Denna artikel handlar om hur långt man kan förväntas nå med extremt låg sändareffekt. Artikeln är en summariskt sammanställning av en lång rad enskilda NVIS experiment som utförts av Bengt,  SM7EQL och Yngve, SM7BCX under perioden våren-sommaren 1999. Experimentet är i sin helhet ganska omfattande och av denna anledning har en hel del tekniska detaljer utelämnas och vissa generalliseringar i texten gjorts. 

Artikeln kan också tjäna som en tankeväckare - om vad vi radioanvändare - radioamatörer - militären - kommersiella användare - har att vänta, t ex i form av ett ökat bakgrundsbrus från Power Line Communication, PLC för Internet bredband via elnätet - en teknik som använder betydligt mer effekt än vad som behövts för att genomföra de beskrivna experimenten nedan.

Lund -Ystad 500 km

Målet med experimentet var att undersöka hur mycket effekt som egentligen behövs för att med morsetelegrafi på 
3.5 MHz-bandet överbrygga avståndet Lund -Ystad, en sträcka på 5.7 mil fågelvägen. Två utbredningfall kan komma ifråga. Markvåg och rymdvåg. Avståndet för markvågen är exakt 5.7 mil och för rymdvågen i storleksordningen 50 mil. Att avståndet för rymdvågen blir så långt beror på att de joniserade skikten som reflekterar radiovågorna finns på en höjd över jordytan av c:a 20 - 30 mil. Radiovågorna skall alltså färdas från sändaren upp i en brant vinkel till de joniserade skikten för att där böjas av (reflekteras) tillbaks och nå mottagaren.

Sändaren

Först skall vi beskriva sändaren, därefter antennerna och slutligen mottagautrustningen som användes vid experimentet. Som sändare användes en Hewlett Packard signalgenerator med en kontinuerligt inställbar uteffekt av -127 dBm till + 20 dBm Uteffekten kan ställas in i steg om 0.1 dB över hela området. Genom att använda en signalgenerator i stället för en vanlig amatörsändare kan man enkelt öka eller minska effekten i kontrollerade steg 
och samtidigt direkt på generatorn läsa av av uteffekten uttryckt i dBm.

Sändarantenn
Som sändarantennen användes en 2 x 18 meter dipolantenn med mittpunkten monterad 26 m över marken och ändpunkterna c:a 15 meter upp. En antenn som denna, även om den förefaller sitta ganska högt strålar mest i elevationsvinklar mellan c:a 45-90 grader. Antennen passar bra för 1-hopps rymdvågsutbredning inom en radie från någon mil upp till i storleksordningen 150-200 mil, vilket från Lund räknat motsvarar ungefär Sundsvall i norr och Italien i söder. Notera att lägre sittande horisontella dipolantenner strålar ungefär likadant men med lägre effektivitet. För riktigt långväga trafik (DX-trafik) t ex med USA eller Japan bör en horisontell dipol sitta på en halv våglängds höjd över marken eller i detta fall 42 meter. Maximal utstrålning sker då i elevationsvinklarna c:a 20 - 40 grader.

Mottagare och mottagningsantenn
För att överhuvudtaget kunna uppfatta så svaga signaler som det här är frågan om så krävs det en mottagningsplats med extremt låg störnivå från elektriska maskiner, datorer och annan elektronik. Strax norr om Ystad bor Yngve, SM7BCX. Förberedande prov visade att hans stationsplats var i det närmaste helt störningsfri. En perfekt mottagningsplats alltså. Vid experimentet användes hans befintliga 2 x 12 m dipolantenn 15 meter över marken och en ICOM IC-730 som mottagare. Filtren som användes var det normala SSB-filtet med en bandbredd av 2.7 kHz samt ett CW-filter med bandbredden 0.5 kHz.

Signalbudget
Ingenting har hittills nämts om förluster i koaxialkablar, antennförstärkning och mottagarens känslighet. Vid noggranna beräkningar brukar man göra en s k signalbudget. Det är i all sin enkelhet en lista på alla förluster (Loss) och förstärkningar (Gain) För att lätt kunna räkna ut en signalbudget anger man ofta siffervärdena uttryckt i dB och dBm. Detta medför att talen direkt kan adderas eller subtraheras från varandra. Inte mycket mer komplicerad matematik än plus och minus alltså. Tänk dock på att vi här har att göra med både positiva som negativa tal. Glöm inte tecknet.

Signalbudget för sändarsidan

Sändareffekt 0 dBm

Kabelförlust -2.2 dB Motsv. 50 m. H-100 kabel + div skarvkablar
och övergångskontakter.

Antennförstärkning 0 dBd Uppskattat värde. Mycket svårt att mäta.

Utbredningsförluster -100 dB Medelvärde från uppgifter i litteratur

Effekt vid mottagningsplatsen -102.2 dBm

Anm.

Effekten -102.2 dBm är den effekt som i detta fall induceras i en högt och fritt hängande dipolantenn. Om antennen kopplas till en känslig mottagare med korrekt kalibrerad S-meter kommer mottagaren att visa en mottagen signalstyrka av S4.

Ur signalbudgeten kan vi också läsa ut att den effektivt utsrålade effekten (ERP) blir -2.2 dB (0 -2.2 + 0 = -2.2) vilket uttryckt i "vanlig effekt" är 0.45 milliwatt (strax under en halv milliwatt) ERP.

 

Signalbudget för mottagarsidan

Antennförstärkning (Ant Gain) -10 dBd Uppskattat värde. Mycket svårt att mäta.

Kabelförlust (RX Cable Loss) -3 dB Motsv. 20 m öppen stege + avstämningsbenhet.

Mottagarens känslighet -140 dBm Mätt på antenningången

Total känslighet -127 dBm OBS! Utan hänsyn till atmosfäriskt brus

Om nu det atmosfäriska bruset inte hade funnits så hade den mottagna signalen blivit hela 24.8 dB över mottagarens och antennens totala känslighetsgräns, d v s skillnaden mellan -102.2 och -127 dBm. I detta fall hade det alltså varit möjligt att kommunicera även på SSB med fullgod kvalitet. Och detta med bara 0.45 milliwatt och efter en färd av hela 500 km!

Var går då gränsen?
Tyvärr finns där en verklighet. Det atmosfäriska bruset kan vi aldrig komma ifrån. Det finns där, alltid närvarande som en kompakt brusmatta och som effektivt maskerar de allra svagaste signalerna. Bruset är som starkast på låga frekvenser och minskar efterhand med ökad frekvens. På 3.5 MHz mättes vid ett försökstillfälle en brusnivån på -120 dBm dagtid och -100 dBm nattetid, vilket betyder att man på dagtid kan uppfatta telegrafisignaler ner till strax under -120 dBm. (Den absoluta brusnivvån varierar från dag till dag och är årstidsberoende) Vid ett praktiskt försök med 1 milliwatt uteffekt från signalgeneratorn togs signalen emot med 10 dB över bruset vilket av oss radioamatörer ofta bedöms som en stark signal med god läsbarhet. I ett av försöken som varade i flera dygn sändes omväxlande med olika uteffekter. Den lägsta effekt som kunde överföras och nätt och jämt uppfattas i bruset var -23 dBm. Detta motsvarar en sändareffekt av endast 5 uW. När kabelförlusterna räknats in är var den effektivt utstrålade effekten från antennen i storleksordningen två mikrowatt. Märkligt att det överhuvudtaget går, eller hur?

(En fortsättning av experiment, på 1.8 MHz, gjordes under vintern-våren 2001. Till vintern 2001/2002 kommer experimenten att fortsätta på 7 och 10 MHz)

Copyright © Bengt Falkenberg, SM7EQL

Joomla templates by a4joomla

Vi använder cookies för att förbättra våra webbsidor och din upplevelse när du använder dem. Cookies som används för den nödvändigt funktionaliteten för dessa webbsidor har redan blivit satta. To find out more about the cookies we use and how to delete them, see our privacy policy.

  I accept cookies from this site.
EU Cookie Directive Module Information