Taevalaine

Taevalaine on raadiolaine, mis peegeldub maapinnale ionosfäärilt (ionosfääri laine) ning võimaldab ülekannet maapinna kõvera pinna ümber.

Sidesüsteemides tähistab taevalaine raadiolainete levikut, mis peegeldub või murdub tagasi Maale ionosfäärilt, mis on atmosfääri ülaosa elektriliselt laetud kiht. Kuna see ei piirdu Maa kumerusega, saab taevalaine levimist kasutada suhtlemisel horisondist kaugemal mandrite vahelistel vahemaadel. Enamasti kasutatakse seda lühilaine sagedusega lainealades.

Taevalaine levimise tulemusena, signaal kaugemast AM raadiojaamast, lühilainejaamast, või – sporadic E levimistingimustel (peamiselt suvekuudel Maa mõlemas poolkeras) võib kauge VHF, FM või TV jaam mõnikord saada vastu võetud nii selgelt kui kohalikes jaamades. Enamik pikamaa lühilaineid (kõrgsagedusega) raadioside vahemikus 3–30 MHz on taevalaine levimise tulemus. Alates 1920. aastatest, kui raadiooperaatorid piirdusid madalama raadiosaatja võimsusega kui ülekandejaamad, haarati kinni võimalusest kasutada taevalainet pikkadel vahemaadel suhtlemiseks.

Taevalaine levimine erineb:

 maapealse laine (ingl groundwave) levimisest, kus raadiolained levivad Maa pealispinna lähedal, olles atmosfäärist peegeldumata või murdumata – domineeriv levimisrežiim on madalamatel sagedustel;
 vaatevälja (ingl line-of-sight) levimisest, kus raadiolained levivad sirge joonena – domineeriv levimisrežiim on kõrgematel sagedustel.

Selgitus 

Ionosfäär on ülemise atmosfääri piirkond, mis asub umbes 80–1000 km kõrgusel, kus neutraalne õhk on ioniseeunud päikeseenergia footonitest ja kosmilistest kiirtest. Kui kõrge sagedusega signaalid sisenevad ionosfääri kaldu, on nad tagasi suunatud ioniseeritud kihti hajuvate lainetena. Kui keskmise kihi ionisatsioon on signaali sagedusega võrreldes piisavalt tugev, võib hajuv laine väljuda alumisest kihist Maa suunas, nagu see oleks peeglist peegeldunud. Maa pealispind (maismaa või vesi) peegeldab hajusalt sissetulevat lainet tagasi ionosfääri suunas. Sellest tulenevalt, nagu "kiviga lutsu viskamine" üle vee, võib signaal efektiivselt põrgata või hüpata (nagu kivi üle vee) Maa ja ionosfääri vahel kaks või rohkem kordi (n-ö multihopi levimine). Kuna madalad kokkulangevused jäävad üsna väikseks, võetakse väikse võimsusega signaalid mõnikord vastu mitme tuhande miili kauguselt. See võimaldab lühilaineülekannetel levida üle maailma.

Kui ionisatsioon ei ole piisavalt tugev ja kvaliteetne, on hajuv laine algselt kallutatud allapoole ja seejärel ülespoole (kihi haripunktist üleval), nii et see väljub kihi tipust vähesel määral nihutatult. Taevalaine levimine ilmneb lainejuhtmes, mille on moodustanud maapind ja ionosfäär. Nii maapind kui ionosfäär toimivad peegelditena. Üksiku hopiga on võimalik saavutada kuni 3500 kilomeetri pikkune teekond. Transatlantilised ühendused on enamasti saadud kahe või kolme hopiga.

Ionosfääri plasma kiht võrdse ionisatsiooniga ei ole kokkulepitud, kuid lainetab kui ookeani pind. Muutuva peegelduvuse tõhusus sellel muutuval pinnal võib põhjustada peegelduva signaali tugevuse muutumist, põhjustades lühilaineülekannetes tuhmumist.

Muud asjaolud 
VHF signaalid, mille sagedus on üle 30 MHz, läbivad tavaliselt ionosfääri ning ei naase Maa pinnale. Erandiks on E-skip signaali levimine – VHF signaalid, sealhulgas FM-raadiosignaalid ja VHF-telesignaalid, peegelduvad sageli Maale hiliskevadel ja suve alguses. E-skip signaal mõjutab harva UHF sagedusi, välja arvatud väga harvadel juhtudel on see alla 500 MHz.

Sagedused alla 10 MHz (lainepikkused, mis on pikemad kui 30 meetrit), sealhulgas raadiosignaalid keskmises ja lühilaine lainealas (ja mõningal määral pikilaine), levivad kõige tõhusamalt taevalaine kaudu öösel.

Sagedused üle 10 MHz (lainepikkused, mis on väiksemad kui 30 meetrit), levivad enamasti kõige tõhusamalt päeval. Sagedused, mis on alla 3 kHz, on pikema lainepikkusega kui Maa ja ionosfääri vahemaa. Maksimaalne taevalaine levimiseks kasutatav sagedus on tugevalt mõjutatud päikeselaigu arvust.

Taevalaine levimine on tavaliselt vähenenud väärtusega, seda eriti geomagnetiliste tormide ajal. Taevalaine levimine Maa päikesevalguses võib täielikult katkeda äkiliste ionosfääri rahutuste ajal.

Kuna suur osa ionosfääri madalamate kõrguste kihtidest (eriti E-kiht) kaob öösel, asub ionosfääri tagasiulatuv kiht öösel palju kõrgemal Maa pinnast. See toob kaasa tõusu skip ja hop kaugustes taevalainest.

Ajalugu

Taevalaine levimise avastamine 
Raadioamatööridel on oma roll taevalaine levimise avastamisel lühilaine lainealas. Varem kasutati pikamaateenused pinna laine levikut väga madalatel sagedustel, mis on mööda laineala nõrgestatud. Kasutades seda meetodit pikematel vahemaadel ja kõrgematel sagedustel, tähendas see pigem signaali sumbumist. See, ning raskused jõu tekitamisel ja kõrge sageduse jälitamisel, viisid avastuseni lühilaine levimise keerukuse kommertsteenusteks.

Raadioamatöörid viisid läbi esimesed edukad transatlantilised testid 1921. aastal detsembris, tegutsedes 200-meetrises keskmise lainega lainealas (1500 kHz) – väikseim lainepikkus oli toona amatööridele kättesaadav. 1922. aastal olid sajad Põhja-Ameerika amatöörid kuulnud Euroopast 200 meetri juures, ning vähemalt 30 Põhja-Ameerika amatööri kuulsid Euroopast algseid signaale. Esimesed kahesuunalised suhtlused Põhja-Ameerika ja Hawaii amatööride vahel algasid 1922. aastal 200 meetri juures. Kuigi tegevus lainepikkustega, mis olid lühemad kui 200 meetrit, oli tehniliselt illegaalne. Amatöörid alustasid katsetusi nende lainepikkustega, kasutades vaakumlampe, mis võeti kasutusele vahetult pärast I maailmasõda.

Äärmuslik interferents 150–200 meetri laineala ülemises servas – need on amatööridele reserveeritud ametlikud lainepikkused. 1923. aastal sunniti amatööre lainepikkusi muutma aina lühemaks, kuid need piirdusid reguleeritud lainepikkusega, mis oli üle 150 meetri (2 MHz). Mõned õnnelikud amatöörid, kes saavutasid erilise loa eksperimentaalseks sideks alla 150 meetri, täiendasid 100 meetri kaugusel (3 MHz) sadu kahesuunalisi pikamaa kontakte 1923. aastal, sealhulgas esimesed transatlantilised kahesuunalised kontaktid, 1923. aasta novembris 110 meetri kaugusel (2,72 MHz).

Spetsiaalselt litsentsitud amatööri olid 1924. aastaks rutiinselt teinud ookeanitaguseid kontakte 6000-miiliste vahemaadega (~ 9600 km). 21. septembril 1924 viimistlesid mitmed California amatöörid kahesuunalisi kontakte amatööriga Uus-Meremaal. Sama aasta 19. oktoobril viimistlesid amatöörid Uus-Meremaal ja Inglismaal 90 minutit kahesuunalist kontakti peaaegu üle maailma. 10. oktoobril tegi "The Third National Radio Conference" kolm lühilaine laineala kättesaadavaks USA amatööridele, s.o 80 meetri (3,75 MHz), 40 meetri (7 MHz) ja 20 meetri (14 MHz) kaugusel. Need olid reserveeritud ülemaailmselt, samal ajal, kui 25. novembril 1927. aastal loodi 10 meetri laineala (28 MHz) Washington International Radiotelegraph Conference'i poolt. 15 meetri laineala (21 MHz) oli Ameerika Ühendriikide amatööridele avatud 1. mail 1952. aastal.

Marconi 

1923. aasta juunis ja juulis viis Guglielmo Marconi ülekanded 97 meetri kaugusele Poldhu traadita jaama Cape Verde saartele. 1924. aasta septembris edastas Marconi signaale päevasel ja öisel ajal 32 meetri kaugusele Poldhust Beirutini. 1924. aasta juulis sõlmis Marconi lepingu British General Post Office'iga (GPO), et paigaldada suure kiirusega lühilaine telegraafiahelaid Londonist Austraaliasse, Indiasse, Lõuna-Aafrikasse ja Kanadasse. 25. oktoobril 1926. aastal hakati lühilainet Suurbritanniast Kanadasse rakendama juba kommertslikel eesmärkidel. Suurbritanniast Austraaliasse, Lõuna-Aafrikasse ja Indiasse läks see lühilaine 1927. aastal.

Lühilaine sidekanalid alustasid kiiret kasvu 1920ndatel. 1928. aastaks olid enam kui pooled pikamaa sidekanalid, ookeanitagused kaablid ja pika laine traadita teenused teisaldatud lühilaine skip-ülekanneteks. Ookeanitaguse lühilaine sidekanalite kogumaht oli suuresti suurenenud.

Kaablit tootvad ettevõtted hakkasid 1927. aastast alates oma tegevust kokku tõmbama. Briti valitsus kutsus 1928. aastal kokku Imperial Wireless and Cable Conferencei, et uurida olukorda, mis oli tekkinud Beam Wirelessi ja Cable Services'i konkurentsi tulemusena. Seejärel hakati kõigil Briti impeeriumi aladel üle minema kaablivabadele ressurssidele. 1929. aastal loodi Cable and Wireless Ltd.

Viited

Loe lisaks 

 Davies, Kenneth (1990). Ionospheric Radio. IEE Electromagnetic Waves Series #31. London, UK: Peter Peregrinus Ltd/The Institution of Electrical Engineers. ISBN 0-86341-186-X.