bookmark_border[533] 電波伝搬シミュレータ(VOACAP Online)

先週末12m FT8で初めてクウェートとのQSOが成功したことから、どの様な伝搬状況だったのか知りたくなり、初めて「VOACAP Online for Ham Radio」を使ってみました。

これは米国VOA(Voice of America)が、自局の電波がどのように飛んでいくかをシミュレートするために開発したツールで、アマチュア無線用も用意されWeb上で公開されており、無償で利用可能です。

サイトはこちらです。

(VOACAPサイトの表示画面より引用)

画面上方にある「TX QTH」「RX QTH」をプルダウンで選択でき、JAは東京、京都、広島、鹿児島、札幌のいずれかを選ぶことができます。試しに「TX QTH」にJA Tokyo、「RX QTH」に9K Kuwaitを設定してみました。

次に、画面右側で通信モード(FT8)、送信出力(50W)を選択します。その下の「Antennas」ボタンを押すと、左側にTX/RXそれぞれのバンド毎のアンテナを選択する画面が現れます。

今回は12mのみで状況を確認したかったので、12Mのアンテナに「1/4 wl Vertical」を設定しました。RX側はデフォルトのままにしています。右側の「Setting」をクリックすると今度は各種設定画面が現れます。

・General Propergation Settings
Noise:これは自局のノイズ環境を設定するもので、住宅地(Residential)を選択しました。
SSN: 数か月間の平均値を入力するようですが、デフォルト「-1」のままにしておくと、自動で直近のSSN値が適用されるようです。
Min.TOA: 打上げ角でデフォルトのままにしました。

・Coverage Area Map Settings
Band: 12Mに設定しました。
UTC: 6(JSTの15時)に設定しました。

・TX Antenna Analysis Settings
Verticals,high dipolesを選択しました。

次に、右側の「Prop Charts」をクリックするとグラフが表示されます。グラフの種類は「Chart」のプルダウンで選択でき、「12M(24.9MHz)」を選ぶと下のような表示になります。

(VOACAPサイトの表示画面より引用)

凡例の上段3項にはそれぞれ「LP」が付いていますがこれはロングパス、下段3項はショートパスのデータです。「SDBW」(Signal Power at Receiver (dBW))は受信側Sメータの振れ、「MUFday」は使用周波数が MUF(Maximum Usable Frequency)より低くなる日数の割合、「REL」(Circuit Reliability)は接続可能性とのことです。横軸はUTCです。表示不要なデータは凡例の該当部分をクリックするとOFFになります。

最後に右側の「Prop wheel」をクリックするとこの様なグラフが表示されます。バンド毎の時間(UTC)単位での接続可能性のようですが、こちらのグラフの方が直観的に分かり易いかも知れません。

(VOACAPサイトの表示画面より引用)

このグラフはショートパスのものですが、ロングパスの状況を見るときは「SP」ボタンを押すと「LP」に切り替わりグラフも変わります。その下の「NoEs」ボタンはEスポを考慮するかどうかの切り替えです。また円の中心にはカーソルをあてた部分の時間・バンド・%が数字で表示されます。

その他このシミュレータには様々な表示機能があり、画面下方にあるボタンを押すことで各種グラフやデータを表示できますがあまり試せていません。なお、データ自体は月々の平均値で、日ごとのきめ細かい変化は見ることができないようです。そもそもが幅を持つ確率値ですので仕方ないですね。

今回のシミュレーション結果から、12mバンドでクウェートとつながり易い時間帯は概ね5:00~7:00UTC(14:00~16:00JST)で、当局の交信実績と整合することが確認できました。でも上の円グラフを見ると、15mであればもっと確実だったかも知れません・・・

bookmark_border[304] FT3D+SRH770のSAR推定

無線機器の電波を一定時間で人体がどれほど吸収するのかを示す指標としてSAR(Specific Absorption Rate:電波の比吸収率)があります。

携帯電話機では、SARについて頭部組織10gに吸収されるエネルギー量の6分間平均値が2W/kgを超えないよう義務付けられており、各通信事業者は機種毎にSAR値を公表しています。
例)NTTドコモの関連サイト

他方、アマチュア無線機にはSARの基準は無いようです。

そこでFT3DにSRH770アンテナを付けてヘッドセット無しで5W運用したときの頭部への影響を探ろうと、ネット情報などを参考にしてSARを推定してみました。携帯電話機でOKとされている2W/Kg以下になっていればひとまず安心だろうということで・・・

下に挙げた諸々の資料によると、一般環境における「電磁界強度指針(6分間平均値)」は、電力密度S(mW/㎠)が30MHz~300MHzでは0.2、300MHz~1.5GHzではf/1500とのことです。

また、アンテナと人体との距離が近い場合は「局所吸収指針」としてSARを使い、100KHz以上300MHz未満で20cm以内、300MHz以上6GHz未満(※)で10cm以内に適用され、それ以外の距離においては電磁界強度指針によります。(※過去の資料では3GHz未満となっていますが、最近の資料によると6GHz未満までは局所吸収指針が整備され6GHz以上は未整備で、5G通信のミリ波運用に備えて検討中のようです。)

SAR自体は電波暗室の中で実機とファントム(疑似人体)を使って実測しないと出てきませんので、まずは簡易的に理論上の電力密度を求めてみます。

電力密度(W/㎡)=(電力xアンテナゲイン)/4πd2
(その他パラメータは考慮していません)

ここでFT3Dの送信出力(5W)、SRH770のアンテナゲイン(430MHz帯で5.5dBi=3.5倍)、距離d(0.1m)を当てはめてみると・・・

電力密度=141W/㎡=14mW/㎠

430MHzにおける電磁界強度指針は430/1500=0.29mW/㎠ですから、約49倍とかなり大きな値になりました。

なお10cmの距離では局所吸収指針が適用されますので、電力密度(mW/㎠)をSAR(W/Kg)に換算する必要があります。頭部組織の電波吸収特性は完全に無視するとして、仮に60Kgの人の投影面積を0.6㎡とし、頭部の重さと投影面積をその1/10にした場合・・・

・頭部の重さ:6Kg
・頭部の投影面積:0.06㎡

より、頭部における電波吸収率(?)SAR(W/kg)は

SAR=電力密度 141W/㎡ x 頭部投影面積 0.06㎡ / 頭部の重さ 6Kg = 1.41 W/Kg

で、2よりも小さくなりました。減衰パラメータやアンテナエレメント長は考慮していませんので実際はこれよりも低い値になるものと思いますが、逆に真のSARは頭部組織の電波吸収特性によるところが大きいと思われますので、これを無視して「SARを導き出せた」というのは無理がありますね。

一方、電磁界強度指針との関係では、指針の0.29mW/㎠以内に抑えるには70cmほど離す必要がありそうです。ちなみに2mバンドではSRH770のアンテナゲインは2.15dBiですので、430MHzでOKであれば2mでも問題無いと思われます。

この様にかなり雑な考察ではありますが、一応携帯電話機のSAR基準値以下の値が出たものの電磁界強度指針からは大きく外れていますので、「FT3D+SRH770」の組み合わせでヘッドセット無しの5W運用はできれば避けた方が良いかも知れません。今後、このリグで本格運用するときは「SSM-BT10」が活躍しそうです。

ちなみにFT3D標準添付のホイップアンテナのゲインはわかりませんが、5W出力の場合、仮にアンテナゲインを2.15dBiとすると電磁界強度指針以下に抑えるためには50㎝弱、アンテナゲインを0dBi(-2.15dBd)とすると40㎝弱、人体から離す必要がありますね。

(参考資料)
ARIB「くらしの中の電波」
総務書「電波防護のための基準の制度化」
総務省「電波防護のための基準への適合確認の手引き」
総務省「局所吸収指針の概要について」
総務省「電波の安全性に関する調査及び評価技術」のページ
電波防護指針(H9/4/24付)

bookmark_border[303] SSN/SFI/TSI/A/K

無線通信に密接に関係するこれらの指標についてネットで調べてみました。

・SSN (Smoothed Sunspot Number 平滑化太陽黒点数):太陽黒点を光学的に観測してカウントした数を平滑化した値

・SFI(Solar Flux Index 太陽流束指数):太陽から放射されるエネルギーの強度を2.8GHzの電波望遠鏡で測定した値。SFIの最小値は68、最大値は300を超える。SFIが100を超える値で持続する場合はハイバンドの伝搬状況は良くなり、ローバンドの状態は悪くなる傾向。SSNとSFIはほぼ比例するが、短期的なSSNの変化には追従しない

・TSI (Total Solar Irradiance 全太陽放射照度):大気の上端で太陽から受け取る全エネルギーの尺度

SFIはJT Alertにも表示されますね。これは昨夜の状況ですがSFI 72、A 14、K 2とあります。

A指数やK指数は地球の地磁気に関するパラメータで、こちらは値が小さいほど電波伝搬には良いそうです。

・A指数
地磁気の安定性に関連しK指数から計算された値

A=0~7:静か
A=8~15:不安定
A=16~29:アクティブ
A=30~49:弱い嵐
A=50~99:強い嵐
A=100~400:激しい嵐

・K指数
地磁気変動の活動程度を表わす指数の一つで、1日を3時間ごと8区間に分け、 各区間において地磁気活動が静かな日の日変化曲線からのずれの程度を準対数目盛で表し0~9の10階級に分けた値

K=0:非アクティブ
K=1:非常に静か
K=2:静か
K=3:不安定
K=4:アクティブ
K=5:弱い嵐
K=6:強い嵐
K=7:激しい嵐
K=8:非常に激しい嵐
K=9:強烈な嵐

また「WM7D’s Solar Resource Page」のサイトでは直近のSFI、A、Kの値や過去1年間の推移を見ることができます。

bookmark_border[203] 最近のSSN

久しぶりにSSN(太陽黒点数)を調べました。下表は宇宙天気センターのサイトに掲載された過去一ヶ月間の状況です。

思ったより低調ですね。昨年秋ごろからコンディションが上向いてきたかなと思っていたのですが少しがっかりです。コロナウィルスと違って太陽のコロナは、アマチュア無線家の立場としては、もう少し活発になってくれた方が良いかも知れません。

bookmark_border[77] SSN

そろそろ太陽の黒点が増える周期に入るとのことで、NICTの宇宙天気予報センターのサイトでSSN(Sunspot Number=太陽黒点数)を調べてみました。

これは先月1ヶ月間のSSNの推移で、徐々に増えてきています。SSNはほぼ11年の周期で増減を繰り返しており、今回の周期は「サイクル25」と呼ばれ2020年から増加し2025年ごろにピークを迎えるそうです。

SSNと電離層の電子密度との間には相関があるようですので、SSNが増えると空の「コンディション」が良くなりDX QSOがし易くなります。先日のアルゼンチンとのQSOもちょうどSSNが高めの日でしたので、その恩恵に預ることができたのだと思います。