അദ്ധ്യായം 1 - റേഡിയോ സിഗ്നലുകളും അയണോസ്പിയറും

     'അനന്തമജ്ഞാതമവർണ്ണനീയം......' കവിയിങ്ങനെ വിശേഷിപ്പിച്ച പ്രപഞ്ചത്തെ സമഗ്രമായി അനാവരണം ചെയ്യാനുള്ള ശ്രമം മനുഷ്യനുണ്ടായകാലം മുതൽ തുടങ്ങിയതാണ്. പതിയെ, ശാസ്ത്രം പലതായി വിഭജിക്കപ്പെട്ടു (വളർന്നു?). കേന്ദ്രശാസ്ത്രം എന്ന പദവി രസതന്ത്രത്തിനു തന്നെയാണെങ്കിലും സുപ്രധാന ശാഖയായി മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോണിക്സ് ആണ്. വാർത്താവിനിമയത്തിൽ ഒരു വലിയ വിപ്ലവം തന്നെ അഴിച്ചുവിട്ടതുവഴി ലോകത്തെ ഒരൊറ്റ ഗ്ലോബൽ വില്ലേജാക്കി മാറ്റാൻ ഇലക്ട്രോണിക്സിനു സാധിച്ചു. 1945 ൽ ആർതർ ഡി ക്ലാർക്ക് എന്ന ഭാവനാ സമ്പന്നനായ ശാസ്ത്ര സാഹിത്യകാരൻ തന്റെ സ്പേസ് 'ഒഡീസ്സി' എന്ന കൃതിയിൽ പ്രസ്താവിച്ചതു പോലെ ഭൂഖണ്ഡാന്തര വാർത്ഥാ വിനിമയം കൃത്രിമോപഗ്രഹങ്ങൾ ഏറ്റെടുത്തപ്പോൾ ലോകം മുഴുവൻ ഒന്നു ചേർന്ന ഒരനുഭവം ഉണ്ടാവുക തന്നെ ചെയ്തു. 

    സാമുവേൽ മോഴ്സ്, ടെലിഗ്രാഫ് ആവിഷ്കരിച്ചത് ടെലികമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ രംഗത്തെ ആദ്യത്തെ സുപ്രധാന ചുവടുവെയ്പായിരുന്നു - ഗ്രഹാം ബെല്ലിന്റെ റ്റെലിഫോൺ ഒരു നാഴികക്കല്ലും. മാർക്കോണിയുടെ റേഡിയോയാണ് യഥാർത്ത വിപ്ലവത്തിനു തുടക്കം കുറിച്ചത്. 1957 ൽ സ്പുട്നിക്ക് എന്ന റക്ഷ്യൻ കൃത്രിമോപഗ്രഹം ബഹിരാകാശത്തു നിലയുറപ്പിക്കേണ്ടിവന്നപ്പോൾ ടെലികമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ തന്ത്രങ്ങളുടെ രീതി അടിമുടി പരിഷ്കരിക്കേണ്ടി വന്നു. 1958 ൽ അമേരിക്കയുടെ എക്സ്പ്ലോറർ 1 ഉം, യു എസ് എയർഫോഴ്സിന്റെ 'സ്ക്കോറും' ബഹിരാകാശത്തു നിലയുറപ്പിച്ചപ്പോഴേക്കും ലോകത്തിന്റെ പ്രതീക്ഷയുടെ സ്വഭാവവും മാറിയിരുന്നു. 

    അമേരിക്കൻ പ്രസിഡന്റായിരുന്ന ഐസനോവറിന്റെ ക്രിസ്മസ്സ് സന്ദേശം റിലേ ചെയ്ത് യൂറോപ്പ്പിലെത്തിക്കാൻ സ്കോറിനു കഴിഞ്ഞെങ്കിലും ആദ്യത്തെ സമ്പൂർണ്ണ വാർത്താവിനിമയോപഗ്രഹം എന്ന ബഹുമതി, ന്യൂ ജേഴ്സിയിലെ 'ബെൽ ടെലിഫൊൺ ലാബറട്ടറീസിലെ ശാസ്തൃജ്ഞന്മാർ രൂപകൽപ്പൻ ചെയ്തു വിക്ഷേപിച്ച 'ടെലസ്റ്റാർ' എന്ന കൃത്രിമോപഗ്രഹമായിരുന്നു. കേട്ടിട്ടില്ലേ ബെൽ ടെലിഫോൺ ലാബറട്ടറിയെപ്പറ്റി? അവിടുത്തെ ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാരാണ് ട്രാൻസിസ്റ്റർ കണ്ടു പിടിച്ചതും. ഇന്നു ബഹിരാകാശം നിറയെ കൃത്രിമോപഗ്രഹങ്ങൾ! അവയിൽനിന്നെല്ലാമായി പ്രക്ഷേപ്പണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന വിവിധ ഫ്രീക്വൻസികളിലുള്ള റേഡിയോ സിഗ്നലുകൾക്കൊണ്ട് ഭൗമാന്തരീക്ഷം നിറഞ്ഞിരിക്കുന്നു അവയൊക്കെ കേൾക്കുകയും അവയെയൊക്കെ മനസ്സികലാക്കുകയും ഹോബിയക്കിയിട്ടുള്ളവർ വളരെയാണ്. അതുപോലെ തന്നെ സ്വകാര്യ പ്രക്ഷേപണികൾ സ്വന്തമാക്കുന്നവരുടേയും സംഘ്യ ക്രമാതീതമായി വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ഈ മേഖലയിലേക്കു കടന്നുവരാൻ ആഗ്രഹിക്കുന്നവർക്ക് ഒരു മാർഗ്ഗരേഖയാണ് ഈ പരമ്പര.

    നിശ്ചലമായ ജലാശയത്തിലേക്ക് ഒരു കല്ലെടുത്തിട്ടാൽ എങ്ങിനെ തരംഗങ്ങളുണ്ടാവുന്നോ, അതുപോലെ തന്നെയാണ് നാമൊരു ശബ്ദമുണ്ടാക്കുംപോൾ അന്തരീക്ഷത്തിൽ തരംഗങ്ങൾ രൂപം കൊള്ളുന്നതും. അദൃശ്യമായ അത്തരം തരംഗങ്ങളുടെ എണ്ണമാണ് ഫ്രീക്വൻസി എന്നതുകൊണ്ടുദ്ദേശിക്കുന്നത്. ഒരു തരംഗത്തെ ശരിയായി ചിത്രീകരിക്കണമെങ്കിൽ ഒരു വൃത്തം സങ്കൽപ്പിക്കേണ്ടി വരും. സൈക്കിൾ എന്ന പദത്തിന്റെ അർത്ഥവും വൃത്തം എന്നു തന്നെ. ഏറെ തരംഗങ്ങളെ ചിത്രീകരിക്കേണ്ടി വരുമ്പോൾ എളുപ്പം പക്ഷേ, ചിത്രം C-1/1 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ വരക്കുകയാണ്. 

    ഇവിടെ 0 ഡിഗ്രിയിൽ നിന്നാരംഭിച്ച്, 90 ഡിഗ്രിയിലെത്തി, തുടർന്ന് 180 ഡിഗ്രിയിലും, 270 ഡിഗ്രിയിലും എത്തുകയും വീണ്ടും 360ഡിഗ്രി അല്ലെങ്കിൽ 0 ഡിഗ്രിയിൽ എത്തുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു വൃത്തമാണ് തരംഗ രൂപത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഈ തരംഗത്തിന് ആമ്പ്ലിറ്റ്യൂഡും വേവ് ലെങ്ത്തും ഉണ്ട്. ഒരു ആമ്പ്ലിഫയറിലൂടെ ഒരു വിസിൽ ശബ്ദം കേൾക്കുന്നുവെന്നു വെക്കുക. ശബ്ദത്തിന്റെ വോള്യും വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് മാറുന്നത് ആമ്പ്ലിറ്റ്യൂഡാണ്. ഒരേ ശക്തിയിൽ 'ഗുഡ് മോർണിങ്' എന്നൊരു പുരുഷനു സ്ത്രീയും പറഞ്ഞാൽ രണ്ടുപേരും ഒരു സെക്കന്റിൽ അന്തരീക്ഷത്തിൽ വ്യാപിപ്പിക്കുന്ന തരംഗങ്ങളുടെ എണ്ണത്തിലാണ് വ്യത്യാസം വരുന്നത് - രണ്ടും രണ്ടു സ്വരമാണല്ലൊ. സാധാരണ ഗതിയിൽ പുരുഷ ശബ്ദം ലോ പിച്ചും സ്ത്രീ ശബ്ദം ഹൈ പിച്ചുമായിരിക്കും. സമയത്തിന്റ് ദൈർഘ്യം സ്ഥിരമായതുകൊണ്ട് തരംഗങ്ങളുടെ എണ്ണം കൂടുമ്പോൾ വേവ് ലെങ്ത്ത് കുറയും, അതുപോലെ മറിച്ചും. റേഡിയോ തരംഗങ്ങളിലേക്കു കടക്കുമ്പോഴും സ്ഥിതി മറിച്ചല്ല.  റേഡിയോ തരംഗങ്ങളുടെ വെലോസിറ്റിയെന്നു പറഞ്ഞാൽ വേവ് ലെങ്ത്തിനെ ഫ്രീക്വൻസികൊണ്ടു ഗുണിച്ചു കിട്ടുന്ന സംഖ്യയാണ്.  റേഡിയോകളിൽ വേവ് ലെങ്ത്തും ഫ്രീക്വൻസിയും രേഖപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.  മീഡിയം വേവിൽ 500 Kcs എന്നെഴിതിയിരിക്കുന്നിടത്തു തന്നെ കൃത്യമായി 600 മീറ്റേഴ്സ് എന്നും കാണാം. അപ്പോൾ വെലോസിറ്റി 500 Kcs X 600 = (500X100) X 600 = 300,000,000. ഫ്രീക്വൻസി കിട്ടിയാൽ വേവ് ലെങ്ത്ത് കണ്ടുപിടിക്കാനും, മറിച്ചും വെലോസിറ്റിയെ ഫ്രീക്വൻസി കൊണ്ടോ വേവ് ലെങ്ത്ത് കൊണ്ടോ ഹരിച്ചാൽ മതിയാകും. 

C-1/2A
Frequency Range	Name	Short Name
3KHz – 30 KHz	Very Low Frequency	VLF
30 KHz - 300 KHz	Low Frequency	LF
300 KHz - 3000 KHz (3MHz)	Medium Frequency	MF
3 MHz - 30 MHz	High Frequency	HF
30 MHz - 300 MHz	Very High Frequency	VHF
300MHz – 3000MHz (3GHz)	Ultra High Frequency	UHF
3 GHz – 30 GHz	Super High Frequency	SHF
30 GHZ – 300 GHz	Extremely High Frequency	EHF

    ആദ്യകാലത്ത് റേഡിയോ സിഗ്നലുകൾക്ക് കൊടുത്ത തരംഗ ദൈർഘ്യത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ലോംഗ് വേവ്, മീഡിയം വേവ്, ഷോർട്ട് വേവ് എന്നിങ്ങനെയുള്ള തരം തിരിവ്, ഇന്നു കൂടിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ചിത്രം C-1/2B ശ്രദ്ധിക്കുക. 

C-1/2B           Frequency Range	Band
0.39 GHz – to 1.55 GHz	L Band
1.55 GHz to 5.20 GHz	S band
3.70 GHz to 6.20 GHz	C Band
5.20 GHz to 10.9 GHz	X Band
12 GHz to 18 GHz	Ku Band
18 GHz to 27 GHz	K Band
27 GHz to 40 GHz	Ka Band
40 GHz to 300 GHz	m.m Band

ഓരോ ഗിഗാ ഹെട്സ് മുതൽ സിഗ്നലുകളെ ബാന്റുകളായി തരം തിരിച്ചിരിക്കുന്നതും ശ്രദ്ധിക്കുക.

    ഇതിൽ ഓരോ തിരിവിലുമുള്ള റേഡിയോ സിഗ്നലുകളുടെ സ്വഭാവത്തെപ്പറ്റിയുംകൂടി അറിഞ്ഞിരുന്നാലെ എന്തുകൊണ്ട് ഒരുപ്രത്യേക ലക്ഷ്യത്തിന് ഒരു നിശ്ചിത ഫ്രീക്വൻസി ഉപയോഗിക്കുന്നുവെന്നു മനസ്സിലാകൂ. ഒരേ ട്രാൻസ്മിഷൻ കേന്ദ്രത്തിൽ നിന്ന്, ഒരേ ശക്തിയിൽ വിവിധ് ഫ്രീക്വൻസികളിൽ പ്രക്ഷേപണം നടത്തിയാൽ ഭൊമാന്തരീക്ഷാത്തിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ വ്യാപിക്കുന്നത് ഷോർട്ട് വേവ് സിഗ്നലുകളായിരിക്കും. സൂര്യനിൽ നിന്നും മറ്റു നക്ഷത്രങ്ങളിൽനിന്നുമായി ഭൂമിയിലേക്കു വരുന്ന വിവിധ തരം വികിരണങ്ങൾ ഭൗമാന്തരീക്ഷത്തിൽ വൈദ്യുത ചാർജ്ജുള്ള മോളിക്യൂളുകളുടെ ഒരു മേഖലതന്നെ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഭൂമിയിൽ നിന്നും 40 കി. മീറ്റർ മുതൽ 400 കി. മീറ്റർ വരെ അകലത്തിലാണ് മോളിക്യൂളുകളുടെ ഇത്തരം അടുക്കുകൾ രൂപം കൊള്ളുന്നത്. ഇതിനെ 'അയണോസ്പിയർ' എന്നു വിളിക്കുന്നു. ഭൂമിയിൽ നിന്നും 40 കി.മീ അകലെയുള്ള അയണോസ്പിയർ ഭാഗവും 400 കി. മീ. അകലെയുള്ള അയണോസ്പിയർ ഭാഗവും ഒരേ സമയം തന്നെ വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കും. പഠന സൗകര്യത്തിനു വേണ്ടി അയണോസ്പിയറിനെ D, F, F1, F2 ഇങ്ങിനെ 4 അടുക്കുകളായി തരം തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. 

    സത്യം പറഞ്ഞാൽ, അയണോസ്പിയറിന്റെ കാരുണ്യത്തിലാണ് റേഡിയോ സിഗ്നലുകൾ സഞ്ചരിക്കുന്നത്. VLF, LF, MF റേഞ്ചുകളിലുള്ള സിഗ്നലുകളെ ഭൂമിയും അയണോസ്പിയറും ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു; അതുകൊണ്ടുതന്നെ ഭൂമിക്കു സമാന്തരമായി സഞ്ചരിക്കുന്ന സിഗ്നലുകൾ മാത്രമേ ഈ റേഞ്ചുകളിൽ പ്രക്ഷേപ്പണം ചെയ്താൽ പ്രയോജനപ്പെടുന്നുള്ളൂ. ഷോർട്ട് വേവിനെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം ഭൗമോപരിതലവും അയണോസ്പിയറും ഒരു മുഖക്കണ്ണാടി പോലെയാണ്. ഷോർട്ട് വേവ് സിഗ്നലുകൾ അയണോസ്പിയറിൽ തട്ടിയാലും ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ തട്ടിയാലും അന്തരീക്ഷത്തിലേക്കു വീണ്ടും പ്രതിഫലിക്കപ്പെടുന്നു. പ്രസ്തുത സിഗ്നലുകളുടെ ശക്തി തീരുന്നിടം വരെ ഈ യാത്ര ആ സിഗ്നലുകൾ തുടർന്നുകൊണ്ടിരിക്കും. അതേ സമയം ഷോർട്ട് വേവിനു മുകളിലുള്ള VHF UHF മൈക്രോവേവ് സിഗ്നലുകളെ സുതാര്യമായ ഒരു കണ്ണാടിയിലൂടെയെന്നതുപോലെ അയണോസ്പിയർ കടത്തിവിടുകയും ചെയ്യും. 

    അയണോസ്പിയറിലൂടെ കടന്നു വരുന്ന ഷോർട്ട് വേവ്, ഫേഡിങ്, ഫ്രീക്വൻസി ഷിഫ്റ്റ്, നോയിസ് ഇന്റർഫിയറൻസ്, മുതലായ പ്രക്രിയകൾക്കു വിധേയമാകുമ്പോൾ മീഡിയം ലോങ് വേവ് സിഗ്നലുകൾ പ്രായേണ ഒരേ ശക്തിയിൽ ഗുണ മേന്മയോടെ നിലനിൽക്കുന്നു. ഭൗമോപരിതലത്തോടു ചേർന്നുള്ള അന്തരീക്ഷാത്തിലെ അവസ്ഥാ വിശേഷങ്ങൾക്ക് അവ വിധേയമാകാറില്ലെന്നല്ല അർത്ഥമാക്കുന്നത്. അയണോസ്പിയറിന്റെ കനം, സാന്ദ്രത ഇവയെയൊക്കെ ആശ്രയിച്ചാണ് ഷോർട്ട് വേവ് സിഗ്നലുകളുടെ ഗുണവും പ്രതിഫലനവും. ഭൂമിയോട് ഏറ്റവും ചേർന്നുള്ള, പകൽ ചിലപ്പോൾ  മാത്രം പ്രത്യക്ഷപ്പെടാറുള്ള D layer താരതമ്യേന സാന്ദ്രത കുറഞ്ഞതാണെങ്കിലും, ഷോർട്ട് വേവ് സിഗ്നലുകളുടെ ഫേഡിങിന് ഇതു കാരണമാകും.  സൂര്യഗോളത്തിൽ ചില പ്രത്യേകയിടങ്ങളിൽ ചില പ്രത്യേക കാലങ്ങളിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്ന സൺ സ്പോട്ടുകൾ D layer നെ തീവ്രമായി അയണൈസ് ചെയ്യുമ്പോൾ അതു ഷോർട്ട് വേവ് സിഗ്നലുകളെ പൂർണ്ണമായി തടയുകയും 'ബ്ലാക് ഔട്ട്' എന്ന അപൂർവ്വ പ്രതിഭാസം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. 

    D layer നു മുകളിലുള്ള E layer കളും ഷോർട്ട് വേവിനെ പല രീതിയിലും സ്വാധീനിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും അതിനും മുകളിലുള്ള F, F1 അടുക്കുകളാണ് ഷോർട്ട് വേവിനെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നത്. F1 layer രാത്രിയിൽ F layer നോട് ഒന്നു ചേരുകയും ഭൂമിയോടു കൂടുതലടുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതായത്, പകൽ അയണോസ്പിയറിൽ തട്ടി പ്രതിഫലിച്ച് ഒരു പ്രത്യ്യേക സ്ഥലത്തെത്തുന്ന ഷോർട്ട് വേവ് സിഗ്നലുകൾ രാത്രിയിൽ മറ്റൊരു കേന്ദ്രത്തിലാവും എത്തുക. പകൽ കേൾക്കാൻ കഴിയാത്ത ഷോർട്ട് വേവ് സിഗ്നലുകൾ രത്രിയിൽ കേൾക്ക്കാൻ കഴിയുന്നതിന്റെ കാരണമിതാണ്. അതുപോലെ തന്നെ ട്രാൻസ്മിഷൻ കേന്ദ്രത്തിൽ നിന്നും സിഗ്നലുകൾ നേരിട്ടൂ ലഭിക്കുന്ന നേർരേഖയിൽ ഭൗമോപരിതലത്തിനകലെ ഷോർട്ട് വേവ് ലഭിക്കണമെങ്കിൽ അവ അയണോസ്പിയറിൽ നിന്നുമെത്തേണ്ടതുണ്ടു താനും. പക്ഷേ, ആദ്യം (ട്രാൻസ്മിഷൻ കേന്ദ്രത്തിൽ നിന്നും ഏറ്റവുമടുത്ത്) അയണോസ്പിയറിൽ നിന്നും ഭൂമിയിൽ സിഗ്നലെത്തുന്ന 'B' എന്ന സ്ഥാനവും, ട്രാൻസ്മിഷൻ ടവറിൽ നിന്നു നേരിട്ടെത്തുന്ന  'A' എന്ന സ്ഥാനവും തമ്മിൽ കി. മീറ്ററുകളോളം അകലമുണ്ടാവാം. അവിടെ സിഗ്നൽ ലഭിക്കുകയേയില്ല. ഈ മേഖലയെ സ്കിപ് ഏരിയാ എന്നു വിളിക്കുന്നു. 

    സൗരയൂഥത്തിന്റെ സംയബന്ധിത പ്രവൃത്തന രീതി ഷോർട്ട് വേവ് സിഗ്നലുകളെ വളരെ സ്വാധീനിക്കുന്നു. ഒരു തരംഗം പോലെയാണ് സൂര്യനിലെ സൺ സ്പോട്ടുകൾ മൂലമുള്ള സൗരയൂഥത്തിലെ 'ഇലവൻ ഇയർ സൈക്കിൾ' എന്നറിയപ്പെടുന്ന മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന പ്രൊപ്പഗേഷൻ സാഹചര്യവും.  ഭൂകമ്പം പോലുള്ള ഭൊമിക പ്രതിഭാസങ്ങൾ ഭൗമോപരിതലത്തിന്റെ കാന്തിക സ്വഭാവത്തിൽ വരുത്തുന്ന മാറ്റങ്ങളും അയണോസ്പിയറിനെ സ്വാധീനിക്കുകയും തദ്വാരാ ആ മേഖലയിലൂടെ കടന്നു പോവുന്ന റേഡിയോ സിഗ്നലുകളെ ഫ്രീക്വൻസി 70% വരെ വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യാറുണ്ട്. സാധാരണ ഗതിയിൽ അയണോസ്പിയർ 20% വരെ ഫ്രീക്വൻസി വ്യത്യാനത്തിനു കാരണമാകാറുണ്ട്. 

    VHF, UHF എന്നീ റേഞ്ചുകളിൽ അയണോസ്പിയർ ഒരു കണക്റ്റിങ് മിഡിയം മാത്രമായതുകൊണ്ട്, നേർ രേഖയിലെത്തുന്ന സിഗ്നലുകൾ മാത്രമേ നമുക്കു പ്രയോജനപ്പെടുന്നുള്ളൂവെന്ന് നേരത്തെ സൂചിപ്പിച്ചുവല്ലൊ. അതുകൊണ്ടാണ് ഉപഗ്രഹ വാർത്താ വിനിമയത്തിന് VHFഉം അതിനു മുകളിലുള്ള ഫ്രീക്വൻസികളും മാത്രമുപയോഗിക്കുന്നത്.  VHF ൽ തന്നെയുള്ള പോർട്ടബിൾ ട്രാൻസ്മിറ്ററുകളുടേയും (ഹാമുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത്) TV, FM തുടങ്ങിയ ട്രാൻസ്മിഷനുകളുടേയും കവറിങ് റേഞ്ച് കുറഞ്ഞിരിക്കുന്നതിന്റേയും കാരണം അതാണ്.

    ട്രാൻസ്മിഷനുമായി ബന്ധപ്പെട്ട അടിസ്ഥാന വിവരങ്ങളാണിവിടെ പ്രതിപാദിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഇത്രയുമെങ്കിലും അറിഞ്ഞിരുന്നാലെ മുന്നോട്ടു പോകാനാവൂ.

     Introduction                                                                                                       അദ്ധ്യായം 2