Views: 0
Guardando una “stella cadente” attraversare il cielo per pochi istanti difficilmente penseremmo che quella stessa meteora possa permettere un collegamento radio a oltre mille chilometri di distanza.
Eppure succede continuamente.
Ogni giorno una quantità enorme di piccoli frammenti di materiale interplanetario entra nell’atmosfera terrestre ad altissima velocità. Molti sono minuscoli e non producono neppure una scia visibile a occhio nudo, ma durante il loro passaggio possono lasciare dietro di sé una traccia temporaneamente ionizzata.
Per alcuni istanti quella scia può diventare una sorta di specchio radio temporaneo.
Il fenomeno viene chiamato:
Meteor Scatter
o semplicemente:
MS.
È una delle tecniche di propagazione più affascinanti disponibili sulle VHF, perché consente collegamenti ben oltre l’orizzonte ottico utilizzando qualcosa che esiste per pochi decimi di secondo sopra le nostre teste.
ARRL indica il meteor scatter fra le tecniche classiche di weak-signal VHF e segnala distanze pratiche dell’ordine di 2.000 km, mentre esperienze radioamatoriali storiche riportano collegamenti tipicamente compresi fra circa 500 e oltre 2.000 km.
Che cosa accade quando entra una meteora nell’atmosfera?
Quello che comunemente chiamiamo “meteora” è il fenomeno luminoso prodotto da un meteoroide che attraversa rapidamente l’atmosfera.
La particella entra a velocità elevatissima.
Il materiale circostante viene riscaldato e l’atmosfera lungo il percorso subisce processi di ionizzazione.
Si crea quindi una sottile regione contenente elettroni liberi.
Le scie utili alla propagazione meteor scatter si trovano tipicamente nella parte alta dell’atmosfera, grossomodo intorno agli 85-105 km, anche se geometria e altezza variano da evento a evento.
Per noi radioamatori il dettaglio fondamentale è questo:
una parte del segnale VHF che raggiunge quella regione può essere diffusa o riflessa verso un’altra zona della Terra.
La geometria del collegamento
Supponiamo di avere:
Stazione A — Italia settentrionale
e:
Stazione B — Germania.
Normalmente sui 144 MHz le due stazioni sono ben oltre l’orizzonte radio reciproco.
A invia un segnale verso il cielo con un angolo relativamente basso.
Una scia meteorica si forma in una posizione geometricamente favorevole.
Il segnale incontra la regione ionizzata.
Una piccola parte dell’energia viene reirradiata verso B.
Per alcuni millisecondi o secondi compare un percorso:
A → scia meteorica → B
e il ricevitore di B improvvisamente sente il segnale.
Poi gli elettroni si ricombinano.
La scia perde rapidamente la capacità di riflettere efficacemente il segnale.
Il collegamento scompare.
Ping e burst
Ascoltando meteor scatter incontreremo due termini classici:
ping
e:
burst.
Nella terminologia tecnica IARU, un ping è associato alla riflessione da una scia underdense, mentre un burst deriva da una scia overdense.
Underdense
La densità elettronica è relativamente bassa.
Il segnale penetra nella scia e viene reirradiato dagli elettroni.
La riflessione dura molto poco.
Sui 144 MHz può trattarsi anche soltanto di:
pochi centesimi o decimi di secondo.
Overdense
La densità elettronica è maggiore.
La scia può comportarsi maggiormente come una superficie riflettente.
Il segnale può durare:
- diversi secondi;
- decine di secondi;
- in eventi particolarmente intensi anche più a lungo.
Ed è durante questi burst che, storicamente, diventavano possibili perfino brevi QSO in:
- CW;
- SSB.
Perché il meteor scatter funziona meglio sulle VHF?
La capacità di una determinata scia di produrre un’eco radio dipende anche dalla frequenza.
Alle frequenze più basse, una scia relativamente debole può risultare già efficace.
Salendo di frequenza servono condizioni progressivamente più favorevoli.
Per questo l’attività radioamatoriale MS si concentra soprattutto su:
- 50 MHz;
- 70 MHz dove disponibili;
- 144 MHz.
Meteor scatter è possibile anche più in alto, ma diventa molto più impegnativo.
Le tabelle tecniche IARU mostrano, per esempio, che la durata massima indicativa di un’eco underdense diminuisce rapidamente salendo da 50 a 145 e 435 MHz.
Il problema storico: la meteora dura meno del messaggio
Immaginiamo di operare in CW tradizionale a 20 parole al minuto.
Compare un ping di:
0,1 secondi.
Nel momento in cui iniziamo a ricevere una lettera, la scia è già praticamente svanita.
La soluzione storica consisteva nell’utilizzare:
High Speed CW.
Il messaggio veniva trasmesso a velocità elevatissima, registrato su nastro e successivamente riprodotto lentamente.
Con l’arrivo dei computer si passò a sistemi molto più efficienti.
Uno dei primi diventati estremamente popolari fu:
FSK441.
Oggi il riferimento principale è invece:
MSK144
MSK144 è stato progettato specificamente per meteor scatter.
ARRL lo indica come modo dedicato a questa forma di propagazione e la documentazione tecnica del protocollo descrive una velocità effettiva di circa 250 caratteri al secondo, scelta proprio per sfruttare riflessioni molto brevi mantenendo una banda compatibile con i normali ricetrasmettitori SSB VHF.
Perché MSK144 è così efficace?
Perché il protocollo non cerca di trasmettere lentamente un messaggio perfetto.
Fa l’opposto.
Invia la stessa informazione rapidamente e ripetutamente.
Quando compare una meteora, magari per soli 100 millisecondi, il ricevitore può catturare abbastanza informazione da ricostruire il messaggio.
MSK144 utilizza inoltre:
- forward error correction;
- sincronizzazione robusta;
- decodifica coerente;
- messaggi strutturati.
Rispetto ai vecchi sistemi, la probabilità di ottenere una decodifica completa durante un breve ping è molto maggiore.
Come appare sul waterfall?
A differenza di FT8, che produce segnali relativamente stabili per l’intero periodo di trasmissione, il meteor scatter è caratterizzato da apparizioni improvvise.
Sul waterfall possiamo osservare:
rumore… rumore… rumore…
poi improvvisamente:
una breve traccia intensa.
Quella è una riflessione meteorica.
Con un burst più lungo vedremo una traccia estendersi per diversi secondi.
Il QSO avviene a turni
La caratteristica più importante del meteor scatter è che le due stazioni non devono normalmente trasmettere contemporaneamente.
Se A trasmettesse sempre e B facesse lo stesso, nessuno ascolterebbe durante l’arrivo della meteora.
Le procedure prevedono quindi periodi alternati.
Lo stesso principio è codificato da decenni nelle procedure IARU Region 1. La versione 10.02 del VHF Handbook continua a raccomandare periodi definiti di trasmissione/ricezione e sottolinea che la sincronizzazione temporale è fondamentale.
Con MSK144 moderno sono comuni sequenze rapide nelle quali:
Stazione A trasmette
poi:
Stazione B trasmette
alternandosi secondo gli slot previsti dal software.
L’orologio deve essere preciso
Come per FT8, il computer deve sapere esattamente quando iniziano gli slot.
Un orologio fuori sincronismo può farci trasmettere quando il corrispondente dovrebbe trasmettere a sua volta.
Il risultato è semplice:
nessuno riceve nessuno.
Utilizziamo quindi:
- NTP;
- GPS;
- software di time sync;
per mantenere il computer accuratamente sincronizzato.
IARU raccomanda per l’attività MS una precisione temporale migliore di un secondo.
QSO schedulato oppure random?
Esistono due modalità operative fondamentali.
Sked
Le due stazioni concordano precedentemente:
- frequenza;
- orario;
- sequenza;
- callsign.
Poi iniziano il tentativo.
Random
Una stazione chiama CQ e attende che qualcuno risponda.
È naturalmente più difficile, perché non sappiamo a priori:
- chi ci ascolta;
- dove si trova;
- quale periodo utilizzerà.
Le procedure IARU distinguono esplicitamente fra contatti schedulati e contatti random.
Che cosa viene scambiato?
Come in altri modi weak-signal, il contenuto del QSO viene ridotto all’essenziale.
Normalmente dobbiamo ricevere informazioni sufficienti a identificare senza ambiguità:
- callsign;
- rapporti;
- conferma del rapporto;
- completamento del QSO.
Non interessa una conversazione.
Il meteor scatter è una sfida di propagazione.
Perché non basta sentire una singola lettera?
Perché un collegamento valido deve permettere a entrambe le stazioni di ricevere correttamente le informazioni necessarie.
Una riflessione di 50 millisecondi potrebbe farci vedere soltanto una parte del messaggio.
Aspettiamo la prossima meteora.
Poi un’altra.
Il software accumula decodifiche fino a quando otteniamo ciò che ci serve.
Posso fare meteor scatter senza uno sciame meteorico?
Sì.
Questo è uno degli aspetti più interessanti.
Esistono:
meteore sporadiche
durante tutto l’anno.
Quindi meteor scatter è tecnicamente possibile anche quando non è in corso uno sciame famoso.
Gli sciami aumentano però notevolmente la probabilità di:
- pings;
- burst;
- riflessioni lunghe.
Gli sciami più interessanti
Fra quelli più conosciuti troviamo:
- Quadrantidi;
- Perseidi;
- Geminidi;
- Leonidi.
Le Geminidi, in particolare, sono spesso considerate molto favorevoli per l’attività radio meteor scatter.
Durante i picchi più forti la banda può sembrare completamente diversa da un normale giorno.
Segnali normalmente inesistenti compaiono ripetutamente.
Quando ascoltare?
Per il meteor scatter sporadico esiste generalmente una variazione giornaliera.
Le ore mattutine locali tendono a essere favorevoli perché la parte della Terra sulla quale ci troviamo sta ruotando nella direzione del movimento orbitale terrestre, incontrando una maggiore quantità di particelle.
Durante uno sciame importante, però, l’attività dipende molto dalla geometria del radiante dello sciame stesso.
Distanza ideale
Se le stazioni sono troppo vicine, la geometria non è favorevole.
Se sono troppo lontane, la scia non è contemporaneamente visibile con una geometria utile a entrambe.
Per questo esiste una fascia di distanze particolarmente adatta.
Tipicamente parliamo di:
centinaia fino a circa 2.000 km.
ARRL cita collegamenti MS tipicamente fra circa 500 e 2.300 km nelle bande maggiormente utilizzate.
Antenna
Per iniziare non serve necessariamente un array gigantesco.
Su 50 MHz può già essere possibile sperimentare con:
- dipolo;
- piccola Yagi.
Sui 144 MHz una configurazione tipica potrebbe essere:
- Yagi da 8-12 elementi;
- rotore;
- buona feedline;
- 50-100 W.
Più guadagno e potenza aumentano naturalmente le possibilità.
Ma il digitale moderno ha abbassato parecchio la soglia di ingresso. ARRL sottolinea proprio che antenne Yagi ad alto guadagno, LNA e modi digitali hanno reso le attività weak-signal VHF molto più accessibili.
Dove puntare la Yagi?
L’errore intuitivo sarebbe puntare verso il cielo.
In realtà non stiamo cercando la meteora visualmente.
L’antenna viene generalmente orientata lungo il great-circle bearing verso il corrispondente.
Il fascio RF sale naturalmente sopra l’orizzonte e incontra la regione meteorica adatta lungo il percorso.
Per QSO molto lunghi l’elevazione utile rimane relativamente bassa.
Polarizzazione
Sulle VHF weak-signal si utilizza comunemente:
polarizzazione orizzontale.
Questo vale anche per gran parte dell’attività meteor scatter europea.
Naturalmente le convenzioni devono essere coerenti con il segmento e con gli operatori che vogliamo collegare.
Preamplificatore
Un LNA può aiutare, soprattutto sui 144 MHz.
Ma prima di aggiungere amplificazione controlliamo:
- perdite del coassiale;
- rumore locale;
- qualità del ricevitore.
Se il nostro QTH è pieno di RFI, amplificare il rumore di 20 dB non risolve nulla.
Potenza
Meteor scatter può funzionare con potenze moderate.
Tuttavia esiste una grande differenza fra:
ricevere un burst
e:
ricevere abbastanza pings da completare rapidamente il QSO.
Aumentare l’ERP aumenta la probabilità di ottenere decodifiche utili anche da riflessioni più piccole.
La potenza deve naturalmente rispettare limiti normativi e capacità termiche dell’apparato.
MSK144 può comportare cicli TX abbastanza intensi.
Duty cycle
Un normale QSO SSB alterna:
- parole;
- pause;
- ascolto.
Un modo digitale meteor scatter può mantenere una potenza media importante durante ciascun periodo TX.
Controlliamo quindi:
- temperatura RTX;
- specifiche per modi digitali;
- amplificatore;
- alimentatore.
Non è detto che un amplificatore nominalmente da 500 W SSB possa sostenere indefinitamente 500 W digitali.
Frequenze operative
Qui è importante evitare formule rigide riportate da articoli vecchi.
I band plan VHF vengono aggiornati e la IARU Region 1 mantiene le versioni correnti sotto revisione continua.
Prima di operare verifichiamo quindi:
- band plan IARU Region 1 aggiornato;
- normativa italiana;
- segmento previsto per MGM/weak signal;
- prassi corrente della comunità MS.
Non basta trovare “la frequenza MSK144” in una vecchia pagina web.
SSB e CW sono morti nel Meteor Scatter?
No.
Durante grandi sciami possono verificarsi burst abbastanza lunghi da permettere QSO molto rapidi in:
- CW;
- SSB.
È una forma di meteor scatter molto affascinante proprio perché l’operatore sente fisicamente il segnale emergere dal nulla.
La stazione potrebbe pronunciare:
“IZ1…”
e sparire.
Dieci secondi dopo:
“…XBB 59…”
Poi di nuovo rumore.
Con un burst eccezionale possiamo completare l’intero QSO in pochi secondi.
Il suono di un burst
Un segnale meteor scatter in SSB possiede spesso una caratteristica particolare.
Compare improvvisamente.
Può avere un leggero effetto di:
- Doppler;
- flutter;
- distorsione.
Poi scompare altrettanto rapidamente.
Una volta imparato a riconoscerlo è quasi impossibile confonderlo con la normale propagazione troposferica.
Meteor Scatter oppure Sporadic-E?
Durante un’apertura particolarmente lunga può nascere il dubbio.
Un segnale MS normale è:
intermittente.
La Sporadic-E può invece produrre segnali continui per minuti o ore.
Una riflessione meteorica overdense molto lunga può però occasionalmente assomigliare a una brevissima apertura Es, tanto che IARU ricorda che in passato burst meteorici eccezionali sono stati confusi con brevi aperture Sporadic-E.
Un primo esperimento semplice
Possiamo iniziare soltanto in ricezione.
Occorrente
- RTX 144 MHz SSB;
- antenna orizzontale;
- PC;
- WSJT-X;
- orologio sincronizzato.
Durante uno sciame importante scegliamo una porzione appropriata del segmento MS.
Avviamo MSK144.
Lasciamo il software in ricezione.
Nel giro di qualche tempo potremmo vedere apparire improvvisamente:
CQ DL1ABC JO40
e pochi istanti dopo tornare il silenzio.
Quella decodifica non è arrivata via ripetitore.
Non è arrivata tramite satellite.
È rimbalzata sulla scia ionizzata di un granello di materiale cosmico.
Meteor scatter come strumento scientifico
C’è anche un aspetto molto interessante oltre al QSO.
Analizzando:
- numero dei ping;
- durata;
- intensità;
- orario;
possiamo studiare statisticamente gli sciami meteorici.
IARU mantiene persino definizioni tecniche specifiche per distinguere riflessioni underdense e overdense proprio perché i dati raccolti dai radioamatori possono avere valore anche nell’analisi scientifica del fenomeno.
Conclusioni
Meteor Scatter è una delle dimostrazioni più spettacolari di quanto la propagazione radio possa sfruttare fenomeni apparentemente effimeri.
Una particella grande magari pochi millimetri entra nell’atmosfera.
Produce una scia ionizzata a circa cento chilometri di altezza.
La scia esiste forse per:
0,1 secondi.
In quel brevissimo istante un software come MSK144 riesce a far passare abbastanza informazione da permettere un QSO fra due stazioni distanti oltre mille chilometri.
Non c’è un ripetitore.
Non c’è un satellite.
Non c’è infrastruttura.
C’è soltanto:
un’antenna, una radio e una meteora.
E forse è proprio per questo che il Meteor Scatter continua a rappresentare una delle attività più affascinanti delle VHF.