קרינה אלקטרומגנטית היא הפרעה מחזורית הרמונית בשדה החשמלי והמגנטי, המתפשטת במרחב. הפרעה כזו נקראת גל אלקטרומגנטי.

קוון הנו קו המציין קו גלי רדיו אל או מתחנה משדרת. תכונתו שנע על מעגל גדול - המרחק הקצר בין שתי נקודות על כדור. חוצה את קווי האורך בזווית משתנה.

כוון הנו יחסי לצפון ועל כן נתיב על מעגל קטן - חוצה את קווי האורך בזווית קבועה.

חזית הגל של הקרינה האלקטרומגנטית מתקדמת בריק במהירות קבועה, שהיא מהירות האור. לעתים מתוארת הקרינה האלקטרומגנטית גם כזרם או שטף של חלקיקים, הנקראים פוטונים. הקרינה האלקטרומגנטית היא שם הכולל בין היתר גלי מיקרו, גלי רדיו, אור וקרינת חום, קרני רנטגן וקרינת גאמא.

תכונות הקרינה האלקטרומגנטית תלויות במידה רבה באורך הגל של הקרינה, או בתדירות הקרינה, שהיא הערך ההופכי לאורך הגל. משום כך, נהוג לחלק את הספקטרום האלקטרומגנטי בחלוקה גסה, המפרידה בין סוגי קרינה בעלי תכונות שונות. אורך הגל הוא משתנה שיכול לקבל אינסוף ערכים רציפים, ולכן החלוקה לסוגים שונים של גלים היא גסה, והגבולות בין הסוגים השונים הם מטושטשים למדי.

הקרינה בעלת אורכי הגל הארוכים ביותר בספקטרום האלקטרומגנטי (והתדר הנמוך ביותר) נקראת גלי רדיו. גלים אלה, שאורכם יכול להגיע מעשרות סנטימטרים עד קילומטרים רבים, משמשים את האדם רבות בתעשיות התקשורת הרבות בעולם המודרני, בעיקר בתקשורת למרחקים גדולים, כגון רדיו וטלוויזיה. גלי המיקרו,

הקצרים מהם רק במעט, משמשים אף הם לתקשורת, בטווחים הקצרים יותר, כגון תקשורת סלולרית ומכ"ם, אך גם לבישול. אורכם של גלים אלה נע בין מילימטרים ספורים לעשרות סנטימטרים.

היחס בין אורך הגל והתדירות            C/f=λ

λ  - אורך הגל

C - מהירות האור

f - תדירות

גלי רדיו

גלי רדיו הם קרינה אלקטרומגנטית בתדרים שבין 3 הרץ עד 300 גיגה הרץ מתוך הספקטרום האלקטרומגנטי. אורכי הגל של תדרים אלו הם 100,000 ק"מ עד 1 מילימטר. ככל קרינה אלקטרומגנטית, גם גלי רדיו נעים באמצעות שדות חשמליים ומגנטיים המתפשטים באוויר ובריק.

לגלי הרדיו מספר שימושים, הנפוצים ביניהם -

קשר רדיו להעברה של שידורי רדיו, טלוויזיה, תקשורת סלולרית ונתונים

ניווט - הן באמצעות לווינים (דוגמת GPS) והן באמצעות מערכות מיושנות יותר (דוגמת מערכת לורן או VOR).

מכ"ם (RADAR / ראדאר) - על ידי שליחת גלי רדיו למרחב ופיענוח האותות המוחזרים ניתן לאתר את מיקומם וכיוון תנועתם של גופים הנעים במרחב.

בישול - חימום ובישול אוכל באמצעות גלי רדיו בתנור מיקרוגל

אסטרונומיה - תצפית על גרמי השמים  

Aviation Radio Bands and Frequencies

מחשב המרת תדרים

מושגים בתורת הגלים:

החזרה - Reflection - היא כינוי לתופעה שבה חזית גל הנעה בתווך מסוים מגיעה לנקודת מפגש עם תווך אחר ובעקבות כך משנה את כיוונה לכיוון אחר בתווך ממנו הגיעה.

החזרה של גל יכולה להיות באופן מסודר (כגון החזרת אור ממראה) או לא מסודר (כגון החזרת אור מקיר), החזרה קיימת בכל פעם שחזית גל מתווך אחד מגיעה לתווך אחר. על פי חוק סנל,

אם זווית הפגיעה היא למעלה מן הזווית הקריטית ישנה החזרה מלאה (כל עוצמת הגל מוחזרת). במקרים אחרים ההחזרה היא חלקית.

שבירה - Refraction - היא תופעה בה גל העובר מתווך בעל מקדם שבירה אחד עובר לתווך בעל גורם שבירה שונה ומשנה את כיוונו.

זווית השבירה נקבעת על פי חוק סנל.

עקיפה - diffraction - היא תופעה שבה הגל "עוקף" מכשול. כאשר בין מקור גלים לגלאי מבדיל עצם כלשהו, הגלאי יקלוט חלק מהגל שנפלט מהמקור למרות החסימה בדרך, מכיוון שהגל "עוקף" את המכשול.

Dissipation – חיסול, פיזור. התפוגגות

Conductivity – מוליכות (חשמלית

Propagation – התפשטות (מרחבית)

Attenuation - היחלשות העצמה של אות, קרן או גל ככל שהם מתרחקים מנקודת המקור.

גלי קרקע

A ground (surface) wave is a surface wave that propagates close to the surface of the Earth Lower frequencies, especially AM broadcasts in the medium wave (sometimes called "medium frequency") and long wave bands (and other types of radio frequencies below that), travel efficiently as a surfacewave. This is because they are more efficiently diffracted by the figure of the Earth due to their low frequencies. 

Conductivity of the surface affects the propagation of ground waves, with more conductive surfaces such as water providing better  propagation Increasing the conductivity in a surface results in less dissipation. The refractive indices are subject to spatial and temporal changes Since the ground is not a perfect electrical conductor, ground waves are attenuated as they follow the earth’s surface.

Most long-distance LF "long wave" radio communication (between 30 kHz and 300 kHz) is a result of ground wave propagation.

Medium wave radio transmissions (frequencies between 300 kHz and 3000 kHz) have the property of following the curvature of the earth (the ground wave) in the majority of occurrences. At low frequencies, ground losses are low and become lower at lower frequencies.

 The VLF and LF frequencies are mostly used for military communications, especially with ships and submarine

המסלול ה"מועדף" של גל הרדיו לפי התחום בו נמצא התדר שבשימוש 

אם התדר נמצא בתחומים MF, LF, VLF התפשטות הגלים תהיה קרוב לקרקע, ו"תלווה" את מעטפת כדור הארץ, לכן לגלים אלה קוראים "גלי קרקע

העצמה של גלים אלה מונחתת לאורך מסלולם בגלל הקרבה לקרקע, ולכן השימוש בתחומים אלה דורש משדרים בהספקים גבוהים

הטווח בתחומים אלה הוא בין מאות לכמה אלפי ק"מ. הטווחים לקשר אמין הם כמה מאות ק"מ אך לא בכל שעות היממה

בלילה יותר וביום פחות. גם המעבר מים ליבשה, הרים, סופת רעמים וגלי רקיע, גורמים הפרעות בשידור

גלי קרקע - Surface/ground  wave

 - טווח השידור תלוי ב

1.      הספק השידור – power of transmission – ככול שחזק יותר כך יגדל המרחק.

2.      אורך הגל – ככול שארוך יותר כך יגדל המרחק.

3.      סוג פני השטח – ככול שהקרקע לחה יותר כך יגדל המרחק. ים עדיף על יבשה.

4.      עונות השנה – חורף עדיף על קיץ.

חסרונות גלי קרקע  -

1.      ככול שהתדר עולה, נדרש הספק שידור גבוה יותר.

2.      הנחתה – attenuation  - תלויה בסוג הקרקע.

3.      אפקט קו חוף – shore line effect – מעבר מים ליבשה גורם הפרעות קליטה מחמת שבירת הגלים – refraction.

4.      אפקט הר – mountain effect – כאשר קיים הר בין מטוס לתחנה משדרת נגרמת הסטה המטעה את מכשירי הכיוון הפועלים על גלי רדיו כגון DF.

5.      סופת רעמים – thunderstorm effect – המשבשים תנועת הגלים.

6.      השפעת גלי רקיע על גלי קרקע - גם כאשר השידור הוא בתחום אורך גלי קרקע, יש שידור צד ההופך לגל רקיע. בחזרתו הוא גורם התאבכות עם גלי הקרקע ומשבש הקליטה.

7.      דמדומים -  twilight effect –  בזמן דמדומים, גלי קרקע סובלים הפרעות גדולות יותר בעיקר בתחום הקרוב ל - HF.

שימושים בתחום התעופה –

"מוצא כיוון" – ADF) NDB) בתחום LF, MF ,215-450 KHz 

A Non-Directional Beacon (NDB) is a radio transmitter at a known location, used as an aviation or marine navigational aid.

As the name implies, the signal transmitted does not include inherent directional information, in contrast to other navigational aids.

גלי רקיע

אם התדר שבשימוש נמצא בתחום HF מסלולי ההתפשטות המנוצלים יהיו אלה הפוגעים בשכבות הרקיע המכונות יונוספרה וחוזרים מהן אל המקלט על הקרקע לאחר דילוג אחד או יותר (ראה תרשים); לכן גלים אלה נקראים גלי-רקיע.

גם גלים אלה מונחתים לאורך מסלולם, ומדלגים על אזורים מסוימים. השימוש בתחום זה דורש ידע נרחב בתחום, וניסיון בהפעלה בין נקודה לנקודה

הטווחים שנתן להשיג הם כמעט בין כל שתי נקודות על כדור הארץ, אך הקשר האמין מוגבל לשעות בודדות ביממה ותלוי בהרבה גורמים משתנים

.החלק התחתון של תחום זה מתנהג כמו "גלי קרקע" והחלק העליון של תחום זה מתנהג כמו התחום הבא אחריו

VHF radio wave propagation

Electromagnetic waves travel in straight lines, but the transmission process is modified by interaction with the Earth's surface and by reflection, refraction and diffraction occurring within the atmosphere.

The major source of modification of the paths of radio waves is the radiation-related layers within the ionosphere. The process by which the signal (the fixed carrier frequency plus the information) is conveyed between the transmitter and the receiver is propagation. Radio signal energy loss (attenuation) increases with distance travelled through the atmosphere or other materials.

Propagation of radio waves within the high frequency [HF] band (the 'short wave' bands between 3 MHz and 30 MHz) transmission over very long distances while using low power and small antennas, is significantly modified by reflection/refraction within the ionospheric layers — a 'skipping' process that facilitates transmission over very long distances while using low power and small antennas.

A skip zone, or dead zone, also called a silent zone or zone of silence, is a region where a radio transmission can not be received located between regions both nearer and further from the transmitter where reception is possible.

 When using medium to high frequency radio telecommunication, there are radio waves which travel both parallel to the ground, and towards the ionosphere, referred to as a ground wave and sky wave, respectively.

 A skip zone is an annular region between the furthest points at which the ground wave can be received and the nearest point at which the refracted sky waves can be received. Within this region, no signal can be received as there are no radio waves to receive.

The skip zone can be diminished by increasing the number of directions in which the skywave is transmitted or by decreasing the refractive angle of the skywave.

Another factor which will affect skip zones is the width of the ionosphere. This can be affected by sun spots, solar flares or whether it is day or night. 

The more solar radiation, the wider the ionosphere becomes. A wider ionosphere will cause the sky wave to refract closer to the Earth thus diminishing the size of the Skip Zone while absorbing the strength of the signal becomes. Transmitting at night is most effective for long distance communication but the skip zone significantly large

  Very high frequency waves and higher travel through the ionosphere and therefore generate no skip zone but again have a .limited rang

.If the radio wave frequency is decreased, a point is reached where all waves (even vertically incident waves) are reflected back to the Earthe

Another method of decreasing the skip zone is by decreasing the frequency of the radio waves. Decreasing the frequency is akin to increasing the ionospheric  width.  A point is eventually reached when decreasing the frequency results in a zero distance skip zone. In other words, a frequency exists for which vertically incidence radio waves will always be refracted back to the Earth. This frequency is equivalent 

שכבות היוניספרה

שכבה D מצויה בגובה 50-90 ק"מ וקיימת רק בשעות היום. שכבה זו סופגת חלק מהספק הגל העובר דרכה ולכן בשעות היום סובלים גלי הרקיע מהנחתה.

שכבה E – (נקראת גם heavy side), מצויה בגובה 90-139 ק"מ.

שכבה F – מצויה בגובה שמעל 130 ק"מ. בשעות היום נחלקת :

F1 – מצויה בגבהים 130-210 ק"מ.

F2 – עד גובה 450 ק"מ.

בלילה מתאחדות השכבות בגובה של כ – 300 ק"מ.

מושגים בגלי רקיע –

Ground wave range – האזור בו משפיע גל הקרקע.

Skip distance – המרחק מהתחנה המשדרת ועד לנקודה בה פוגע הגל המוחזר מהיוניספרה בקרקע בפעם הראשונה.

(Skip zone (dead zone – האזור הנמצא בין נקודת סוף השפעת גל קרקע לבין נקודת המפגש של גל הרקיע עם הקרקע.

יתרונות גלי רקיע –

טווח שידור ארוך.

הספק נדרש נמוך.

הערות :

1.      בלילה היוניספירה עולה גבוה יותר.

2.      בלילה מורידים תדרים כי זווית קריטית עולה ועל כן תהייה החזרה בזווית קרובה יותר לאנך.

3.      בלילה שקט יותר ולכן אף שתדרים נמוכים אינם מרחיקים, יישמעו בכ"ז גם מטווח רחוק.

4.      תדר היום והתדרים הנמוכים יותר עבור הלילה (תדרים משניים) אמורים להימצא אצל הטייס.

5.      שים לב שבגלי קרקע תדר נמוך יותר מגיע רחוק יותר ואילו בגלי רקיע המצב הפוך.

6.      גובה שכבות היונספירה משתנה על פי קו הרוחב.

REFRACTION IN THE IONOSPHERE

.When a radio wave is transmitted into an ionized layer, refraction, or bending of the wave occurs

As we discussed earlier, refraction is caused by an abrupt change in the velocity of the upper part of a radio wave as it strikes or enters a new medium 

  The amount of refraction that occurs depends on three main factors 

  the density of ionization of the layer

  the frequency of the radio wave, and 

the angle at which the wave enters the layer

Density of Layer 

Figure 2-15 illustrates the relationship between radio waves and ionization density. Each ionized layer has a central region of relatively dense ionization, which tapers off in intensity both above and below the maximum region. As a radio wave enters a region of INCREASING ionization, the increase in velocity of the upper part of the wave causes it to be bent back TOWARD the Earth. While the wave is in the highly dense center portion of the layer however, refraction occurs more slowly because the density of ionization is almost uniform. As the wave enters into the upper part of the layer of DECREASING ionization, the velocity of the upper part of the wave decreases, and the wave is bent 

If a wave strikes a thin, very highly ionized layer, the wave may be bent back so rapidly that it will appear to have been reflected instead of refracted back to Earth. To reflect a radio wave, the highly ionized layer must be approximately no thicker than one wavelength of the radio wave. Since the ionized layers are often several miles thick, ionospheric reflection is more likely to occur at long wavelengths - low frequencies

Angle of Incidence and Critical Angle. When  a  radio  wave  encounters  a  layer  of  the ionosphere, that wave is returned to earth  at  the same  angle (roughly)  as  its  angle  of  incidence

Figure  1-6  shows  three  radio  waves  of  the  same frequency  entering  a  layer  at  different  incidence angles.  The angle  at  which  wave  A  strikes  the layer  is  too  nearly  vertical  for  the  wave  to  be refracted  to  earth. However,  wave  B  is  refracted back to earth. The angle between wave B and the earth is called the critical angle. Any wave, at a given frequency,  that  leaves  the  antenna  at  an incidence angle greater than the critical angle will be  lost  into  space.  This  is  why   wave  A was not refracted.   Wave  C  leaves   the   antenna   at   the smallest angle that will allow it to be refracted and still  return  to  earth.  The critical  angle  for  radio waves   depends   on   the   layer   density   and   the wavelength of the signal

Figure 1-6.—Incidence angles of radio waves

As the frequency of a radio  wave  is  increased, the critical angle must be reduced for refraction to occur.

.Notice  in  figure  1-7  that  the  2-MHz  wave strikes the ionosphere at the critical angle for that frequency  and  is  refracted

.Although the  5-MHz line (broken line) strikes  the  ionosphere  at  a less critical  angle,  it  still  penetrates  the  layer  and  is lost

.As  the  angle is  lowered,  a  critical  angle  is finally  reached  for  the   5-MHz   wave   and   it   is refracted back to earth

Figure 1-7.—Effect of frequency on the critical angle. 1-6

reflection, refraction and diffraction within the atmosphere; but is heavily attenuated by the Earth's surface and readily blocked, diffracted or reflected by terrain

or structures — as experienced with VHF-band TV reception. Therefore for good reception of a VHF transmission there must be a direct line-of-sight - LOS

path between the transmitter antenna and the receiver antenna. The transmitter radio frequency [RF] output energy must be sufficient that the signal is not overly attenuated over that LOS distance

HF radio communications of various forms including two way radio communications, maritime mobile radio communications, radio broadcasting, amateur radio communications, and in fact any form of radio communications that uses the HF bands and ionospheric radio propagation is very dependent upon the state of the ionosphere. The higher the levels of radiation received from the Sun, the greater the levels of ionisation in the ionosphere and in general this brings better propagation conditions for HF radio communications o

It is found that the number of sunspots on the Sun has a considerable effect on the levels of radiation emitted and hence impacting on the ionosphere. In turn this has a marked effect on radio communications of all forms. Sunspots are therefore of great interest to anyone involved in HF radio communications, as it affects the radio propagation conditions so significantly

שימושים בתחום התעופה

SSB בתחום HF - תקשורת לטווח ארוך

מאפשר תקשורת מעבר לאופק בטווחים ארוכים מאד - רדיו SSB

מושפע מהבדלי יום ולילה, מז"א והתפרצויות כתמי שמש - sun spots

גל ישיר

גל  זה  אינו  צמוד  לפי  הקרקע  אלה  מתפשט  בין  אנטנת  השידור  ואנטנת  הקליטה . גל  זה מורכב  משני  מרכבים:  אחד  מתפשט  בקו  ישר בין  שתי  אנטנות והשני הוא גל המוחזר מהקרקע, 

:יתרונות גל ישיר 

.אמינות

.הספק שידור נדרש נמוך

.חסרונות – טווח קצר

 .UHF ,VHF - תחומי השידור הנפוצים בשידור ישיר הם 

.טווח  התפשטות  של  גל  המרחבי

.לפי  תיאורו  של  גל  המרחבי, קיים  קשר  בין  שתי  אנטנות  רק  כשהן נמצאות  בקו  ראייה.  כאשר  ידוע  גובה  האנטנה  אפשר  לחשב  את  טווח  הראייה

LOS distance

LOS distance between a ground station and an aircraft station, or between two aircraft stations, is limited by the curvature of the Earth's surface, and dependent on the elevation/height of the two stations and the elevation of intervening terrain

The rule-of-thumb is: the maximum direct path distance (the distance to the horizon) between an aircraft and a ground station, iמ nautical miles, is equal to the square root of the aircraft height, in feet, above the underlying (flat) terrain. Actually it is 1.06 times the square root of the height, but for our purposes that can be ignored. 

Estimating the square root: mental calculation is easier if you ignore the two least significant digits of the height, then estimate the square root of the remaining one or two digits and multiply by 10. For example; height 3200 feet, the square root of 32 is between 5 and 6 — say 5.5 — and multiply by 10 = 55 nm LOS

distance. Another example; height 700 feet, ignore 00, the square root of 7 is between 2 and three — say 2.6 — multiply by 10 = 26 nm LOS distance

For air-to-air communications the LOS distance is the sum of two 'distance to horizon' calculations; i.e. with one aircraft at 5000 feet the other at 10 000 feet, the

 maximum LOS distance will be 70 + 100 = 170 nm. It may be a bit more than that because of wave diffraction at the intervening horizon. Intervening mountain terrain may reduce the distance

Be aware that the LOS distance is the theoretical maximum range for direct-path VHF transmission/reception. The actual distance is likely to be a lot less depending on the transmitter/receiver system, the type and placement of the antenna, the quality of the receiver/headset system, and quite a few other

considerations. The effective range may be as low as 5 nm or as much as the full LOS distance — but an effective range of 50 nm is probable for a good low power installation

הערה:  980 - 1215 הנו תחום VHF אבל ICAO החליטו לסווגו כ - UHF.

:Inter-pilot communication frequency 

ICAO Annex 10 - “123.45 Mhz shall be designated for use as an Air-to-Air communications channel to enable aircraft engaged in flights over remote and oceanic areas, out of range of VHF ground stations, to exchange necessary operational information and to facilitate the resolution of operational problems“.  

ILS, An instrument landing system is a ground-based instrument approach system that provides precision guidance to an aircraft

approaching and landing on a runway, using a combination of radio signals and, in many cases, high-intensity lighting arrays to

enable a safe landing during instrument meteorological conditions (IMC), such as low ceilings or reduced visibility due to fog, rain

or blowing snow

DME, Distance measuring equipment (DME) provides pilots with a slant range measurement of distance to the runway in nautical miles. The DME provides more accurate and continuous monitoring of correct progress on the ILS glideslope to the pilot, and does not require an installation outside the airport boundary

VOR, short for VHF Omni-directional Radio Range, is a type of radio navigation system for aircraft. A VOR ground station broadcasts a VHF radio composite signal including the station's identifier, voice (if equipped), and navigation signal. The identifier is morse code. The voice signal is usually station name, in-flight recorded advisories, or live flight service broadcasts. The navigation signal allows the airborne receiving equipment to determine a magnetic bearing from the station to the aircraft (direction from the VOR station in relation to the Earth's magnetic North at the time of installation). VOR stations in areas of magnetic compass unreliability are oriented with respect to True North. This line of position is called the "radial" from the VOR. The "intersection" of two radials from different VOR stations on a chart provides an approximate position of the aircraft 

International Distress/Emergency Frequencies

• 2182 kHz: International Maritime Distress and Calling Frequency for Radio telephony.

• 4340 kHz: NATO Combined Submarine Distress.

• 8364 kHz: Survival Craft.

• 121.5 MHz: International Aeronautical Emergency Frequency.

• 156.8 MHz: International Maritime Distress, Calling and Safety Frequency.

• 243.0 MHz: NATO Combined Distress and Emergency Frequency.

• 406.0 MHz: Emergency Position Indicating Locator Beacon (EPIRB).

המשך לרדיו, מיקרופון, אנטנה

חזרה לנווטות מכשירית - ענ"ר