Comprendre la Propagation du 160m

On pourrait penser que le 160-mètres est  relativement  proche du 80m  et que les deux bandes seraient très proches en ce qui concerne les caractéristiques de la propagation. A vrai dire, ces deux bandes sont bien éloignées.
 

– 160m est une bande nocturne uniquement, très Complexe et imprévisible par les logiciels mêmes ultra sophistiqués.

Effets provoqués par la gyrofréquence d'électron Il est difficile prévoir propagation sur la bande de 160 mètres pour d'autres raisons aussi bien. Une raison principale, en plus de l'imprévisibilité du niveau de l'absorption de la couche D est que les fréquences dans la bande de 160 mètres sont très proches de la gyrofréquence d'électron (qui est dans la gamme 700 à 1600 kilohertz)

Fondamentalement, la gyrofréquence est une mesure de l'interaction entre une particule chargée (ici, un électron) dans l'atmosphère terrestre et le champ magnétique de la terre. Plus une onde porteuse est à la gyrofréquence étroite, puis, plus l'énergie est absorbé par l'électron de cette onde porteuse. Cela vaut particulièrement pour la perpendiculaire de déplacement d'ondes radio au champ magnétique.

En Amérique du Nord, nous compterions que les signaux d'Europe par exemple occidentale traverseraient des chemins fortement perpendiculaires au champ magnétique de la terre, et ainsi, ils seraient fortement atténués en raison de leurs interactions avec des électrons dans la couche D et la couche E. De plus, les signaux devraient être fortement elliptiquement polarisés, avec l'axe principal de la polarisation se situant dans la direction du champ magnétique.

 (A haute fréquence : 3-30 mhz les signaux sont plus presque circulairement polarisés.) Ainsi, en plus de l'atténuation provoquée par la proximité de la gyrofréquence à votre fréquence porteuse de la Top band, les signaux de 160 mètres que vous recevez de, et transmettez à l'Europe également arriveront avec une force diminuée si votre antenne et l'antenne de l'opérateur en Europe ne sont pas orientées pour assortir cette polarisation.

En conclusion, pendant l'activité géomagnétique, comme cela éprouvé après l'occurrence d'un Flare solaire, l'orientation des lignes du champ magnétique de la terre peut changer, produisant des variations de force de signal reçue. Dans certains cas, des signaux sont dégradés au-dessous des niveaux utilisables tandis qu'à d'autres fois, perfectionnement significatif de signal peuvent se produire.

Passage par les pôles , effets provoqués par l'ovale auroral Les ovales auroraux (un autour de chaque pole) ont un impact profond sur la propagation d'onde hertzienne. Si le chemin au-dessus ou à l'intérieur d'un des ovales auroraux, vous donnera une propagation dégradée dans une de plusieurs différentes formes : absorption forte de signal (qui est habituellement ce qui se produit), brèves périodes du perfectionnement fort de signal (principalement provoqué par les inclinaisons dans l'ionosphère qui permettent des signaux pour devenir focalisées à votre endroit), ou comportement très erratique de signal (effacement fort et rapide, etc., provoqués par une série d'effets tels que le multipathing, les variations anormales et rapides d'absorption.

Quelques contacts souffrent de la non-réciprocité, ce qui fait que vous entendez les stations mais ces dernières sont incapables de vous entendre. C'est le plus commun des cas sur 160 mètres par rapport aux bandes hautes. Le meilleur conseil est de déterminer l'azimut approprié au contact et à l'essai de DX « pour tirer » vos signaux le plus possible sur le ciel  en utilisant une antenne avec les plus bas angles de départ possibles. (Etant donné la taille de la plupart des antennes de 160 mètres, vous ne pouvez pas avoir beaucoup de choix  !) D'où l'avantage des antennes Verticales ou GP adaptées au 160m par rapport aux dipôles filaires installés trop bas

Les périodes soutenues des k-index zéro sont les plus communes pendant la phase de montée du cycle solaire, que nous ressentons  maintenant ! Elles sont moins fréquentes dans les années en baisse du cycle solaire quand l'aspect de la basse latitude (solaire) et les trous coronaux transequatorial maintiennent le gisement géomagnétique de la terre dans un état relativement continuel de flux. Ainsi, pendant les deux à quatre années à venir, il devrait y a un nombre assez grand de périodes géomagnétiques tranquilles soutenues. ce qui permettra d'avoir des ouvertures de DX sur  la Topband qui devraient encore s'améliorer pendant les deux à quatre années à venir.

La densité d'électrons dans la couche D de l'ionosphère
Les signaux de la bande 160-mètres sont les plus fortement touchés par les changements dans la densité électronique. Au cours de la journée, la couche D est fortement ionisé, c’est la  principale source d'absorption du 160 mètres.

Pendant la nuit, la densité de la couche D s’estompe de façon spectaculaire (même si elle ne disparaît pas totalement), ce qui entraîne une baisse de l’absorption.

De petits changements dans la densité de la  couche D peuvent avoir une profonde influence sur l'absorption au cours des heures de nuit. La principale raison est que pour les fréquences basses  les collisions avec les électrons des ions neutres se produisent beaucoup plus souvent que pour les fréquences hautes ce qui  conduit à des hauts niveaux d’absorption du signal .


En d'autres termes, de petites augmentations dans l’absorption du signal. la densité d'électrons à basses fréquences produisent de grandes variations dans l'absorption du signal. Lorsque les conditions sur le 160-mètres sont très  bonnes on peut  se croire momentanément à  l'écoute d'une bonne ouverture sur la bande de 20 mètres.

Les bonnes conditions sont  dues à d’importantes et exceptionnelles diminutions de la densité d'électrons dans la couche D.  Tout ce qui peut  provoquer ces fortes chutes de densité électronique de la couche D n'est pas encore bien compris par la communauté scientifique.


Les effets causés par les électrons Gyrofréquence

En 160 mètres, la réfraction ou la flexion des chemins est plus grande en raison de la fréquence inférieure et d'autres effets deviennent importants en particulier, la giration des électrons de l'ionosphère dans le champ géomagnétique se produit à un taux qui est comparable à la fréquence du signal.  Ainsi, toute l'approche de l'ionosphère est à refaire

La propagation sur la bande 160-m est difficile à prévoir, pour d'autres raisons aussi. L'une des principales raison en plus de l'imprévisibilité de l’absorption de la couche D est que les fréquences dans la bande de 160-mètres sont très proches de  « l'électron gyrofréquence »  700 à 1600 kHz).


Fondamentalement, la gyrofréquence est une mesure de l'interaction entre une particule chargée (en électron)  dans l'atmosphère et le champ magnétique de la Terre. Plus une onde porteuse est étroite à la gyrofréquence, plus l'énergie est absorbée par l'électron de cette onde porteuse. Cela se traduit particulièrement pour le déplacement de l'onde par la perpendiculaire du champ magnétique.
 
Cela est particulièrement vrai pour les ondes radio qui voyagent perpendiculaire au champ magnétique.  En Amérique du Nord, nous nous attendons à ce que les signaux de, disons, l'Europe occidentale  passent par des  chemins de traverses  à peu près perpendiculaire au champ magnétique de la Terre, et ainsi, ils seraient fortement atténué en raison de leurs interactions avec les électrons dans la couche D et couche E. En outre, les signaux  seront fortement polarisés dans le sens elliptique, avec le grand axe de polarisation qui se trouve dans la direction du Champ magnétique.  En Haute fréquence (HF; 3-30 MHz) les signaux sont plus près de la polarisation  circulaire.)

Ainsi, en plus de l'atténuation provoquée par la proximité de la gyrofréquence de votre fréquence porteuse de la Topband, les signaux du 160 mètres que vous recevez et transmettez depuis  l'Europe arriveront  fortement  diminués si votre antenne ainsi celle de votre correspondant en Amérique du Nord ne sont pas dans la même polarisation.

En conclusion, pendant l'activité géomagnétique, l'orientation des lignes du champ magnétique de la terre peut changer, produisant des variations de force de signal reçue. Dans certains cas, des signaux sont dégradés au-dessous des niveaux utilisables tandis qu'à d'autres moment  une augmentation significative des signaux peut se produire.

sources :Dr Ted Cohen, N4XX ainsi que  http://solar.spacew.com/cq/cqmar98.pdf .

La propagation ionosphérique dans son ensemble 

Les couches ou régions de l'ionosphère :
l'Ionosphère est immergée dans la couche supérieure très ténue de notre atmosphère que l’on appelle la thermosphère. C'est une couche d'air ionisé dans l'atmosphère s'étendant de 50-60 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre à environ 640 kilomètres. Au niveau de l'équateur magnétique, on observe un phénomène que l'on appelle électrojet équatorial qui se traduit par des mouvements de convection importants dans la ionosphère. Les mouvements de l'ionosphère sont complexes et dépendent de nombreux paramètres tels que : les conditions atmosphériques, l'activité solaire, la saison etc...

l'Ionosphère est divisée en quatre parties caractérisées par un maximum relatif de densité électronique :

        La région D s'étend de 50-60 km à 90 km d'altitude. Elle se comporte comme une éponge face aux ondes haute fréquence qui passent à travers elle. Beaucoup plus présente au cours de la journée, son ionisation est directement proportionnelle au flux solaire, elle se forme au lever du jour et disparaît aussitôt le soleil couché. Elle est constituée essentiellement d'ions lourds (oxyde d'azote). Comme son absorption est inversement proportionnelle à la fréquence, les bandes des 160 et 80 mètres sont complètement absorbées au cours des heures d'ensoleillement.

        la région E s'étend de 90 à 140 km d'altitude. Elle est la couche la plus basse utilisée par les ondes radio pour s'y réfléchir. C'est une sorte de miroir très particulier utilisable sous ses deux faces, réfléchissant vers le haut et vers le bas. Elle apparaît dès l'aube et disparaît au coucher. Cette couche présente, lors d'activité solaire minimum, des phénomènes connus sous le nom de sporadique E que l'on va observer sur des fréquences supérieures à 21 Mhz.

        La région F est la plus ionisée principalement responsable des communications à longue distance. Lorsque le cycle solaire est au maximum ceci crée plus d'ionisation de la couche F, et permet à l'ionosphère de réfracter de plus hautes fréquences (15, 12, 10 et même 6 mètres) vers la Terre pour des contacts DX. Autour du minimum du cycle, le nombre de taches solaires est si faible que les plus hautes fréquences passent à travers de l'ionosphère et disparaissent dans l'espace. Le grand nombre d'électrons libres dans l'ionosphère permet la propagation des ondes électromagnétiques. Les signaux par radio - une forme de rayonnement électromagnétique - peuvent " rebondir " sur l'ionosphère permettant la communication par radio sur de longues distances. La couche F s'ionise au lever du soleil, atteint très rapidement son maximum pour diminuer progressivement au coucher et atteindre son minimum juste avant le lever du jour.

Au cours de la journée, la région F se divise en deux :

        la région F1 qui s'étend de 140 à 200 km d'altitude n'est pas un moyen de propagation important et dont sa formation est directement dépendante du lever et du coucher du soleil. Après le coucher, la couche F1 diminue fortement pour laisser la place à la couche F2.

        la région F2 s'étend de 200 à 250-600 km en fonction de l'activité solaire. C'est la première couche qui supporte les communications en haute fréquence. Au cours de la journée, elle est relativement mince étant donné la présence de F. Par contre, au cours de la nuit, cette couche double ses dimensions, étant directement sous l'influence des rayonnements solaires, elle est très dense et permet des communications à plus de 1 500 km en un seul bond.






La MUF et la LUF :
MUF est l'acronyme de Maximum Usable Frequency ce qui en français signifie Fréquence Maximum Utilisable, LUF est l'acronyme de Lowest Usable Frequency, en français, Fréquence Minimum Utilisable.

La fréquence la plus élevée qui permettra une liaison ionosphérique entre deux stations est appelée MUF pour un circuit considéré. Si l'on augmente la fréquence en ne changeant aucun autre paramètre (angle de rayonnement, puissance etc.) la liaison ne pourra s'établir. La MUF est plus importante le jour que la nuit. La MUF est fonction du trajet, de l'heure du jour, de la saison, du positionnement des stations, du rayonnement ultra-violet du soleil, des éventuelles perturbations ionosphériques.

Pour les angles verticaux (on ne trafique jamais volontairement avec des angles comme celui-ci en déca...) la MUF vaut la fréquence critique, toutefois on peut multiplier cette valeur en adoptant des angles bas sur l'horizon.
L'exemple classique que l'on donne consiste à essayer d'établir une liaison entre deux stations françaises distantes de 600 km sur 14 MHz. Il y a fort à parier que la liaison soit impossible car la MUF est beaucoup plus basse pour ce circuit là. Il faut tenter la liaison sur 3,5, 7 ou 10 MHz.

La MUF étant la fréquence maximum utilisable, toutes les fréquences inférieures devraient bien fonctionner pour établir la liaison. C'est vrai jusqu'à un certain point car nous le savons l'absorption par la couche D impacte fortement les fréquences basses en cours de journée et le bruit est très important et croît au fur et à mesure que la fréquence diminue.
   
ceci nous amène à définir la Fréquence Minimum Utilisable - LUF -  comme étant la fréquence la plus basse utilisable pour établir une liaison pour un circuit donné. La LUF est plus faible la nuit que le jour.


A quoi est dû le QSB  ?
Vous avez tous remarqué combien le fading ou QSB peut être gênant pendant le trafic. Explication de son origine :

Quand le signal que vous écoutez traverse l'ionosphère et rejoint les couches F, il peut emprunter simultanément plusieurs chemins et être réfracté de différentes manières par des couches d'indice de réfraction différent. Il en résulte que le signal que vous écoutez est un signal composite formé de signaux arrivant soit en phase ce qui procure une remontée du signal, soit déphasés, soit totalement en opposition de phase ce qui amène à l'annulation du signal.


Long path, short path :
Il y a deux façons de contacter un correspondant lointain :
 1 -  en utilisant le chemin le plus court, il s'agit du short path
 2 - en utilisant le chemin le plus long, il s'agit du long path

Pourquoi Utiliser l'Un ou l'Autre ?
Parce qu'il peut s'avérer plus rentable de prendre le chemin le plus long que le plus court.

parfois il est plus intéressant de faire voyager notre HF sur un trajet non ensoleillé donc en utilisant la couche F que sur un trajet diurne qui pourra être la cible d'absorption de la couche D, de réflexion basse hauteur de la couche E ou de rendement moyen de la couche F1.

Comme dit plus haut les couches F1 et F2 se combinent au cours de la nuit, la F1 plus basse rejoint la F2 plus haute, du coup la F est à sa hauteur max et double ses dimensions, voir image ci dessous



Attention toutefois tout dépend de la fréquence utilisée de l'heure et naturellement des conditions du moment, en général de par ma propre expérience de vieux DDR chasseur de DX depuis tout petit,  c'est en 14mhz sur des distances supérieurs à 12000 km en début de matinée que le cas est le plus fréquent et le plus probant,  les cibles les plus courantes sont ZL/VK/FK/FO, KH et bien entendu le reste du pacifique, mais cela fonctionne aussi sur les autres bandes, il faut donc toujours essayer les 2 trajets pour mettre le max de chances de son coté . Ne négligez pas le long path, il peut s'avérer surprenant et efficace, faire 180° avec une beam c'est perdre 1 minute mais c'est peut être gagner 3 ou 4 points voir même beaucoup plus.


La ligne grise ou gray line en anglais :
La ligne grise est la ligne de démarcation entre le jour et la nuit. Quand on parle de ligne de démarcation, il ne s'agit pas d'une frontière bien définie de quelques mètres mais d'une zone assez large, d'une transition douce entre jour et nuit. Comme vu plus haut dans l'explication des couches, nous savons que l'ionosphère évolue notablement entre nuit et jour et que certaines couches à forte absorption disparaissent tandis que d'autres se fondent en une seule au coucher de soleil. Inversement, au lever, avant l'apparition des couches D et E, la couche F se renforce notablement.

il faut donc profiter de ce court moment pour booster nos chances en DX pendant lequel les couches D et E ne sont pas encore formées côté jour et ou la couche F existe encore côté nuit. Sur cette ligne, la propagation sera excellente, on peut espérer en profiter à peu près une heure au coucher et au lever du soleil.


Sidescatter et backscatter  sur couche F :
C'est une situation très particulière où deux stations très proches vont pouvoir communiquer grâce au back/sidescatter car elles vont avoir une zone commune de réflexion au sol qui leur permettra de s'entendre. Les signaux ont une tonalité très particulière, avec un  "effet cathédrale".


Les indices A et K
Il existe 3 principaux niveaux pour l’indice K. Un K se situant entre 0 et 2 sera qualifié comme un champs géomagnétique stable. Ainsi, les propagations sont bonne, peu changeante et le bruit de bande est faible. C’est donc le moment idéal pour travailler des stations éloignées ou encore QRP étant donné le QRN faible. Un indice de 3 révèle une certaine activité géomagnétique. Ainsi certaines bandes HF seront affectées par un bruit de fond (bruit de bande) plus élevé et les propagations seront légèrement affectées dans les hautes latitudes puisque qu’à ces niveaux les aurores boréales commenceront à se faire sentir. Finalement, un indice K de 4 ou supérieur révèle de forte activités géomagnétiques rendant les communications HF peut intéressantes de part le bruit de bande élevé et les mauvaises conditions.

L’indice A quant à lui est l’équivalent de l’indice K mais sous une forme journalière plutôt qu’aux 3 heures. Le fonctionnement est principalement le même que le K. Ainsi un indice A inférieur à 10 démontrera d’excellente conditions de propagation et un bruit de bande faible. Pour un indice de 10 à 20, les conditions seront légèrement perturbées et changeante et finalement pour un indice supérieur à 20 les conditions se détériorent au même titre qu’un indice K de 4 ou plus.

Les taches solaire ou Sunspot number (SSN)
Les taches solaires sont directement liées à l'état d'activité de notre astre. On a constaté que leur nombre augmente puis diminue suivant un cycle de 11 ans. Cette période correspond à la moitié du cycle de 22 ans où le soleil voit ses pôles magnétiques Nord et Sud s'inverser. Les taches solaires émettent des champs magnétiques très intenses qui peuvent influencer sensiblement le champ géomagnétique terrestre.

Le soleil peut à la fois être l’ami et l’ennemi des radioamateurs! Effectivement, selon son humeur il viendra affecter le comportement des ondes électromagnétiques lorsque celles-ci traversent l’ionosphère. À l’occasion, les perturbations contribuerons au phénomène de la propagation tandis qu’à d’autres reprises cela les perturbera à un tel point qu’il ne sera plus possible d’opérer dans les bandes HF.

Le nombre de taches solaires
Cette valeur est le nombre de taches solaire visible sur le soleil. Les émissions sont très élevées dans ces zones et cela a pour effet d’ioniser l’ionosphère permettant ainsi aux fréquences plus élevées d’être réfléchies et renvoyées sur terre. Cette valeur sert à déterminer principalement la fréquence maximale utilisable. Plus communément appelé la « MUF » vue plus haut. Lorsque le nombre de tâches solaire est supérieure à 100 (lorsque le cycle du soleil le permet), la bande du 10M offre une excellente ouverture le jour et même la nuit permettant des contacts DX sur cette bande avec peu de puissance.

Lorsque le nombre de tâches solaires est très faible cela fait que les conditions dans les bandes HF supérieures sont également très faible. En revanche, les bandes HF plus basses telles que le 80 et 40M sont très intéressantes à écouter. Lorsque le cycle solaire est à son maximum, les bandes HF supérieures ouvrent et offrent des conditions de propagation exceptionnelles pour établir des contacts DX. À ce moment par contre, les bandes HF plus basses sont plus affectées et les conditions y sont moins bonnes.

Par expérience perso, pour les DX'eurs en bandes basses 160/80 et accessoirement en 40m plus les Sunspots sont élevés, moins les chances de DX sont favorables pour contacter des stations lointaines

Le flux solaire
Il s’agit d’une quantification de l’effet du soleil sur les conditions de propagation sur la terre. Ceci nous indique plus particulièrement les conditions d’ionisations de l’ionosphère causée par le soleil. Ainsi les lectures du flux se situent généralement entre 50 et 300. Une valeur supérieure à 150 nous indique que les conditions sont favorables aux bonnes communications HF.


 

En conclusion

En 160m rien n'est jamais gagné par avance, chaque nuit réserve son lot de surprises bonnes comme mauvaises, les effets de la propagation peuvent changer radicalement dans les minutes qui suivent, il faut donc être attentif et patient, le signal d'un DX que l'on soupçonne sans pour autant être lisible à 23h00 peut passer à S5 à 23h15 pour disparaitre à 23h30. Il faut savoir que dans 90% des cas les signaux font le YOYO, d'où l'intérêt d'avoir une bonne réception correctement filtrée pour pouvoir entendre les signaux lorsqu'ils sont au plus bas. Le 160m est sensible aux indices K et A de la propagation, ces deux indices sont facteurs de bruit si ces derniers sont élevés .

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