Chovají se RX a TX antény recipročně?

.........................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Můžeme považovat chování antén při příjmu a při vysílání za reciproční? Já se domnívám, že ano, ale vzápětí zde uvedu jednu z mých nejvíce kacířských hypotéz, na základě které se oprávněně domnívám, proč se nám některé věci mohou při posuzování konkrétní antény při DX spojení jevit jinak.

Odrazy vln v ionosféře

K tomuto tématu najdete v literatuře i na Internetu mnoho odborných a zajímavých článků, a to včetně článků o tom, co to je ionosférická sonda, jakým způsobem a v jakém frekvenčním spektru se provádějí ionosférická měření, atd. atd. Nicméně, osobně se nepovažuji být odborníkem v této oblasti, nikdy jsem ji detailně nestudoval a ani s výsledky vynikajících prací, které byly publikovány jsem se zatím podrobně neseznámil. Zde uvedu alespoň zajímavé odkazy, které byly v čase, kdy jsem psal tento článek živé: http://ok1hh.sweb.cz/K.htm, digisonda University of Massachusetts Lowell v Průhonicích: http://147.231.47.3/

Nicméně, skutečností je, že DX spojení na krátkých vlnách jsou realizována s pomocí ionosférických odrazů. Z celé disciplíny ionosférického šíření a z teorie lomu a odrazu si pro další úvahy vyberu následující principy, které pravděpodobně nebude nikdo zpochybňovat:

- radiové vlny se za konkrétních podmínek v ionosféře odrážejí a pro jednoduchost úvahy předpokládejme, že platí zákon odrazu (úhel odrazu = úhlu dopadu)
- ionosférické vrstvy, zejména jejich poloha - hlavně výška, jsou závislé na celé řadě faktorů, např.na:
                 - sluneční aktivitě
                 - denní či noční době
                 - místě na zemi, kde pozorování (měření) ionosféry provádíme
a výška odrazné vrstvy tedy není v žádném případě konstantní a ionosférické vrstvy jsou stále předmětem zkoumání na mnoha renomovaných vědeckých pracovištích

Dále předpokládejme, že bude platit úvaha, která nám říká, že nejsilnější signál obdržíme, pokud vlnu šíříme od vysílací antény k přijímací anténě s pokud možno nejmenším počtem odrazů. Tuto úvahu můžeme ještě doplnit o úvahu, že vlna se dobře odráží od ionosféry a mizerně se odráží od zemského povrchu, který energii absorbuje. Tato úvaha nás motivuje, abychom vysílací anténu konstruovali s nízkým vyzařovacím úhlem. Jak je to s přijímací anténou? Znovu opakuji - ionosférické vrstvy, které krátké vlny odrážejí, nejsou mezi stanicemi v konstantní výšce. Také se domnívám, že se za určitých podmínek vlny neodrážejí jen mezi konkrétní vrstvou a zemí, ale že vznikají ionosférické kanály, ve kterých se vlny odrážejí mezi různě vysokými vrstvami. Také se kacířsky domnívám, že odrazná plocha nemá vždy normálu (kolmici k ploše) v radiálním směru k Zemi. Konečně, proč by nemohla být šikmá? Pak se ovšem mohu také domnívat, že platí např. to, co jsem odvážně namaloval do tohoto obrázku:

Mám tam pro ilustraci jen tři vrstvy, od kterých se vlna odráží. A na obrázku ilustruji, že i když je z vysílací antény (vlevo) vyzářená vlna pod nízkým úhlem, může být tato vlna přijata s vysokou silou pod vyšším úhlem. Jak tato úvaha souvisí s radioamatérskou praxí? Velice prostým způsobem. V okamžiku, kdy se věnujeme anténám s nízkým vyzařovacím úhlem a strávíme spoustu času s jejich měřením a pozorováním, nás občas překvapí silné signály velmi vzdálených DX stanic, které přijmeme na relativně nízko instalované antény. Nízko instalovaný dipól nám může úplně klidně poskytnout signál silnější o 10 dB než vertikál. Pro ilustraci tu uvedu druhý obrázek. Je na něm srovnání dvou antén, které mají přibližně stejný zisk, ale naprosto rozdílné vyzařování. Jde o dipól pro pásmo 40m a o bobtail - curtain se 2 zářiči, také pro 40m band (výška 12m):

Nemusím vás přesvědčovat, že obě antény vám přijmou stejně silný signál, pokud na ně dopadá pod úhlem asi 38°. Pokud by však signál z ionosféry dopadal na anténu pod úhlem 70°, bude na dipólu tento signál téměř o 30 dB silnější. Pokud si tuto skutečnost, tak se obě antény skutečně chovají, srovnáte s předchozími úvahami, pak mi dáte za pravdu, že nikde nám žádný fyzikální zákon  netvrdí, že když s jednou anténou vysílám pod nízkým úhlem, že druhá anténa zákonitě musí přijímat vlnu pod stejným a rovněž nízkým úhlem. Směrem k horizontu nám samozřejmě ve směru maximálního vyzařování vyrobí bobtail-curtain signál o 30 dB silnější než nízký dipól.

Reciproční chování antén

Jsem přesvědčen o tom, že u návrhu antén lze počítat s reciprocitou. A jsem také přesvědčen o tom, že v praktickém provozu nikdy nelze rozhodnout o tom, že anténa s extrémně nízkým vyzařovacím úhlem bude lepší než anténa s vyšším vyzařovacím úhlem. K mým zkušenostem patří, že velice často existují podmínky, které vám umožní udělat mnoho DX spojení na velké vzdálenosti s anténou s nízkým vyzařovacím úhlem, která vyzařuje podél horizontu. Ale existují i takové podmínky, že anténa s mnohem vyšším vyzařovacím úhlem vám dodá na svorky přijímače mnohem více přijímané energie. Často však také s mnoha signály blízkých silných stanic.

Moje praxe

Ze záznamů na PSK reportéru snadno zjistím, v jakých lokalitách byly přijaté signály, které jsem odvysílal extrémně nízkým výkonem. Když tento test čas od času dělám, tak zpravidla vysílám provozem JT65 se 2 Watty, vyjímečně s 5 nebo 10 Watty do referenční antény s nízkým úhlem. A podívám se, jak tento QRP signál pokryl zeměkouli. Mimochodem, když to zopakuji do nízko instalované horizontální antény s vyšším vyzařovacím úhlem, objeví se mnoho míst na mapě, které už takto vyzářeným signálem nepokrývám. Vysvětluji si to tím, že signál šířený pod nízkým úhlem všemi směry (do všech azimutů) nebo do vybraného směru se s vysokou pravděpodobností odrazí a odráží se tak dlouho, než se dostane k protistanici nebo k vrstvám, skrz které pronikne a je vyzářen do nebe. Naopak, signál vyslaný pod vyšším úhlem se odrazí jen někdy a jindy pronikne ionosférickou vrstvou. Proto při DX provozu vysílám raději do antén s nízkým vyzařovacím úhlem. Ale jsem si vědom toho, že na anténu občas dopadají silné přijímané signály pod vyšším úhlem. A proto také používám:

- L antény (což jsou zkrácené vertikály s horizontální částí), několika hamům se jevil můj Compact 80/40/30 na příjmu lepší, než např. GAP Titan DX, ale já mohu potvrdit, že to je opravdu jenom zdání a pocit z potlačeného minima ve směru svislé osy, které L anténa nemá ...
- kombinaci dvou antén ( to používá více hamů),  často bývá kombinována anténa vertikální a INV V; v dnešní době SDR rádií si snadno zrealizujete diverzitní příjem a můžete signály z obou antén posoudit

Také však poměrně dlouho na pásmu zkoumám vyzařování antén, které mají nízký vyzařovací úhel a současně poměrně úzký svazek ve vertikální rovině. Na vyzařovací úhel má obvykle vliv výška antény. Vyplatí se anténu instalovat buď tak, aby se tato výška dala v určitém rozmezí změnit, když je třeba (např. kvůli směru, který nás zajímá). Případně zkoumám, zda lze takovou anténu instalovat nízko. Sice si znatelně snížím zisk, ale vyzařovací diagram má širší svazek. A bývám velice obezřetný, abych např. takovou anténu odmítl po jednoduchém a krátkodobém srovnání např. s anténou, která má vyšší úhel vyzařování, ale minimálně vyzařuje na malých úhlech k horizontu

Mám dělat k tomuto tématu závěr?

Snad jen rekapitulaci a zevšeobecnění. Reciproční chování antén (příjem/vysílání) nezpochybňuji. Přesto tu však upozorňuji na skutečnost, že pro úspěšnou realizaci některých DX spojení může mít zásadní význam použít naprosto odlišných vyzařovacích diagramů u vysílací a přijímací antény. Preferuji antény, které nemají ve vertikální rovině diagram rozsekán do mnoha úzkých laloků, mezi kterými jsou nepříjemná minima.