سكاي ويف

الأيونوسفير منطقة في الغلاف الجوي العلوي ، تمتد من حوالي 80  كيلومترًا (50 ميلًا) إلى 1000  كيلومتر (600 ميل) في الارتفاع، حيث يتأين الهواء المتعادل بفعل الفوتونات الشمسية والجسيمات الشمسية والأشعة الكونية . عندما تدخل إشارات عالية التردد إلى الأيونوسفير بزاوية منخفضة، تنحني عائدةً نحو الأرض بفعل الطبقة المتأينة. ^{[ 1 ]} إذا كانت ذروة التأين قوية بما يكفي للتردد المُختار، ستخرج موجة من أسفل الطبقة باتجاه الأرض - كما لو كانت تنعكس بشكل مائل من مرآة. ثم يعكس سطح الأرض (اليابسة أو الماء) الموجة الهابطة عائدةً إلى الأيونوسفير.

عند التشغيل بترددات أقل بقليل من أقصى تردد قابل للاستخدام ، تكون الخسائر ضئيلة للغاية، لذا قد ترتد إشارة الراديو أو تقفز بين الأرض والغلاف الأيوني مرتين أو أكثر (انتشار متعدد القفزات)، حتى أنها تتبع انحناء الأرض. ونتيجة لذلك، يمكن أحيانًا استقبال إشارات بقوة بضعة واط فقط على بعد آلاف الأميال. وهذا ما يمكّن البث الإذاعي بالموجات القصيرة من الوصول إلى جميع أنحاء العالم. إذا لم يكن التأين كافيًا، تنحني الموجة قليلًا إلى الأسفل، ثم إلى الأعلى عند تجاوز ذروة التأين، بحيث تخرج من أعلى الطبقة بإزاحة طفيفة. ثم تضيع الموجة في الفضاء. ولمنع ذلك، يجب اختيار تردد أقل. مع قفزة واحدة،  يمكن الوصول إلى مسافات تصل إلى 3500 كيلومتر (2200 ميل). ويمكن أن تحدث عمليات إرسال أطول بقفزتين أو أكثر. ^{[ 2 ]}

تُعرف الموجات السماوية الموجهة عموديًا تقريبًا باسم الموجات السماوية ذات السقوط شبه العمودي ( NVIS ) . عند بعض الترددات، وخاصةً في نطاق الموجات القصيرة المنخفضة ، تنعكس هذه الموجات بزاوية عالية مباشرةً نحو الأرض. وعندما تعود الموجة إلى الأرض، تنتشر على مساحة واسعة، مما يسمح بالاتصالات ضمن نطاق مئات الأميال من هوائي الإرسال. تُمكّن تقنية NVIS الاتصالات المحلية والإقليمية، حتى من الوديان المنخفضة، إلى منطقة واسعة، مثل ولاية بأكملها أو دولة صغيرة. تتطلب تغطية منطقة مماثلة عبر جهاز إرسال VHF ذي خط رؤية مباشر موقعًا مرتفعًا جدًا على قمة جبل. لذا، تُعد تقنية NVIS مفيدة للشبكات على مستوى الولاية، مثل تلك اللازمة لاتصالات الطوارئ. ^{[ 3 ]} في البث الإذاعي بالموجات القصيرة، تُعد تقنية NVIS مفيدة جدًا للبث الإقليمي الموجه إلى منطقة تمتد من موقع جهاز الإرسال إلى بضع مئات من الأميال، كما هو الحال في دولة أو مجموعة لغوية يتم الوصول إليها من داخل حدود تلك الدولة. سيكون هذا أكثر اقتصادية بكثير من استخدام عدة أجهزة إرسال بث FM (VHF) أو AM. تُصمم الهوائيات المناسبة لإنتاج فص قوي عند الزوايا العالية. عندما يكون انتشار الموجات السماوية قصيرة المدى غير مرغوب فيه، كما هو الحال عندما يرغب مذيع AM في تجنب التداخل بين الموجة الأرضية والموجة السماوية، تُستخدم هوائيات مضادة للتلاشي لكبح الموجات المنتشرة عند الزوايا العالية.

لكل مسافة، من الإرسال المحلي إلى الإرسال لمسافات طويلة (DX)، توجد زاوية إطلاق مثالية للهوائي، كما هو موضح هنا. على سبيل المثال، للوصول الأمثل إلى جهاز استقبال على بُعد 500 ميل ليلاً باستخدام طبقة F ، يُنصح باختيار هوائي ذي فص قوي بزاوية ارتفاع 40 درجة. أما للمسافات الأطول، فيُفضل استخدام فص بزوايا منخفضة (أقل من 10 درجات). بالنسبة للاتصالات المرئية القريبة (NVIS)، تُعد الزوايا التي تزيد عن 45 درجة مثالية. من الهوائيات المناسبة للمسافات الطويلة هوائي ياغي عالي أو هوائي معيني؛ أما للاتصالات المرئية القريبة، فيُفضل استخدام هوائي ثنائي القطب أو مصفوفة من ثنائيات الأقطاب على ارتفاع 0.2 طول موجي تقريبًا فوق سطح الأرض؛ وللمسافات المتوسطة، يُفضل استخدام هوائي ثنائي القطب أو ياغي على ارتفاع 0.5 طول موجي تقريبًا فوق سطح الأرض. تُستخدم الأنماط الرأسية لكل نوع من أنواع الهوائيات لاختيار الهوائي المناسب.

تتلاشى الموجات السماوية على أي مسافة. طبقة البلازما الأيونوسفيرية ذات التأين الكافي (السطح العاكس) ليست ثابتة، بل تتذبذب كسطح المحيط. يمكن أن يؤدي اختلاف كفاءة الانعكاس من هذا السطح المتغير إلى تغير قوة الإشارة المنعكسة، مما يسبب " تلاشيًا " في بث الموجات القصيرة. وقد يحدث تلاشي أشدّ عندما تصل الإشارات عبر مسارين أو أكثر، على سبيل المثال عندما تتداخل الموجات أحادية القفزة وثنائية القفزة مع بعضها البعض، أو عندما تصل إشارة الموجة السماوية وإشارة الموجة الأرضية بنفس القوة تقريبًا. هذا هو المصدر الأكثر شيوعًا للتلاشي في إشارات بث AM الليلية. التلاشي موجود دائمًا مع إشارات الموجات السماوية، وباستثناء الإشارات الرقمية مثل راديو العالم الرقمي، فإنه يحدّ بشكل كبير من جودة بث الموجات القصيرة.

كان غولييلمو ماركوني أول من أثبت إمكانية التواصل عبر أجهزة الراديو خارج نطاق الرؤية المباشرة، مستفيدًا من خصائص انعكاس طبقة الأيونوسفير. في 12 ديسمبر 1901، أرسل رسالةً من محطة الإرسال الخاصة به في كورنوال ، إنجلترا، إلى سانت جونز ، نيوفاوندلاند (التي تُعد اليوم جزءًا من كندا )، قاطعًا مسافة 3500 كيلومتر تقريبًا . مع ذلك، اعتقد ماركوني أن موجات الراديو تتبع انحناء الأرض، إذ لم تكن خصائص انعكاس طبقة الأيونوسفير التي تُتيح "الموجات السماوية" مفهومةً آنذاك. وقد دفع تشكيك المجتمع العلمي ومنافسيه في مجال التلغراف السلكي ماركوني إلى مواصلة تجاربه في مجال الإرسال اللاسلكي والمشاريع التجارية المرتبطة به على مدى العقود التالية. ^{[ 10 ]} 

في يونيو ويوليو 1923، أنجز غولييلمو ماركوني عمليات إرسال لاسلكية من البر إلى السفينة ليلاً على تردد 97 متراً من محطة بولدو اللاسلكية في كورنوال إلى يخته "إيليت" في جزر الرأس الأخضر قبالة الساحل الغربي لأفريقيا. وفي سبتمبر 1924، أرسل ماركوني نهاراً وليلاً على تردد 32 متراً من بولدو إلى يخته في بيروت . وفي يوليو 1924، أبرم ماركوني عقوداً مع مكتب البريد البريطاني العام لتركيب دوائر تلغرافية عالية السرعة قصيرة الموجة من لندن إلى أستراليا والهند وجنوب أفريقيا وكندا، لتكون العنصر الرئيسي في سلسلة الاتصالات اللاسلكية الإمبراطورية . ودخلت خدمة "بيم وايرلس" اللاسلكية قصيرة الموجة من المملكة المتحدة إلى كندا حيز التشغيل التجاري في 25 أكتوبر 1926. ودخلت خدمات "بيم وايرلس" من المملكة المتحدة إلى أستراليا وجنوب أفريقيا والهند حيز التشغيل في عام 1927.

يتوفر نطاق طيفي أكبر بكثير للاتصالات بعيدة المدى في نطاقات الموجات القصيرة مقارنة بنطاقات الموجات الطويلة؛ وكانت أجهزة الإرسال والاستقبال والهوائيات للموجات القصيرة أقل تكلفة بكثير من أجهزة الإرسال التي تبلغ قدرتها مئات الكيلوواط والهوائيات الضخمة اللازمة للموجات الطويلة.

بدأت اتصالات الموجات القصيرة بالنمو السريع في عشرينيات القرن العشرين، ^{[ 11 ]} على غرار الإنترنت في أواخر القرن العشرين. وبحلول عام 1928، انتقل أكثر من نصف الاتصالات بعيدة المدى من الكابلات العابرة للمحيطات وخدمات الاتصالات اللاسلكية طويلة الموجة إلى إرسال الموجات القصيرة "المتقطع"، وزاد حجم اتصالات الموجات القصيرة العابرة للمحيطات بشكل كبير. كما أنهى استخدام الموجات القصيرة الحاجة إلى استثمارات بملايين الدولارات في كابلات التلغراف العابرة للمحيطات الجديدة ومحطات الاتصالات اللاسلكية طويلة الموجة الضخمة، على الرغم من أن بعض كابلات التلغراف العابرة للمحيطات ومحطات الاتصالات التجارية طويلة الموجة ظلت قيد الاستخدام حتى ستينيات القرن العشرين.

بدأت شركات الكابلات تتكبد خسائر فادحة عام ١٩٢٧، وهددت أزمة مالية حادة استمرارية هذه الشركات الحيوية للمصالح البريطانية الاستراتيجية. عقدت الحكومة البريطانية مؤتمر الاتصالات اللاسلكية والكابلات الإمبراطوري ^{[ ١٢ ]} عام ١٩٢٨ "لدراسة الوضع الناجم عن منافسة شركة بيم وايرلس مع شركات خدمات الكابلات". أوصى المؤتمر، وحصل على موافقة الحكومة، بدمج جميع موارد الكابلات والاتصالات اللاسلكية الخارجية للإمبراطورية في نظام واحد تديره شركة حديثة التأسيس عام ١٩٢٩، وهي شركة إمبريال آند إنترناشونال كوميونيكيشنز المحدودة. وفي عام ١٩٣٤، تم تغيير اسم الشركة إلى شركة كابلات ووايرلس المحدودة .