HF 20米波段與南美QSO問題請教

neonchang

近期假日與亞洲鄰近國家進行SSB QSO，約莫下午16:00~18:00(台灣時間)左右，遇到呼號是PY開頭的，藉由QRZ網站查詢結果是巴西的電台(DX電台啊！)，當時使用VDP天線通聯,我接收58，對方接收56，但因為信號不佳導致對方無法辨識我的呼號中Bravo與Papa混淆重複多次，後續傳播衰弱關係沒有完成QSO。

有了前次經驗，上週末下午大約的時間帶，又收到PY開頭呼號電台在呼叫亞洲與太平洋地區電台，這次改用GP天線(果然是DX的好物)這次我接收59,對方回報58,也順利完成QSO，準備寄送QSL卡中。(郵局公告：疫情之故，暫停收取寄往巴西的航空郵件,真是殘念@11/28)

想請教 版上OM先進，先前在網站爬文得知電離層狀況夏日傳播狀況相對秋冬較佳，這是因為南半球的傳播條件較佳的緣故？還是運氣比較好的關係？煩請有經驗的OM賜教，謝謝！

neonchang

謝謝BV3FG兄的分享，以Cartography來解釋在Long Path 或 Short Path 的無線電波傳播路徑，會更容易理解其模式。

有感而發，個人踏入這個領域(錢坑？)後，在天線系統架設、無線電操作實務、無線電設備認識與使用等，除了國內外相關論壇外，亦會參考CQ業餘無線電雜誌(網路版)OM前輩的文章，雖然其中許多知識是歷久彌新的，但與時俱進的新知識，還是期待有OM先進能夠撥冗分享，也再次感謝OM！

Amigo9453

感謝OM分享.................................................

bv3fg

一些補充說明

對傳輸路徑及涵蓋範圍的補充：
在討論路徑之前，必須討論方向的定義。
我們定義地球的轉軸兩端為南北，日出為東，日落為西。更嚴謹的說法是，有一個點與通過此點的經線，那麼與經線垂直的方向稱為正東、正西。因為球體的經線在空間中彼此相對的角度各不相同，如果從原點朝某方向(例如正東)出發，離開一段距離之後，方向就不是正東了(因為已經處於另一條經線了)，例如飛機從台灣起飛朝正東飛行，其實是要隨時改變方向才能維持正東，即維持在北緯 24 度的緯線上。而我們討論無線電波，發射之後就是朝原先的方向直奔而去，不會自己調整方向。換言之，我們後面所講的方向、天線指向，都是指電波從天線輻射出來的初始角度。

如果我們在北極往任何方向發射電波，電波就會沿著經線的方向到達南極，然後再回到北極。假如使用三單元 Yagi ，半值角大約 60 度，中心朝 0 度經線，左右邊比中心弱 3dB 的信號則分別朝東經 30度及西經 30 度行去，信號來到赤道的時候，它有最大的涵蓋範圍，過了赤道以後，仍然沿著各自的經線朝南前進，到了南極匯集在同一點，越過南極以後，原本的東經 30 度變西經 150 度，西經 30 度變東經 150 度，主 beam 0 度經線變 180 度經線，信號依此北上回到北極。更簡單的講，把一顆柳丁切成 6 瓣，你拿出相對的兩瓣，就是訊號涵蓋的範圍。

我們對南北極、經緯線的印象是根深柢固的，所以前面先以南北極做例子說明，接下來要討論以台灣為起點的 Long/Short Path 就要轉換習慣，將台灣當做地球的極點。

台灣位置為 N24 度，E121 度，如果以台灣為球的極點 (以下稱 T 點)，那麼另一個極點就是 S24 度，W59 度，即南美洲巴拉圭國內某個點 (以下稱 P 點)。

最直接的方式是買一個地球儀，裁兩條細長的軟塑膠片，用圖釘將膠片釘在 T 與 P 點上，形成可自由撥動的經線，方便瞭解 path 經過哪些地點。

如果不使用地球儀，大家最常用的是下面這種 Great Circle Map (Azimuthal Map)
相關的網路資源有很多，我算是古早人，用的是以下這兩個

https://ns6t.net/azimuth/azimuth.html?  ==> 直接在網頁上產生 map，可存成 pdf 檔

https://www.qsl.net/sm3gsj/gcm.htm ==> 下載程式，可自行定義較多細項，Gray Line 及連結Voacap (需另外自行下載安裝 https://www.voacap.com/ ) 產生 propagation 預測圖。

地球的最大圓周約為 40000km，所以設定圖的半徑是 20000km 就可將全球都在畫同一張圖中。看這種圖最不習慣的是距離越遠，變形越嚴重，整個南美洲展延成最外面的圓周。所以我會做一張以 P 點為中心的地圖來輔助，這樣看了才有感。如下面兩張圖，每一個扇形為30度，標示 A B 則為互相對應的 Long / Short Path。





由於電離層並非均勻分布，傳播路徑上的陸地也有高低起伏，當電波經多次彈跳到達南美洲時，可能已經散佈在更大的範圍，比較有可能像下圖 (以5A 6A 為例)。



這三張圖告訴我們
1. 天線朝任何方向，都可以通達南美洲的部份地區。
2. 1,6 或 5,6 可以涵蓋較大的區域，3,4 的組合涵蓋區最小。
3. 南美的最北端，距 P 點 4000km，Long Path 要多走 8000km

如果使用 3 單元 yagi，冬天傍晚，我們通常會使用 5A 6A 的路徑，電波的涵蓋範圍是 5A 6A 5B 6B，已經涵蓋了大部份的南美洲。如果是冬天早上日出後，1A 2A short path經北美到南美北部是比較有機會的。

有關選擇 Long Path 或 Short Path 的參考原則
1. 選擇 MUF 高的路徑。
2. 通常，10000km 以內 Short Path 佔優勢 (因為衰減較少)。
3. 高頻段優先選經過日照區的路線 (MUF 較高)，低頻段選沒有日照區的路線 (避免 D 層吸收電波)。
4. 路徑經過海洋比經過陸地好。(海洋反射電波效果較好)
5. 避免穿越極光區，然而極光並非隨時存在，請自行上網掌握即時資訊。

有時候傳播狀況會好到兩條 path 同時開通，因為訊號行經的距離長短不同，到達你的天線有時間差，所以會聽到帶有迴音的聲音，2013年我甚至收到我發射出去繞了地球一圈回來的訊號，請參考 http://www.radio.club.tw/forum.php?mod=viewthread&tid=14791


有關 MUF Map 的補充
1. MUF Map 是依據輸入日期、時間、SFI、SSN、地磁等參數而輸出的預測圖，並非實測圖。
2. 雖然太陽活動狀況會影響 MUF 的高低，但是同一日期同一時間，電離層 MUF 分佈的形狀差不多，建議可以依一年四季、本地時間 0600 1200 1800 2400 蒐集或用模擬軟體跑出 16 張圖，仔細看看、歸納一下，在腦袋中留下印象，對於通訊很有用。
3. 上面 MUF Map 中標示的極光區是固定不變的，它只是表示極光經常會在這個區域出現，並非代表當時真的有極光。極光通常在距離地磁北極、地磁南極 10度 ~ 20度 的範圍出現 (即離磁極 1100 ~ 2200 公里)，寬度約 3~6 緯度 (335~670km)。春天、秋天出現頻率高(與地磁 vs 太陽相對角度有關)，太陽活動活躍及 CME (Coronal Mass Ejection) 更容易出現極光 (帶電粒子多)。極光不利於 HF 通訊，但國外有人利用用它做為 VHF 的反射屏進行數百公里以上的 VHF 通訊。

bx4ag

傳播......妹,說來就來說走就走,有時候真得無法預測只能多喊多守聽..........加油

cy804

bv3fg 發表於 2020-11-15 19:39
恭禧你，新的國家、區域進帳，都是另人興奮的。

有運氣也有時機正確的部份。

謝謝BV3FG先進的經驗分享，受益甚多!

小弟是今年中才剛入HF的世界，還在摸索階段。原以為近年來的傳播沒有機會完成南美QSO，最近卻成功通到數台南美的OM(時段都是約莫台灣時間傍晚，對方應該都是早起的鳥兒)，相當開心!
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關於長路徑/短路徑的部分，我當初是聽OM講到，
在冬季時如果想通歐洲/北美等電台，或許透過南美的長路徑傳過去，因為南半球屬於夏季，如您文中說到MUF較高，或許比單純透過北半球的短路徑，將更有機會?
再煩請OM補充一下了~

davidchien

bv3fg 發表於 2020-11-15 19:39
恭禧你，新的國家、區域進帳，都是另人興奮的。

有運氣也有時機正確的部份。

超讚的分析，也很感謝BV3FG 將之前CQ雜誌電子化整理，前輩們的經驗都很寶貴，學習到非常多，希望有機會eye ball QSO

de BV3UN

neonchang

bv3fg 發表於 2020-11-15 19:39
恭禧你，新的國家、區域進帳，都是另人興奮的。

有運氣也有時機正確的部份。

謝謝BV3FG兄的精闢分析說明與經驗分享，由太陽黑子活動週期概況，Gray zone與電離層的電波傳播活動之關係，想必是多年的研究與經驗累積，敝人真是受益良多，也一解原本的疑惑。

今年剛加入短波無線電通聯的行列，也是想要一圓年輕時候的夢想與興趣，這個領域要學習的地方很多，通聯的技巧也需持續練習，我想ˋ這就是ham radio有趣以及令人嚮往之處，最後再次感謝您的分享！


追加補充一點，當時與巴西電台在20米波段通聯時，對方請我轉到15米波段進行通聯測試，雙方皆無法聯繫，後續就以20米完成QSO。@11/16

bv3fg

恭禧你，新的國家、區域進帳，都是另人興奮的。

有運氣也有時機正確的部份。

運氣的部份：台灣時間 16~18點，對應南美洲為 03(西岸) ~ 07點 (東岸)，與你通訊的對象要嘛徹夜未眠，要嘛特別早起，這種人比例已經很少，而每個人電台效率、熱衷的頻段、模式不同，再加上此時南美電台可能將注意力放在15米以上對歐洲的通訊，七折八扣下來，此時在20米通到南美電台算是好運氣。

時機正確的部份：

1. Solar Cycle 24 落底，cycle 25 似乎要開始了：



看這張 SFI (Solar Flux Index) 的圖 ，取自 https://www.solen.info/solar/
過去一年平均為70，最近跳到快90，90天均線也在11月初有明顯上翹。太陽黑子數過去一年不超過10，最近上升到25, 26。所以11月上半月狀況明顯是比以前好。太陽的狀況會一小波一小波變化，後續持續觀察是否一波波往上走。

再來看這張 2020/11/14 UTC 0900 (本地1700) 的 3000km MUF Map (取自 http://www.spacew.com/www/realtime.php )



由於電離層一次彈跳約3000~4000km，此圖是用來判斷電離層中途反射點最高可反射的頻率，例如台灣到北海道約 3000km，中途點大約在鹿兒島，電離層可反射頻率約25MHz(線太密，看不清楚)，即低於25MHz 應該可以通訊 (如果是在日照區，先不考慮電離層 D 層會吃掉低頻電波的問題)。
圖中淺灰色線為日夜交接線，太陽符號在非洲馬達加斯加西側，此地為正午，與太陽同側為日照區，另一側為夜晚。深灰色線為太陽低於地平線12度，這兩條線所夾的區域稱為 Gray Zone，此區域電離層 D 層因為沒有日照而很快消失，但是 F 層卻還有太陽照射而維持高濃度，所以信號不會被 D 層衰減又有極佳的濃度反射電波，Gray Zone 互通是一天的黃金時段。
靠北極及南極各有兩條綠色線，中間所夾的區域是極光區，極光區的寬窄、緯度高低會隨太陽風的狀況而改變。當信號穿過極光區容易被不規則折射、衰減，導致訊號強度、相位變化大，常有飄忽的感覺。

從上圖可說明

2. 時間點及路徑正確：台灣與南美剛好同在 Gray Zone，傳播狀況都是一天中最好的時機。而同處Gray Zone 的地點，彼此剛好也是 Short / Long Path 的關係。從這張圖來看，Short Path (台灣-歐洲-南美)與Long path (台灣-紐西蘭-南美)似乎都可以通，但 Long path 比較穩。

但是沿著赤道緩緩往南的這條路徑似乎更好 (MUF 更高，且一直處於夜間，沒有D層)，如果我有指向天線，我會先試這條路徑。

3. 季節正確：由圖可看出此季節，南半球 MUF 明顯較北半球高。

(2020/11/16 BV3FG 註：下面用『』括起來的這段，我總覺得容易讓人誤解，各位先看看就好，不看也可，等有空再補充說明清楚)
『台灣要通南美洲，Long Path、Short Path 那個比較好，方位角是幾度？
理論上，除非互為極點，球表面任兩點，只有唯一的 Short / Long Path。實務上，對台灣而言，南美洲的中部剛好是地球的另一端，不管是天線朝向那個方向，都是對準南美中部，而天線輻射電波並不像雷射光，而是有一個輻射角度(例如30度)，所以到達南美的時候，幾乎已經涵蓋整個南美洲，而且Short / Long Path 之間，距離差異也不大。所以除了對南美最北部來區別 Short / Long Path 可能還有意義，對南美其他區域，Short / Long Path 之意義不大。只要哪個方向電離層狀況良好，天線轉到那個方向都有機會。所以如果使用指向天線，別忘了多轉動幾個角度試試看，我個人沒有指向天線，一切隨緣。』

以我的經驗，20米以下，傍晚及剛入夜，15米以上，日出後到早上 10點甚至到中午，以上時段通南美成功率比較高。然而常常有令人難以捉摸的偶發時段，例如深夜在 21MHz 也曾經通聯過，所以多花時間在不同頻段聽環球示標，是累積經驗很好的方式。

另外你提到對方將你呼號的，Bravo 與 Papa 搞混 (BX7ABT vs BX7APT or PX7ABT)，你可以交叉改唸 Boston X-ray Seven America Boston Tokyo，或許有助助判讀，不會一直卡在同一個點。

neonchang

cy804 發表於 2020-11-9 11:08
上週六約莫傍晚時間在戶外QRP野架，也順利用短縮GP與巴西電台通聯~

以前有跟先進OM詢問，如果有指向型天線 ...

謝謝OM回覆，原來如此，那麼冬季上線就可以尋找與發掘來自於南半球的DX電台了，謝謝！