Propagación, nociones básicas

  • Última actualización el Domingo, 15 Abril 2012 22:07
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CONCEPTOS PREVIOS

LA ATMOSFERA DE LA TIERRA

1.- Troposfera: La parte más baja de la atmósfera es la troposfera que es la capa que está en contacto con la superficie terrestre. Su grosor varía entre 8 km en los polos y 16 km en el ecuador y su temperatura disminuye al aumentar la altura. Contiene el 75 % del peso total de la atmósfera y en ella se producen la mayoría de los fenómenos meteorológicos. La troposfera no tiene gran influencia en la propagación de HF.

2.- Estratosfera: Capa que se eleva hasta los 50 km. La temperatura en ella va aumentando a medida que se asciende. En la parte superior de la estratosfera se encuentra la capa de ozono, que filtra la radiación ultravioleta (El ozono provoca que la temperatura suba ya que absorbe la radiación peligrosa del sol y la convierte en calor). Esta parte de la atmósfera no influirá en la propagación en HF.atmosfera

3.- Mesosfera: Tiene un grosor de 40 km aproximadamente. La temperatura va descendiendo a medida que se gana en altitud (hasta los –90 ºC en su límite superior), hay nubes de hielo y polvo. En esta capa los meteoritos que caen a la tierra se transforman en estrellas fugaces.

4.- Termosfera o Ionosfera: A partir de los 85 km, y hasta los 500 km, se extiende la termosfera (también llamada ionosfera) en la que de nuevo aumenta el nivel térmico con la altura. El incremento de la temperatura es notable entre los 120 y 150 km (300º C), y de los 150 km hacia arriba el aumento es más suave (no obstante, se alcazan temperaturas del orden de 1.500º C o más). En la ionosfera se producen las Auroras, que se deben a la excitación producida en las partículas de esta capa atmosférica por el Viento solar.

A partir de los 80 km, la radiación ultravioleta, los rayos X y la lluvia de electrones procedente del Sol ionizan varias capas de la atmósfera, con lo que se convierten en conductoras de electricidad. Estas capas reflejan de vuelta a la Tierra ciertas frecuencias de ondas de radio: una parte de la energía radiada por un transmisor hacia la ionosfera es absorbida por el aire ionizado y otra es refractada, o desviada, de nuevo hacia la superficie de la Tierra. Este último efecto permite la recepción de señales de radio a distancias mucho mayores de lo que sería posible con ondas que viajan por la superficie terrestre.
La ionosfera contiene aigunas capas, indicadas con las letras D, E, F1 Y F2.

5.- Exosfera: Es la parte exterior de la atmósfera terrestre, a partir de los 500 km de altura. Contiene una concentración gaseosa extraordinariamente enrarecida.y no tiene un límite superior definido ya que, simplemente, la densidad disminuye de forma gradual hasta la desaparición total de la atmósfera. Algunos científicos, sin embargo, han intentado definir el límite superior de la exosfera situándolo a unos 9.000 km de altura.

 

ACTIVIDAD SOLAR

Fenómeno caracterizado por la presencia de manchas, protuberancias, fulguraciones y emisiones importantes en radiofrecuencias y rayos X. La cantidad de actividad solar no es constante y está muy relacionada con el número típico de manchas solares que son visibles.

Las manchas solares suelen medir más de 30.000 km y aparecen en ciclos de 11 años. La actividad solar, incluido el desarrollo de las manchas solares, se asocia con el cambio de los campos magnéticos del Sol. Se piensa que todas estas formas de actividad solar son controladas por la liberación de energía del campo magnético del Sol. Cómo se libera esta energía y que relación hay entre los diferentes tipos de actividades solares, son algunos de los muchos enigmas que enfrentan los físicos solares hoy en día.

La interacción de los distintos campos magnéticos dinámicos solares, en ocasiones, puede dar lugar a la liberación de elevadas cantidades de energía. En este sentido, podemos distinguir tres tipos de fenómenos:

- Lazos magnéticos (magnetic loops).

- Prominencias solares (solar prominences).

- Erupciones o llamaradas solares (flares).

- Eyecciones de masa coronal (Coronal Mass Ejections, CME).llamaradasolar

Los lazos magnéticos están constituidos por grandes cantidades de plasma que siguen líneas del campo magnético solar que salen y entran del Sol. No tienen efectos significativos en la Tierra en lo que respecta a las radiocomunicaciones

Las prominencias solares son similares a los lazos magnéticos pero de dimensiones mucho mayores. En ocasiones, se puede producir un efecto de explosión que expande las partículas del plasma, incorporándolas al viento solar y pudiendo impactar en la magnetosfera terrestre.

Las llamaradas o fulguraciones solares son explosiones de gran intensidad que se producen en el Sol y que liberan enormes cantidades de materia y radiación. Pueden tener una duración del orden de pocos minutos a varias horas y provocan un aumento en la intensidad de radiación de Sol en los rangos del UV corto, de los rayos gamma y de los rayos C. Las llamaradas solares pueden observarse con instrumentos ópticos desde la Tierra o desde sondas espaciales y dan lugar a intensos niveles de ruido en las bandas de radio de HF. Las llamaradas solares tienen influencia en las radiocomunicaciones en HF unos 15 minutos después de producirse, afectando sobre todo al segmento comprendido entre 2 MHz y 30 MHz. La duración de estos fenómenos oscila entre varios minutos a alrededor de una hora. El valor de la frecuencia crítica disminuye (y por tanto también la MUF) y la absorción aumenta, pudiendo alcanzarse valores de hasta 38 dB de atenuación extra sobre las condiciones normales.

Algunas llamaradas solares liberan gran cantidad de protones que pueden alcanzar la Tierra en unos 30 minutos. Al llegar a la Tierra, comienzan a moverse siguiendo una trayectoria espiral a lo largo de las líneas del campo geomagnético, penetrando en las capas altas de la ionosfera, donde aumentan los niveles de ionización.

Finalmente, otro evento solar que afecta a las comunicaciones en HF son las eyecciones de masa coronal (CME o Coronal Mass Ejections). La atmósfera solar interna (cromosfera) puede liberar grandes llamaradas o lenguas de gas caliente y campos magnéticos que pueden observarse en la atmósfera solar exterior o corona en forma de explosiones espectaculares. Las eyecciones de masa coronal liberan una gran cantidad de partículas que viajan a altísimas velocidades impactando en los planetas del Sistema Solar. Las eyecciones de masa coronal son los fenómenos solares con mayor impacto en las radiocomunicaciones en HF, pudiendo provocar niveles de absorción muy altos en la ionosfera. Este fenómeno se conoce como "apagón de HF".

 

VIENTO SOLARmagnetosfera-terrestre

Se trata de un flujo continuo de partículas cargadas, emitido por el Sol, en todas direcciones. Está compuesto en particular de protones, núcleos de hidrógeno, electrones y, en menor porcentaje, por partículas alfa (núcleos de helio).

El viento solar puede considerarse como la parte más exterior de la corona, que es expulsada violentamente hacia el espacio interplanetario por los procesos energéticos en actividad en las regiones subyacentes del Sol. Las partículas alcanzan velocidades comprendidas entre los 350 y los 800 km por segundo; en la próximidad de la órbita terrestre, tiene una densidad de 5 unidades por centímetro cúbico.

Los efectos del viento solar sobre el ambiente que rodea a la Tierra son notables. Entrando en contacto con el campo magnético terrestre, las partículas permanecen interpoladas en las líneas del propio campo y dan lugar a los cinturones de Van Allen. Por otra parte, chocando con los estratos más exteriores de la atmósfera, generan fenómenos como las Auroras boreales y las tempestades magnéticas, que tanto influyen en las comunicaciones de radio.

 

CAMPO GEOMAGNETICO Y MAGNETOSFERA

La Tierra tiene un campo magnético propio que hace que la ionosfera se comporte como un medio anisótropo, es decir, con propiedades distintas en distintas direcciones. El origen de este campo magnético se atribuye al efecto combinado de la rotación de la Tierra y del movimiento del hierro fundido en su núcleo. El campo geomagnético sigue unas líneas imaginarias que salen del polo Sur magnético, rodean a la Tierra y entran por el polo Norte magnético.

El comportamiento de la ionosfera depende enormemente de las variaciones que se producen en el campo magnético propio de la Tierra. La región en torno a la Tierra donde se encuentra dicho campo magnético se denomina magnetosfera y funciona como escudo ante el viento y el campo magnético solares. El campo geomagnético interactúa con el viento solar, un plasma formado por particulas cargadas eléctricamente y con su campo magnético asociado, denominado campo magnético interplanetario (IMF o Interplanetary Magnetic Field. El resultado es que la magnetosfera tiene forma de gota, estrechándose en el sentido opuesto al Sol.


Tormentas magnéticas e ionosféricas

Es un disturbio global en el campo magnético terrestre que se refleja en la magnetosfera ocasionado fundamentalmente por un gran aumento del viento solar (consistente en chorros de partículas cargadas que arriban a la tierra entre los 15 minutos a 2 horas posteriores a una fulguración solar). La velocidad de estas partículas es tan alta como 350 km/s. La información acerca de la intensidad de las tormentas magnéticas así como su pronósticos es provista por diferentes servicios a través de los denominados "Indices Geomagnéticos", que se designan con las letras Kp y Ap.

El índice Kp da un promedio de las últimas 3 horas, pudiendo variar entre 0 y 9. El índice Ap da un promedio de las últimas 24 horas y puede variar entre 0 y 400. Los números mayores representan tormentas de mayor intensidad en ambos casos. cuando el número Kp excede de 5, se comienzan a emitir alertas, indicadas con el número "G" que puede variar de 1 a 5, siendo el 5 indicador de una tormenta extremadamente severa.

Las tormentas magnéticas destruyen la estratificación normal de las capas dispersando los iones produciendo así la pérdida de su capacidad refractiva usual. Pueden apareceR zonas ionizadas aisladas e irregulares que dan lugar a condiciones de propagación inestables y erráticas con rápidas fluctuaciones del nivel de señal (flutter. También originan variaciones importantes en las frecuencias críticas y en la altura de las capas; se mantiene baja la MUF hasta que las condiciones se van normalizando. Si bien, la intensidad de las tormentas suele ser mayor en los períodos de mayor actividad solar, en los períodos de actividad baja sus efectos suelen ser más severos y duraderos. Cuando arriba el chorro de partículas, a los pocos minutos u horas después de una fulguración, pueden esperarse varios días con malas condiciones de propagación.

Cuanto mayor es el índice A y K peores son las condiciones. A mayor A peor han estado las condiciones a mayor K peor están ahora.

Siga el enlace para acceder a la página de LU1DMA sobre la Interpretación de los Indicadores de la Propagación en HF.

 


PROPAGACION DE LAS ONDAS DE RADIO

reflexiondas

El conjunto de fenómenos por el cual las ondas de radio pueden viajar de un punto al otro se denomina Propagación. La onda puede atravesar diferentes medios o encontrarse con obstáculos y como resultado de ello sufrir importantes cambios de dirección e intensidad en el proceso. La propagación de las ondas dependerá del ambiente por el que viajan, pero también dependerá mucho de su longitud de onda.

La frecuencia o la longitud de onda puede calcularse fácilmente con estas dos fórmulas:

frecuencia (MHz) = (300 x 0'95) / longitud de onda (m)Por ejemplo, una longitud de onda de 20'00 m tendría la frecuencia siguiente: (300x0'95) / 20 = 14'250.

longitud de onda (m) = (300 x 0'95) / frecuencia (MHz) Por ejemplo, una frecuencia de 14'195 MHz (ventana DX) tendría la longitud de onda siguiente: (300x0'95) / 14'195 = 20'077 m

En el mundo de la comunicación se han dividido las diferentes longitudes de onda o frecuencias en:

LF (baja frecuencia) = 0,03 - 0,3 MHz

MF (media frecuencia) = 0,3 - 3,0 MHz

HF (alta frecuencia) = 3,0 - 30 MHZ

VHF (muy alta frecuencia) = 30-300 MHz

UHF (ultra alta frecuencia) = 300-3000 MHz

SHF (super alta frecuencia) = 30000-3000 MHz

Las comunicaciones usuales de la mayoría de los aficionados se realizan en frecuencias llamadas elevadas y muy elevadas (HF y VHF).

La propagación en VHF terrestre es casi directa. Hay otros mecanismos por los que una señal puede llegar a un destino, por ejemplo, reflejándose en objetos existentes en el entorno tales como edificios, montañas, etc., también fenómenos atmosféricos ó cuasi ópticos especiales. En VHF y UHF, suele ser importante que las antenas se encuentren elevadas sobre el terreno para lograr alguna distancia pues estas ondas se atenúan rápidamente mas allá del horizonte.

En las frecuencias elevadas (HF) los mecanismos de propagación son variados, a veces la señal llegará a destino por un camino idéntico al que acabamos de ver para las VHF (especialmente en la parte alta del espectro de HF), otras veces mediante las llamadas ondas terrestres o superficiales (sobre todo en las frecuencias más bajas), pero sin duda el modo más importante en la historia de la radio y para la radioaafición en particular se debe a que las ondas pueden reflejarse en regiones que se encuentran a gran altura en la atmósfera, permitiendo con ello alcanzar grandes distancias. Por este medio, una señal puede viajar por todo globo terrestre reflejándose repetidamente entre alguna de esas regiones y la superficie terrestre. Esas capas reflectoras reciben el nombre de ionosfera porque en ella existen cargas eléctricas llamadas iones responsables del referido proceso de reflexión.

Las condiciones físicas y eléctricas de la ionosfera que posibilitan la comunicaciones en HF a grandes distancias están estrechamente relacionadas con las emisiones de energía del Sol, especialmente con la radiación ultravioleta. La variable más importante en el proceso es la misma rotación de la Tierra que hace que la región ionosférica esté expuesta sucesivamente a los rayos solares y a la sombra de la tierra a medida que ella gira. El ángulo de incidencia de los rayos solares en las distintas latitudes y estaciones del año influye en la intensidad de la ionización de la capas atmosféricas reflectoras.

"manchas solares" (denominadas así porque, aunque son muy brillantes, se observan como regiones oscuras por contraste con sus zonas adyacentes). Las manchas producen un aumento en la intensidad de la energía que produce la ionosfera pero, puesto que el sol también está en rotación la energía proyectada por las manchas no alcanza la Tierra en forma continua. También la cantidad de manchas varía con el tiempo en forma cíclica con un período de aproximadamente once años.

El hecho de que las señales se reflejen en esas capas hace prever que los ángulos con que las ondas llegan a la capa reflectora y adonde serán reflejadas serán de gran importancia. Esto hace que se produzcan zonas a las que la señal no pueda alcanzar porque la reflexión la ha hecho llegar demasiado cerca o demasiado lejos de esos lugares (zonas de silencio).
Usualmente las ondas arribarán al receptor por varios caminos simultáneamente dando lugar a señales cuya intensidad se refuerza o desvanece más o menos rápidamente con el tiempo (desde fracciones de segundo hasta varios minutos), esto, que sucede permanentemente, se conoce como desvanecimiento o fading. El mismo fenómeno no solo hace que la señal varíe en intensidad sino que puede producir una distorsión capaz de hacer ininteligible la comunicación. Conocer esos mecanismos facilita al aficionado hacer una predicción aproximada de las mejores condiciones y horarios para realizar un determinado contacto, hoy existen auxiliares informáticos que son de gran ayuda.

Siga el enlace si quiere acceder al artículo de Carl Luetzelschwab-K9LA sobre la Propagación y los factores que le afectan (traducción EA8NQ)

 

Frecuencia crítica

Se define la frecuencia crítica o frecuencia de corte (fo) de una capa de la ionosfera como aquella a partir de cuyo valor las ondas electromagnéticas emitidas de forma completamente perpendicular a la superficie terrestre ya no se reflejan en dicha capa. Las ondas de frecuencia igual o superior a la crítica atraviesan la ionosfera y progresan hacia el espacio exterior. Las de frecuencia inferior se reflejan y vuelven hacia la superficie terrestre.
La frecuencias críticas de las capas E, F1 y F2 se denotan, respectivamente, como foE, foF1 y foF2.

En el caso de la capa F2, por ser la más alta y por tanto la más expuesta a las radiaciones del Sol, la foF2 es muy variable y se estudia a través de ionosondas para realizar la predicción de su valor, que se refleja en mapas mundiales

 

Salto

Llamamos salto al recorrido que sigue la onda desde que parte de la tierra, se refleja una vez en la ionosfera y vuelve a la superficie terrestre. La radiocomunicación por propagación ionosférica se realizará por tanto a través de una sucesión de saltos. Hay que tener en cuenta que entre cada salto de la onda existirá una zona de sombra en la que el enlace radio no podrá establecerse, salvo en distancias cortas alcanzadas por la onda de tierra.

La distancia de cada salto depende de la altura virtual de la capa ionizada y del ángulo de incidencia de la onda en la ionosfera. Así, una reflexión en la región F (más alta) hará que el salto sea mucho mayor que una reflexión en la región E (más baja). No obstante, las reflexiones en la región E son poco comunes debido a su baja densidad de ionización.

Tras reflejarse en la capa ionizada, la onda retorna hacia la superficie terrestre y vuelve a reflejarse, siguiendo una trayectoria consistente en varios saltos. En cada salto se producen pérdidas que dependen en gran medida de la constante dieléctrica e del lugar en el que se produce la reflexión: a menor constante dieléctrica, mayor atenuación.

Medio reflexión e: Agua del mar 81, Tierra firme 15-17, Ciudades 4-5.

Obsérvese cómo, por ejemplo, los enlaces radio establecidos sobre el mar sufrirán menos atenuación que los establecidos sobre la tierra. La propagación ionosférica normalmente se produce en el segmento comprendido entre 1,5 MHz y 30 MHz. Por debajo del primer valor la atenuación es muy elevada y por encima del segundo no hay reflexión en la ionosfera.

 

Distancia de salto (hop lenght)

Es la distancia sobre la tierra que alcanza una onda de radio después de ser reflejada una vez en la ionosfera, la distancia de salto depende de la altura de la capa en la cual se produce la reflexión y del ángulo de incidencia de la onda sobre la misma. La máxima distancia de salto se producirá con una incidencia casi rasante para una determinada altura de la capa. Por ejemplo mediante la capa F situada a una altura de unos 300 km con un ángulo de radiación vertical de la antena de unos 4 grados, la distancia de salto será de aproximadamente 3200 km; en similares condiciones, mediante la capa E (100 km) la distancia máxima será solamente de unos 1800 km. Se logran cubrir distancias mayores con varios saltos. Por ejemplo podrían cubrirse unos 6100 km con un mínimo de cuatro saltos en la capa E o dos saltos vía la capa F. Si los ángulos de radiación de las antenas fueran mayores se requerirían más saltos para lograr estas distancias.

 

Zona de silencio (skip zone)

zonasilencio

La zona de silencio o "zona de skip" es un área alrededor del trasmisor que no es alcanzada por la onda ionosférica, la espacial o la terrestre, por lo tanto en ella no se reciben las señales del trasmisor.
A partir de cierta frecuencia, cuando la señal incide sobre la ionosfera con ángulos próximos a la vertical, la atraviesa sin reflejarse, las señales no son devueltas a la tierra y no puede establecerse contacto entre estaciones que precisen de una reflexión en tal ángulo; a medida que ese ángulo se hace más rasante, llega un punto en que la ionosfera si puede reflejar la señal hacia tierra y pueden comunicar entre si estaciones situadas entre los dos puntos que ese ángulo determina.
Esta zona suele ser más amplia durante la noche, en invierno y durante los períodos de menor actividad solar debido a que en estas situaciones la densidad de la capa ionizada es menor, haciendo imposibles los comunicados a corta distancia sobre la banda considerada. En este caso la solución para comunicar con estaciones más cercanas es emplear frecuencias más bajas.

 

MODOS DE PROPAGACION

La propagación no es debida a un único fenómeno físico. Varios modos de propagación son posibles:

- La propagación ionosférica
- La propagación troposférica
- La propagación por onda de suelo

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Reflexión ionosférica:

La ionosfera es la región de la atmósfera comprendida entre los 60 y 400 km de altura. Como el propio nombre indica está compuesta de iones y de plasma ionosférico y es de forma esférica al ser una de las capas de la atmósfera.
Es importante para la propagación porque permite reflejar o refractar ondas radioeléctricas por debajo de una frecuencia crítica llamada comúnmente MUF (frecuencia máxima utilizable).
La ionosfera está compuesta de tres capas:

- la capa D
- la capa E
- la capa F (durante la noche) que se divide en dos, las capas F1 y F2, durante el día.

Variaciones de densidad de la ionosfera: Las propiedades de propagación de la ionosfera son debidas a variaciones de densidad en el plasma iónico. Esas propiedades dependen del día del año, de la hora, del momento de ciclo solar de once años, de la estación, y de la latitud. Esas variaciones son irregulares, y no es posible calcularlas o medirlas con precisión.

Dispersión troposférica:
A veces la troposfera puede producir refracción de las ondas de radio. Este fenómeno ocurre cuando sucede una inversión (las capas más altas están más frías y por lo tanto son más densas que las capas bajas, el cambio de temperatura puede ser fácilmente de 10 ° C o más en 100 metros).La brusca transición entre el frío y el aire caliente, se refractan las ondas de radio en bandas de VHF y UHF. En algunas ocasiones puede haber múltiples inversiones. Una vez que una señal de radio se ha visto atrapada entre dos inversiones, estas puede viajar entre ambas como en una especie de túnel. Es particularmente apreciable por la mañana, y en VHF.

 

Propagación por onda espacial (space wave) o propagación por línea visual (LOS):

Si las antenas se encuentran elevadas sobre el terreno la señal puede propagarse sin necesidad de la onda terrestre aunque siguen haciéndolo por la baja atmósfera, también se la designa como "propagación troposférica" (no confundir con la propagación por "reflexión troposférica"). La troposfera es la porción de la atmósfera que ocupa aproximadamente los 16 km más cercanos a la superficie.
La onda espacial esta compuesta habitualmente por dos rayos: uno directo entre la antena trasmisora y la receptora y otro reflejado en tierra que partiendo simultáneamente de la antena trasmisora, se refleja en la tierra y llega a la antena receptora con cierto retraso. La diferencia de distancia recorrida por el rayo directo y el reflejado determina la intensidad de la señal en el receptor debido al fenómeno conocido en física elemental como "interferencia de ondas".

La onda espacial es el modo fundamental de propagación en las frecuencias superiores a los 30 MHz. También es responsable de parte de la señal trasmitida en los comunicados a corta distancia en todo el espectro de HF.
Nota: No debe confundirse este modo con una traducción del término inglés "sky wave" queinterpretarse como "onda celeste o del cielo" y que hace referencia a la propagación por "onda ionosférica".

 

Propagación por onda superficial o terrestre (surface wave - ground wave):

La onda de superficie se mantiene adyacente a la superficie de la tierra siguiendo su curvatura por un proceso de difracción. Tendrá polarización vertical a partir de una corta distancia del trasmisor pues cualquier componente del campo eléctrico horizontal es rápidamente absorbida por la tierra (que actúa como un cortocircuito, para é). Para aprovechar de este tipo de propagación convendrá emplear antenas de polarización vertical.

Es la forma habitual por la cual se reciben las señales de las emisoras de broadcasting de onda media (550 a 1750 KHz) durante las horas del día. También se denomina "propagación por onda terrestre". Este tipo de propagación es especialmente efectivo en el mar tanto en frecuencias medias (MF) como en frecuencias elevadas (HF). El efecto se aprovecha mejor cuando las antenas emiten con ángulos bajos de radiación. Antenas de cuarto o media onda montadas a nivel del suelo son excelentes para este cometido. Ellas permiten lograr comunicados en las frecuencias más bajas (por ejemplo 3,5 MHz) cuando los corresponsales quedan en "zona de salto" (skip), mayormente durante la noche, o no pueden ser alcanzados durante el día por la absorción de la capa D.

 

lineagris

Línea gris (Greyline):

Exactamente no es un tipo de propagación, sino más bien diría que es como una herramienta para hacer DX’s. La línea gris es la franja alrededor de la Tierra que separa el día de la noche. La propagación a través de la línea gris es muy eficaz. Una de las razones principales es que la capa D, que absorbe las señales de HF, desaparece rápidamente al atardecer y durante el amanecer tarda un poco en formarse.

 

 

 


LA IONOSFERA

 

La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmósfera donde el aire es muy delgado y que se extiende entre unos 50 km y unos 500 km de altura. Bajo la influencia de la radiación solar los átomos se rompen formando los iones. Lo mejor de este proceso es que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda.

La ionización es un proceso de ruptura de los enlaces electrónicos en los átomos, que producen la formación de parejas de iones de cargas opuestas. Los principales mecanismos de ionización son la colisión de los átomos o moléculas con otros átomos e iones, la interacción con algún tipo de radiación y la aportación de calor.

Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser más ligera permite a los electrones moverse más libremente. Este factor es importante para la propagación de alta frecuencia (HF: 3 a 30 Mhz). Generalmente, cuantos más electrones, frecuencias más altas se pueden usar.

Durante el día pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D, E, F1 y F2.

Sus alturas aproximadas son:

Región D de 50 a 90 Km.
Región E de 90 a 140 Km.
Región F1 de 140 a 210 Km
Región F2 más de 210 Km de altura.

Durante el día, la propagación de tipo "Esporádica-E" se da en la región E de la ionosfera, y a ciertas horas del ciclo solar la región F1 se junta con la F2. Por la noche las regiones D, E y F1 se quedan sin electrones libres, siendo entonces la región F2 la única disponible para las comunicaciones; de todas formas no es raro que también pueda darse por la noche la propagación "esporádica-E". Todas las regiones excepto la D reflectan ondas de HF.

La capa D, que se encuentra a baja altura (y es la primera que debe atravesar la señal en su camino hacia las capas superiores), tiene efectos adversos porque absorbe las señales pero no las refracta nuevamente hacia la tierra. Esta capa se forma durante el día; es más densa durante el verano y durante los ciclos de máxima actividad solar. La absorción que produce es importante, sobre todo en frecuencias inferiores a los 7 MHz, por eso, cuando la absorción es máxima, la capa D dificulta o impide las comunicaciones a largas distancias en las bandas de 40 y 80 m.ionosf_dia_noche
Dificulta muchísimo las comunicaciones a larga distancia en la banda de 40 m pues para lograr distancias de salto importantes es necesario emplear bajos ángulos de radiación para que los rayos incidan sobre las capas reflectoras en forma casi rasante; con estos ángulos la señal debe recorrer una considerable distancia en el seno de la capa D acabando absorbida por esta por lo que llega muy debilitada a las capas reflectoras (por ello inclusive emisores de mucha potencia como la de las emisoras de broadcasting en 40 m usualmente no se escuchan en horas cercanas al mediodía local).
Cuando el Sol se pone, los iones de la capa D rápidamente se recombinan (en la altura a que están situados se hallan más cercanos entre si por la mayor presión atmosférica), entonces la capa D desaparece casi por completo y las señales logran alcanzar fácilmente las capas reflectoras posibilitando comunicados DX en las bandas más bajas. En los períodos de mínima actividad solar, y especialmente en invierno, la capa D se debilita lo suficiente como para permitir comunicados a considerables distancias en la banda de 40 m durante el día (como contrapartida las condicion es a corta distancia se hacen inestables o inexistentes pues se producirán zonas de silencio (skip).

La capa E es una capa que refleja las ondas de radio. A veces se forma por ionización del aire por causas que no dependen de la radiación solar; algunos investigadores piensan que podría ser por fricción entre distintas capas de la atmósfera.

Las capas F1 y F2 prodigan la mayoría de los DX a muy largas distancias en HF por su altura y su capacidad para refractar las señales nuevamente hacia la tierra. Para que las señales puedan aprovechar las capas F, deben atravesar la D dos veces, una de ida y otra de vuelta. Al mismo tiempo las capas F deben tener densidad suficiente para reflejar las señales de la frecuencia considerada. Si se dan estas condiciones son posibles comunicados a gran distancia durante el día. Así sucede sobre todo en la banda de 20 m y superiores, porque la absorción de la capa D es menor en las frecuencias más elevadas del espectro de HF y las señales pueden atravesarla fácilmente. Es menos probable que las señales alcancen las capas F durante el día en 40 m e inferiores porque si consiguen atravesar la capa D resultan reflejadas por la capa E, que se encuentra a menor altura que la F, con lo cual la señal se refleja tierra en un punto más bajo.

El periodo de vida de los electrones es mayor en la región F2, y esa es la razón por la cual esta capa reflecta ondas por la noche. Los periodos de vida de los electrones en las regiones E, F1 y F2 son de 20 segundos, 1 minuto y 20 minutos respectivamente

 

Bandas diurnas y bandas nocturnas:

La propagación ionosférica divide las bandas HF en dos tipos:

- Llamamos bandas nocturnas a las bandas que sufren una fuerte atenuación por absorción en la capa D. Al caer la noche, la capa D desaparece y la propagación en las bandas nocturnas aumenta considerablemente; las bandas nocturnas están aproximadamente por debajo de los 30 metros (10 MHz).

- Llamamos bandas diurnas a aquellas cuya propagación nocturna es nula. Estas bandas pierden la propagación pocas horas después de la caída del sol. Las bandas diurnas están situadas por encima de los 30 metros (10 MHz).

Las bandas alrededor de los 10 MHz tienen un comportamiento intermedio.

 

VARIACIONES REGULARES Y PREDECIBLES DE LA IONOSFERA

Puesto que la ruptura de los átomos en iones es producido principalmente por la radiación solar, se comprende fácilmente que el desarrollo y comportamiento de estas capas esté íntimamente ligado as movimiento aparente del Sol durante el día y a lo largo de las estaciones y a su propia actividad nuclear.

Variaciones diurnas

Originadas por la rotación de la tierra. Las porciones de la atmósfera que dan lugar a los enlaces radiales se mueven acompañando a la superficie, por ello están expuestas durante ciertas horas a la luz solar y durante la noche está en la sombra de la Tierra. Las radiaciones ultravioletas del Sol aumenta la cantidad de electrones disponibles en ella para reflejar señales y por eso la cantidad de electrones disponibles en las diferentes regiones depende fuertemente de esas horas de luz y sombra.

Efecto: Las comunicaciones en las bandas más altas de HF durante el día generalmente más eficaces en las bandas de 14, 21 y 28 MHz durante el día, al mismo tiempo la densidad de la capa E es es suficiente para reflejar todas las señales de frecuencias inferiores haciendo posible comunicados de corta y mediana distancia en la bandas inferiores. Por debajo de los 4 MHz la fuerte ionización de la capa D (la de más baja altura) impide a las ondas atravesarla porque esta capa tiene la propiedad de absorber mucha energía.

Variaciones estacionales

La radiación solar es más intensa en las zonas donde es verano y por lo tanto también en la ionosfera que se halla sobre esas regiones, haciendo que la densidad electrónica media de las capas en ellas sea superior a la del invierno.

Efecto:

Las variaciones estacionales hacen que durante el verano la mayor ionización de las capas faciliten los comunicados a grandes distancias en las frecuencia más altas del espectro de HF. En contrapartida el ruido atmosférico es mayor en verano perturbando las comunicaciones en las bandas más bajas.

Variaciones mensuales (27 días)

Se producen por la rotación del Sol sobre su eje. La zona de manchas solares que se hallan sobre la superficie del mismo giran con él afectando a la ionosfera más intensamente cuando enfrentan a nuestro planeta.

Variaciones onceaniales

Debidas al ciclo de actividad solar ya mencionado.

Efecto:

Durante los períodos de máxima actividad solar que se suceden cada 11 años las bandas de HF más elevadas permanecen abiertas durante muchas horas haciendo posible comunicados muy atractivos para el aficionado al DX perseverante o casual, la banda de 10 m ofrece extraordinarios QSO con potencias bajas y la de 6 m aperturas muy frecuentes. Durante los períodos de mínima actividad las bandas más altas están abiertas pocas horas y a veces los comunicados son muy pobres.
Por el contrario, durante los períodos de mínima actividad se generalmente se dan mejores condiciones diurnas en las bandas más bajas (1,8, 3,5 y 7 MHz) debido a la menor ionización de la capa absorbente D.

 

VARIACIONES IRREGULARES Y POCO PREDECIBLES

Disturbios ionosféricos repentinos - Sudden Ionospheric Disturbance (SID)prominenciasolar

Producidas por intensas erupciones (explosiones) solares conocidas como "fulguraciones" (flares) que suceden sin previo aviso y producen un aumento importante en la radiación que llega a la tierra, esta radiación se emite en un amplio espectro de frecuencia, desde frecuencias de RF muy bajas hasta rayos X. Sus efectos duran desde algunos minutos hasta algunas horas.
Los rayos X producen una intensa ionización en las capas inferiores de la ionosfera, sobre todo en la capa D, que aumenta muchísimo su absorbencia (mayor en las bandas de HF más bajas), dando lugar a los denominados "blackouts" o desvanecimientos totales de las señales. Pueden bloquear a tal punto las comunicaciones en HF que a menudo se tiene la sensación de que no hay estaciones operando o que el receptor falla, el nivel de ruido puede aumentar más 30 o más dB durante períodos cortos.
El fenómeno se produce en el hemisferio terrestre iluminado por el Sol y afecta poco la zona en sombra, no obstante si el enlace se está realizando entre estas dos zonas naturalmente se verá afectado. Las fulguraciones producen tormentas geomagnéticas y eventos de protones (aumento en la cantidad de protones de alta energía que arriban a la tierra) que contribuyen a la persistencia de estos disturbios.
Las bandas que se recuperan más rápidamente de una fulguración son las más altas, por lo cual conviene retomar nuestra actividad primero en ellas.
Estas erupciones pueden llegar a desarrollar la potencia equivalente a un millón de bombas de hidrógeno, energía más que suficiente para proveer de energía a toda América por más de 50.000 años.

 

 


SELECCION DE FRECUENCIAS DE TRABAJO

 

Una vez identificados los factores que pueden afectar a las condiciones de propagación en HF, interesa saber cuáles pueden ser las mejores frecuencias para operar en un momento dado. En este apartado se describen los distintos parámetros que describen a las frecuencias de trabajo más adecuadas en función del estado de la ionosfera.

 

Máxima Frecuencia Utilizable (MUF)

La Máxima Frecuencia Utilizable o MUF, es aquella situada justo por debajo de la frecuencia crítica, de tal forma que las ondas de radio de frecuencia igual o inferior a la MUF estarán sujetas a condiciones de reflexión ionosférica. Cada capa de la ionosfera tendrá su propia MUF. LA URSI define la MUF como "la máxima frecuencia para transmisión ionosférica usando una trayectoria oblícua, para un sistema determinado".

Hay que tener en cuenta que la frecuencia crítica se mide emitiendo ondas de radio con una trayectoria totalmente perpendicular a la Tierra, mientras que en los sistemas de radiocomunicaciones en HF el ángulo de incidencia en la ionosfera no será perpendicular, sino oblicuo. Por eso se define la MUF (incidencia oblicua) además de la frecuencia crítica (incidencia perpendicular).

Para un enlace radio de HF tendremos, por tanto, que en cada capa de la ionosfera:

Frecuencia trabajo ≥ MUF = La onda atraviesa la capa

Frecuencia trabajo < MUF = La onda se refleja en la capa

En la práctica, existen tres tipos de MUF:

MUF operacional. Es la frecuencia más alta que permite una operación aceptable entre dos puntos determinados en un momento dado, bajo unas condiciones de trabajo específicas.

MUF clásica. Es la frecuencia más alta que se puede propagar en un modo particular entre terminales específicos solamente por reflexión ionosférica.

MUF estándar. Se trata de una aproximación a la MUF clásica, que se obtiene aplicando la curva de transmisión convencional a los ionogramas de incidencia vertical, junto al uso de un factor de distancia.

 

Frecuencia Óptima de Trabajo (FOT)

La Frecuencia Óptima de Trabajo (FOT) es aquella de valor un 15% inferior a la MUF. Al trabajar en la FOT, la intensidad de recepción es ligeramente peor que con la MUF, pero se consigue mayor estabilidad y fiabilidad durante transmisiones prolongadas, debido al carácter cambiante de la MUF.

 

Mínima Frecuencia Utilizable (LUF)

La Mínima Frecuencia Utilizable (LUF, Less Usable Frequency) es la mínima frecuencia de una onda de radio de la banda de HF que permite la operación sin dificultades provocadas por el ruido atmosférico y la elevada absorción. Si se trabaja por debajo de la LUF, el ruido atmosférico y la elevada absorción dificultarán la comunicación.


Frecuencia limitada de absorción (ALF)

Es la mínima frecuencia de una onda de radio que sea capaz de propagarse en trayectos de unos 1500 km. Si la frecuencia que se pretende usar es inferior a ese valor, es muy probable que el enlace radio no se pueda establecer. Si es superior, aumentan las probabilidades de establecerlo.

 

 


PROPAGACION EN BANDAS DE HF

 

HF (High Frequency) son las siglas utilizadas para referirse a la banda del espectro electromagnético que ocupa el rango de frecuencias de 3 MHz a 30 MHz. En esta banda, también conocida como Onda Corta, se produce la propagación por onda ionosférica con variaciones según la estación del año y la hora del día.
Se distinguen las bandas altas o bandas diurnas (entre 14 y 30 MHz) y, entre 3 y 14 MHz, las bandas bajas o nocturnas. La banda de 14 MHz presenta características comunes a ambas.
Las bandas nocturnas son bandas cuya propagación es mejor durante la noche. Las bandas diurnas son bandas que, debido a la física de la ionósfera, tienen una mejor propagación de día que de noche. Además, las bandas altas presentan otros modos de propagación, comunes con los de la VHF, como las Esporádicas-E.
La estación del año influye no sólo en la duración respectiva del día y de la noche. También influye en la llamada propagación en zona gris, que permite aprovechar una buena propagación durante algunos minutos entre zonas que comparten la misma hora solar de amanecer o puesta del sol (por desvanecimiento de la capa D).
Los radioaficionados cuentan con varias bandas en HF: las de 3, 7, 10, 14, 18, 21, 24 y 28 MHz, que corresponden a las bandas de 80, 40, 30, 20, 17, 15, 12 y 10 metros respectivamente.

 

Banda de 160m
Uso: Es una banda de alcance nacional y regional.
Propagación: La absorción de la capa D de la ionosfera prácticamente vuelve a esta banda inutilizable durante el día; algunos contactos son posibles con ángulos de tiro elevados.
Pero al caer de la noche, las capas D y E desaparecen, y gracias a la capa F la banda de 160 m recupera rápidamente una gran actividad; contactos regionales, nacionales e intercontinentales son rápidamente posibles.
El ruido de parásitos es sumamente fuerte, principalmente en verano, pero reducido en invierno. Las tormentas eléctricas son perceptibles en esta banda.

 

Banda de 80m
Uso: La banda de 80m es una banda baja, o banda nocturna, por sus características de propagación.Por lo tanto, es una banda que está prácticamente cerrada de día, pero que de noche permite una gran actividad. Es sumamente sensible a la interferencia por ruido atmosférico (QRN) y al fading,
Propagación: La absorción de la capa D de la ionosfera prácticamente vuelve a esta banda inutilizable durante el día; algunos contactos son posibles con ángulos de tiro elevados.
Pero al caer de la noche, las capas D y E desaparecen, y gracias a la capa F la banda de 80m recupera rápidamente una gran actividad; contactos regionales, nacionales e intercontinentales son rápidamente posibles.
Como la banda de 160m, el ruido de parásitos es fuerte en verano, pero reducido en invierno.

 

Banda de 40m
Uso: La banda de 40m se usa para establecer contactos de todos los rangos de distancia: nacional, regional e intercontinental.
Propagación: A diferencia de la banda de 80m, sufre menos absorción por parte de la capa D, y está abierta prácticamente las 24 horas del día con distintos modos de propagación:
Durante el día, los contactos a nivel nacional o regional son confortables y agradables gracias a la propagación por reflexión en la capa E. La única precaución consiste en utilizar ángulos de elevación más cercanos a la vertical, ya para ángulos más bajos las ondas son absorbidas porque atraviesan la capa D durante un trayecto mayor; esos ángulos elevados explican la limitación del alcance a regional.
Cuando llega la baja de la ionización al caer la noche, la capa F releva a la capa E, y permite contactos durante la noche, con la ventaja de que el ruido es mucho menor que en las bandas de 80 y 160 metros. La ausencia de capa D permite probar ángulos más rasantes, y por lo tanto, obtener contactos más lejanos, incluso intercontinentales.

 

Banda de 30m
Uso: Conexiones DX por la capa F2 de la ionosfera son posibles durante las 24 horas.
Por su estrecho ancho de banda (apenas 50 kHz), es una banda limitada a la telegrafía
Propagacion: A diferencia de la banda de 40m, sufre menos absorción por parte de la capa D. Al mismo tiempo, es una banda que aprovecha favorablemente durante el día y durante la noche la capa F. Por esa razón, es una banda muy favorable para el DX.
Es una de las bandas de radioaficionados refugio para los radiotelegrafistas en tiempos de baja actividad solar. Lamentablemente, su escaso ancho de banda de 50 kHz no permite el uso de la telefonía.


Banda de 20 m
Uso: Probablemente la banda para DX más popular. Durante el día es una banda que proporciona comunicados confiables a distancias desde varios centenares hasta unos miles de km. Durante el atardecer se abre y las condiciones hacen posibles comunicados a todas partes del mundo. Las comunicaciones normales se realizan únicamente por ondas celestes (ionosféricas), pero se consiguen buenos comunicados locales mediante ondas terrestres (no de superficie) sobre todo si la antena se encuentra algo elevada.
Propagación: Esta banda proporciona mejores resultados durante los períodos de mayor actividad solar, durante los cuales a menudo es una banda que permanece abierta para larga distancia durante casi todo el día y la noche. Aún durante los períodos de menor actividad solar pueden esperarse frecuentes aperturas para comunicados de larga distancia durante algunas pocas horas.
Debido a que la frecuencia crítica suele estar debajo de los 14 MHz en esta banda siempre hay una zona de silencio que comienza más allá del alcance proporcionado por la incipiente onda terrestre y alcanza a la distancia mínima de salto. Los ángulos de radiación vertical más favorables para DX vía F2, están en el orden de los 3 a los 30 grados, pero los ángulos superiores a 15 grados son principalmente útiles para comunicados a distancias intermedias


Banda de 17m
Uso: Básicamente tiene las mismas características que la banda de 20m, pero es mucho más afectada por los ciclos solares de 11 años. En efecto, en períodos de baja actividad solar, la banda puede estar abierta solamente en intervalos del día de mayor exposición solar, lo que reduce su utilización a unas pocas horas.
Propagación: Esta banda se comporta de manera similar a la banda de 20m: no es muy afectada por la capa D. Es una banda que aprovecha favorablemente durante el día la capa F1, pero es muy dependiente de ella. Es una banda muy favorable para el DX únicamente en años de alta actividad solar, cuando la MUF sube lo suficiente.


Banda de 15m
Uso: Al igual que la banda de 17 m, es una excelente banda DX en caso de fuerte actividad solar, pero es muy dependiente de la ionización; en los períodos de poca actividad solar, es una banda únicamente diurna.
Propagación: Esta banda se comporta de manera similar a la banda de 17m: no es muy afectada por la capa D. Es una banda que aprovecha favorablemente durante el día la capa F1, pero es muy dependiente de ella. Es una banda muy favorable para el DX únicamente en años de alta actividad solar, cuando la MUF sube lo suficiente. Su ancho de banda (450 kHz) hace de ella una banda sumamente cómoda de día en períodos de alta actividad solar.


Banda de 12m
Uso: Al igual que la banda de 15m, es una banda diurna, aunque es también llega a ser una excelente banda DX.
Básicamente tiene las mismas características que la banda de 15m, pero se ve más afectada por los ciclos solares de 11 años. En efecto, en períodos de baja actividad solar, la banda puede estar abierta solamente en intervalos del día de mayor exposición solar, lo que reduce su utilización a unas pocas horas. Durante los períodos de baja actividad solar, puede parecer permanentemente muerta, no hay tráfico.
Propagación: Esta banda se comporta de manera similar a la banda de 10m: no es muy afectada por la capa D. Es una banda que aprovecha favorablemente durante el día la capa F1, pero es muy dependiente de ella. Es una banda muy favorable para el DX únicamente en años de alta actividad solar, cuando la MUF sube lo suficiente.

Banda de 10m
La banda de 10m es la última banda HF. Por esa razón comparte algunos modos de propagación de las bandas VHF.
Uso: Banda caprichosa, voluble y sumamente dependiente de la ionización - y por ende, del ciclo solar -, la banda se abre con la aurora y puede seguir siendo usable aún algunas horas luego del ocaso.
Comparte con la banda de 6m una actividad Esporádica E entre mayo y agosto, lo que la asemeja a las bandas VHF.
Propagación: Esta banda se comporta de manera similar a la banda de 6m: Tiene funcionamiento de banda HF y de banda VHF, utilizando los mecanismos de propagación de ambas. Es una banda muy favorable para el DX únicamente en años de alta actividad solar, cuando la MUF sube lo suficiente.

 


Fuentes: http://www.ti0rc.org/ - 30dx401 - Propagation Service Center - Proyecto Hambukito

 

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