Связь на частотах порядка 3.6 МГц.

Связь на частотах порядка 3.6 МГц.

В рамках хоббийного проекта, в процессе реализации которого остаточные знания радиотехники пытаются воплотиться в практической и не совсем уж бесполезной конструкции, почему-то ещё и хочется, чтобы собранная из радиохлама Железяка выполняла полезную функцию. Например, давала связь на пресловутые 100 км. Или больше.

Современному человеку, избалованному достижениями прогресса, как-то не особо понятно, зачем вообще такое хотеть. Есть же сотовая связь и интернет. Куда всё это может деться?

Но достаточно разумному человеку уже вполне ясно, куда. Ароматы оттуда сквозняками доносятся, причём пахнет подобающим этому месту запахом. И примерно понятно, когда именно такое случится. Да в любой момент.

Посему не будет грехом систематизировать имеющиеся знания хотя бы на дилетантском уровне. С проверкой их на практике, ясное дело.

Весь доступный спектр КВ диапазона.

Для начала есть уже многократно помянутая всуе таблица:

Длина волны, м	Частота, кГц	Зона охвата, км
		Летом		Зимой
		Днем	Ночью	Днем	Ночью
10	30000	≥ 2500	-	≥ 15000	-
13,6	22000	≥ 2000	-	≥ 10000	-
15	20000	≥ 1800	-	≥ 6000	-
17,6	17000	1500~6000	≥ 15000	2500~8000	-
20	15000	1200~4500	≥ 10000	2000~7500	-
23	13000	900~3000	3000~6000	1500~5000	≥ 15000
30	10000	700~2000	2500~5200	1000~3000	6000~10000
37,5	8000	400~500	1500~4500	500~2000	3000~7000
43	7000	150~900	1000~3000	250~1500	2000~6000
50	6000	0~600	500~500	100~1000	1000~4500
60	5000	0~500	50~1300	0~800	500~4000
70	4300	0~400	0~1100	0~600	100~3500
80	3750	0~300	0~1000	0~500	0~3000
100	3000	0~200	0~800	0~350	0~1500
130	2375	0~100	0~600	0~180	0~1000
160	1875	0~40	0~450	0~10	0~700

Цветом выделены кусочки спектра, пригодные для связи хотя бы на 100 км без мёртвых зон и в любое время года и суток. Сразу становится понятно, почему метеоинформаторы для авиации заселены куда-нибудь на 3.45 МГц. Да чтобы самолётики и аэродромы могли слышать погоду из произвольной точки локации в любое время.

Ну так и нам надо того же.

Но, наверное, не всё так просто, а табличка весьма поверхностна.
Само собой, кто бы сомневался.

Опыт военных.

По Сети ходит рисунок конца 40-ых годов прошлого века тушью по ватману, показывающий дальность телеграфной связи силами десятиваттной КВ радиостанции с типичными для военных вариантами антенн:

Аппаратура той поры имела реальную чувствительность около 2 µV, но в пересчёте на принятый сегодня стандарт «лучше 1 µV» и сложившуюся помеховую обстановку, графики соответствуют мощности передатчика около 5 Ватт. А если антенна чуть получше, например, дипольная, то и 2-3 Ватта тоже могут показать нечто соизмеримое. Особенно в цифровой моде.

То есть этими «глубоко архивными» графиками вполне можно пользоваться.
По крайней мере, какой-то начальный ориентир они дают.

Нечто похожее можно встретить в «Энциклопедии радиолюбителя» В. М. Пестрикова. Автор не счёл возможным сослаться на изыскания военных, и процитировал данные Бюро стандартов США столь же лохматых лет:

Это хорошо коррелирует с предыдущим источником, представившим данные в более понятном виде. Но тут как-то очевиднее просматривается «мёртвая зона», про которую тоже надо помнить.

Дальность связи земной волной.

Отдельный интерес представляет гарантированная дальность связи - так называемая ночная поверхностная волна, не зависящая от времени года. Дневная распространяется чуть подальше, но зависит от времени года, так что ею не интересуемся.

На «глубоко архивном» рисунке этот момент виден не очень хорошо.
Оцифруем нужную нам зависимость в более чёткую картинку:

То что мы видим, хорошо сочетается с нормативами на дальность связи с суррогатными антеннами, принятыми у военных в низовых радиосетях. Для Лоубэнда это действительно 10-15 км. То же, но в гражданском исполнении, с менее эффективной спиральной антенной, типично связывается на 10 км пятью Ваттами.

На частоте, легально доступной радиолюбителю, например, в районе 3.6 МГц, «всесезонная» земная волна распространяется примерно на 17 км, либо чуть дальше днём. С учётом заметно меньшей мощности, но при использовании нормальной полноразмерной антенны, примерно то на то и выйдет - 15-20 км земной волной вполне можно сработать.

Местному автору известно о практических изысканиях, давших ровно такой результат. В процессе изысканий местный автор принимал задействованный в экспериментах маяк даже на Железяку с расстояния в 200 км, что на порядок превышает максимальную дальность распространения земной волны. При мощности маяка 5 Ватт «глубоко архивный график» в принципе разрешает услышать такой маяк через зенитный механизм излучения.

И вот это гораздо более интересно.

Связь пространственной волной.

Тут воспользоваться опытом военных не особо получится, так как срез «полночь-полдень» в принципе не может быть плавно аппроксимирован в промежуточные значения. Но загогулина, нарисованная над кривой поверхностной волны, как раз и отвечающая за связь пространственной волной, явно сильно зависит от времени суток и года.

Поэтому далее всяк любопытствующий уходит постигать в интернеты разные премудрости поглощения и преломления радиоволн ионосферой, с её слоями D, E и F. Но для предельно простого случая NVIS (Near Vertical Incidence Skywave), собственно зенитного излучения, когда радиоволна отражается ионосферой не куда-то там за горизонт, а практически вот сюда же обратно, ситуация самая понятная.

Существует «критическая частота» для вертикально излучаемого сигнала, который еще отражается от ионосферы. В науке её принято обозначать FoF2. Всё, что выше этой частоты, обратно не вернётся. Хотя и способно отразится куда-то вдаль. Но как раз вдаль нам и не надо.

Это напрямую измеряемый параметр, карты для FoF2 составляются.
Выглядят весьма пугающе, и просятся на вернисаж:

На соответствующих сайтах такие приводятся с шагом по времени в ¼ часа, и они динамичны. Но нам лишь нужно увидеть летнюю ночную критическую частоту в средних широтах Страны, никак не большую 4 МГц. А зимой будет и того меньше, по аналогии с южным полушарием, где на момент фиксации картинки как раз зима.

И вот теперь отчётливо понятно, почему для круглосуточной связи на малых дистанциях задействованы частоты ниже 4 МГц. Причём казалось бы, чем ниже частота, тем лучше. Но нет.

Диапазон пригодных для NVIS частот ограничен не только сверху, но и снизу. Слои D и E эффективно поглощают радиоволны, причём обратно пропорционально квадрату частоты. Эффект выражен настолько сильно, что приходится вводить понятие наименьшей применимой частоты (НПЧ, LUF, Lowest Usable Frequency). Исходя из этого обстоятельства, целесообразна работа с частотами, близкими к критической.

Однако, ионосферные процессы нельзя назвать стационарными, ионосфера буквально бурлит. Многими поколениями учёных соответствующего профиля выяснено, что максимально применимую частоту (МПЧ, MUF, Most Useable Frequency), в случае NVIS удачно совпадающую с критической, следует умножать на 0.8-0.85.

Для нашей картинки наилучшая ночная частота получается около 3.4 МГц.

Наука.

Сразу после осознания всей этой затейливости хочется взять в руки какой-нибудь калькулятор для наблюдения значений LUF и MUF в динамике, по времени суток. Тут уместен онлайн-сервис URSL HF Prediction, к которому мы будем обращаться при надобности.

Правда, если сразу уйти в раздел этого сервиса «Local Area Mobile Prediction (LAMP)», и посмотреть, на каких частотах предлагается держать связь на удалениях до 1000 км в зависимости от времени суток, то конкретно для июня и локации местного автора нарисуется такая картинка:

Как видим, оптимальные частоты для местной связи весьма далеки от 3.6 МГц, и находятся в диапазоне 4.25-6 МГц, причём на протяжении суток их лучше менять, переключаясь между «дневными» и «ночными» частотами. В особо патетических случаях, например, для людей в погонах, тех и других назначается по две-три штуки разных, в соответствии с картинкой.

Более того, в секции «Network Frequency Selection» даже можно получить на руки списки таких частот, комплектом от 2 до 6 штук:

---

   Main Mode  All Modes    Frequency Set 
   % Avail.   % Avail.     (Mhz +/- 0.5)
     96.4        96.4      4.7  2.3
     99.2        99.2      5.6  3.8  2.0
     99.2        99.2      6.0  4.1  3.0  2.0
     99.2        99.2      6.3  4.9  3.9  2.8  2.0
     99.2        99.2      6.5  5.6  4.7  3.8  2.9  2.0

---

Но если патетика по уставу не положена, цветов на картинке поменьше:

Правда, 60-метровый любительский диапазон в Стране не практикуется, а без него никакого выбора нет вовсе. Извольте работать ближайшие 400-500 км только «восьмидесяткой», без всяких вариантов:

Естественно, вынужденно используя частоту, далёкую от оптимальной, не стоит надеяться на беспроблемную связь. Особенно когда в наличии всего пара Ватт. Даже если наука уверяет в принципиальной возможности связи в данное конкретное время, только опыт покажет, какая часть мощности избежит поглощения ионосферой, дабы хоть что-то дошло до адресата.

По-любому нужен прямой эксперимент.

Эксперименты со связью через NVIS.

Само собой, такие эксперименты проводились, и на канале Игонина даже присутствует тестирование круглосуточной связи на нижних КВ диапазонах, как раз на дистанции порядка 60 км. Что заведомо не задействует земную волну, и потому нам интересно.

Однако в эксперименте фигурируют трансиверы с чувствительностью чуть ли не на порядок лучше, чем у Железяки, и соответствующей мощностью. Полученный результат в наших реалиях бесполезен, хотя и обнадёживает.

Правда, закосплеить подобное, очертив на карте циркулем окружность радиусом в сотню км, и заслав кого-нибудь с аппаратурой в точку за этим радиусом, причём дня на 2-3 с целью получения воспроизводимых данных, вряд ли получится, уж будем реалистами.

К счастью, без живого добровольца вполне можно обойтись, так как его способность разговаривать ртом не потребуется. Возможно, это тактически неверно, но местный автор считает передачу информации «цифрой» более приоритетной, ввиду минимального расхода спектра и мощности. В рамках такой концепции можно получить экспериментальный результат, даже не покидая лачуги.

WSPR нам в помощь.

Среди изобилия цифровых мод есть одна ну очень специфичная, зовётся WSPR (The Weak Signal Propagation Reporter). Она специально создана для оценки прохождения радиоволн, и зачастую преподносится как колдунство, позволяющее милливаттными мощностями перекрывать тысячи километров.

Но увы и упс, чуда не случилось. Как и в любой другой цифровой моде, на интересующем нас диапазоне мощность в WSPR менее Ватта в летний период не желает уходить дальше одного скачка. А вот два Ватта уже явно демонстрируют двухскачковый механизм распространения на 2-5 тыс. км:

Картина не особо впечатляюща, потому как зимой тот же аппарат с той же антенной и на той же мощности слышен как-то более повсеместно, спотов несоизмеримо больше:

Интересно сопоставлять время коннекта с проекцией ночной тени на карте. Для дальних трасс связь удаётся, когда обе станции максимально близки к линии терминатора, а между ними ночь. Либо одна из станций находится на этой линии, а вторая где-то в ночной тени.

Тема игр с WSPR возникла только потому, что на интересующем удалении в 70 км как-то удачно случился скиммер, который так оценивает качество круглосуточной связи двумя Ваттами в мае и июне:

Эксперимент с двухваттным сигналом, переданным зенитным излучением на 70 км, даже в самое неудачное для этого время суток, не показал уровень менее -26 dB. Протокол связи способен принимать сигнал вплоть до -29 dB, так что мощность в эксперименте вполне можно было уменьшить до одного Ватта без каких-либо последствий, и не кричать на весь континент.

Появившаяся на графике величина SNR (Signal to Noise Ratio) показывает отношение сигнала к шуму в полосе пропускания приёмного тракта.

Согласно обыденной логике, сигнал сильно меньше шума смысла не имеет, но в цифровых модах встречается сплошь и рядом, причём это совершенно нормально.

Формула из Википедии говорит, что величина SNR выражается в dB.
По мощности отношение линейное, по напряжению квадратичное:

Все логи скиммеров выдаются с привязкой к общемировому времени UTC, но удобнее пользоваться местным. Декретное время в локации автора больше астрономического на полтора часа, что наглядно фиксируется графиком. В остальном ход суточной зависимости SNR вполне типичен.

«Типичность» следует из картинки сервиса voacap.com:

NO14NU to NO14TH: 68 km (80m, SSB 50W, Isotrope 0dBi, Noise= -139 dBW).
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

С заголовком таблицы не всё понятно, потому как сервис при выборе WSPR модуляции мощностью 2 Ватт, показывает сплошное красное поле. Да, прохождение круглосуточное, но хоть какая-то градация, сопоставимая с данными эксперимента, просматривается при эквиваленте 50W SSB.

Самое главное, что мы получили на этом этапе - форму красной кривульки на экспериментальном графике (возьмём за основу июньский трейс, как более проблемный). Теперь, меняя мощность, чувствительность приёмника и модуляцию, мы сможем лишь сместить эту зависимость по вертикальной оси, но не изменить её форму.

Утилита проектирования радиотрассы помогает понять, как изменится ход кривульки в иное время года. Более того, подобранные входные данные позволяют нарисовать аналогичную картинку для оценки возможности связи на другие расстояния.

Реальная чувствительность самодельного приёмника.

Рапорт скиммера можно принимать к сведению, но вот воспользоваться им как руководством к действию не получится. По совсем простой причине: чувствительность приёмника у Железяки хуже, чем у скиммера.

Попробуем такую разницу оценить на экспериментальных данных.

Это просто. Когда мы кричали двумя Ваттами в сторону скиммера, вопли не были непрерывными. В промежутках осуществлялся приём других маяков. Вследствие близости скиммера можно напрямую сравнить его рапорты по поводу этих же самых маяков со своими ощущениями.

В данной локации на диапазоне 80 метров работают всего два WSPR маяка, оба мощностью 200 мВт. Один на севере, до него, грубо говоря, 1200 км, другой на юге, в 1500 км.

Сначала приём WSPR маяка из северных широт:

Если слева и справа по оси времени с интервалом в сутки расположить эти же данные, аппроксимация весьма правдоподобно свяжет множество точек синусоидальной линией. К самой траектории могут быть вопросы, однако в центре облака точек экстремум нарисован предельно точно. Да ещё и правильно - в местной локации декретная полночь сдвинута относительно астрономической на полтора часа, что мы тут и видим.

Вот в районе этого экстремума и надо смотреть разницу чувствительности образцового скиммера (серый трейс) и Железяки (синий) - там 8 dB.

Теперь приём маяка с южного направления. Маяк проходит слабее:

Тут научный софт не увидел огибающей для синего стада точек, и провёл линию через их центр масс. Разница в чувствительности всё те же 8 dB.

Похоже ли это на правду?

Замеренная разными методами чувствительность Железяки неотличима от 1 µV, или -107 dBm. А -115 dBm (на 8 dB лучше) соответствует 0.4 µV, чего вполне можно ожидать от хорошего WEB SDR и скиммера. Всё сходится.

Теперь на круглосуточном графике приёма двухваттного WSPR сигнала с удаления в 70 км возможно визуализировать, что именно услышит приёмник с неидеальной чувствительностью. Понятнее всего будет вот так:

Хотя трейсы усредняют измерения, правильнее смотреть не на них, а на экспериментальные точки. Сигналы, располагающиеся ниже горизонтали с обозначенной чувствительностью, приняты не будут.

Начнём структурировать информацию.
Вот что нам дали игры с WSPR:

1. По зависимости слышимости Железяки WSPR скиммером, выраженной в строгих и конкретных цифрах, подобраны граничные условия в онлайн-сервисе, что позволит оценить прохождение не только на конкретно этой радиотрассе, но и на любой другой. Причём в иное время года.

2. Установлена точная разница в чувствительности скиммера и Железяки. Учитывая однотипность аппаратного обеспечения скиммера WSPR и любого из многочисленных WEB SDR, появляется возможность не просто моделировать радиотрассы, как сказано пунктом выше, но и проверять модель, причём с учётом реальной чувствительности Железяки.

3. Учитывая минимально достижимый SNR цифровых мод, пунктов на 10-15 меньший, нежели у WSPR, уже сейчас мы понимаем недостижимость круглосуточной связи между однотипными Железяками на единственном диапазоне.

Замена WSPR другой «цифрой».

В результате предыдущих экспериментов с QRP у местного автора возникло понимание весьма высокой эффективности OLIVIA в одном из низкободовых вариантов. Что-то соизмеримое по «дальнобойности» есть лишь в зоопарке режимов под брендом Joseph Taylor, но весь этот зоопарк работает только в таймслотах, с соответствующими последствиями.

Железяка с прямым синтезом сигнала на радиочастоте (AFP-FSK модем) из 40 разновидностей Оливии совместима с большинством из них:

Baud ⇓ \ BW ⇒	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1000 Hz
0.976563 265	128/125 -25	256/250 -24
1.953125 134	64/125 -23	128/250 -22	256/500 -21
3.906250 069	32/125 -21	64/250 -20	128/500 -19	256/1000 -18
7.812500 043	16/125 -19	32/250 -18	64/500 -17	128/1000 -16
15.62500 027	8/125 -17	16/250 -16	32/500 -15	64/1000 -14
31.25000 015	4/125 -15	8/250 -14	16/500 -13	32/1000 -12
62.50000 008	2/125 -13	4/250 -12	8/500 -11	16/1000 -10
125.0000 007		2/250 -10	4/500 -09	8/1000 -08
250.0000 007			2/500 -07

Предельный минимальный SNR каждого варианта указан красным цветом. Это оценочное значение, в скрижалях его нет. Синим обозначено время в секундах, необходимое для передачи такой же информации, какая в WSPR уходит почти за две минуты.

Далее придётся выбрать между скоростью передачи, ориентируясь на синие секунды, и «пробиваемостью» в виде красных значений SNR. Чем уже полоса, тем меньше в ней всякого мешающего, так что и выбирать придётся из 16/125 или 32/125. Склонимся в своём выборе к более шустрой моде.

Предельный SNR режима OLIVIA 16/125 уступает WSPR 10 единиц, поэтому на графике проводится новая горизонталь для конкретно этой моды, ниже которой Железяка с чувствительностью 1 µV должна терять сигнал:

В случае выбора иной цифровой моды рассуждения будут аналогичными.
Только надо знать реальный SNR задействованного режима.

Таким образом, у нас намечается дневная сиеста, и было бы желательно подтвердить её экспериментально, с выяснением границ по времени. Нужен маяк в произвольной цифровой моде.

Самодельный маяк.

Связной софт FLDIGI позволяет в любую кнопку макроса F1-F12 поместить произвольную последовательность весьма разнообразных команд. Почему бы одну из кнопок не обучить вот такой инструкции:

<TX><MYCALL> BCN <LT><RX><TIMER:300>

Последняя в строке команда таймера заставляет инструкцию отрабатываться циклично, с указанным периодом. Вот и весь маяк.

В окне приёма FLDIGI строка информации дополнится локальным временем (команда <LT>), по которому легко ориентироваться. Либо цикл маяка доносит рапорт в окно приёма, с фиксацией времени из макроса, либо такого рапорта в окне нет.

Но это не универсальный вариант, ибо по какой-то причине он напрочь отказывается работать с низкободовыми модами. Тогда команда таймера из инструкции убирается, а периодическое нажатие кнопки макроса можно поручить тулзе xStarter.

Приказать указанному окну исполнить нажатие одной из кнопок F1-F12 раз в пять минут - дело несложное, и не требует навыков программинга.

From Iron to Iron.

Концепция связи «От железяки к железяке» подразумевает полный отказ от чужой инфраструктуры. Но это потом. А на этапе экспериментов не грех воспользоваться существующей инфраструктурой WEB SDR приёмников, но так, как будто Железяка на этой стороне радиотрассы укомплектована точно такой же и с той стороны.

Это возможно.

Правда, придётся сделать допущение, что все WEB SDR приёмники имеют схожую чувствительность, и оборудованы антеннами, по эффективности в режиме приёма эквивалентными родной антенне Железяки.

Согласимся на справедливость такого допущения.

На примере задействованного ранее WSPR скиммера, совмещённого с WEB SDR приёмником, выполнена оценка его чувствительности как 0.4 µV. Что на 8 dBm лучше, чем у самоделки (1 µV для определённости).

Поэтому достаточно уменьшить максимальную мощность Железяки (2.5 Ватт, 34 dBm) на 8 dBm, что даст 26 dBm, или 0.4 Ватта. Это равносильно замене в точке приёма полноценной связной техники на самодельный девайс, но общающийся с однотипной Железякой на полной мощности.

Теперь, перебирая различные WEB SDR, можно тестировать связь разными цифровыми модами, но с мощностью не более 400 милливатт. Предполагая, что при разворачивании в местах дислокации SDR таких же Железяк, но работающих полной мощностью, особой разницы в качестве связи не будет.

Проблематика при использовании SDR.

Есть сразу несколько вариантов реализации WEB SDR, самый удобный для пользователя своими копирайтами ссылается на PA3FWM. Тут вся просто, подключаем связной софт, и работаем хоть сутки напролёт. Лишь бы ресурс не крашился, что случается часто.

Очень много Kiwi SDR. Такие сбрасывают соединение через определённое либо рандомное время, так что приходится силами уже знакомой нам тулзы xStarter периодически посылать в выбранное окно управляющую команду F5 на переподключение.

Но гораздо чаще встречается вариант Kiwi SDR с лимитированием доступа несколькими часами в сутки, причём в дополнение к периодическому сбросу соединения. Тут уже никаких фундаментальных изысканий провести не удастся, либо надо как-то извращаться с VPN и вот этим всем.

И совсем уж негодным вариантом представляется софт от PA3FWM, но с ограничением времени сеанса. Просто обновить содержимое окна тулзой xStarter недостаточно, настройки приёмника слетают.

Поэтому далее эксперименты ставились только над «беспроблемными» SDR.

Что и как мы будем наблюдать, алгоритм.

Хотя в приоритете строго местная связь, для удовлетворения любопытсва попробуем её проверить на всех доступных дистанциях. А дотянуться можно весьма далеко, так что придётся сверяться со значениями MUF и LUF для нахождения интервала времени, в пределах которого прохождение между двумя точками на данной частоте в принципе возможно.

Естественно, расчёт MUF и LUF заложен во все модели радиотрасс, и можно пользоваться любой из них. Однако удобнее та модель, исходные данные которой допускается менять как угодно, поэтому уже упоминавшийся сервис URSL HF Prediction подходит лучше.

Результат в виде текстовых строчек, конечно, сильно уступает в наглядности графику, но это уже не принципиально.

Собственно результаты эксперимента лучше представлять графически, а для полноты картины стоит дополнять их предсказанием радиотрассы на весь год от сервиса voacap.com. Заодно будет видно, насколько адекватно наблюдения соответствуют теории.

Начнём с коротких дистанций.

Связь цифровой модой OLIVIA 16/125 на 70 км.

То, что на коротких расстояниях связь на 80-метровом диапазоне возможна круглосуточная, уже понятно из экспериментов с WSPR. Наука даже прямо об этом говорит - MUF и LUF нигде не пересекают рабочую частоту:

---

 UTC   00 01 02 03 04  05 06 07 08 09  10 11 12 13 14  15 16 17 18 19  20 21 22 23 24
 MUF    5  5  5  5  5   5  5  5  5  5   5  5  5  5  5   5  5  5  5  5   5  5  5  5  5
 REC    3  3  3  3  3   3  3  3  3  3   3  3  3  3  3   3  3  3  3  3   3  3  3  3  3
 LUF    3  3  3  3  3   3  3  3  3  3   3  3  3  3  3   1  1  1  1  1   1  1  1  3  3

---

Частота «REC» здесь фигурирует как наилучшая рекомендованная частота. Под тройкой понимается 3.650 МГц.

Перерисуем табличку предсказанной возможности коннекта для случая микровольтной чувствительности приёмника. Для этого мощность в модели надо уменьшить в 5 раз, что составляет -7 dB, и близко к нужным -8 dB:

NO14NU to NO14TH: 68 km (80m, SSB 10W, Isotrope 0dBi, Noise= -139 dBW).
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

На июньских данных с 9 до 17-18 часов местного времени связь выглядит проблематичной, и должна носить бурстовый характер. Причём примерно это же следует и из рассмотренного выше экспериментального графика, с усекновением его горизонтальными полосками.

Эксперименты с OLIVIA 16-125 и оговоренной методикой мощностью 400 милливатт наглядно показали, что фактически так оно и случается. Зачастую нарушения связи в полдень не наблюдается вовсе, но в другой день в это же время её просто нет. Подняв мощность, связь удаётся восстановить, но это уже грубое нарушение принятой методики.

К сожалению, этот SDR из «проблемных», так что живые графики для него не рисовались. Поэтому просто констатируем факт: летняя полуденная связь «цифрой» на 70 км возможна, но отнюдь не гарантирована. В остальное время со связью нет проблем.

Теперь предположим, что вообще все WEB SDR приёмники имеют примерно одинаковую чувствительность 0.4 µV ± маленько. Попытка приёма на эти SDR своей передачи мощностью 400 милливатт равносильна связи между однотипными самоделками чувствительностью 1 µV и выходной мощностью 2.5 Ватта, располагающимися на том же расстоянии, и оборудованных такими же антеннами. Оно получится?

Да, ночная связь «по проходу» есть, причём на удалениях примерно до 1500 км. Это как раз расстояние одного скачка. Но по условиям задачи нас интересует не только ночь. На 70 км дистанции ситуация ясна, а как будет дальше?

Связь цифровой модой OLIVIA 16/125 на 300 км.

Следующий по удалению SDR расположен в 300 км. Вернее, их там целых два. И лучше задействовать оба, для надёжности усреднившись.

Расстояние большое, так что сигнал искажается, а то и вовсе теряется, даже и не в самое проблемное время. За любой период времени принятых без искажений сообщений будет меньше, чем отправленных. Поэтому, если на оси времени откладывать точки только успешных бурстов, где-то они будут стоять вплотную, а где-то им будет одиноко.

Пересчитав плотность точек на единицу времени, и таким образом введя второе измерение, можно натянуть линейный график на плоскость, получив график вероятности успешной связи между двумя Железяками в предельно наглядном виде:

Думается, всё, что выше горизонтали 50%, уже пригодно для связи.
А вот с 8 до 20 в самый проблемный месяц (июнь) связи точно не будет.

А что говорит нам наука?

Для данной радиотрассы значение минимально применимой частоты (LUF) с 2 до 11 UTC (с 9 до 18 местного времени) уходит выше рабочей частоты, и тогда никакой связи не полагается:

---

 UTC   00 01 02 03 04  05 06 07 08 09  10 11 12 13 14  15 16 17 18 19  20 21 22 23 24
 MUF    5  5  5  5  7   7  7  7  7  7   7  7  5  7  7   7  7  7  5  5   5  5  5  5  5
 REC    3  3  *  *  7   7  7  7  7  7   7  3  3  3  3   3  3  3  3  3   3  3  3  3  3
 LUF    3  3  5  5  5   5  5  5  5  5   5  3  3  3  3   1  1  1  1  1   1  1  3  3  3

---

Действительно, экспериментальных точек на графике в этом интервале нет, видны лишь отдельные случайные бурсты. Причём прогнозирование этой же радиотрассы другим сервисом показывает сходную картину:

NO14NU to NO33QT: 299 km (80m, SSB 10W, Isotrope 0dBi, Noise= -139 dBW).
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Весьма любопытно, что перемещая мыша над строчкой июня, и сопоставляя значение «R» всплывающей подсказки с экспериментальным графиком, мы увидим как качественное, так и количественное совпадение.

SWL OLIVIA 16/125 на 200 км.

Так получилось, что у процесса тестирования возможности коннекта промеж двумя Железяками на 300 км, одна из которых самая настоящая, но с впятеро заниженной мощностью, а вторая виртуальная в виде SDR, был сторонний наблюдатель в 200 км от передающей станции.

Особую ценность этим наблюдениям придаёт используемая аппаратура. Это реплика Ретроволынки, по своему статусу тоже самая настоящая Железяка.

Хотя лог приёма бесславно погиб, тем самым не позволив нарисовать какой-нибудь вдохновляющий график, итоговый рапорт сформулирован так: «Я вас не слышал с 9 часов до 18. В остальное ночное время всё читается, практически каждая посылка».

По поводу возможности связи на данной радиотрассе наука нам говорит об её проблематичности с 4 до 10 UTC, или с 11 до 17 по местному времени:

---

 UTC   00 01 02 03 04  05 06 07 08 09  10 11 12 13 14  15 16 17 18 19  20 21 22 23 24
 MUF    5  5  5  5  7   7  7  7  7  7   5  5  5  5  7   7  7  7  5  5   5  5  5  5  5
 REC    3  3  3  3  7   7  7  7  7  7   3  3  3  3  3   3  3  3  3  3   3  3  3  3  3
 LUF    3  3  3  3  5   5  5  5  5  5   3  3  3  3  3   1  1  1  1  1   1  1  3  3  3

---

Несогласованность с оценкой возможности связи по LUF и MUF в два часа обусловлена малой мощностью передатчика. Сигналу не удаётся дважды пробить ионосферный слой D при путешествии к небесам и обратно.

Так, если попробовать смоделировать связь «от Железяки к Железяке» на 200 км, но не полной доступной им мощностью, как это делалось раньше, а всего 400 милливаттами, получится такая картинка:

NO14NU to NO34BG: 204 km (80m, SSB 1W, Isotrope 0dBi, Noise= -139 dBW).
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Тут мы действительно видим повод не слышать передачу именно с 9 до 18.

Интересно это сравнить с картинкой для тех же самых позиций, но на полной мощности, доступной Железяке:

NO14NU to NO34BG: 204 km (80m, SSB 10W, Isotrope 0dBi, Noise= -139 dBW).
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Есть основания полагать, что время сиесты 9-18 часов сократится до 10-17. И это будет весьма близко к оценке возможности связи по LUF.

JS8Call (вариация FT8) на 200 км.

Вместе с тем, имеется опыт связи в «цифре» JS8Call на этой же радиотрассе и этой же аппаратурой, причём на протяжении нескольких суток, то есть фактически с усреднением данных. Вот как передачу из Белово мощностью около 1.5 Ватт принимал местный автор на свою Железяку:

По точкам графика заметна проблема с рассинхронизацией станций по времени. Ошибка накапливается, и в определённый момент, хотя станцию видно на «водопаде», её передача перестаёт читаться. Пока не вернёшься домой и не подгонишь руками таймслот под принимаемую станцию, связь сама не восстановится.

С этой точки зрения все протоколы связи с таймслотами категорически не подходят. В самодельной Железяке, обычно собираемой из радиохлама, точно никогда не будет GPS источника точного времени. Используемые в процессе эксперимента ноутбуки, естественно, также были отключены от интернета, и никакой такой синхронизацией по сети не занимались.

Тем не менее, минимальный SNR режима JS8Call, определяемый из графика примерно как -22, весьма близок к таковому для OLIVIA 32/125. И если в режиме JS8Call практически достигнута круглосуточная связь, то почему бы ей не быть в более подходящем режиме.

Хотя сервис построения радиотрасс отрицает такую возможность - LUF в полдень выше рабочей частоты.

«Дальняя» связь. Просто любопытства ради.

Для мощности два Ватта на «восьмидесятке» всё, что дальше 300-500 км, можно считать «дальним». По-хорошему, надо бы подняться на диапазон выше, но по условиям задачи эта опция недоступна. А потому коннект будет только ночной.

Соответственно, к тестированию связи на таких расстояниях надо подходить обстоятельно. В частности, брать настолько низкободовую цифровую моду, чтобы длительность тоновой посылки гарантированно превышала время грозового разряда со всеми переходными процессами в приёмнике. Потому как середина лета - самый сезон гроз. А грозы, в отличие от слабенького сигнала, в ночное время слышны на тысячи километров.

Видимо, цифровой режим OLIVIA 32/125 тут подойдёт лучше всего.

Связь на 800 км.

Отсюда и далее пойдёт перечисление ряда довольно похожих случаев, поскольку между 500 и 1500 км в плане QRP связи особой разницы нет. Всё внешне однотипно, лишь с небольшими вариациями.

Тем не менее, для накопления информации все случаи полезны.
Для квадрата NO76UF прохождение должно открыться в 17 UTC:

---

 UTC   00 01 02 03 04  05 06 07 08 09  10 11 12 13 14  15 16 17 18 19  20 21 22 23 24
 MUF   10 10 10 10 14  14 14 14 14 14  14 14 14 14 14  14 14 14 10 10  10 10 10 10 10
 SEC   *7*14*14*14 10  10 10 10 10 10  10 10 10 10 10  10 10 10  7  7   7  7  7  7 *7
 LUF   10 10 10 10 10  10 10 10 10 10  10 10 10 10 10  10  7  1  1  1   1  1  1  7 10

---

Так получается, что с полуночи до 6 утра по местному времени коннект возможен, хотя 80-метровый диапазон не рассматривается даже в качестве вторичной рекомендованной частоты.

При тестировании коннекта мы видим наличие связи с 23 до 4 утра:

Моделирование говорит, что примерно так и должно быть:

NO14NU to NO76UF: 808 km (80m, SSB 10W, Isotrope 0dBi, Noise= -139 dBW).
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Однако по мнению местного автора, коннект мог бы быть и получше, если на приёмной стороне поставить не «Funny Dipole», а что-нибудь чуть менее смешное. Хотя работает и так.

Тем не менее, по всему выходит, что связь между Железяками возможна и на 800 км. Строго ночная, но возможна.

Связь на 1400+ км.

В восточном направлении, практически на границе одного скачка, сыскался WEB SDR с нечасто встречающейся антенной Бевериджа. Такое безусловно заслуживает тщательного тестирования, хотя бы из любопытства.

Оценим возможность связи между квадратами NO14NU и OO22GE:

---

 UTC   00 01 02 03 04  05 06 07 08 09  10 11 12 13 14  15 16 17 18 19  20 21 22 23 24
 MUF   10 10 14 14 14  14 14 14 14 14  10 10 10 10 10  10 10 10 10 10   7  7  7 10 10
 SEC    7  7 10 10 10  10 10 10 10 10   7  7  7  7  7   7  7  3  3  3   3  3  3  7  7
 LUF    5  5  5  5  5   5  5  5  5  5   5  5  5  5  3   1  1  1  1  1   1  1  3  5  5

---

Минимальная применимая частота опускается ниже рабочей только с 14 до 23 UTC, или с 21 до 6 по местному времени. При мощности всего в 400 милливатт этот интервал будет ещё уже. Потому как «SEC» - это вторичная рекомендованная частота, а основная на диапазон выше.

Действительно, вероятность прохождения «цифры» в моде OLIVIA 32/125 до WEB SDR, отдалённого на расстояние 1445 км, по нашей методике на экспериментальных данных может быть визуализирована таким графиком:

Наблюдения подтверждается моделированием этой же радиотрассы с ранее подобранными условиями, полагая, что минимальный SNR вариаций 32/125 и 16/125 цифрового режима OLIVIA на практике заметно не отличается:

NO14NU to OO22GE: 1440 km (80m, SSB 10W, Isotrope 0dBi, Noise= -139 dBW).
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Да, по времени всё в точности совпадает с наблюдениями, однако модель сомневается по поводу возможности коннекта, оценивая вероятность связи процентов в десять.

Тем не менее, просматривая лог, можно отметить низкую потерю бурстов даже в самый проблемный летний месяц. Причём связь вполне надёжная изо дня в день. Возможно, антенна Бевериджа настолько хороша, что принимает 400 мВт даже вопреки прогнозу :)

Западное направление, 1374 км.

SDR приёмник sdr.r9a.ru в квадрате MO04SW, безусловно, интересен. Хотя бы своей затейливой антенной Hy-Gain AV-680, показывающей хорошую эффективность. Да и удаление практически на предельное расстояние одного скачка образует симметричную пару к выше рассмотренному SDR.

Однако интерфейс WebSDR с часовым лимитом на подключение никак не способствует проведению полноценных ночных тестов, так что пришлось ограничиться просто оценкой.

Минимально применимое значение частоты LUF уходит ниже частоты диапазона примерно с 16 до 23 UTC, так что связь имеет шанс наладиться с 23 местного времени, и продлиться вплоть до 6 утра. По науке вот так:

---

 UTC   00 01 02 03 04  05 06 07 08 09  10 11 12 13 14  15 16 17 18 19  20 21 22 23 24
 MUF    7 10 10 10 10  14 14 14 14 14  14 10 10 10 10  10 10 10 10 10  10  7  7  7  7
 SEC   10  7  7  7  7  10 10 10 10 10  10  7  7  7 *3   3  3  3  3  3   3  3  3  3  10
 LUF    5  5  5  5  5   5  5  5  5  5   5  5  5  5  5   3  1  1  1  1   1  1  1  3  5

---

А если по-простому, то можно посетить сервис voacap.com, обозначить точку интереса в QTH MO04SW, и подвигать ползунок времени, чтобы ночная тень своей вечерней границей наползла на этот квадрат. По местному времени будет 23.30

Окончание прохождения оценивается аналогично, но на этот раз терминатор ночь-день должен быть расположен над передающей станцией. В июне это происходит в 5 утра по местному времени.

По науке получается немножко не так, но по факту сигнал начал читаться SDR приёмником именно в 23.30, причём сразу весьма уверенно.

Что говорит моделирование по поводу этой радиотрассы?

NO14NU to MO04SW: 1374 km (80m, SSB 10W, Isotrope 0dBi, Noise= -139 dBW).
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Loc	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Моделирование показывает примерно то же самое, что и для восточного направления, но прохождение на запад чуть лучше, особенно в не летнее время. В восточном направлении жёлтых клеток не наблюдалось совсем.

Так что да, при заселении в Челябинске или его окрестностях Железяки, с выдачей ей разрешения работать двумя Ваттами, ночная связь «от Железяки к Железяке» точно будет.

Хоть Земля и круглая...

Может сложиться неправильное впечатление, что, составив какую-нибудь табличку, удастся экстраполировать опыт и на другие радиотрассы. Это не так, и каждую трассу придётся обсчитывать индивидуально.

К примеру, местный автор без особых проблем дотягивался двумя Ваттами в ОЛИВИИ на 2-3.5 тыс. км, то есть за пределы одного скачка. Но если смотреть такие трассы на карте, все они проходят по горизонтали.

В это же время, намного более короткие радиотрассы, но ориентированные вдоль меридиана, оказываются недоступны. Что прямо вытекает из рисунка области покрытия связью, если вдруг поинтересоваться такими вещами:

Астрономический полдень, для жёлтой области частота 3.65 МГц.

Зона покрытия представляет собой чуть искажённый эллипс с передающей станцией в центре. По горизонтали предельное расстояние по координатной сетке оценивается в 450 км в любую сторону, а по вертикали всего 330 км на юг, и столько же на север.

Как видим, центральной симметрии нет, а на более высоких частотах так и вовсе рисуется что-то страшное.

Выводы.

Местный автор имеет некий опыт работы в полевых условиях с предельно примитивной Железяки в QRP двумя Ваттами (Link), но базовой станцией тогда служил полноценный трансивер, хотя и с ограниченной до 5 Ватт мощностью. Эксперимент был не совсем чистый.

По результатам данных изысканий получается, что Железяки, собранные собственными руками из чего попало, вполне могут общаться между собой «цифрой», причём на любом расстоянии в пределах одного скачка. Для средних широт летом это около 1500 км, зимой незначительно больше.

Круглосуточная связь возможна только на малых расстояниях (~100 км).
Всё, что дальше, работает с обеденным перерывом.
А совсем дальнее - исключительно в ночную смену.

Причём связь вполне можно планировать прямо по готовой картинке онлайн сервиса, если в нём предварительно подобрать настройки, обеспечивающие вменяемый результат расчёта. А дальше всё просто - где видим жёлтый цвет и ярче, ровно там коннект и будет. Всё, что синее и зеленее жёлтого цвета, коннекта уже не подразумевает.

В случае небольших расстояний (до 20 км) связь будет круглосуточная и круглогодичная, потому как обеспечивается земной волной. Что, однако, всё равно предполагает вывешивание полноразмерной антенны, и не имеет особых преимуществ перед связью в ЛоуБэнде или УКВ с нормальными антеннами.

Более дальняя КВ связь никаких альтернатив не подразумевает вообще.
Пусть она будет и сеансовая.

Для справки.

1. Радиосвязь. Термины и определения, ГОСТ 24375-80
2. Lowest & Maximum Usable Frequency, Critical Frequency.

AFP-FSK модем c блэкджеком и шлюхами.

Хадж радиофицированных бродячих самураев.

Ретроволынка 151 палаты.