برامج التنبؤ بالانتشار الراديوي وانتشار NVIS

إنّ انتشار الموجات الأيونوسفيرية يُعد بأنّه شكل من أشكال الانتشار الراديوي في الغلاف الجوي المتأين الذي يمكن استخدامه عندما تكون هناك حاجة إلى روابط اتصالات لاسلكية لتغطية مسافات قصيرة، حيث إنّه يملأ الفجوة بين خط الرؤية والاتصالات من نوع التخطي لمسافات أطول والتي تُستخدم عادةً في الترددات العالية.

ما هو انتشار NVIS؟

انتشار (NVIS): أي انتشار الموجات السماوية، وهو شكل من أشكال انتشار الموجات الراديوية المستخدمة في نطاقي (MF) و(HF) لتوفير الاتصالات الراديوية وتغطية البث عبر مسافات قصيرة، خاصةً عندما تحتوي الأرض على عوائق.

يتطلب استخدام انتشار (NVIS) اختيار تردد دقيق وأنماط معينة من الهوائيات وغالباً ما تكون درجة جيدة من مهارة المشغل، كما يتطلب انتشار (NVIS) زاوية عالية أو إشارة عمودية قريبة ليتم إرسالها نحو الأيونوسفير، حيث يجب أن يكون هذا على تردد أقل من التردد الحرج أي الحد الأقصى للتردد الذي تنعكس فيه إشارة العارضة الرأسية بواسطة طبقة الأيونوسفير، وعادةً ما يكون أقل بقليل من التردد الحرج للطبقة الأيونوسفيرية أو المنطقة التي سيتم استخدامها.

يختلف التردد الحرج وفقاً لكثافة التأين في طبقة أو منطقة الغلاف الأيوني ذات الصلة والتي تعتمد في حد ذاتها على الإشعاع المستلم من الشمس، حيث يعتمد على دورة البقع الشمسية والوقت من اليوم والموسم ومجموعة متنوعة من العوامل الأخرى.

عند استخدام انتشار (NVIS) فإنّ إشارة الحادث الرأسي القريب من طبقة الأيونوسفير تنعكس وتعود إلى الأرض على مساحة عدة كيلومترات على جانبي جهاز الإرسال، وبهذه الطريقة يمكن الحصول على تغطية محلية جيدة كما يُعد انتشار (NVIS) مفيداً بشكل خاص في التضاريس الوعرة لأنّ منطقة التغطية مضاءة من أعلى والتموجات في سطح الأرض لا تخلق مناطق ظل لا يمكن الوصول إليها.

تطبيقات NVIS:

يُعد انتشار (NVIS) مفيداً حيث تكون تغطية الاتصالات الراديوية مطلوبة في المناطق التي تكون فيها الأرض جبلية أو خشنة لأنّ الأنماط الأخرى التي تعتمد على تغطية أكثر مباشرة لها مناطق مهمة حيث تكون إشارة الراديو مخفية أو مظللة.

إذا تم استخدام الاتصالات اللاسلكية (MF) أو (HF)، فإنّ الموجة الأرضية ستضعف من التلال والجبال وبالمثل لن تكون الاتصالات الراديوية على خط البصر باستخدام (VHF) أو أعلى ممكنة، أمّا باستخدام الموجة السماوية القريبة من الاتجاه العمودي لانتشار (NVIS) من الممكن خلاله الحصول على إشارة بزاوية ارتفاع عالية لا تحميها التضاريس.

يُعد (NVIS) مناسباً بشكل خاص لتطبيقات الاتصالات اللاسلكية الاحترافية في المناطق الجغرافية التي لا تخدمها الخطوط الأرضية أو مكررات خط البصر، ويمكن أن توفر بديلاً مفيداً للغاية وفعّال من حيث التكلفة للروابط الساتلية، كما أنّ لها مزايا على راديو (VHF) في العديد من التطبيقات للمناطق المبنية أو الحرجية حيث تقدم المباني والأشجار مستويات كبيرة جداً من خط البصر ممّا يؤدي إلى فقدان وصلات الاتصالات الراديوية (VHF) غير قابلة للعمل في العديد من الحالات.

ترددات وزوايا NVIS:

يجب أن يكون الإشعاع نموذجياً بزوايا أكبر من (75 درجة أو 80 درجة) على الأفقي بحيث يتم تحقيق تغطية محلية جيدة، كما قد يتراوح نصف قطر مناطق التغطية عادةً بين (35 و350 كم) حيث من الممكن أن تظهر هندسياً بزاوية إشعاع تبلغ (50 درجة) وباستخدام انعكاسات (F2)، كما من الممكن تحقيق نطاقات تصل إلى حوالي (450 ميلاً) أي حوالي (727 كم).

يجب اختيار التردد بعناية لـ (NVIS) حيث عادةً ما يكون اختيار التردد بمثابة توازن بين تقليل خسائر الطبقة (D) وتحقيق انعكاس زاوية عالية منخفضة للغاية، وعلى الرغم من إمكانية تحقيق انعكاس جيد من الطبقات العليا من الأيونوسفير، فإنّ خسائر الطبقة (D) ستكون أكبر بكثير مرتفع جداً وقد لا يمكن تحقيق الانعكاسات من طبقات (F)، أمّا من خلال الحفاظ على زاوية الإشعاع عالية قدر الإمكان يكون المسار عبر المنطقة (D) أقصر وهذا يقلل من الخسائر ويحسن إشارة التغطية المحلية بشكل كبير.

عادةً ما تكون الترددات المستخدمة لـ (NVIS) بين حوالي (2 و10 ميجا هرتز)، وعلى الرغم من أنّه خلال فترات الحد الأدنى للبقع الشمسية قد يقتصر الحد الأقصى للترددات على (6 إلى 7 ميجا هرتز)، وباستخدام هذه الترددات يمكن التغلب على الخسائر من المنطقة (D) ولا تزال الطبقات العليا من الأيونوسفير قادرة على عكس إشارات الزاوية العالية دون مرورها مباشرةً عبر الأيونوسفير.

هوائيات NVIS:

عند استخدام انتشار (NVIS) فمن الضروري استخدام شكل مناسب من الهوائي، ومن أجل الاستفادة من انتشار (NVIS) فمن الضروري إشعاع غالبية القدرة بزاوية عالية أي بالقرب من الرأسي، كما يتطلب هذا تصميم الهوائيات خصيصاً مع وضع هذا التطبيق في الاعتبار حيث في كثير من الحالات يتم تصميم الهوائيات الراديوية عالية التردد لتوفير زاوية إشعاع أقل بكثير.

غالباً ما تكون الهوائيات الراديوية مصممة خصيصاً للتمكين من تحقيق زاوية الإشعاع العالية المطلوبة لانتشار (NVIS)، حيث يتم تحقيق ذلك عادةً باستخدام هوائي مستقطب أفقياً حيث ثنائيات القطب الأفقية هي النوع المفضل، وبالإضافة إلى ذلك يجب تركيب الهوائي على ارتفاع يزيد من زاوية الإشعاع العالية حيث تُستخدم ارتفاعات الارتفاع التي تتراوح بين (0.1 درجة و0.25 درجة) عموماً لأنّ ثنائيات الأقطاب التي تشع هذه الارتفاعات معظم طاقتها لأعلى.

يُعد انتشار (NVIS) طريقة للحصول على تغطية محلية، وقد تم استخدامه بشكل فعال للبث فيما يسمى العصابات الاستوائية حيث يصعب تحقيق التغطية المحلية بوسائل أكثر تقليدية بسبب التضاريس الجبلية والغابات، كما يتم استخدام انتشار (NVIS) أيضاً في العديد من التطبيقات الأخرى للحصول على تغطية قصيرة المدى عندما لا تكون التقنيات الأخرى قابلة للتطبيق.

برمجيات التنبؤ بالانتشار الراديوي:

تتميز الموجات الكهرومغناطيسية عندما تنتقل بإنّ إشارات الراديو تتفاعل مع الأشياء والوسائط التي تنتقل فيها حيث يمكن أن تنعكس إشارات الراديو أو تنكسر أو تنحرف حيث تتسبب هذه التفاعلات في تغيير اتجاه الإشارات اللاسلكية والوصول إلى المناطق التي لا يمكن أن تكون ممكنة إذا انتقلت الإشارات اللاسلكية في خط مباشر.

يُعد المعرفة العامة بالانتشار الراديوي (HF) ومعرفة مؤشرات الطاقة الشمسية أهم الأمور التي من خلالها يكون من الممكن اكتساب فكرة عما قد تكون عليه ظروف الانتشار الراديوي (HF) وما هو احتمال إنشاء ارتباط اتصالات راديوية معين، ومن أجل إجراء تحليل أكثر دقة لإمكانية إنشاء اتصالات لاسلكية ثنائية الاتجاه أو اتصالات متنقلة أو لتقييم تغطية البث، فمن الضروري اتباع نهج رياضي أكثر صرامة ممّا يفتح المجال بشكل جيد للغاية لنهج موجه للكمبيوتر والبرامج.

يوجد عدد كبير جداً من حزم برامج التنبؤ بالانتشار الراديوي المتوفرة حيث تم تطوير العديد من حزم برمجيات التنبؤ بالانتشار الراديوي هذه على مدى سنوات عديدة، كما تم تطوير بعضها للمذيعين بينما تم تطوير البعض الآخر للتطبيقات العسكرية، ومع الحد من استخدام نطاقات التردد العالي للتطبيقات العسكرية والإذاعية، تم إصدار العديد من حزم البرامج هذه للاستخدام المجاني أو للشراء بأقل تكلفة حيث أدى ذلك إلى توسيع نطاق استخدام هذه الحزم التي أصبحت الآن في متناول العديد من مستخدمي الاتصالات اللاسلكية.

يمكن الآن استخدام برنامج التنبؤ بالانتشار الراديوي هذا بحرية من قبل جميع أنواع مستخدمي الراديو بما في ذلك تطبيقات الاتصالات اللاسلكية ثنائية الاتجاه والاتصالات اللاسلكية المتنقلة البحرية ومحطات البث الإذاعي الصغيرة والكبيرة وتطبيقات الراديو من نقطة إلى نقطة وهواة الراديو حيث بهذه الطريقة كل هؤلاء المستخدمين قادرون على اختيار الترددات المثلى وأوقات اليوم لإنشاء رابط اتصالات الراديو الخاصة بهم أو البث إلى منطقة معينة بدرجة أكبر بكثير من اليقين من قدرتهم على تحقيق هدفهم بنجاح.

يُعد استخدم برمجيات التنبؤ بالانتشار الراديوي له العديد من العوامل لتحديد الاحتمال الإحصائي لفتح مسار معين، كما يوجد قدر كبير من البيانات المضمنة في البرنامج تم الحصول عليها على مدار سنوات عديدة من البحث، وعناصر مثل الوقت من اليوم والاختلافات في انتشار (HF) التي يتم اختبارها عبر مناطق مختلفة من الكرة الأرضية، كما أنّ للموسم والوقت من اليوم تأثيرات كبيرة على التنبؤ بالانتشار الراديوي.

بالإضافة إلى هذه المدخلات المختلفة الأخرى مطلوبة لتمكين التنبؤ بالانتشار الراديوي، فهناك حاجة إلى مؤشرات مستوى الإشعاع الشمسي والنشاط المغناطيسي الأرضي، كما قد تكون مطلوبة بأشكال مختلفة ولكن يمكن الحصول عليها بشكل عام من مجموعة متنوعة من المصادر على الإنترنت حيث يجب إدخالها جنباً إلى جنب مع المسار المطلوب أو منطقة التغطية المطلوبة.

حزم برمجيات التنبؤ بالانتشار الراديوي:

هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من حزم برمجيات الانتشار الراديوي التي تم تطويرها حيث يُعد العديد منها متطور للغاية وتم تطويره على مدار سنوات عديدة كما يتم استخدام حزم برامج الانتشار الراديوي هذه من قبل جميع مستخدمي الاتصالات اللاسلكية عالية التردد من المذيعين الذين يحتاجون إلى معرفة مناطق التغطية المحتملة لعمليات الإرسال الإذاعي الخاصة بهم وغيرهم من مستخدمي الاتصالات الراديوية المهنيين الذين يحتاجون إلى أن يكونوا قادرين على معرفة الترددات التي يجب استخدامها لإنشاء ارتباط إلى منطقة معينة لهواة الراديو.