رادیو آماتوری چیست و چرا به آن نیاز داریم قسمت سوم

نوشتاری درباره رادیو آماتوری، کاربرد و نحوه کارکرد آن به قلم سجاد گلچین پور، عضو افتخاری کلوب رادیو آماتوری البرز

برای مشاهده قسمت قبل اینجا کلیک کنید!

در قسمت‌های قبل به اصل موضوع رادیو آماتوری و تجهیزات اولیه مانند انواع رادیو و آنتن برای برقراری ارتباط به طور خلاصه اشاره کردیم و در این قسمت به تقسیم بندی‌های فرکانسی، فرکانس‌های مخصوص ارتباطات رادیو آماتور‌ها و شیوه‌های ارتباطی از قبیل صدا، تصویر، مورس و دیتا اشاره می‌کنیم. ضمنا شرکت MFJ یکی از تولید کنندگان برتر تجهیزات رادیویی مخصوص استفاده رادیو آماتور‌هاست که پیشنهاد می‌کنم حتما یکبار به وب‌سایت آن‌ها سر بزنید. همچنین Universal-Radio نیز یکی از فروشگاه‌های قدیمی فروش دستگاه‌های رادیو آماتوری هست که مرور آن برای آشنایی با رادیوهای شرکت‌های مختلف و مقایسه امکانات آن‌ها توصیه می‌شود.

تقسیم بندی فرکانسی

در تمام کشورها توسط ارگان‌های ناظر بر ارتباطات رادیویی (در کشور ما سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی) جدولی تدارک دیده شده که در آن تمام فرکانس‌های رادیویی از 3Khz تا 300Ghz تقسیم‌بندی شده و هر قسمت به کاربرد خاصی اختصاص داده شده که این کار به منظور جلوگیری از ایجاد اختلال بین سرویس‌های رادیویی صورت گرفته و تمامی ارگان‌های کشور ملزم به رعایت آن می‌باشند. در این پلن باند‌های فرکانسی مختلفی جهت ارتباطات رادیو آماتورها و یا جهت استفاده عمومی اختصاص داده شده است. این پلن معمولا در کشورهای مختلف با هم مقداری متفاوت است ولی اکثر قریب به اتفاق آن‌ها مخصوصا در مورد باندهای رادیو آماتوری با هم مشترک هستند.

تقسیمات فرکانسی کلی دیگری در سطح بین المللی نیز وجود دارند که در این لینک می‌توانید آن‌ها را مشاهده کنید. یکی از پر کاربردترین آن‌ها که از این به بعد بیشتر در این مقاله به چشم خواهید دید، تقسیم بندی ITU یا اتحادیه جهانی مخابرات است. کره زمین توسط ITU به سه بخش کلی تقسیم می‌شود. تقریبا در هر کدام از این باندهای 11 گانه، تعدادی تکه باند کوچک‌تری برای استفاده رادیو آماتورها اختصاص داده شده است.

در سرتاسر دنیا معمولا سه سطح گواهینامه رادیو آماتوری وجود دارد که شخص برای ارتقا به سطح بالاتر باید حداقل مدت مشخصی از یک گواهینامه سطح پایین تر استفاده کرده وآزمون ارتقا به سطح بالاتر را نیز قبول کند. از شروع آزمون‌های اولیه در دهه ۷۰ تا به حال حدود ۳۰ نفر موفق به دریافت گواهینامه درجه دو شده اند که ۶ نفر هنوز فعالند، اما تا به حال هیچ آزمونی جهت دریافت گواهینامه درجه یک برگزار نشده است. سطح‌های مختلف در تعداد باندهای مجاز کاری، مدهای ارتباطی، نوع آنتن و حداکثر توان مورد استفاده با هم متفاوت‌اند. طبق قوانین مندرج در پروانه‌های صادر شده در حال حاضر دارندگان گواهینامه درجه سه با حداکثر توان 30 وات و در باندهای 40، 20، 15 و 10 متر می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند. در ایران استفاده از باندهای VHF و UHF برای دارندگان گواهینامه‌های سطح بالاتر مجاز است.

جدول کلی تقسیم بندی فرکانسی ITU

برای نام گذاری باندهای رادیویی از طول موج آن و یا از فرکانس کلی آن‌ها استفاده می‌شود. به عنوان مثال از تکه باند رادیو آماتوری 40 متر (طول موج به لاندا) یا 7 مگاهرتز که از 7.000 تا 7.350 مگاهرتز را در بر می‌گیرد و در محدوده باند HF قرار دارد معمولا 40 متر یا 7 مگاهرتز نام برده می‌شود.

در این جدول فرکانسی میتوانید باند های رادیو اماتوری مورد استفاده در باند HF و VHF و UHF را به همراه محدوده فرکانسی ان باند مشاهده کنید.

تقسیم بندی سه گانه ITU که طبق آن ایران در ناحیه سوم قرار دارد.

یکی جذاب‌ترین باندهای رادیویی که از 3 تا 30 مگاهرتز را در بر می‌گیرد، باند HF هست که 9 تکه باند کوچک تر از این باند، به ارتباطات رادیو آماتوری اختصاص یافته است. علت جذابیت باند HF این است که روی این باند و در شرایط خاص و با حداقل امکانات می‌توان تماس‌های راه دور بین قاره ای برقرار کرد!

پروپگیشن رادیویی در باند HF یا (HF Radio Propagation)

ویژگی خاصی که محدوده باند HF و کمی اطراف آن را متمایز می‌کند این است که روی این باند می‌توان تماس‌های راه دور برقرار کرد. اگر به سادگی بخواهیم دلیل این پدیده را بیان کنیم، همه چیز به لایه‌های بالای جو و طوفان‌های خورشیدی برمی‌گردد. جزییات این پدیده بسیار بسیار بسیار گسترده است و نیاز به مطالعات علمی و عملی لایه‌های بالای جو و هواشناسی فضایی (Space Weather) دارد. در این قسمت به طور بسیار محدود و خلاصه وار کلیت ماجرا صرف نظر از وجود جزییات و هرگونه استثنا تشریح شده است.

از هر آنتنی که موج در فضا منتشر می‌کند مقداری موج در سطح زمین انتشار می‌یابد که به آن surface wave یا ground wave اطلاق می‌شود. مقداری از این امواج نیز به سمت آسمان رفته که به آن امواج آسمانی یا sky wave گفته می‌شود. در فاصله بین 50 تا 400 کیلومتری بالای سر ما ناحیه ای از جو قرار داشته که به آن Ionosphere یا آیونوسفیر گفته می‌شود. در زمان وقوع طوفان‌های خورشیدی با رسیدن ذرات باردار و پرتوهای کهکشانی به این ناحیه، این ناحیه یونیزه شده و به همین دلیل می‌توان گفت که تقریبا قابلیتی شبیه به رسانایی پیدا می‌کند و به همین دلیل Ionosphere یونیزه شده می‌تواند امواج آسمانی دریافت شده از آنتن‌های روی زمین را دوباره به روی زمین مثل یک اینه بازتاب کند.

به همین ترتیب می‌توان با فواصل دورتر با استفاده از این قابلیت باند HF تماس گرفت. رفتار Ionosphere به شدت تحت تاثیر تایم روز و شب، فصل‌های مختلف سال، فرکانس امواج، طوفان‌های خورشیدی و دوره‌های 11 ساله لکه‌های خورشیدی قرار می‌گیرد. با این حال رفتار آن تا حد خوبی قابل پیشبینی است. در اینترنت سایت‌های مختلفی وجود دارند که با مطالعه شرایط جوی و رصد باندهای مختلف به طور ساعتی اطلاعات مربوط به پروپگیشن باند HF را منتشر می‌کنند. یک رادیو آماتور می‌تواند با چک کردن این سایت‌ها زمان مناسب باز شدن باندها را برای برقراری تماس راه دور یا همان تماس DX را تشخیص دهد.

برخی مواقع که اینترنت در دسترس نباشد می‌توان با گوش دادن به مکالمات به راحتی متوجه شرایط شد. معمولا اگر تعداد ایستگاه‌های فعال در باند کم باشد یا باند به طور کلی خالی باشد اصطلاحا می‌گویند باند مرده است ولی هنگامی که روی باند صدای ایستگاه‌های دور دست شنیده می‌شود شرایط برای برقراری ارتباط مناسب است. در نهایت بدین ترتیب در زمان‌های خاصی می‌توان با یک آنتن ساده و توان رادیویی کم در حد 5 تا 20 وات از ایران با آمریکا، ژاپن و یا استرالیا تماس برقرار کرد. از عجایب دیگر این باند بدلیل محدودیت برد امواج زمینی و وجود skip zone های چند صد کیلومتری بین نواحی فرود امدن امواج آسمانی این است که می‌توان در صورت داشتن شرایط مناسب به راحتی بین تهران و مشهد یا تبریز و یا حتی اروپا تماس برقرار کرد در حالی که نمی‌شود با کرج ارتباط گرفت!! زیرا امواج زمینی فاصله تهران تا کرج را بدلیل فاصله و موانع زیاد نمی‌توانند طی کنند و امواج آسمانی نیز به گیرنده نمی‌رسند چون دقیقا محل گیرنده در ناحیه skip zone قرار می‌گیرد.

با آزمایش و تجربه و تست کردن آنتن‌های مختلف و برقراری تماس می‌توان طول skip zone ها را با تغییر زاویه پرتاب امواج آسمانی تغییر داده و با نواحی دورتری تماس گرفت و یا بالعکس. این رفتار Ionosphere به طور خیلی ناچیز و در شرایط خیلی خاص و معمولا در اوج فعالیت لکه‌های خورشیدی در فرکانس‌های بالاتر مثل 50 مگاهرتز و یا 144 مگاهرتز نیز مشاهده می‌شود ولی فرکانس‌های بالاتر معمولا از Ionosphere رد شده و بازتاب نمی‌شوند. به عنوان مثال در دهه 70 خورشیدی (اوج فعالیت لکه‌های خورشیدی) برخی از ساکنان شمال کشور تجربه دریافت رادیو FM و تلویزیون‌های آنالوگ روسیه را داشته‌اند. البته این موضوع نباید با دریافت تلویزیون‌های کشور‌های عربی در جنوب کشور در هوای شرجی اشتباه گرفته شود چون در هوای شرجی انتشار امواج زمینی بهبود می‌یابد و انتشار آسمانی وجود ندارد. مثال دیگر دریافت رادیوهای خارجی روی موج کوتاه یا SW یا همان محدوده HF و یا موج متوسط MW است. اگر شما هم خاطره ای از این دریافت‌ها دارید در قسمت نظرات با ما مطرح کنید!

به طور کلی فرکانس‌های باند 30 متر و پایین تر مثل 40 متر و 80 متر در زمان شب باز شده و برقراری ارتباط بر روی آن میسر می‌شود ولی فرکانس‌های باندهای بالاتر از 30 متر مثل 20 متر و 15 متر که به باندهای روز هنگام شناخته می‌شوند در زمان روز قابل استفاده هستند و در شب امکان برقراری تماس روی آن‌ها وجود ندارد. همچنین باندهای شب هنگام معمولا جهت ارتباطات راه نزدیک (زیر 1000 کیلومتر) کاربرد دارند ولی باندهای روز هنگام جهت ارتباط‌های راه دور (بالای 3000 کیلومتر) هستند. البته همه جا استثنا وجود دارد. جهت مطالعه و دریافت اطلاعات بیشتر در مورد نحوه پیشبینی و زمان باز شدن باندهای مختلف، نحوه بازتاب شدن امواج از لایه‌های جزیی Ionosphere و اطلاعات دیگر به کتاب Ham radio for Dummies مراجعه کنید. همچین می‌توانید خلاصه ای از کتاب Propagation and Radio Science که توسط دوست عزیزم مهدی عسگری در مورد پروپگیشن و رفتار باندهای مختلف در فروم جامعه رادیو آماتوری ایران نوشته شده است را مطالعه کنید.

مدولاسیون

تا به اینجا با فرکانس‌های ارتباطی آشنا شدیم و دیدیم که باند HF مناسب برای ارتباط راه دور بوده و باندهای بالاتر مانند VHF برای ارتباطات نزدیک (زیر 100 کیلومتر) مورد استفاده قرار می‌گیرند. فرکانس‌های خیلی پایین مانند چند ده کیلو هرتز و یا خیلی بالا در حد چند گیگا هرتز نیز برای برخی علاقه‌مندان جذابیت خاص خود را دارد ولی اکثر فعالیت رادیو آماتوری در باندهای HF VHF UHF محدود می‌شود و کمتر کسی در فرکانس‌های پایین به دلیل آنتن‌های بزرگ و فرکانس‌های بالا به دلیل تجهیزات دقیق و گران قیمت کار می‌کند.

در این قسمت با مدولاسیون‌های دامنه و یا همان AM و FM و مشتقات آن‌ها آشنا می‌شویم.

ساده‌ترین مدولاسیون که اولین بار برای مدوله کردن صوت بر روی امواج رادیویی برای پخش همگانی رادیو مورد استفاده قرار گرفت مدولاسیون AM است. مدولاسیون AM از سه بخش کریر، باند کناری بالا و باند کناری پایین تشکیل می‌شود.

اگر یک سیگنال صوتی 1 کیلوهرتز را با مدولاسیون AM با یک موج رادیویی مخلوط کنیم در حوزه فرکانس همچین شکلی خواهیم داشت.

مدولاسیون AM مدولاسیون موثری نیست به این دلیل که دامنه کریر تقریبا دو برابر دامنه موج صوتی است و بیشتر توان صرف تولید آن می‌شود و در برقراری ارتباط هیچ کاربردی ندارد بنابراین حذف آن هیچ چیزی اشکالی ندارد. همچنین بعد از مدولاسیون، موج صوت مورد نظر ما هم در Upper Side Band و هم دقیقا در Lower Side Band یا قرار دارد. (معمولا به طور مخفف به این دو باند کناری بالا و پایین LSB و USB گفته می‌شود.) یعنی ما اطلاعات مورد نظر خود را (منظور صوت) داریم دو بار و دقیقا به یک شکل ارسال می‌کنیم و یک کریر بی استفاده نیز در وسط داریم. اولین قدم برای موثرتر کردن مدولاسیون AM حذف کریر است. اگر کریر را از مدولاسیون AM حذف کنیم به مدولاسیون DSB یا Double Side Band می‌رسیم که مشتقی از مدولاسیون AM است.

برای تولید DSB می‌توان از Balanced Modulator کمک گرفت که مدار آن شامل یک پل دیودی و دو ترانسفورمر است. مدولاسیون DSB دقیقا همان مدولاسیون AM است ولی سیگنال کریر در آن تا حد خیلی خیلی زیادی تضعیف می‌شود.

اکنون در خروجی مدولاتور فقط USB و LSB داریم پس تا اینجا توانستیم از کریر خلاص شویم. حال چون اطلاعات ما در LSB و USB دقیقا با هم برابر است پس می‌توان با یک فیلتر کریستالی بسیار باریک (با پهنای باندی در حد 3 کیلوهرتز) به سادگی یکی از باندهای کناری را به دلخواه حذف کرد. در نهایت یا یک LSB داریم یا USB. با این کار ما توانستیم مدولاسیون SSB را تشکیل دهیم که بیشترین کاربرد را در ارتباط صوتی رادیو آماتوری داشته و چون پهنای باند کمتری از AM اشغال می‌کند ولی هیچ چیزی از اطلاعات ما حذف نشده است بنابراین بازده مدولاسیون ما نسبت به AM بسیار بیشتر شده است.

SSB یا Single Side Band به طور کلی هم به USB اطلاق می‌شود و هم به LSB ولی اینکه در هر باند از کدام یک استفاده شود به قوانین ITU برمی‌گردد. (روی فرکانس‌های 10 مگاهرتز و بالاتر از مد USB باید استفاده شود فرکانس‌های پایین تر باید از LSB استفاده شود.)

مدولاسیون FM بیشتر در VHF و UHF و دستگاه‌های دستی استفاده شده و بدلیل اینکه دامنه خروجی در مدولاسیون FM ثابت است و فقط فرکانس آن با توجه به موجی که می‌خواهیم با آن مدوله کنیم تغییر می‌کند (برعکس SSB که توان خروجی رادیو با تغییرات دامنه صوتی اوپراتور تغییر می‌کند.) پس نحوه اشکار سازی آن نیز در گیرنده با AM متفاوت است و به همین خاطر نسبت به نویزهای محیطی مقاوم است برخلاف AM که به شدت تحت تاثیر نویزهای محیطی قرار می‌گیرد. به همین دلیل است که کیفیت صدا در پخش FM بیشتر است. همچنان بازده SSB نسبت به FM بیشتر بوده و تنها مزیت FM مقاوم بودن نسبت به نویز است.

ارتباط صوتی و مورس

هر کدام از تکه باندهای رادیو آماتوری نیز به تکه‌های مختلفی توسط ITU تقسیم شده‌اند که هر قسمت مربوط به یک نوع خاص از مکالمه اختصاص یافته است. در تصویر زیر که مربوط به تقسیمات باندها در ایالات متحده است مشاهده می‌کنید که در باند 40 متر از 7.000 تا 7.125 به مورس و RTTY (بخوانید رادیو تله تایپ. یک مد ارسال متن از طریق صوت مثل مورس) اختصاص یافته است و از 7.125 تا 7.300 که انتهای باند است صوتی و تصویر اختصاص یافته است. همچین دارندگان گواهینامه درجه 3 یا همان Novice فقط امکان برقراری ارتباط مورس (همان CW) را آن هم فقط از 7.025 تا 7.125 دارند.

ارتباط صوتی می‌تواند به صورت FM یا AM یا DSB و یا SSB به دلخواه اپراتور رادیو باشد. ولی معمولا از SSB به دلیل بهینه بودن و اشغال کردن پهنای باند کمتر استفاده می‌کند. البته در باندهای بالاتر هم از FM استفاده می‌شود و هم از SSB.

ارتباط مورس ساده‌ترین مد ارتباط است و ساختن آن به سادگی روشن و خاموش کردن یک فرستنده است. یعنی اگر یک فرستنده که یک کریر خالی در خروجی دارد یا یک فرستنده AM بدون صدا را با استفاده از یک رله و طبق الفبای مورس روشن و خاموش کنیم می‌توانیم مورس ارسال کنیم.

بدلیل اینکه کریر پهنای باند خیلی کوچکی دارد (در تئوری به صفر میل کرده ولی در عمل باید کمتر از 10 هرتز باشد.) دامنه ارسالی ما برخلاف SSB که باید در تمام پهنای باند صوتی که حدود 3 کیلوهرتز است پخش شود، در یک کریر متمرکز می‌شود. (پهنای باند و دامنه با هم ارتباط دارند. در یک دامنه ثابت وقتی پهنای باند زیاد می‌شود دامنه در پهنای باند پخش می‌شود.) به همین دلیل است که قدرت سیگنال دریافتی از یک فرستنده 5 وات مورس در شرایط برابر (مثل موقعیت مکانی و زمانی و آنتن) تقریبا مساوی با یک فرستنده 100 وات SSB در یک گیرنده است.

برای دریافت ارتباطات رادیو آماتوری و فقط گوش دادن به آن در هیچ جای دنیا نیازی به مجوز برای گیرنده نیست. شما همین الان هم می‌توانید با ساختن یک گیرنده دستساز به راحتی مکالمات روی باند 20 متر و 40 متر را دریافت کنید. توجه کنید که رادیوهای معمولی و خانگی که موج کوتاه را دریافت می‌کنند، توانایی دریافت SSB را ندارند. (بعضی از مدل‌های دیجیتال رادیوهای تکسان و سونی این قابلیت را دارند.)

برای بازدید از مدارات مختلف گیرنده از این وبسایت که متعلق به یک رادیو آماتور برزیلی به نام میگوئل است بازدید کنید. طرح‌های این رادیو آماتور به وفور توسط رادیو آماتورهای ایرانی ساخته شده و کاملا عملی هستند.

همچنین یکی از رادیو آماتورهای کشور عزیزمان وبسایتی جهت خرید کیت‌های گیرنده در باندهای مجاز رادیو آماتوری در ایران راه‌اندازی کرده که می‌توانید به راحتی با ایشان مکاتبه کرده و کیت را خریداری کنید و تا برگزاری ازمون و دریافت گواهینامه رادیو آماتوری خود، به مکالمات رادیویی گوش کنید و دایره ی دانسته‌های خود را گسترده تر کنید و گوش‌های خود را به صدای رادیو عادت دهید. توصيه بسیاری از رادیو آماتورهای حرفه ای به افراد مبتدی این است که ابتدا یک راديوي کوچک و ساده تهیه کرده و به تماس دیگران گوش کرده و خواص فرکانس‌های مختلف را در طول ساعات مختلف شبانه روز تست کنند. در اصطلاح به افرادی که فقط شنونده هستند SWling گفته می‌شود که مخففی از عبارت Shortwave Listening بوده و طرفداران بسیار زیادی در تمام دنیا دارد. حتی برخی افراد تمام عمر خود فقط اقدام به گوش دادن می‌کنند و هیچ وقت اقدامی برای دریافت گواهینامه برای ارسال نمی‌کنند!

باز هم اگر توانایی خرید یا ساخت گیرنده و برپایی آنتن را ندارید، می‌توانید WebSDR ها استفاده کنید. این ایستگاه‌ها که در نقاط مختلف نصب شده‌اند گیرنده‌های پهن باندی هستند که از طریق اینترنت قابل دسترسی بوده و شما به راحتی می‌توانید با وارد کردن فرکانس، اطلاعات دریافت شده روی آن رادیو و مکالمات در حال انجام در آن منطقه را بصورت زنده گوش کنید.

ارتباط تصویری و دیتا

مد ارتباطی دیگری که معمولا به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرد SSTV است. SSTV مخفف Slow Scan Tele Vision است. با استفاده از SSTV می‌توان تصاویر را با رزولیشن پایین و از طریق فرکانس‌های صوتی ارسال کرد. ارسال هر تصویر با توجه به نوع ارسال SSTV (انواع مختلف آن از نظر حداکثر رزولیشن و دقت رنگ یا سیاه سفید یا رنگی بودن با هم متفاوت‌اند.) ممکن است از 10 ثانیه تا حداکثر 5 دقیقه طول بکشد. از آن جایی که تبدیل تصویر به صدا مورد نیاز است وجود یک کامپیوتر یا یک مینی پی سی مانند رزبری پای کنار رادیو برای ارتباط دیتا و تصویر ضروری است. در واقع نرم افزار، تصویر را به صوت تبدیل می‌کند.

شاید برای شما مفید باشد: آموزش رزبری پای از 0 تا 100

همچنین در برخی رویدادهای سالانه ایستگاه فضایی بین المللی تصاویر SSTV از فضانوردان و دستاوردهای ناسا به سمت زمین ارسال می‌کند که مورد توجه علاقه‌مندان در سراسر دنیاست. برای مطالعه بیشتر کلیدواژه ARISS و ISS SSTV Event را گوگل کنید.

مدهای دیتا انواع و اقسام مختلفی دارند که معروف‌ترین آن‌ها BPSK، RTTY، FT8، JT9، PSK31، Hell و 8PSK هستند. از طریق این مدها می‌توان پیام‌های متنی را به شکل صوت درآورده و با رادیو ارسال کرد. نکته خاص اینجاست که بدلیل ماهیت برخی مدهای دیجیتال برخلاف مورس و SSB حتی اگر نسبت سیگنال به نویز منفی! در گیرنده داشته باشند (مانند سیگنال GPS) به راحتی توسط نرم افزار قابلیت دیکد شدن هستند در صورتی که ممکن است اصلا صدای آن‌ها قابل شنیدن با گوش نباشد!

به طور کلی هر چیزی که بتواند صوت را بدون اضافه کردن یا کم کردن چیزی مثل فیلترهای صوتی، حذف کننده نویز، فشرده سازها و یا AGC ها ارسال کند می‌تواند به عنوان فرستنده مدهای دیجیتال و SSTV مورد استفاده واقع شود، مثل تلفن خانگی با سیم. در صورتی که کوچک‌ترین تغییری در فرکانس و دامنه صدا ایجاد شود ممکن است بخشی از اطلاعات از دست برود.

برای ارسال و دریافت مد دیجیتال می‌توان از نرم افزارهای رایگان Fldigi و برای SSTV از MMSSTV استفاده کرد.

در قسمت بعد در مورد علائم خطاب، محتوای تماس‌ها و نحوه برقراری آن‌ها صحبت خواهیم کرد. منتظر نظرات شما هستیم!