Ionosfääri määrää parhaan säteilykulman

Jotta ymmärtäisimme, miksi juuri lähtö- eli säteilykulmien ennustaminen ja analysointi tuntuu mielenkiintoiselta aiheelta, meidän täytyy muistuttaa itseämme siitä, että:

Ionosfääri määrää, millä lähtökulmalla yhteys syntyy kahden paikan välillä. Sitä ei määrää lähetysantennimme.

Lähtökulma-analyysin tekemiseksi minulla ei ole mitattua havaintoaineistoa. Sen sijaan analyysi tehdään VOACAP-ohjelmalla, tuolla aikoinaan Amerikan Äänen eli Yhdysvaltain yleisradio Voice of American HF-taajuussuunnitteluun tarkoitetulla PC-ohjelmistolla, joka sittemmin oikeasti vapautettiin kaikista tekijänoikeusrajoituksista. Tämä on johtanut siihen, että erittäin moni radioamatöörikäyttöön tarkoitettu HF-ennusteohjelmisto käyttää VOACAPia ennusteen laskennassa. Näiden (kaupallisten) ohjelmistojen lisäarvo itse VOACAPiin nähden on lähinnä käyttöliittymässä (lähtötietojen syöttö ja tulosten esittäminen). Varsinainen ennusteen laskenta tehdään samalla algoritmilla.

VOACAPissa on neljä muuttujaa, jotka vaikuttavat siihen, miten VOACAP virittää ennusteen laskennassa tarvittavan ionosfäärimallin kohdilleen:

• Ionosfääridata (valittavana "CCIR Oslo" ja "URSI 88 Australian")
• Tarkasteltava kuukausi (Month)
• Tarkasteltavan kuukauden tasoitettu auringonpilkkuluku (SSN)
• Ionosfäärikerrosten ns. kriittisiin taajuuksiin vaikuttavat kertoimet (Fprob)

Muutama huomio ionosfääriä koskevien lähtötietojen asettamiseksi oikein

• Ionosfääridataksi valitaan aina "CCIR Oslo". Onneksi tai epäonneksi on mahdollisuus valita myös "URSI 88 Australian", joka kuitenkin on väärä datajoukko nimenomaan VOACAP:n yhteydessä. VOACAP on suunniteltu käytettäväksi vain CCIR Oslo -datan kanssa.
• Fprob-lukuihin ei tarvitse puuttua. Ne on oletusarvoisesti asetettu oikein.
• Maailmalta on saatavana auringonpilkkulukuja monista lähteistä. VOACAP on suunniteltu käytettäväksi pilkkuluvuilla, jotka löytyvät täältä: ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SUNSPOT_NUMBERS/sunspot.predict

Aiemmin puhuin Deanin N6BV:n ohjelmasta nimeltä HFTA eli HF Terrain Assessment. Tämä ohjelma visuaalisesti näyttää horisontaalisen antennin - kuten vaakadipolin, horisontaalisen jagin tai stakatun jagiryhmän - lähtökulmat ja antennin vahvistuksen eri korkeuksilla maan pinnasta. Erityisen kiinnostavaksi HFTA:n tekee se, että siihen voidaan syöttää tieto maanpinnan muodosta lähetysantennin lähialueella. Tämän maanpinnan muodon HFTA osaa ottaa huomioon laskiessaan, miltä tutkimamme antennin säteilykulmat näyttävät!

Tässä omassa analyysissani olen asian yksinkertaistamiseksi olettanut, että ollaan täällä laakealla Pohjanmaalla eli antennimme sijaitsee vaikkapa keskellä peltoa ja ympärillämme on aivan tasaista maata horisonttiin saakka.

HFTA-ohjelma on ladattavissa ARRL:n Antenna Handbookin mukana tulevalta CD-ROM:lta.

Jos palaamme tuohon artikkelin alussa mainittuun väitteeseen ionosfäärin määräävästä roolista, näin saamme kiteytettyä että:

• VOACAP ennustaa, millä säteilykulmalla (ja mihin aikaan) voidaan saavuttaa radioyhteys kahden maantieteellisen paikan välillä ionosfäärin kautta.
• HFTA näyttää graafisesti, miten oma horisontaalinen antennimme kattaa ne lähtökulmat, jotka VOACAP on ennustanut tälle yhteysvälille. HFTA laskee tarkasteltavalle antennille hyvyysluvun lähtökulmien peiton mukaan.

VOACAPissa ennustetut lähtökulmat ovat luonteeltaan tilastollisia. Ennustettu lähtökulma-arvo on "mediaaniarvo" eli 50 %:n todennäköisyys arvolle. Ennustetun kulman ympärillä lienee paljon hajontaa. Todellisuudessa säteilyähän lähtee antennista moneen eri suuntaan, mutta ennustettu arvo on VOACAP:n mielestä se kulma, johon suurin osa säteilystä pitäisi kohdistaa. Samoin kun tulokulmia tarkastellaan eli otetaan vastaan radiosäteilyä, säteilyä tulee monessa eri kulmassa ja kulma vaihtelee erittäin nopeasti hetkestä toiseen. Taas voisi olettaa (minulla ei ole asiasta kokemusperäistä tietoa), että jos pääsisimme todistamaan tietystä paikasta saapuvan radiosignaalin tulokulmia, voisi kuvitella että tietyllä ajanhetkellä signaalin kulma vaihtelee hyvin nopeasti ja kun keräisi havaintoaineistoa tarpeeksi ja tutkisi sitä tarkemmin, voitaisiin löytää jokin kulma, jonka ympärillä arvot vaihtelisivat suurimman osan aikaa tietyllä ajanjaksolla. Näin ajattelen, että VOACAPinkin säteilykulmaennusteet pitäisi käytännössä ymmärtää.

Tässä analyysissa tutkimme siis sitä, kuinka korkealla antennimme pitää olla maan pinnasta, että saamme HFTA:n hyvyysluvun mahdollisimman korkeaksi VOACAP:n laskemille tilastollisille lähtökulmille. Mitä suurempi hyvyysluku, sitä paremmaksi nousevat yhteydenpidon onnistumisen edellytykset parhaaseen ennustettuun kellonaikaan (ja sen liepeillä).

Kun nyt ymmärrämme, että VOACAP ja HFTA voivat tällä tavalla tehdä merkittävää yhteistyötä, niin ongelmaksi jää se, miten VOACAP:n lähtökulmaennustedata saadaan muutettua HFTA-ohjelman syötetietomuotoon. Juuri tätä varten ohjelmoin n. vuosi sitten oman ohjelman nimeltä EAA eli Elevation-Angle Analyzer, suomeksi Lähtökulma-analysaattori.

• Ohjelman englanninkielinen ohjesivu löytyy omalta sivultaan: OH6BG Elevation-Angle Analyzer for VOACAP.
• Itse ohjelma on ladattavissa suoraan tästä osoitteesta: http://www.voacap.com/eaa06a.zip