WSTĘP
Jedną ze wspaniałych cech krótkofalarstwa, jest możliwość czerpania radości z małych sukcesów, których 99% społeczeństwa prawdopodobnie nie rozumie. No cóż – ich strata. Małym sukcesem kolegi Władka SP3CET było zainstalowanie na dachu bloku anteny typu Diamond X-50. Posiadacze zestawów zfazowanych yagi uśmiechają się z politowaniem, mieszkańcy parterów nadający z karniszy i magnesówek zazdroszczą, sąsiedzi nie zwracają uwagi (w końcu to X-50), a człowiek się cieszy. W ramach tej radości, ja, SQ3SWF, zacząłem testować z Władkiem jak moja X-50 na dachu 5-piętrowca słyszy się z jego X-50.
ROZWINIĘCIE
Jak mogą słyszeć się na UKF dwie stacje, odległe o ok. 7 kilometrów, z antenami na dachach budynków, bez istotnych przeszkód terenowych? “Raczej dobrze” – powinien powiedzieć w trakcie ustnego egzaminu w UKE młody kandydat na krótkofalowca. “To raczej, czy dobrze?” “…?” “Żartujemy, zdał pan”.
I zdał słusznie, bo przy takim dystansie, braku przeszkód, relatywnie krótkich kablach i transceiverach o słusznej mocy (SP3CET: FT-991 / 50W, SQ3SWF: TS-2000 / 100W), sygnał musi być doskonały. Kalkulator tłumienia trasy potwierdza – ~ 90 dB straty, przy 100 W mocy nadajnika (+50 dBm) powinno dać ~ -40 dBm u korespondenta, co jak wiadomo powszechnie, wystarczy, żeby nawet bardzo tępy odbiornik wydał z siebie czysty głos.
No i sygnał był doskonały – potestowaliśmy z Władkiem FM na 70 cm (skale w TRX domknięte), po czym przeszliśmy na SSB na 70cm (S9+), po czym przeskoczyliśmy na troszkę bardziej zaszumione miastem pasmo 2m (144,200 MHz), ale i tutaj dało się bez problemu rozmawiać, a sygnał mocno wstrząsał wirtualną wskazówką S-metra aż do cyfry “9”.
Po wymianie wielu zdań na tematy różne, udaliśmy się w swoje strony, tzn. ja do czynności domowych, a Władek oznajmił, że przechodzi na częstotliwość wywoławczą i spróbuje otworzyć squelch któremuś z poznańskich słuchaczy 144,300 MHz. I ja przestroiłem swój odbiornik na tę częstotliwość, ściszyłem i zacząłem zmierzać ku swoim sprawom, gdy usłyszałem wywołanie ogólne od SP3CET, ale podejrzanie cicho. Rzut oka na S-metr pokazał brak jakiegokolwiek wychylenia.
PROBLEM
Różnica w sygnale na 144,300 w porównaniu do 144,200 była dramatyczna. Lekkie zejście w bok z 144,300 MHz, 10 kHz w górę lub w dół, pozwalało rozmawiać normalnie; powrót na wywoławczą: klops, gorzej niż gdyby załączyć tłumik w radiu.
Rozpoczęliśmy więc śledztwo – spacer po paśmie, zmiennym krokiem, i porównywanie raportów. Siła sygnałów w różnych miejscach na paśmie była różna, ale tylko na 144,300 sygnał ginął prawie całkowicie. W tej zagadce przynajmniej prawa fizyki były z nami: nasze raporty były “symetryczne”, tzn. jeśli ja byłem słabo słyszany, to i słabo słyszałem. I dobrze, bo tak jak anteny, trasy radiowe zawsze powinny działać tak samo “w obydwie strony”.
Potestowaliśmy przez chwilę okolice 144,295 – 144,310 MHz. Okazało się, że już odstrojenie się o 2-3 kHz od “problematycznego” miejsca na paśmie pozwala na komfortową rozmowę i 3-5 “S” na odbiorniku. Zdecydowaliśmy, że aby lepiej zrozumieć naturę zjawiska, należy przeprowadzić…
EKSPERYMENT
… polegający na tym, że podłączę do anteny SDR, włączę nagrywanie, a Władek wciśnie w swoim radiu PTT w trybie FM i za pomocą gałki VFO przeleci po paśmie w zakresie 144,200 – 144,350 MHz. Zarejestrowane dane zostaną następnie przeanalizowane za pomocą jakiegoś magicznego fiku-miku, i być może poznamy sekret stojący za tym wysoce selektywnym zjawiskiem.
Oprócz tego, że w SDR++ na oko widać “dziurę” w okolicy częstotliwości wywoławczej, należało do tematu podejść trochę bardziej naukowo i dokonać…
ANALIZY DANYCH
Program SDR++ pozwala na nagrywanie całego spektrum do pliku .wav. Ustawiłem prędkość samplowania na 256 ks/s w moim Airspy HF+ i rozpocząłem zapis. Władek przemiótł częstotliwość, wszystko się nagrało, czas spojrzeć na dane.
Aby naocznie zaobserwować zanik (trochę wyraźniej, niż tylko na wodospadzie w SDR++), napisałem skrypt który wykonuje FFT na zapisanym sygnale, kawałek po kawałku, i dla każdego “kubełka” częstotliwości, zapisuje jego maksymalną wartość. Ot, prosty “peak hold”. Jak ktoś lubi programować, to tutaj jest kod który napisałem. Moim oczom finalnie ukazał się taki oto wykres:
Skala decybelowa na osi “Y” została dobrana w taki sposób, że wartość “0” reprezentuje maksymalny sygnał jaki odebrałem, widać więc, że 144,300 MHz to czarna dziura – ponad 30 decybeli tłumienia i sygnał tylko minimalnie wystający ponad tło szumowe. Oprócz tego mamy dołek na ponad 20dB w okolicy 144,240 MHz i pewnie jeszcze kilka trudnych częstotliwości w obrębie pasma 2m, nieobjętych tym eksperymentem.
DLACZEGO
Jeśli do odbiornika docierają dwa sygnały: “bezpośredni” i odbity od jakiejś przeszkody terenowej, i zdarzy się tak, że ten odbity przypadkiem będzie akurat obrócony w fazie o 180° względem oryginalnego, to zsumują się, a wynikiem sumy “x” i “-x” jest… zero! Dokładnie to zjawisko jest przyczyną tego co zaobserwowaliśmy. Wyjaśnia też, dlaczego lekka zmiana częstotliwości pozwala na dalszą łączność.
Powyższy wykres mocno przypomina szeroki sygnał cyfrowy DAB lub DVB-T obserwowany na SDRze – niektóre częstotliwości są bardzo mocno tłumione w związku z wielotorowością.
WNIOSKI I ROZWIĄZANIA
Zmiana położenia jednej z anten z pewnością usunęłaby problem z 144,300 MHz. Z pewnością wystąpiłby on wtedy na innej częstotliwości: być może mniej, a być może bardziej dotkliwie. Podniesienie anten wyżej powinno również poprawić sytuację, tzn. zmniejszyć ilość odbitych sygnałów docierających do odbiornika.
Myślę, że wielu z nas, radioamatorów, doświadczyło takiego zjawiska w pasmach 2m/70cm, czy to z anteną zamontowaną na stałe, która słyszy i nadaje świetnie, ale ma problem z tym jednym przemiennikiem/stacją; czy to z ręczniakiem w “odbijającej” zabudowie, gdzie krok w bok sprawia, że uciążliwa łącznośc nagle staje sie bezproblemowa. Przy “wąskim” sygnale FM/SSB zjawisko jest dość tajemnicze, ale spojrzenie na szerszy fragment pasma, jak na wykresie powyżej lub zrzucie ekranu poniżej, pozwala lepiej poznać jego naturę.
Niczym innym nie jest też słynny “efekt mobilowy”, czyli następujące szybko po sobie wzmocnienia i osłabienia, słyszane na sygnałe poruszającej się stacji.
Ważnym wnioskiem jest też fakt, że małe przemieszczenie anteny może bardzo mocno zmienić charakterystykę jej pracy. Należy więc z rezerwą podchodzić do “testów porównawczych”, gdzie ktoś zamontował dwie anteny obok siebie i na podstawie różnic w sile odbieranych sygnałów wyciąga wnioski o skuteczności ich pracy.
UPDATE: Dokładnie taki sam wykres jaki uzyskałem, ale nie wymagający brudnej, programistycznej roboty, można uzyskać odtwarzając nagrany plik .wav w GNU Radio:
UPDATE 2: Tomek SP7Q podesłał link do artykułu napisanego przez SP6LB, mistrza fal ultrakrótkich, bardzo porządnie wyjaśniającego zaobserwowane zjawisko: http://www.elektronikjk.com/pdf/Dlaczego_na_kanalach_FM_roznie_slyszymy.pdf.
W kwestii propagacji nic się nie zmieniło – ale technologia SDR pozwala teraz w przeciągu minut doskonale zwizualizować to, co kiedyś wymagało misternej pracy.
Spisał, doleczający katar, SQ3SWF.