¿Por qué el Sputnik-1 transmitió tanto en 20 como en 40 MHz?

La versión rusa del artículo Sputnik-1 de Wikipedia tiene la sección denominada "Sonidos del Sputnik" y cita el informe técnico respectivo sobre el desarrollo del "dispositivo de radio" D-200 del Sputnik (en ruso).

Según el informe, la razón principal para transmitir en dos frecuencias fue la redundancia. La frecuencia de transmisión tenía que ser más alta que la frecuencia crítica más alta de la capa F de la ionosfera, que se estimó en 15 MHz, pero la frecuencia de transmisión se eligió en 20,005 MHz debido al límite del radiogoniómetro soviético "Krug". La segunda frecuencia se eligió arbitrariamente para que fuera de 2 a 3 veces más alta porque permitiría una duración de recepción más larga en comparación con la primera frecuencia.

El artículo de Wikipedia brinda un breve resumen de la base de la elección de frecuencias (traducido del ruso):

Los parámetros de la transmisión de la [señal] (potencia y frecuencias) se seleccionaron en función de los [parámetros respectivos de los disponibles] receptores generalizados de entusiastas de la radioaficionados soviéticos y extranjeros, con el fin de obtener nueva información sobre la estructura de la ionosfera a partir de observaciones masivas de aficionados ([como as] diferencia en los tiempos de aparición y desaparición de señales a dos frecuencias, nivel relativo de la señal, corrimiento Doppler).

• La frecuencia de la señal VHF (onda ultracorta) (40,002 MHz) está en el borde [es decir, el límite] del rango de aficionados de siete metros y no se refleja en la ionosfera en un cono ancho;

• la frecuencia de la señal HF (onda corta) (20,005 MHz), aunque es más alta que la frecuencia crítica predicha de la capa F de la ionosfera en el mediodía de invierno de 1957-1958 (hasta 15 MHz), todavía está lo suficientemente cerca como para que la señal llegue. sufrir una atenuación [o amortiguamiento] importante en la capa F (unos 10 dB), y en el caso de una incidencia oblicua [de la señal] ser reflejada.

Por lo tanto, las condiciones para la propagación de las señales de radio del Sputnik en la ionosfera en las dos frecuencias seleccionadas fueron significativamente diferentes, lo que permitió el uso de observaciones terrestres (incluidas las observaciones masivas de radioaficionados) para sondear a través de la ionosfera, lo que era imposible antes del lanzamiento del Sputnik.

La fuente también describe las distancias a las que se recibió la señal:

Las señales de satélite se recibieron firmemente utilizando equipos de radioaficionados convencionales a una distancia de hasta 2-3 mil kilómetros; Se registraron [algunos] casos de recepción de [alcance] extralargo a distancias de hasta 10 000 km.

PD Como no soy un experto en radioelectrónica, algunos términos técnicos pueden no estar traducidos al 100% correctamente.

A continuación se muestra el texto original en ruso:

Параметры излучения (мощность, частоты) были выбраны из расчёта на широко распространённые приёмники советских и зарубежных радиолюбителей, чтобы из массовых любительских наблюдений (разница времени появления и исчезновения сигналов на двух частотах, относительный уровень сигналов, доплеровский сдвиг) получить новые сведения о структуре ионосферы.

• Часто regalo

• частота КВ сигнала (20,005 МГц), хотя и выше прогнозировавшейся критической частоты слоя F ионосферы в зимний полдень 1957—1958 года (до 15 МГц), всё же достаточно близка к ней, чтобы сигнал претерпевал значительное затухание в слое F (около 10 дБ) , а при косом падении отражался.

Таким образом, условия распространения радиосигналов спутника в ионосфере на двух использовавшихся частотах были существенно различны и позволяли использовать наземные наблюдения (включая массовые наблюдения радиолюбителей) для зондирования ионосферы «насквозь», что было невозможно до запуска спутника.

Приёе сигнало razón были зафиксированы случаи сверхдальнего приёма на расстояниях до 10 тысяч км

La siguiente es una especulación (ahora aparentemente refutada) basada en una teoría de radio muy básica en lugar de un conocimiento particular del Sputnik 1. Debe descartarse si alguien con conocimiento de los circuitos reales en uso tiene mejor información. Hice algunas búsquedas en la web, pero no encontré ninguna descripción del Sputnik 1 que proporcionara una buena evidencia a favor o en contra de la siguiente teoría sobre su construcción.

Si suponemos que no se elige 40 MHz por razones de recepción, entonces la razón obvia para elegir 40 MHz es que es el segundo armónico de 20 MHz. Un oscilador generalmente produce cierta cantidad de señal en los armónicos de la frecuencia original (pequeños o grandes dependiendo de su diseño), y ciertos elementos del circuito de RF como los stubs (y, con algunas complicaciones, las antenas) también funcionan con armónicos como con el fundamental. Por lo tanto, los componentes podrían compartirse entre los sistemas de 40 MHz y 20 MHz, ahorrando así peso y complejidad.

[Más información indica que este no fue el caso: los transmisores de 20 y 40 Mhz estaban separados y se consideraban sistemas redundantes entre sí. Todavía podría haber alguna razón de diseño para usar un múltiplo aproximado, pero no puedo decir cuáles podrían ser exactamente.]

Además,

Las señales en la primera frecuencia se transmitieron en pulsos de 0,3 s... con pausas de la misma duración llenas de pulsos en la segunda frecuencia. [ Wikipedia ]

Si bien esta alternancia podría ser puramente para igualar el consumo de energía, también sugiere que podría no haber dos transmisores independientes, sino un transmisor que producía ambas señales a la vez en el oscilador, seguido de un filtro conmutable para seleccionar uno de ellos para enviar al amplificador de potencia o antenas, o el propio oscilador podría modularse para cambiar entre esas frecuencias.

Se dice que Sputnik en Wikipedia y una cita detrás del muro de pago se transmitió en "20.005 y 40.002 MHz". Por supuesto, 20,005 × 2 = 40,010, no 40,002. Pero esto no significa que los armónicos no sean aplicables; bajo la teoría de que el segundo armónico estaba siendo utilizado para generar la señal de 40 MHz, es razonablemente plausible que cuando el transmisor cambiaba entre las condiciones de 20 MHz y 40 MHz, los efectos secundarios (cambios en la carga de los circuitos, etc.) cambio; o, si el oscilador está modulado, es simplemente un error o una elección libre en la afinación diseñada, y el requisito es solo que la segunda frecuencia sea aproximadamente un múltiplo de la primera.

No sé cuáles serían los componentes reales de un transmisor basado en un tubo de un vatio de la época, por lo que no sé cuán plausible es ninguna de estas hipótesis. [Plausible, tal vez, pero aparentemente falso.]