب ملاحظة حدوثه لأنّه يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع مستويات التداخل حيث تنتشر الإشارات عبر مسافات أكبر بكثير ممّا هو متوقع في العادة.

أساسيات انتشار E المتقطعة:

ينشأ انتشار المتقطع (Es) عندما تتشكل سحب شديدة من التأين في المنطقة (E) من طبقة الأيونوسفير حيث يصل مستوى التأين إلى حوالي خمسة أضعاف المستويات التي تم الوصول إليها خلال ذروة دورة البقع الشمسية عندما تكون عادةً في أعلى مستوياتها حيث تتيح المستويات العالية من التأين الناتج عن (Sporadic E) الإشارات في منطقة (VHF) من الطيف أن تنكسر بواسطة هذه السحب المؤينة، وقد تتأثر الترددات حتى 150 ميجا هيرتز، ممّا تعني مستويات التأين أنّ الخسائر منخفضة وغالباً ما يمكن سماع مرسلات الطاقة المنخفضة عبر (E).

عندما تتشكل غيوم التأين المتفرقة (E) تزداد شدتها بشكل مطرد حيث يؤثر هذا على الترددات في الجزء السفلي من الطيف الراديوي ثم يرتفع، كما تعتمد أعلى الترددات التي قد تتأثر على عدد من العوامل بما في ذلك مستوى التأين وسيختلف هذا من سحابة إلى أخرى، كما أنّها يمكن أن تُصبح معتمة تحت تردد معين اعتماداً على حالة السحابة حيث يختلف التردد الحرج بشكل كبير في الزمان والمكان ممّا يجعل من الصعب استخدامه لأنظمة الاتصالات الراديوية التجارية.

سيرتفع مستوى التأين لأي سحابة معينة بشكل مطرد ويصل إلى ذروته ثم يتراجع مرة أخرى، ونتيجة لذلك قد تؤثر على الترددات الأعلى لفترة قصيرة فقط حيث في الترددات الأعلى يمكن نشر الإشارات لفترات من بضع ساعات بينما في أوقات أخرى قد تحدث الشروط فقط لبضع دقائق، كما تختلف سحب (E) المتفرقة اختلافاً كبيراً في الحجم وكذلك في شدة التأين، وقد يصل عرض بعض الغيوم إلى بضعة أمتار بينما شوهدت غيوم أخرى يزيد عرضها عن (200 كم) حيث يحدث عادةً في المناطق الواقعة بين حوالي (90 و120 كم)، وعلى الرغم من أنّها يمكن أن تمتد أعلى من ذلك بكثير.

يختلف الشكل فبعضها دائري تقريباً ولها نفس الأبعاد في كلا الاتجاهين عبرها، بينما البعض الآخر طويل ونحيف، أمّا في حين أنّ الأشكال الفعلية ليست ذات أهمية كبيرة إلّا أنّها تشرح إلى حد ما سبب تعرض بعض المحطات لانتشار (E) المتقطع بينما قد لا يختبرها البعض الآخر أو أنّ المناطق التي يمكنهم سماعها مختلفة تماماً.

لا يقتصر الأمر على تشكيل السحب المتفرقة على شكل حرف (E) بل إنّه عشوائي كما إنّها تتحرك نتيجةً للرياح في المناطق العليا من الغلاف الجوي حيث تصل سرعة الرياح إلى (400 كيلومتر في الساعة)، كما يمكن أن تؤدي هذه الحركة إلى التخطي المتقطع لـ (E) سريعاً نسبياً وسيتغير مصدر الإشارات المسموعة أو التداخل خلال فترة زمنية قصيرة.

تخطي المسافات في انتشار E:

تتشكل السحب المتفرقة (E) في المناطق السفلى من المنطقة (E) حيث إنّ المسافة القصوى التي تُسمع خلالها الإشارات عادة حوالي (2000 كم)، كما أنّ المسافات الأقصر تعد طبيعية على الرغم من أنّ الحد الأدنى للمسافة يخضع لمقدار الانكسار المطلوب، وللمسافات الأقصر هناك حاجة إلى زوايا أعلى من الإشعاع وتتطلب قدراً أكبر من الانكسار حتى تنعكس الإشارات إلى الأرض.

على الرغم من أنّ السحب المتفرقة (E) تميل إلى أن تكون عشوائية وليست منتشرة على نطاق واسع مثل منطقة (E) العادية أو تأين منطقة (F) فقد تم اكتشاف انتشار القفزة المزدوجة خاصةً على الترددات المنخفضة حيث يكون الانعكاس من السحب أكثر انتشاراً.

تأثير انتشار المتقطع E على انتشار HF:

على الرغم من أنّ (Sporadic E) قد يبدو أنّه يعطي تحسيناً في بعض اتصالات (HF) بينما يسمح بالاتصالات أو التداخل بالانتشار على الترددات جيداً في جزء (VHF) من الطيف إلّا أنّه يمكن أن يكون له تأثير تدهور بعض الاتصالات (HF) حيث تعكس المستويات العالية جداً من التأين في السحب أي إشارات في الجزء (HF) من الطيف الراديوي.

هذا قد يمنعهم من الوصول إلى مناطق (F) الأعلى وبالتالي يمنعهم من القدرة على تحقيق مسافات أكبر بكثير، وفي ظل هذه الظروف يتم اكتشاف الإشارات قصيرة المدى عندما يُتوقع وجود إشارات ذات مدى أطول حيث إنّ الطبيعة المتقطعة للسحب (E) المتفرقة وحقيقة أنّ السحب شديدة الحركة تعني أنّ أي تأثيرات من المحتمل أن تكون قصيرة العمر نسبياً.

العوامل التي تعتمد على حدوث انتشار المتقطع E:

1. المناطق المعتدلة:

في المناطق المعتدلة أي تلك الموجودة في خطوط العرض الوسطى بين المناطق الاستوائية، وجد أنّها تحدث بشكل رئيسي في الصيف أي في نصف الكرة الشمالي سجلت أشهر الصيف أكبر عدد من الفتحات مع ذروتها في يونيو، كما لوحظت ذروة صغيرة في ديسمبر حيث يظهر نمط مماثل في الأشهر المكافئة، من نوفمبر إلى فبراير في نصف الكرة الجنوبي، كما تتأثر الترددات جيداً في الجزء (VHF) من الطيف فقط في منتصف الموسم (E) المتقطع أي بشكل رئيسي في يونيو ويوليو في نصف الكرة الشمالي.

2. المناطق القطبية:

في المناطق القطبية يحدث ما يطلق عليه (Auroral sporadic E) ومرة ​​أخرى هناك اختلاف بسيط بين الفصول حيث يحدث عادة في الصباح.

3. المناطق الاستوائية:

في المناطق الاستوائية يُعتبر حدوث المتقطع (E) ظاهرة نهارية في المقام الأول حيث لا يوجد فرق كبير على مدار السنة، كما أنّ حدوثه أكثر تكراراً من المناطق المعتدلة ونتيجة لذلك يعتقد أنّ الآلية الكامنة وراء تكوينه قد تكون مختلفة إلى حد ما حيث من الممكن رسم منحنى تقريبي للغاية لحدوث متقطع (E) في المناطق المعتدلة على مدار عام، كما يجب أن يؤخذ هذا كدليل تقريبي فقط في ضوء التغييرات مع الموقع والطبيعة المتفرقة لأسلوب الانتشار.

للوقت من اليوم له تأثير كبير على حدوث متقطع (E) حيث يمكن رؤية قمتين رئيسيتين خلال يوم واحد للمناطق المعتدلة، كما يحدث أحدهما في منتصف النهار والآخر حوالي الساعة (19.00) في فترة ما بعد الظهر، وهناك انخفاض طفيف في عدد الفتحات وفي الصباح الباكر وفي الليل يكون هناك عدد أقل بكثير من الفتحات حيث تعمل الرسوم البيانية كإيضاح تصويري ولكن في ضوء الطبيعة المتقطعة والتغييرات في المواقع المختلفة ويجب أخذها كدليل تقريبي فقط.

آلية عمل Sporadic E:

• النيازك.

• العواصف الكهربائية.

• النشاط الشفقي.

• رياح الغلاف الجوي العلوي.

هناك العديد من النظريات حول طبيعة تكوينها حيث أنّ العديد من الظواهر الفيزيائية المختلفة تسبب أشكالاً متشابهةً جداً من مستويات عالية متفرقة من التأين في المنطقة (E)، كما قد يكون هناك عدة أنواع من ظواهر التأين المتقطع التي يتم تجميعها كلها تحت (E) المتقطع، كما لوحظ ارتباط مثير للاهتمام حيث يبدو أنّ دورة البقع الشمسية لها بعض التأثير على المنطقة المعتدلة المتفرقة (E) وقد لوحظ أنّ عدد الفتحات يزداد خلال فترة الحد الأدنى للبقع الشمسية.

ما هو انتشار Spread F Radio Propagation؟

تُعد أسهل الطرق لاكتشاف الحالة الفعلية للأيونوسفير فوق نقطة معينة واستنتاج تأثير ذلك على الاتصالات اللاسلكية (HF) هو استخدام عنصر يسمى أيونوسوند، وهذا هو نظام الرادار النبضي (aHF) الذي يرى الانعكاسات من الأيونوسفير.

يُعد الانتشار F عادةً من حيث الانعكاسات التي يتلقاها المسبار الأيوني ويتم عرضها على أيونوجرام، كما يرسل المسبار الأيوني النبضات إلى الأعلى باتجاه الأيونوسفير وعادةً ما يتم إرجاع صدى وهذا له نفس طول النبضة المرسلة تقريباً ويمكن رؤية استطالة صغيرة للنبض لأنّ النبض ينعكس مرة أخرى من انتشار ارتفاعات مختلفة في طبقة الأيونوسفير.

عندما يكون (Spread F) موجوداً، فإنّ الصدى الذي يتم استقباله مرة أخرى من عمليات السبر الأيونية التي تشير إلى وجود مخالفات في الطبقة (F) وبدلاً من تلقي صدى محدد لإعطاء الارتفاع الفعال للأيونوسفير عند هذا التردد يتم تلقي صدى منتشر أو غير واضح، كما يمكن أن يكون صدى النبضة المرسلة المستقبلة مرة أخرى عند المسبار الأيوني عشرة أضعاف طول النبضة المرسلة.

أنواع الانتشار الذي يظهر على الأيونوجرام عند وجود Spread F:

• انتشار النطاق: يشير هذا الشكل من انتشار (F) إلى الانتشار على الجزء الأفقي لتتبع الأيونوجرام.

• انتشار التردد: يُعد انتشار التردد بأنّه الانتشار بالقرب من التردد الحرج للمنطقة (F2) حيث عندما يحدث الانتشار (F) لا تتكون المنطقة (F) من طبقة ذات مستوى متغير من التأين كما هو معتاد، وبدلاً من ذلك يبدو أنّ الاضطراب قد قسمه إلى مجموعة متنوعة من المناطق ذات مستويات مختلفة من التأين، كما يمكن وصفه بأنّه عدم انتظام في البلازما في المنطقة (F).

تعكس الغيوم أو المناطق المؤينة المختلفة إشارات تعطي مجموعة متنوعة من المسارات التي يمكن للإشارة أن تسلكها حيث تستغرق الإشارة فترات زمنية مختلفة قليلاً للسفر في المسارات المختلفة، ممّا أنّ الإشارة في جهاز الاستقبال عبارة عن مجموعة متنوعة من المكونات التي اتخذت مسارات مختلفة حيث ينتج عن هذا تشويه ورفرفة مميزة للإشارات التي انتقلت عبر مسار قطبي، كما تكون مستويات الإشارة أقل لأنّ طريقة الانعكاس هذه ليست فعالة مثل انعكاسات الطبقة F العادية.

يُعد انتشار (F) ظاهرة أيونوسفيرية مثيرة للاهتمام حيث إنّه يشرح إشارات السبر المائي التي غالباً ما تكون موجودة على مسارات انتشار الاتصالات الراديوية القطبية ويمكن استخدامها لتحقيق تأثير جيد لضمان إمكانية إنشاء الاتصالات الراديوية عبر المسارات القطبية حيث قد لا يكون ذلك ممكناً.