Kortgolf

Kortgolfradio word uitgesaai in die frekwensieband tussen 3 MHz en 30 MHz (ook hoë frekwensie, HF, genoem). Die band se golflengtes strek van 10 tot 100 meter. Dit word HF genoem omdat die golflengtes in gebruik in die begindae van radio korter was as wat destyds gebruiklik was. Kortgolf word veral gebruik om baie lang afstande te oorbrug. Die senders in die ultrakortgolfband waaraan ons nou gewoond is saai in teenstelling in 'n reguit lyn uit. Omdat die aarde gekrom is, is die bereik van so 'n sender, afhangend van sy hoogte en sterkte, gewoonlik slegs so 50 tot 100 kilometer.

As gevolg van hulle lang golflengte volg die golwe in die middel- en langgolflengtes die aardoppervlak en kan redelike afstande daarmee oorbrug word, middelgolf tot so 300 km, langgolf so 1000 km. Kortgolf het daarenteen 'n spesiale eienskap; die ionosfeer van die aarde reflekteer die seine terug na die aarde. Deur gebruik te maak van hierdie weerkaatsing is dit moontlik om afstande van baie duisende kilometers te oorbrug.

Vanweë hierdie eienskappe was die HF-bande by baie gebruikers populêr gewees, sowel militêr as siviel, van omroepsenders tot lang-afstandskommunikasie. Dit was daarom altyd 'n dig gepakte frekwensiegebied gewees wat by elke nuwe vergadering van die WARC (instansie wat radio-frekwensies verdeel) 'n groot geveg tussen die belangegroepe veroorsaak het. As gevolg van die verskyning van kommunikasiesatelliete in die '60'er jare en beskikbaarheid van goedkoop toerusting vir hoër frekwensies het behoefte in die siviele wêreld afgeneem. In die militêre wêreld het die band populêr gebly vanweë die klaarblyklike kwesbaarheid van satelliete.

Tot die opkoms van die internet was 'n HF-verbinding een van die weinig betaalbare moontlikhede vir besighede om onafgebroke inligting te verwissel tussen die verskillende lande. Tot aan die einde van die 20ste eeu was internasionale telefoontariewe hoog en was 'n onafgebroke verbinding tussen twee lande heeltemal onbetaalbaar.

Kortgolf beginsels 
Die weerkaatsingsgedrag van kort golwe aan die onderkant van die ionosfeer is afhanklik van die tyd van die dag, die seisoen, die weerkaatsvermoë van die aardoppervlak en die bodemgesteldheid, die voginhoud van die atmosfeer, die grondwaterspieël en die geologiese struktuur van die aardoppervlak. Die hoofoorsaak vir die weerkaatsvermoë van die ionosfeer is die elektromagnetiese golwe en korpuskulêre straling van die son wat atome in die hoër lugstreke van die aardatmosfeer (die sonneflux) ioniseer.

Die ionedigtheid is nie konstant op verskeie hoogtes bo die aarde nie. Hulle vorm eerder lae wat wissel van hoë na lae konsentrasies vrye elektrone. In die begin van die 20ste eeu het Oliver Heavyside die eerste keer so 'n laag ontdek wat vandag die E-laag genoem word. Edward Victor Appleton het op 'n groter hoogte 'n aansienlik sterker geïoniseerde laag ontdek wat vandag die F-laag genoem word en vir die weerkaatsing van kortgolfseine van elementêre belang is. Die hoogte van hierdie laag en die intensiteit van ionisering hang sowel van die jaargetye as van die uur van die dag af.

Snags, as die sonstrale die aarde nie bereik nie en die ionisasiebron dus ontbreek, word verskeie lae deur herkombinasie van ione en elektrone tot ongelaaide atome afgebreek. Die D-laag herkombineer vinnig na sonsondergang omdat hierdie laag die naaste aan die aardoppervlak is en die lugdruk hier redelik hoog is. Die E-laag los 'n paar ure na sonsondergang op. De F1- en F2-lae smelt snags saam met die F-laag omdat ionisasie gedurende die nagure sterk afneem, maar nie heeltemal stop nie.

Kortgolfseine moet bedags die D- en E-laag deurboor sodat hulle teen die F2-laag kan weerkaats. Hulle ondergaan daar beperkte verstrooiing en absorpsie van hulle energie; met ander woorde hulle word gedemp en hulle seinsterkte word swakker. Snags, as die onderste ionosfeerlae opgelos is neem hierdie demping nie plaas nie.

Die weerkaatsing van elektromagnetiese golwe in die F2-laag kan verklaar word met die wet van Snellius. Volgens hierdie wet word 'n elektromagnetiese golf afgebuig by oorgang na 'n opties digter medium. Die normaal is daarby die loodlyn op die ionosfeerlaag wat as die opties digter medium funksioneer. Die invallende straling word opgebreek in 'n aantal klein hoeke sodat totale refleksie gebeur. Die brekingsindeks van die elektromagnetiese straling is van frekwensie afhanklik. Hoe laer die frekwensie, hoe sterker die breking. Vir kortgolfontvangs beteken dit dat die laer frekwensies beter weerkaats word as hoër frekwensies. Bedags, gedurende die sterk ionisasie in die F2-laag word ook die hoër frekwensies goed weerkaats.

Op 'n hoogte van 90 tot 120 km verskyn die Es-laag (sporadicE) op onvoorspelbare tye. In midde-Europa verskyn dit meestal oordag in die somermaande en dit ontstaan as verskillende fisiese prosesse gelyk optree. Daar word vermoed dat spore geïoniseerde gasse, wat meteore veroorsaak wanneer hulle in die atmosfeer verbrand, bydra tot die ontstaan van hierdie laag. As die ionisasie in die Es-laag te sterk word dan kan die kort golwe nie meer by die F2-laag uitkom en daar weerkaats word nie. Dit kan tydelik 'n volledige verstoring van seine in die hele kortgolfband veroorsaak. Hierdie toestand, bekend as die Mögel-Dellinger-Effek, word ook die dooie vierde uur genoem. In die baiekortgolf (die FM-band) kan radioseine tydelik buiten hulle normale bereik val omdat baiekortgolwe deur die Es-laag weerkaats word.

In beginsel beteken 'n hoër energie-instraling beter refleksie. Bowendien word die hoër frekwensies (byvoorbeeld groter as 10 MHz) beter gereflekteer as die instraling verhoog word. Daarby dien hom 'n maksimale grensfrekwensie op wat kontinu gemeet word kan (Maximum Usable Frequency). Analoog hieraan is daar ook 'n minimale grensfrekwensie waaronder kortgolwe nie meer deur die ionosfeer gereflekteer word nie. Hierdie word die Lowest Usable Frequency genoem. Op bepaalde momente kan in 'n area op die wêreld die LUF bo die MUF lê, waardeur in hierdie area tydelik geen kortgolfontvangs moontlik is nie. So is dit byvoorbeeld rond die middaguur in sentraal Europa nie moontlik Suid-Amerikaanse zenders te ontvang nie.

Die plek waar die ionisasie maksimaal is beweeg hom vanweë die aardrotasie van oos na wes oor die aardbol. Deur die stand van die aardas kom hierby jaargetyde in beeld. By duisternis en in die nagure swak die ionisasie langsaam weer af waarby ook de MUF sak. Verder het die sonnevlekaktiwiteit wat in 'n elfjarensiklus varieer invloed op die ionisasie. Bygevolg is daar ook meteoroloë wat sendweerberigte opstel.

Die refleksie is ook van die hoek waaronder die sender send afhanklik. Sendantennes word daarom met inagneming van hierdie aspekte ontwerp en gebou. Die kleinste opstraalhoek van 'n kortgolfantenne bedra ongeveer 5 grade. Die F2-laag word op 'n afstand van ongeveer 1500 tot 2000 kilometer van die sender getref. Na die refleksie kan die sein vervolgens so'n 3000 tot 4000 kilometer van die sender op die aardoppervlak ontvang word. As die afstand tussen sender en ontvanger groter is dan is meer ionosfeerrefleksies nodig.

Nadele 
'n Probleem met kortgolf is onbetroubare ontvangs. Die ontvangs van kortgolfuitsendings is afhanklik van toestande in die atmosfeer en die aktiwiteit van die son. Beide verander in die loop van die dag. Die radiogolwe kan ook as gevolg hiervan op ander plekke op aarde land as wat bedoel is. Kortgolfstasies verander dus gedurende die loop van die dag gereeld hulle antennes se rigting en verander ook van frekwensie om ontvangs so goed as moontlik te maak.

'n Ander probleem is die beperkte klankkwaliteit van kortgolf. Die klank is mono en beperk in frekwensiebereik. Dit is ook onderhewig aan steuring soos deur weerlig omdat amplitudemodulasie gebruik word. Kortgolf is nie baie geskik vir frekwensiemodulasie nie. Initiatiewe om die probleem op te los deur die uitsendinge te digitaliseer is onderweg (onder andere Digital Radio Mondiale), maar dit is nog onduidelik of hierdie initiatiewe die analoogtegniek sal vervang.

Vanweë hierdie redes word daar tans baie via satelliet uitgesaai. Die kortgolfbande bly daarenteen dig bevolk.

Gebruik

Radio Kootwijk 
In die jare 1920's werk Nederland aan radiogtelegrafiese verbinding met Nederlands-Indië, Radio Kootwijk. Die sendvermoë van hierdie radiosender was enorm en boesem ook vandag nog ontsag in. Die antennestelsel het bestaan uit 'n sestal 212 m hoë antennes en het 'n sendvermoë van baie honderde kilowatts. Hulle het uitgesaai op 'n baie lang golflengte van 17000 m (VLF, 17,6 kHz) en kon hierdeur die enorme afstand tussen Nederland en die kolonië oorbrug.

Tydens die ontwikkeling van Radio Kootwijk in 1925 het radioamateurs ontdek dat dit moontlik was om radioseine oor lang afstande te stuur deur op 'n destydse baie kortgolflengte, 16-60m, uit te saai. 'n Ingenieur van die PTT, ir. N. Kooimans, bou 'n kortgolfsender en slaag daarin om met 'n klein sendertjie op die dak van sy radiolaboratorium in Den Haag radioverbinding met Nederlands-Indië tot stand te bring, die eerste interkontinentale verbinding oor kortgolf.

Dit het nie lank geduur voordat die nuwe apparaat by Radio Kootwijk geïnstalleer is en die radiostasie gegroei het tot 'n belangrike wêreldwye radiosentrum. Vanweë die korter golflengte het dit moontlik geword om in plaas van telegrafie ook gesprekke uit te saai en so vind via Radio Kootwijk die eerste transatlantiese radiotelefoongesprekke plaas.

Kortgolfradio vandag 
Kortgolf word hedendaags steeds intensief gebruik. Belangrike gebruikers is internasionale radiostasies soos Radio Nederland Wereldomroep, Radio Vlaanderen Internationaal en die BBC World Service. Baie lande bied hierdie uitsendings aan as diens aan hulle inwoners in die buiteland. Hulle rig sommige uitsendings van onafhanklike inligting na gebiede waar dit nie vanselfsprekend beskikbaar is nie, of juis die omgekeerde, die verspreiding van propaganda. 'n Ander groot groep gebruikers is radioamateurs. Ook in die militêre wêreld word hierdie band nog baie gebruik.

Verwysings 

Radio
Radiotegniek