propagaciÓn ionosfÉrica simple en espaÑol
DESCRIPTION
PROPAGACIÓN IONOSFÉRICA SIMPLE EN ESPAÑOLTRANSCRIPT
PROPAGACIÓN IONOSFÉRICA
Se permite la distribución y modificación libre de este documento, igual que a mí me
autorizaron otros, ya que una gran parte de este tutorial esta sacado de diferentes páginas y
les muestro mi agradecimiento.
Creado por Enrique Butragueño Sánchez, Miguel Ángel Guio Berguizas y Valeriano Fernández
Rodríguez del Centro Logístico de Transmisiones con mucho cariño para los alumnos del curso
de HF en EMACOT.
2
ÍNDICE.
IONOSFERA. ....................................................................................................................4
COMPOSICIÓN..................................................................................................................4
IONIZACIÓN......................................................................................................................4
IONIZACIÓN POR ABSORCIÓN O FOTOIONIZACIÓN. ............................................................6
LA ACTIVIDAD SOLAR. .......................................................................................................6
EL CICLO DE LAS MANCHAS SOLARES. ................................................................................7
CAMPO GEOMAGNÉTICO Y MAGNETOSFERA. ....................................................................8
VARIACIONES POR LATITUD MAGNETICA. ........................................................................ 10
PROPAGACIÓN TRANSECUATORIAL (TEP). ........................................................................ 10
LAS AURORAS BOREALES................................................................................................. 11
LAS TORMENTAS GEOMAGNÉTICAS. ................................................................................ 11
CARACTERIZACIÓN DEL CLIMA ESPACIAL.......................................................................... 12
ÍNDICES DE PERTURBACIÓN DEL CAMPO GEOMAGNÉTICO (KP, AP). .................................. 12
ALERTAS DE PROPAGACIÓN............................................................................................. 13
CAPAS Y REGIONES DE LA IONOSFERA.............................................................................. 14
LA REGIÓN D. ................................................................................................................. 15
LA REGIÓN E. .................................................................................................................. 15
CAPA E ESPORÁDICA ES................................................................................................... 16
LA REGIÓN F. .................................................................................................................. 16
LA CAPA F1..................................................................................................................... 16
LA CAPA F2..................................................................................................................... 16
COMUNICACIÓN IONOSFÉRICA........................................................................................ 17
REFRACCIÓN Y REFLEXIÓN............................................................................................... 17
BIRREFRIGENCIA. ............................................................................................................ 18
GIROFRECUENCIA. .......................................................................................................... 18
ABSORCIÓN. ................................................................................................................... 19
FRECUENCIA CRÍTICA. ..................................................................................................... 19
LA MÁXIMA FRECUENCIA UTILIZABLE O MUF. .................................................................. 19
FRECUENCIA ÓPTIMA DE TRABAJO (FOT). ........................................................................ 22
MÍNIMA FRECUENCIA UTILIZABLE (LUF). .......................................................................... 22
IONOSONDAS E IONOGRAMAS. ....................................................................................... 22
3
MONITORES DE ESPECTRO. ............................................................................................. 26
PROPAGACIÓN POR INCIDENCIA CASI VERTICAL (NVIS). .................................................... 26
DISTANCIA MÍNIMA. ....................................................................................................... 28
SELECCIÓN DE LA FRECUENCIA DE TRABAJO. .................................................................... 29
FACTORES QUE AFECTAN A LA PROPAGACIÓN. ................................................................ 30
DESVANECIMIENTOS (FADING). ....................................................................................... 30
LA HORA DEL DÍA. ........................................................................................................... 30
LA ESTACIÓN DEL AÑO. ................................................................................................... 32
LA UBICACIÓN GEOGRÁFICA............................................................................................ 32
LA INCIDENCIA SOBRE TIPO DE TERRENO. ........................................................................ 32
LA METEOROLOGÍA......................................................................................................... 33
PROPIEDADES DE LAS BANDAS DE FRECUENCIA................................................................ 33
BANDA DE 1,6 – 2 MHZ ................................................................................................... 33
BANDA DE 2 – 4 MHZ. ..................................................................................................... 34
BANDA DE 4 – 7 MHZ. ..................................................................................................... 34
BANDA DE 7 – 10 MHZ. ................................................................................................... 34
BANDA DE 10 – 14 MHZ. ................................................................................................. 35
BANDA DE 14 – 18 MHZ. ................................................................................................. 35
BANDA DE 18 – 21 MHZ. ................................................................................................. 36
BANDA DE 22 – 24 MHZ. ................................................................................................. 36
BANDA DE 25 – 28 MHZ. ................................................................................................. 36
ÁNGULO ELEVACIÓN DE LA ANTENA. ............................................................................... 37
ÁNGULO ELEVACIÓN DE LA ANTENA RECOMENDADOS. .................................................... 37
ÁNGULO RADIACIÓN IDÓNEO EN FUNCIÓN DISTANCIA..................................................... 37
GANANCIA Y DIRECTIVIDAD DE LA ANTENA. ..................................................................... 38
ADAPTACIÓN DE IMPEDANCIAS. ...................................................................................... 39
TIPO DE MODULACIÓN. .................................................................................................. 39
RUIDO EN ANTENA RECEPTORA. ...................................................................................... 40
POTENCIA. ..................................................................................................................... 41
CONCLUSIÓN.................................................................................................................. 42
4
IONOSFERA. La ionosfera es una capa de la atmósfera comprendida entre los 50 km y los 650 km
aproximadamente de altitud. Recibe su nombre de los fenómenos de ionización por radiación
ultravioleta y rayos X por parte del sol y tiende a permanecer ionizada debido a las mínimas
colisiones que se producen entre los iones que tienen lugar en ella. La peculiaridad de la
ionosfera es que funciona como reflector de las ondas radioeléctricas de frecuencia inferior a
una determinada frecuencia límite con un cierto ángulo de incidencia, que como veremos
puede variar a lo largo del día por distintos motivos. De esta forma, a través de reflexiones
sucesivas entre la ionosfera y la superficie terrestre, se posibilita el establecimiento de enlaces
radio de radio a grandes distancias.
COMPOSICIÓN. La ionosfera se define como una envoltura gaseosa que recubre la tierra. Se estima que su
tamaño, medido en altura desde la superficie terrestre, oscila en torno a 2 ó 3 veces el radio
de la Tierra.
Está compuesta principalmente por moléculas de nitrógeno (N), oxígeno y ozono (O), argón
(Ar), dióxido de carbono (CO2), neón (Ne), helio (He) e hidrógeno (H). Para el estudio de la
propagación ionosférica, nos centraremos sobre todo en el oxígeno, el hidrógeno y el
nitrógeno. Las proporciones varían con la altitud, según se refleja en la siguiente tabla.
Altitud
(km)
Componentes
predominantes
Max densidad mol. electrones/cm3
Capa
50 – 80 NO, N2, O2 102 - 104 D
90 – 160 N2, O2, O 5 x 103 – 105 E
160 – 180 N2, O 5 x 105 – 106 F1
180 – 650 N2, O2, O,N 106 – 2x106 F2
IONIZACIÓN. La ionización es el fenómeno por el que, a través de intercambios energéticos, las moléculas
de gas; oxígeno y sobre todo nitrógeno, presentes en la ionosfera se disocian en átomos que a
su vez pueden liberar electrones, dando lugar por tanto a electrones libres con carga negativa
y a iones con carga positiva. Como veremos, la fuente principal de ionización en la ionosfera es
el Sol.
Dado que en los procesos de ionización se generan electrones libres, podemos medir su
cantidad por unidad de volumen o densidad de ionización (N), que se mide en electrones por
centímetro cúbico (e/cm3). En la figura siguiente se muestra la variación típica de la densidad
de ionización en la atmósfera, en función de la altitud.
5
Variación de la densidad de ionización con la altitud.
Otro parámetro para medir la cantidad de electrones libres en la ionosfera es el Contenido
Total de Electrones (TEC o Total Electron Content), medido en TECU o unidades TEC. Un TECU
equivale a 1016 electrones por metro cuadrado. El contenido total de electrones en la ionosfera
puede medirse con la instrumentación adecuada y reflejarse en mapas como el de la figura
siguiente.
Pincha aquí para ver TECU actual.
En el mapa, podemos observar cómo en la parte de la Tierra en la que es de día, es decir,
donde incide el Sol directamente, se produce una elevada fotoionización, por tanto el TEC es
mayor y eleva nuestras frecuencias de trabajo.
6
IONIZACIÓN POR ABSORCIÓN O FOTOIONIZACIÓN. Durante el día, la Tierra está sometida a la radiación procedente del Sol. Parte de esta
radiación es ionizante (ver tabla), ioniza las moléculas de oxígeno y nitrógeno presentes en la
ionosfera, provocando que entren en recombinación.
Energía ionizante proveniente del sol.
Denominación Longitud de onda nm
Ultravioleta (EUV) 15 – 120
Rayos X 0,2 – 15
La radiación que más afecta a los cambios de la ionosfera son los rayos X duros entre (0.2-
0.8 nm) que son los principales causantes de la ionoización. Esta recombinación puede
provocar que cada molécula de oxígeno o de nitrógeno se disocie en dos átomos.
Estos átomos siguen sometidos a las radiaciones ionizantes, cuya energía puede ser absorbida
por los átomos provocando el desprendimiento de electrones, dando lugar por tanto a
electrones libres con carga negativa y a iones con carga positiva.
La fuente que provoca mayor intensidad de ionización es el Sol, seguido por las estrellas (unas
1000 veces inferior) y por los rayos cósmicos (unos 100 millones de veces inferior). En el caso
del Sol, la intensidad de ionización es mayor al mediodía, cuando los rayos solares inciden
perpendicularmente sobre la Tierra.
Se define la densidad de flujo de radiación ionizante (S) como la potencia registrada por unidad
de superficie debida a la radiación procedente de una fuente ionizante, como el Sol, y se mide
en watios por metro cuadrado (W/m2). Pincha aquí para ver actual.
El viento solar es un conjunto de partículas procedentes del Sol, que al llegar a la ionosfera
también producen fenómenos de ionización por absorción.
LA ACTIVIDAD SOLAR. Se estima que los procesos de fusión nuclear del hidrógeno que se producen en el Sol generan
unos 3,8x1023 Watios de potencia en promedio, ya conocemos la vital importancia del Sol
sobre la Tierra, pero no así sus variaciones. En este sentido, podemos distinguir varios tipos de
fenómenos:
El Sol genera agujeros coronales, conocidas como manchas solares que se ven como manchas
oscuras en el espectro de los rayos X, generan un campo magnético que arrastra a partículas
cargadas eléctricamente, dando lugar al viento solar, estas son observadas diariamente y es la
única base para predicción en las comunicaciones.
-Lazos magnéticos (magnetic loops).Son 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.
7
-Prominencias solares (solar prominences). Son similares a los lazos magnéticos pero de
dimensiones mucho mayor. 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 variando ligeramente las comunicaciones.
-Erupciones o llamaradas solares (flares). 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. Las llamaradas solares dan lugar a intensos niveles
de ruido en las bandas de radio. Las llamaradas solares tienen influencia en las comunicaciones
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 óptima disminuye y la absorción aumenta,
pudiendo alcanzarse valores de hasta 38 dB de atenuación extra sobre las condiciones
normales.
-Eyecciones de masa coronal (Coronal Mass Ejections, CME).Pueden liberar grandes llamaradas
que pueden observarse en la atmósfera solar exterior en forma de explosiones espectaculares.
Las eyecciones de masa coronal son los fenómenos solares con mayor impacto en las
radiocomunicaciones, pudiendo provocar niveles de absorción muy altos en la ionosfera. Este
fenómeno se conoce como "apagón de radio".
El campo magnético solar da lugar al campo magnético interplanetario (IMF) , junto al plasma
de la corona dando lugar a la corriente de partículas cargadas que conocemos como viento
solar.
Dado que el Sol rota, siendo su periodo de rotación de unos 27 días, el campo magnético
interplanetario llega a la Tierra, incide con un ángulo de inclinación comprendido entre unos
45º y unos 90º respecto al plano de la eclíptica. El valor exacto de este ángulo influye en la
aparición de algunos fenómenos como tormentas geomagnéticas y auroras boreales.
EL CICLO DE LAS MANCHAS SOLARES. Se ha comprobado que la radiación UV procedente del Sol sigue un cierto patrón y está
relacionado con la cantidad de manchas solares. A esto se le llama, el ciclo de las manchas
solares. Sin embargo la radiación de rayos X es más inestable, lo que hace cualquier predicción
muy inexacta.
Las manchas solares son realmente regiones del Sol en las que se radia aproximadamente la
mitad de la energía que en el resto de la superficie del Sol, por efecto del campo magnético
solar. A la vista, esta zona aparecerá algo más oscura que su entorno más caliente, dando la
apariencia de una mancha. Las manchas solares pueden formarse y disiparse en periodos
comprendidos entre varios días y pocas semanas y rotan con el resto de la superficie solar.
Las observaciones astronómicas han permitido deducir que el número de manchas solares
visibles sigue un ciclo de aproximadamente 11,1 años, como puede apreciarse en la gráfica de
la figura siguiente. El cambio de ciclo se produce al invertirse la polaridad magnética del Sol ,
cambiando manchas solares del hemisferio norte a sur.
8
Evolución cíclica del número de manchas solares
A mayor número de manchas solares, se produce la ionización de la atmósfera en mayor grado
y como consecuencia aumenta la frecuencia y la altura de las capas, posibilitando la
comunicación por reflexión ionosférica en las bandas más altas.
La influencia del ciclo solar y sus fenómenos asociados tienen mucho impacto en los sistemas
de comunicaciones de radio y vía satélite, que periódicamente se establecen planes científicos
para elaborar predicciones a largo plazo.
El estudio de este histórico ha dado como resultado que tengamos una previsión muy
aproximada de número de manchas solares y por lo tanto de actividad solar.
En la sucesión de esta serie histórica se basan todos los programas de predicción de
propagación, Voacap ,Ioncap, Esaps, etc. Cabe especificar que no se debe confundir la
predicción con los datos reales diarios, ni los datos instantáneos con los ponderados
(smoothed).Pinche aquí para ver previsión de SSN ponderados.
CAMPO GEOMAGNÉTICO Y MAGNETOSFERA. La Tierra tiene un campo magnético propio, llamado campo geomagnético, el origen de este
campo magnético se atribuye al efecto combinado de la rotación de la Tierra y del movimiento
del hierro fundido de su núcleo.
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, el resultado es que la magnetosfera
tiene forma de gota, estrechándose en el sentido opuesto al Sol, como se muestra en la figura.
9
Magnetosfera terrestre.
El lugar donde confluye la magnetosfera y el campo magnético interplanetario producido por
el viento solar se denomina magnetopausa y normalmente se ubica a una distancia de unas 10
veces el radio de la Tierra en dirección al Sol. La magnetopausa ejerce como un escudo al
viento solar, siendo más sensible en los polos, provocando las auroras boreales. El campo
geomagnético no es homogéneo y puede presentar grietas o discontinuidades a través de las
cuales pueden pasar partículas cargadas procedentes del Sol, capaces de inducir cambios en el
estado de la ionosfera o incluso de provocar apagones en los sistemas de comunicaciones.
Hay aclarar que ecuador magnético no coincide nunca con el ecuador físico como vemos en la
siguiente imagen. Por lo cual la ionosfera, afectada por la magnetosfera y el campo magnético
interplanetario, seguirá este patrón.
10
VARIACIONES POR LATITUD MAGNETICA. Por lo explicado anteriormente, en las regiones polares y ecuatoriales magnéticas, el modelo
ionosférico basado en capas sufre de diversas anomalías. Con lo cual cabe distinguir tres zonas
dependiendo de su latitud magnética.
Ionosfera templada, en latitudes medias, el modelo de capas es el que se ajusta con más
exactitud para describir el comportamiento de la ionosfera.
Ionosfera ecuatorial, en latitudes cercanas al Ecuador magnético, la incidencia del Sol en la
ionosfera es más directa y por tanto deben esperarse mayores densidades de ionización y
frecuencias más altas. Asimismo, las variaciones estacionales son menores, al no estar tan
definidos el invierno y el verano como sucede en latitudes templadas. Las líneas del campo
magnético terrestre son aproximadamente paralelas a la superficie de la Tierra.
Ionosfera polar. En las zonas polares, la ionosfera es menos densa. Las líneas del campo
magnético terrestre son prácticamente perpendiculares a la Tierra.
PROPAGACIÓN TRANSECUATORIAL (TEP). La propagación transecuatorial (TEP o Transequatorial Propagation). En la ionosfera ecuatorial
se produce un fenómeno peculiar conocido como anomalía ecuatorial, al contrario de lo que
cabría esperar, las zonas de densidad de ionización más alta no se localizan sobre el propio
Ecuador sino en latitudes comprendidas entre los 10º y los 20º.
Se producen irregularidades alineadas con el campo geomagnético (FAI o Field Aligned
Irregularities): debido a los procesos resultantes de la recombinación al atardecer, se forman
nubes de ionización irregular que van creciendo y propagándose en sentido ascendente, hasta
desaparecer en torno a las 03:00 AM. Estas nubes se alinean con el campo magnético terrestre
y de este hecho reciben su nombre. Las discontinuidades entre las zonas con nubes de este
tipo y zonas menos ionizadas provocan la refracción de las ondas de radio, aumentando de
esta forma su alcance.
Propagación transecuatorial (TEP)
Dado que las irregularidades presentan simetría respecto al Ecuador, en ocasiones es posible
que la onda transmitida se refracte en primer lugar en la FAI de un hemisferio, para a
11
continuación refractarse en la FAI del otro y llegar finalmente al receptor, tal y como se
muestra en la figura.
LAS AURORAS BOREALES. Cuando el viento solar supera la magnetopausa y supera la magnetosfera por los polos, las
partículas que lo componen adquieren una trayectoria espiral siguiendo las líneas del campo
geomagnético, es decir, hacia uno de los polos terrestres. Cuando estos electrones vuelven a
su condición inicial, liberan energía en el espectro visible y en forma de diferentes colores. Las
partículas de oxígeno suelen dar lugar a colores verdes y rojos. Este fenómeno es visible en las
zonas comprendidas entre los 60º y los 90º de latitud y se conoce con el nombre de aurora
boreal, si se produce en el hemisferio norte, o aurora austral si se produce en el hemisferio
sur.
La zona en la que se producen las auroras es aproximadamente anular y se denomina aurora
oval, estando centrada en el polo magnético terrestre y abarcando unos 3000 km de radio en
condiciones normales. En condiciones de actividad geomagnética elevada o cuando se produce
una eyección de masa coronal, la aurora oval se extiende a latitudes inferiores.
Aurora oval.
La actividad de las auroras boreales provoca un aumento de las corrientes eléctricas en la
ionosfera, aumentando la probabilidad de degradación de la propagación en los trayectos que
atraviesan la aurora por un incremento en el nivel de absorción de las ondas de radio,
especialmente en las frecuencias bajas.
LAS TORMENTAS GEOMAGNÉTICAS. Entre uno y cuatro días tras una erupción solar o una eyección de masa coronal, una nube de
material solar y su campo magnético interplanetario asociado alcanzan la Tierra, saturando la
ionosfera y provocando una tormenta geomagnética que induce modificaciones en la
magnetosfera. El efecto es más intenso en regiones ecuatoriales y por encima de los 10 MHz,
teniendo duraciones de hasta varios días.
12
Las tormentas geomagnéticas, por tanto, son más frecuentes en periodos de elevada actividad
solar y pueden afectar a las radiocomunicaciones en radio. Las ondas de determinadas
frecuencias estarán sujetas a mayor absorción, hecho que puede provocar desvanecimientos
rápidos y trayectos de propagación poco comunes.
Estas tormentas también pueden afectar hasta a los sistemas de suministro eléctrico, sobre
todo en latitudes elevadas.
CARACTERIZACIÓN DEL CLIMA ESPACIAL. Una vez descritos los conceptos básicos sobre el clima espacial, en este apartado se describen
los sistemas de medición existentes para los distintos parámetros que permiten caracterizar al
clima espacial, así como su aplicación para la generación de alertas que afectan a las
radiocomunicaciones.
ÍNDICES DE PERTURBACIÓN DEL CAMPO GEOMAGNÉTICO (KP, AP). Para medir el grado de perturbación del campo geomagnético como consecuencia de su
interacción con el campo magnético interplanetario del viento solar, se utilizan unos
instrumentos denominados magnetómetros, cuyos datos dan lugar a dos índices de
perturbación denominados Kp y Ap. Cabe decir que realmente es el mismo, pero el primero
logarítmico y el segundo lineal, el Ap únicamente es utilizado por las autoridades Australinas
en su programa IPS.
El índice geomagnético K, de tipo cuasi-logarítmico, muestra la perturbación del campo
geomagnético a nivel local, tomando como referencia la curva de un día tranquilo en la
estación de medición. Puede tener los siguientes niveles y significados:
Valor de K o Kp
Significado
0 Campo geomagnético inactivo
1 Campo geomagnético muy tranquilo
2 Campo geomagnético tranquilo
3 Campo geomagnético intranquilo
4 Campo geomagnético activo
5 Tormenta solar menor
6 Tormenta solar mayor
7 Tormenta solar severa
8 Tormenta solar muy severa
9 Tormenta solar extremadamente severa
Valores posibles de los índices de perturbación del campo geomagnético K y Kp
Pulse aquí Índice Kp actual
El índice geomagnético planetario Kp se deriva a partir de las mediciones del índice
geomagnético K realizadas por diversas estaciones repartidas por toda la Tierra.
13
ALERTAS DE PROPAGACIÓN. Existen diversos organismos que emiten alertas sobre la variación de las condiciones de
propagación en la ionosfera ante eventos de erupciones solares, tormentas geomagnéticas,
auroras boreales, etc. A partir de los análisis de los parámetros descritos anteriormente, entre
otros. Algunos de estos organismos ofrecen su información al público, siendo los más
destacados:
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)
ESA (European Space Agency)
IPS (Ionospheric Prediction Service)
La NOAA ha elaborado un sistema de escalas para cada una de las alertas que emite,
denominada escala de clima espacial NOAA. En las tablas se muestran las escalas para
tormentas geomagnéticas, tormentas de radiación solar y apagones de radio,
respectivamente.
ESCALA NOAA DE APAGONES DE RADIO
CATEGORÍA EFECTOS RAYOS X FRECUENCIA PROMEDIO
R5 Extremo
Apagón completo en la zona del día terrestre, durante varias horas. Imposibilidad en las comunicaciones aeronáuticas y marítimas en estas bandas.
X20 (2E-03)
Menos de uno por ciclo
R4 Severo
Apagón en la mayor parte de la zona del día terrestre, durante una o dos horas. Imposibilidad de contactar en estas bandas durante ese tiempo.
X10 (1E-03)
8 por ciclo (8 días por ciclo)
R3 Fuerte
Apagón en las comunicaciones de HF en áreas extensas. Pérdida de las comunicaciones radio en esta banda durante una hora, en la zona del día terrestre.
X1 (1E-04)
175 por ciclo (140 días por ciclo)
R2 Moderado Apagones de radio limitados en las comunicaciones de HF en algunas zonas del día terrestre, durante decenas de minutos.
M5 (5E-05)
350 por ciclo (300 días por ciclo)
R1 Menor
Apagones de radio débiles en las comunicaciones
de HF en algunas zonas del día terrestre. Pérdidas
ocasionales del contacto radio.
M1
(1E-05)
2000 por
ciclo
(950 días
por ciclo)
14
CAPAS Y REGIONES DE LA IONOSFERA. A partir de una altitud de unos 50 km, la atmósfera presenta un aspecto estratificado en lo que
a densidad de ionización se refiere.
Existen regiones de la ionosfera con elevada densidad de ionización, que reciben nombres
específicos: D, E y F. La región con mayor densidad de ionización es la F, seguida de lejos por la
E. Ambas alcanzan sus valores máximos durante el día.
En estas regiones pueden identificarse capas especiales, que reciben el nombre de D, E1, E2,
F1 y F2, tal y como se puede apreciar en la figura siguiente.
Capas de la ionosfera
La densidad de ionización también depende de otros factores aparte de la altitud, como la
hora del día, la estación del año, la ubicación geográfica y sobre todo la radiación solar. En la
tabla 2.3 se muestra la posición aproximada de cada una de las capas y regiones durante el día
y el efecto que tiene la caída de la noche, cuando la densidad de ionización es mucho meno r.
Capa/Región Altitud durante el día (km) Altitud durante la noche
D 50 – 80 Desaparece
E 90 – 160 Desaparece
Es 100 – 120 Se mantiene
F1 160 – 180 Desaparece
F2 180 – 650 Se mantiene
Altitud de las capas y regiones de la ionosfera durante el día y la noche
15
En los siguientes apartados se resumen las características más importantes de cada una de las
capas y regiones de la ionosfera.
LA REGIÓN D. La región D o capa D se sitúa a una altitud de entre 50-80 km y en ella hay gran cantidad de
átomos y moléculas sin carga. Durante el día, su densidad de ionización y su altitud son muy
estables. Durante la noche, la capa D prácticamente desaparece por efecto de las elevadas
tasas de recombinación multietapa.
Atenuación capa D de noche y de día.
Fundamentalmente, en esta región se produce una gran atenuación de las ondas de radio por
el fenómeno de la absorción. Es el gran enemigo de las comunicaciones ionosféricas que
desaparece por la noche, haciendo de la noche un medio espectacular para enlaces globales.
Nos limita la frecuencia mínima de trabajo LUF (Lowest Useable Frequency) por el día, ya que
esta capa o región no refleja ninguna frecuencia, pero si absorbe casi por completo las
frecuencias inferiores a 1,6 MHz. Lo que viene siendo el límite superior de la onda media.
Hay que tener en cuenta la gran atenuación en la banda de 1,6 a 5 MHz que somete esta
banda durante el día, alcanzando hasta los 35db a esas frecuencias. Esto en transmisión
vertical y multiplíquelo por 2; rayo de ida y de vuelta. Cuanto más oblicua sea nuestra
transmisión más tiempo estará pasando por la capa y más atenuación: Si hacemos más de un
salto a multiplicar por el número de saltos. Pulse aquí para ver actual.
LA REGIÓN E. La región E está situada a unos 90-160 km de altitud, variando ésta con la estación del año. Es
una capa de comportamiento bastante regular y su densidad de ionización depende del ángulo
de incidencia de la radiación solar, alcanzándose máximos con incidencia perpendicular, es
decir, en torno al mediodía.
Puede usarse para transmisiones a corta distancia con multirebote por el día con ángulos de
transmisión elevados.
16
Desaparece completamente por la noche, a excepción de los meses de verano con mucha
actividad solar, SSN>80, en las cuales la podemos utilizar para media distancia con ángulos de
transmisión bajos. En esas noches también existe rebote ionosférico para la banda de onda
media, confiriéndoles la propiedad a esa banda de global.
CAPA E ESPORÁDICA ES. En situaciones de fuerte ionización, se puede crear una pequeña capa dentro de la región E,
conocida como capa E esporádica Es. Se trata de nubes ionizadas que se extienden sobre un
área limitada de un radio de unos 1000 km ó 2000 km y que se desplazan hasta desaparecer al
cabo de unos minutos o incluso horas. La causa principal de la existencia de esta Es es la
variación del viento con altura (viento de cizalla) que, junto a la presencia del campo
magnético terrestre, consiguen comprimir la ionización.
La densidad de ionización puede ser hasta 10 veces superior a la de la región E. Esta capa
puede aparecer a cualquier hora del día y durante cualquier estación del año, siendo más
frecuente en verano durante el día en latitudes templadas, de noche en regiones polares y de
día en regiones ecuatoriales.
La capa esporádica Es refleja las ondas de radio de HF. La propagación usando esta capa
permite establecer enlaces radio de entre 1500 y 2000 km.
LA REGIÓN F. La región F está situada entre los 160 km y los 650 km de altitud y cambia enormemente entre
el día y la noche.
Durante el día, aparecen dos subcapas pronunciadas: la F1 a unos 160-180 km de altitud y la
F2 a unos 180-650 Km, estando su máximo de ionización entre 250-350 km, siendo 300 Km su
altura típica.
LA CAPA F1. En la capa F1 la densidad de ionización depende del ángulo de incidencia de la radiación solar,
alcanzándose máximos con incidencia perpendicular, es decir, en torno al mediodía. En ella se
produce absorción de las ondas de radio. La altitud es bastante estable a lo largo del día. Por la
noche, esta capa desaparece por efecto de la elevada tasa de recombinación multietapa,
fusionándose en la práctica con la capa F2.
LA CAPA F2. La capa F2 comienza a aparecer al amanecer, alcanzando su grado máximo de ionización entre
2 y 3 horas después del mediodía. A partir de ese momento decrece progresivamente y acaba
fusionándose con la F1 para formar una única capa F2 por la noche a una altura de unos 300
km, corresponde al máximo de densidad electrónica de la ionosfera (106 e/cm3). Este máximo
de concentración electrónica no se debe a un máximo en la producción debido a la radiación
incidente ya que éste ocurre a alturas de la capa F1. A alturas de la capa F2, la densidad de la
atmósfera disminuye y los procesos de difusión arrastran el plasma hacia arriba. El máximo de
densidad electrónica se produce a la altura en el que los dos procesos (producción y difusión)
son igualmente importantes.
17
La densidad de ionización y la altitud de la capa F2 dependen enormemente de la ubicación
geográfica, la actividad solar y la hora local. También se producen variaciones significativas de
un día a otro y entre estaciones del año distintas.
La mayor parte de las comunicaciones por reflexión ionosférica se producen en esta región,
concretamente en la capa F2.
COMUNICACIÓN IONOSFÉRICA. Las comunicaciones en esta banda se establecen entre 1,6 – 30 MHz que se denomina banda
de HF (High frecuency), en español y en desuso se denomina onda corta.
La comunicación ionosférica también conocida por el tipo de transmisión, BLOS que viene de
término inglés Beyond Line-Of-Sigh (Más allá de línea de visión). No confundir con LOS, Line-
Of-Sigh (línea de visión) de las comunicaciones convencionales de línea directa en tierra con un
alcance típico de 3,57 Km; viene dado por la siguiente formula:
Alcance máximo (en Km) = 3,57 * Raíz cuadrada (Altura de la antena (en m))
Nada que ver con el alcance global de las comunicaciones en HF.
La radiofrecuencia alcanzará las distintas capas de la atmósfera (troposfera, estratosfera,
mesosfera, ionosfera) y está sujeta a los fenómenos electromagnéticos que tienen lugar en la
ionosfera, fundamentalmente refracción, reflexión y absorción. Todo ello en función de su
longitud de onda.
REFRACCIÓN Y REFLEXIÓN. La densidad de ionización (N) no es homogénea dentro de la ionosfera. Podemos utilizar un
modelo de estratos con distinta densidad de ionización para estudiar los fenómenos de
refracción y reflexión, como se muestra en la figura.
Refracción y reflexión en la ionosfera
Cuando una onda de radio va atravesando estos estratos, sufre refracción, es decir, su
trayectoria se desvía, de acuerdo a la ley de Snell. Se ha comprobado que el índice de
refracción de cada estrato está relacionado con la densidad de ionización y con la frecuencia
de la onda de radio que lo atraviesa, mediante la siguiente fórmula:
18
ni = índice de refracción del estrato (adimensional)
Ni = densidad de ionización del estrato (e-/cm3)
f = frecuencia de la onda de radio que atraviesa el estrato (Hz)
De esta forma y partiendo de las hipótesis iniciales, podemos concluir que, conforme aumenta
la altitud, el índice de refracción decrece, lo que provoca que la onda vaya sufriendo
refracciones cada vez más pronunciadas conforme progresa en altitud.
Llegará un momento en el que la trayectoria del rayo sea paralela a la superficie de la Tierra
hasta que finalmente, si el gradiente de la densidad de ionización de los estratos con la altura
está por encima de un determinado valor, se produzca reflexión total, es decir, la trayectoria
de la onda de radio vuelva de nuevo hacia la Tierra.
Si la onda de radio incidió con un ángulo θ en la ionosfera, se cumplirá la condición de que la
reflexión total se produce en el estrato de la ionosfera para el que el seno de dicho ángulo sea
igual al índice de refracción:
nk = sen θ
BIRREFRIGENCIA. Las ondas de radio que viajan por la ionosfera están sometidas además al efecto del campo
magnético terrestre. Como consecuencia, las ondas se dividen en dos componentes
magnetoelectrónicas de distinta polarización, conocidas como rayo ordinario y rayo
extraordinario, que se propagan con distinta velocidad.
En el caso de incidencia oblicua, es decir, con un ángulo de elevación del diagrama de
radiación de la antena inferior a 90º, los rayos ordinario y extraordinario sufrirán refracción de
distinta forma. Este fenómeno se conoce como birrefringencia y normalmente da lugar a una
rotación del plano de polarización de la onda.
Si la onda que incide en la ionosfera tiene polarización lineal (vertical u horizontal), los rayos
ordinario y extraordinario resultantes tendrán aproximadamente una polarización circular a
derechas y circular a izquierdas, respectivamente.
El cambio de polarización puede inducir pequeñas pérdidas en el balance de potencias total
entre el transmisor y el receptor del circuito de HF, fenómeno conocido como desacoplo de
polarización.
GIROFRECUENCIA. El campo magnético terrestre induce una fuerza (fuerza de Lorentz) sobre los electrones libres
de la ionosfera, que los hace rotar alrededor de las líneas de campo magnético con una
frecuencia en torno a los 1,4 MHz. Esta frecuencia de rotación se conoce con el nombre
de girofrecuencia.
19
Si una onda de radio de frecuencia aproximada a la girofrecuencia incide en la ionosfera, el
efecto combinado del campo electromagnético de la onda y el campo magnético terrestre
harán que los electrones libres sigan una trayectoria espiral progresiva con una velocidad
elevada. El efecto es que la onda de radio de esa frecuencia concreta sufrirá una elevada
atenuación y por consiguiente, cualquier frecuencia próxima, será absorbida y no reflejada.
ABSORCIÓN. Los iones positivos y los electrones se desplazan a través de la ionosfera hasta recombinarse
con otros iones y electrones. Pero este proceso lleva un tiempo, que será tanto mayor cuanta
menor sea la densidad atmosférica. Durante este tiempo, si una onda electromagnética incide
en los electrones libres, los vuelve a poner en oscilación, comunicándoles energía.
Si estos electrones, en su movimiento, se recombinan con moléculas neutrales, pierden esta
energía de oscilación. Esta pérdida de energía se traduce en una atenuación de la onda
electromagnética, fenómeno conocido como absorción y que se da con especial frecuencia en
la capa D de la ionosfera.
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.
Como hemos visto, existen capas de la ionosfera donde se alcanzan máximos relativos o
absolutos de densidad de ionización. Cada una de estas capas tendrá una frecuencia crítica
cuyo valor viene definido por:
f0 = frecuencia crítica de la capa (Hz)
Nmax = densidad de ionización máxima de la capa (e-/cm3)
Las 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, como veremos más adelante.
LA MÁXIMA FRECUENCIA UTILIZABLE O MUF. La Máxima Frecuencia Utilizable o MUF, es aquella situada justo por debajo de la frecuencia
crítica, de 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 oblicua, para un sistema determinado".
20
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 a la siguiente o se pierde en el espacio
exterior.
-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. Se puede determinar
experimentalmente como la frecuencia para la que los rayos de mayor y de menor ángulo de
elevación se unen en un rayo único.
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.
La MUF operacional puede variar con la potencia de transmisión y la sensibilidad del receptor,
mientras que la MUF clásica y la MUF estándar quedan completamente determinadas por la
geometría del enlace radio y el modo de propagación.
Modelo simplificado de tierra plana.
Si la antena transmisora emite con un ángulo de elevación β respecto a la superficie terrestre,
la MUF clásica para cada capa puede calcularse con la siguiente fórmula:
21
MUF = Máxima frecuencia utilizable, clásica (Hz)
Nmax = densidad de ionización máxima de la capa (e-/cm3)
h = altitud a la que se encuentra el punto de máxima ionización de la capa (m)
RT = radio terrestre = 6370 km.
Se puede establecer una relación entre la MUF clásica y la frecuencia crítica de una capa, de la
siguiente forma:
MUF = Máxima frecuencia utilizable para esa capa, clásica (Hz)
f0 = frecuencia crítica de esa capa (Hz)
h = altitud a la que se encuentra el punto de máxima ionización de la capa (m)
RT = radio terrestre = 6370 km.
Para obtener la MUF estándar usando un ángulo de elevación oblicuo, a partir de la MUF
clásica, se utilizan unos parámetros denominados factores de MUF M(D). La MUF estándar
correspondiente a un trayecto de una determinada distancia D, conocida como MUF(D), puede
estimarse multiplicando el valor de la frecuencia crítica de la capa que se esté considerando
por el factor de MUF.
La MUF(D), para un trayecto de una determinada distancia, no debe considerarse como un
valor completamente fiable para el establecimiento de enlaces radio. No obstante, nos puede
dar una idea bastante buena de las condiciones de propagación. El valor óptimo para los
enlaces radio será siempre el de la MUF operacional.
La MUF(D) suele representarse en mapas mundiales, como el de la figura siguiente.
Mapa mundial de MUF estándar
22
En la figura, se representan una serie de contornos para calcular la MUF(3000) entre dos
puntos separados 3000 km. Para ello, se determina la intersección del punto medio de la
trayectoria (a 1500 km de cada extremo) con el contorno más cercano, siendo la MUF el valor
superpuesto a dicho contorno. Con técnicas de adaptación, es posible obtener otros valores de
MUF(D) para distancias distintas a 3000 km utilizando estos mapas.
Por ejemplo, para trayectos de 4000 km se aplica ese mismo proceso pero multiplicando el
valor final por 1,1 para obtener la MUF(4000).
Para el caso de trayectos superiores a 4000 km, éstos se dividen en segmentos iguales de 3000
ó 4000 km. Se toman los dos segmentos resultantes de los extremos y se calcula su MUF
correspondiente siguiendo el proceso anterior. El valor de MUF(D) buscado será el menor de
los calculados para esos dos segmentos.
La MUF sufre grandes variaciones a lo largo del día y de una época del año a otra, como
consecuencia de las variaciones de densidad de ionización.
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 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
IONOSONDAS E IONOGRAMAS. Los valores de la frecuencia crítica, la densidad de ionización y la altura virtual de una capa
determinada pueden medirse a través de ionosondas, que emiten ondas de radio de distinta
frecuencias, habitualmente comprendidas en el rango de 0,5 MHz a 20 MHz, para estudiar
cuales se reflejan en la ionosfera y cuáles no.
Normalmente, las ionosondas emiten y reciben con un ángulo de elevación de 90º, es decir,
perpendicular a la Tierra. Al utilizar este sistema, miden la frecuencia crítica de cada capa.
Las ionosondas también miden el tiempo transcurrido entre la emisión de la onda, su reflexión
en la ionosfera y su recepción final nuevamente en la ionosonda. Si suponemos que las ondas
de radio viajan a la velocidad dela luz, conocidos ambos datos se puede calcular la altitud
exacta donde se ha producido la reflexión. No obstante, por efecto de la ionización, la
velocidad de propagación de la onda en la ionosfera es algo menor, por lo que el valor de
altitud medido no será exactamente igual al teórico, hecho por el que se conoce como altura
virtual de la capa donde se produce la reflexión.
23
Para conseguir este dato, podemos acceder a la página web de Internet del Centro de
Investigación Atmosférica de la Universidad de Mass Lowell (Massachusetts, EE.UU.), donde se
registran las mediciones de la foF2 (entre otros parámetros) realizadas por ionosondas
repartidas por todo el mundo: http://ulcar.uml.edu/stationmap.html
Para el caso particular de España, disponemos de una ionosonda ubicada en el Observatorio
del Ebro (Roquetes, Tarragona) y otra ubicada en el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial
(El Arenosillo, Huelva).
En los ionogramas se representa la siguiente información:
-Eje de abscisas: conjunto de frecuencias de estudio empleadas por la ionosonda.
-Eje de ordenadas: altura virtual, calculada como la conversión de retardo a distancia
asumiendo que la velocidad de propagación es igual a la de la luz.
-Trazas: si para una frecuencia dada se detecta reflexión ionosférica, se representa un punto o
traza en el ionograma en las coordenadas correspondientes a esa frecuencia y a la altura
virtual en la que se estima que se ha producido la reflexión. La traza será más grande cuanto
mayor sea la amplitud de la onda reflejada que se recibe en la ionosonda.
-Código de colores: Se representan datos tanto del rayo ordinario (O) como del extraordinario
(X), que aparentemente se reflejan a distinta altura debido a su diferente velocidad de
propagación. Dentro de cada categoría hay otro código de colores que registra el
desplazamiento Doppler de la onda recibida respecto a la transmitida.
El resultado de las mediciones de las ionosondas se refleja en ionogramas como el del ejemplo
de la figura.
Pinche aquí para ver ionogramagra actual.
24
La información ofrecida por una ionosonda a través de un ionograma se traduce en una serie
de parámetros estandarizados por la URSI (International Union of Radio Science). En la tabla
siguiente se ofrece una interpretación de los parámetros medidos en los sondeos.
Parámetro Significado
foF2 Frecuencia crítica de la capa F2 para el rayo ordinario (MHz)
foF1 Frecuencia crítica de la capa F1 para el rayo ordinario (MHz)
foF1p Predicción de la frecuencia crítica de la capa F1 para el rayo ordinario (MHz)
foE Frecuencia crítica de la región E para el rayo ordinario (MHz)
foEp Predicción de la frecuencia crítica de la capa E para el rayo ordinario (MHz)
fxI Máxima frecuencia para la que se registra reflexión ionosférica, independientemente de si la trayectoria de retorno es perpendicular u oblicua (MHz)
foEs Frecuencia crítica de la capa esporádica Es para el rayo ordinario (MHz)
fmin Mínima frecuencia para la que se observan trazas en el ionograma (MHz)
MUF(D) MUF estándar para trayectos de 3000 km (MHz)
M(D) Factor de MUF para trayectos de 3000 km y la altura h’F2 calculada
D Distancia de referencia para los parámetros MUF(D) y M(D) (km)
h’F Mínima altura virtual para el rayo ordinario de la región F en su conjunto (km)
h’F2 Mínima altura virtual del estrato estable más alto de la región F, para el rayo ordinario (km)
h’E Mínima altura virtual para el rayo ordinario de la región E en su conjunto (km)
h’Es Mínima altura virtual de la capa esporádica Es (km)
hmF2 Altura a la que se encuentra la máxima densidad de ionización de la capa F2, calculada con el método de Titheridge (km)
hmF1 Altura a la que se encuentra la máxima densidad de ionización de la capa F1, calculada con el método de Titheridge (km)
hmE Altura a la que se encuentra la máxima densidad de ionización de la región E, calculada con el método de Titheridge (km)
yF2 Semiespesor de la capa parabólica F2 (km)
yF1 Semiespesor de la capa parabólica F1 (km)
yE Semiespesor de la capa parabólica E (km)
B0 Parámetro de espesor de la IRI (International Reference Ionosphere)
B1 Parámetro de forma del perfil de la IRI (International Reference Ionosphere)
D / MUF MUF estándar para trayectos con las distancias indicadas
Station Denominación de la estación de medición
Interpretación de los datos disponibles en un ionograma.
25
Las ionosondas realizan medidas con una frecuencia típica comprendida entre 2 minutos y 1
hora. La fecha y la hora GMT de cada medida se estampan en el propio ionograma.
Cada capa de la ionosfera tiene su propia frecuencia crítica. Dado que la capa en la que se
produce reflexión en mayor medida para HF es la F2, se suele trabajar con su frecuencia crítica
para la onda ordinaria, conocida como foF2.
Como guía general, las trazas de la capa F suelen aparecer a altitudes superiores a 200 km o
son continuas con trazas a partir de dicha altitud. Las trazas de la capa E suelen aparecer por
debajo de los 150 km, concentrándose sobre todo entre los 100-130 km.
La curva de transmisión estándar se define como el conjunto de factores de MUF aplicables
para determinar la MUF estándar a una distancia de 3000 km utilizando la capa F2, valor que
se conoce con el nombre de MUF(3000). Los factores de MUF correspondientes se
denominan M(3000) y su valor depende de la altura virtual de la capa F2. En la tabla siguiente
se ofrecen algunos de estos valores. La relación entre los parámetros vendrá dada por:
Altura virtual capa F2 (km)
200 250 300 350 400 500 600 700 800
M(3000) 4,55 4,05 3,65 3,33 3,08 2,69 2,40 2,20 2,04
Factores de MUF para trayectos de 3000 km.
Como hemos visto, una ionosonda es capaz de medir la frecuencia de corte de la capa F2 y su
altura virtual. Conocidos estos datos y utilizando el factor de MUF correspondiente, se
determina la MUF(3000). Como ya se ha indicado anteriormente, la MUF(3000) no tiene por
qué ser igual a la MUF operativa, pero nos puede dar una idea bastante aproximada.
En la parte inferior del ionograma se muestran los valores de MUF(D) para varios valores de
distancia de trayecto (D). Los factores de MUF utilizados serán distintos en cada caso.
También existen cómputos de ionosondas globales para una lectura de foF2 de forma global.
Pulse aquí para ver mapa f0F2 actual
26
MONITORES DE ESPECTRO. Los monitores de espectro son instrumentos de monitorización de los niveles de señal
recibidos simultáneamente en todo el espectro radioeléctrico de la banda de HF. Permiten
identificar las mejores subbandas de trabajo para cada franja horaria del día.
En la figura siguiente se muestra un ejemplo de monitor de espectro facilitado por el proyecto
HAARP. En el eje de abscisas se muestra la hora del día y en el de ordenadas la frecuencia de
estudio, comprendida entre 1 MHz y 30 MHz. Para cada hora del día y cada frecuencia, el
monitor de espectro representa un punto más o menos brillante en función de la intensidad de
las señales de radio recibidas.
Monitor de espectro del proyecto HAARP (High Frequency Auroral Research Program)
PROPAGACIÓN POR INCIDENCIA CASI VERTICAL (NVIS). Habitualmente, con las radiocomunicaciones en la banda de HF se persigue el establecimiento
de enlaces de media o larga distancia (DX), mediante propagación ionosférica. Para ello, se
utilizan antenas cuyo diagrama de radiación tiene un ángulo de despegue muy pequeño, del
orden de 30, y frecuencias de cualquier banda inferiores a la MUF (Máxima Frecuencia
Utilizable) existente para una distancia determinada. Los ángulos de despegue reducidos
posibilitan que la primera reflexión ionosférica se produzca a una distancia elevada de la
estación transmisora, aumentando el alcance de las comunicaciones, con el inconveniente de
que esa distancia de salto se convierte en una zona de sombra en la que el radioenlace no
existe, al menos hasta que la onda de tierra se disipe completamente.
Zona de sombra
Esta zona de sombra puede ser de vital importancia en el caso de las comunicaciones de
emergencia, por lo que resulta del máximo interés disponer de sistemas que nos permitan
27
cubrirla. Para ello, podemos emplear un modo de propagación de la banda de HF
denominado NVIS (Near Vertical Incidence Skywave, u onda aérea de incidencia casi vertical),
profusamente utilizado en entornos militares desde la Segunda Guerra Mundial y
generalmente desconocido por gran parte de los usuarios de las bandas de HF.
Para las radiocomunicaciones a corta distancia normalmente se utilizan frecuencias de la
banda baja de HF, 1,6 a 15 MHz, cuya propagación está sujeta principalmente a fenómenos de
reflexión, propagación multitrayecto, refracción y difracción, cuyo alcance puede ser desde
unos 10 km hasta unos 500 km dependiendo de la orografía, las antenas utilizadas y la
potencia de transmisión. Para ampliar el alcance, se utilizan estaciones repetidoras.
El fundamento de la propagación NVIS se basa en la utilización de antenas que tengan un
ángulo de despegue muy elevado, del orden de 70º a 90º, es decir, perpendicular o casi
perpendicular al plano de tierra. Al transmitir en HF con una antena de estas características y
siempre que la frecuencia seleccionada sea la adecuada, la onda radioeléctrica incidirá en la
ionosfera casi verticalmente y se reflejará de vuelta hacia la Tierra con un ángulo de reflexión
muy pequeño, permitiendo cubrir esa zona de sombra.
Para verlo gráficamente con un ejemplo, supongamos que utilizamos una antena NVIS cuyo
lóbulo principal de radiación está comprendido entre los 70º y los 90º de elevación sobre el
plano de tierra. Nos apoyaremos en la figura siguiente.
Esquema de un enlace radio por NVIS
La antena NVIS radia en toda la región comprendida entre 70º y 90º de elevación. Por tanto,
con la primera reflexión ionosférica, que se produce en la capa F2 de la ionosfera, se cubrirá
toda la zona comprendida entre la estación transmisora y un alcance máximo que podemos
determinar mediante un sencillo cálculo trigonométrico.
Conocemos el ángulo de elevación del rayo que proporciona el alcance máximo, que es de 70º.
Tenemos como incógnita la distancia "d", que es justo la mitad del alcance máximo. Para hacer
el cálculo necesitamos un segundo dato, que es la altitud a la que se produce la reflexión en la
capa F2. Esta altitud, denominada hF2, está siendo calculada continuamente por estaciones de
28
sondeo ionosférica (ionosondas) ubicadas por todo el planeta y varía principalmente con la
hora del día.
Para hacernos una idea del alcance, tomaremos los dos valores extremos de hF2 durante esa
jornada, a unos 150 km de altitud de noche y 310 km de altitud de día. Durante la noche, las
capas F1 y F2 de la ionosfera se fusionan en una única capa F, que también permitirá
comunicaciones NVIS.
Llevando estos valores a las fórmulas mostradas en la figura, tendríamos alcances máximos
comprendidos entre los 110 km y los 225 km. Dependiendo de la época, la hF2 puede llegar a
alcanzar hasta los 400 km, lo que nos daría alcances de hasta 300 km con esa elevación del
diagrama de radiación de nuestra antena.
Si el diagrama de radiación de nuestra antena NVIS es más ancho y baja, por ejemplo, hasta
unos 60º de elevación, el alcance sería aún mayor.
Es decir, nuestro sistema NVIS nos permite establecer comunicaciones en HF en un radio de
hasta 500 km alrededor de la estación transmisora, o incluso superior, sin zonas de sombra.
Habitualmente, este tipo de comunicaciones se establecen con un único salto y los niveles de
potencia requeridos son mínimos, siendo casi siempre suficiente el empleo de 20W o incluso
menos.
DISTANCIA MÍNIMA. Debemos comprender que para transmitir una frecuencia superior a la crítica, no vamos a
tener una reflexión vertical. La señal transmitida perpendicularmente se perderá en el espacio
y no será propagada. Será a partir de un ángulo determinado a partir de él tengamos reflexión.
Generando siempre una zona de sombra que puede variar de unos pocos a miles de Km.
Observar zona de sombra en España
29
Para hacernos una idea más concisa de donde viene esta zona de salto mínima veremos el
siguiente ejemplo, hay que destacar que en la distancia inferior a la calculada estaremos en
zona de sombra.
SELECCIÓN DE LA FRECUENCIA DE TRABAJO. Nuestro objetivo será, por tanto, contar con predicciones de la foF2 o, mejor aún, con
mediciones en tiempo real de la foF2 realizadas por una ionos onda cercana a la estación
transmisora y a una hora también cercana. No olvidemos que la foF2 varía significativamente
con la hora del día y que también es distinta dependiendo de la ubicación del transmisor.
Si la ionosonda cercana nos diera el valor de la foF2 de 5,500 MHz. Aplicando la regla del 10%,
si la foF2 es de 5,500 MHz nuestra frecuencia de trabajo NVIS óptima sería de 4,950 MHz.
Una vez realizado el cálculo, podemos encontrarnos con el problema de que no tengamos
autorización a transmitir en la frecuencia de trabajo NVIS o incluso que esa frecuencia esté
ocupada o tenga un nivel alto de ruido o interferencias. En estos casos, seleccionaremos una
frecuencia de la primera banda autorizada inmediatamente por debajo de la frecuencia que
hemos calculado. En ningún caso deberemos transmitir por encima de la foF2, ya que no se
produciría reflexión ionosférica.
La frecuencia de trabajo es esencial para garantizar una correcta operación en NVIS. Como
norma general, deberemos seleccionar una frecuencia un 10% inferior a la frecuencia crítica de
la capa F2 de la ionosfera (foF2) en un momento dado.
Es importante no confundir la foF2 con la MUF. La foF2 es la máxima frecuencia que una onda
radioeléctrica que incide perpendicularmente en la ionosfera puede tener para que se
produzca reflexión. En la MUF se consideran ángulos de incidencia en la ionosfera no
perpendiculares, lo que en la práctica significa que existirá una MUF distinta para cada
distancia de radioenlace.
30
FACTORES QUE AFECTAN A LA PROPAGACIÓN. Una vez analizadas las distintas posibilidades de explotar la banda de HF, en este apartado se
describen distintos factores que pueden afectar a la propagación: desvanecimientos, hora del
día, estación del año, ubicación geográfica, ciclo solar y la línea gris.
DESVANECIMIENTOS (FADING). El desvanecimiento o fading consiste en una pérdida repentina en la intensidad de la señal
recibida, que puede estar originada por varios motivos:
Variación de la MUF: Si se trabaja cerca de la máxima frecuencia utilizable (MUF), ésta puede
variar, dado que las condiciones ionosféricas son muy variables.
Absorción: Se produce un pico rápido de absorción en el medio por el que viajan las ondas.
Muy común en la capa D, donde las ondas de radio provocan el movimiento de los electrones
libres, que se recombinan con moléculas de carga neutra provocando la atenuación de la onda.
El efecto se acentúa cuanto menor sea la frecuencia de trabajo. En los casos de erupciones
solares, cuando el plasma liberado por el Sol impacta en la ionosfera se producen fenómenos
acentuados de absorción.
Desacoplo de polarización: Como ya vimos, tras reflejarse y/o refractarse, la onda puede sufrir
un cambio de polarización que hace que se tengan pérdidas por desacoplo de polarización en
el receptor.
Propagación multicamino: Como consecuencia de las reflexiones en la ionosfera y en los
obstáculos terrestres, al receptor terminan llegando con diversos retardos ondas que siguen
trayectos similares pero no iguales, con una diferencia de fase que puede oscilar entre 0º y
180º. Si la diferencia se aproxima a 180º, la onda resultante a la entrada del receptor tendrá
una intensidad mucho menor.
LA HORA DEL DÍA. Durante la noche, los rayos solares no inciden directamente en la atmósfera. Esto implica que
el proceso de fotoionización descrito anteriormente se detiene. Sólo en las regiones más altas
de la atmósfera existe algo de actividad remanente. La capa D de la ionosfera desaparece
completamente por efecto de las elevadas tasas de recombinación multietapa
Durante el día, la densidad de ionización de las capas E y F es del orden de 100 veces mayor
que durante la noche.
Este hecho provoca que las frecuencias críticas de las distintas capas ionosféricas sean más
altas durante el día y más bajas durante la noche. Contrariamente a las alturas de las capas, las
cuales son menores por el día y más altas por la noche.
31
Datos Mediodía Datos de noche
Variaciones de la frecuencia crítica con la hora del día
Hemos visto que la hora del día es un parámetro crítico en las comunicaciones y que esto es
debido a la actividad solar. Pero también es importantísima la hora del día en nuestro
receptor.
A la hora solar global se la denomina línea gris y en función de esta, podemos diferenciar la
zona de nuestro receptor y transmisor, dificultando las comunicaciones si se encuentran en
diferente zona.
Verano Invierno Equinocio
Merece una especial reseña la comunicación por línea gris, en la cual, durante 10 minutos, al
entrar o salir de la línea gris podemos comunicar fácilmente por las zonas de las línea con poca
potencia. Esto ocurre porque la capa D tarda unos 10 minutos en formarse y al anochecer la
capa F2 tarda otros 10 minutos en elevarse. Pinche aquí para ver actual.
32
LA ESTACIÓN DEL AÑO. La densidad de ionización es mucho mayor en el verano que en el invierno, ya que al ser más
largos los días, la ionosfera recibe mayor cantidad de radiación solar. En general, este efecto
provoca que las frecuencias de corte se mantengan altas durante un mayor número de horas
al día.
LA UBICACIÓN GEOGRÁFICA. Como ya vimos en la descripción de la propagación transecuatorial, la densidad de ionización
es mucho mayor cerca del Ecuador que cerca de los Polos, ya que en estos últimos se recibe
menor cantidad de radiación solar. Esto provoca que las frecuencias de corte sean menores en
las zonas polares que en las ecuatoriales.
Así mismo, hay que considerar que los enlaces radio en HF pueden tener trayectos muy largos
que atraviesen distintas zonas del día y de la noche, donde a su vez habrá variaciones de MUF
y de la altura de las capas ionosféricas.
LA INCIDENCIA SOBRE TIPO DE TERRENO. Al utilizar comunicaciones que realicen más de un salto ionosférico, generalmente distancias
superiores a 3.000 km, idealmente, el rayo incide sobre el terreno y se vuelve a reflejar con la
misma trayectoria y con la misma potencia si fuera un reflector perfecto. En la práctica no es
así, cada tipo de terreno tiene unas características propias que conviene analizar.
Tipo Conductividad Const. dieléctrica Agua salada 5.0 81
Agua salada 10° 4.0 80
Agua salada 20° 4.0 73 Agrícola rica, cerros bajos 0,01 15
Marisma, boscosa, plana 0,008 12 Pantanoso, muy arbolado 0,0075 12
Colina pastoral, suelo rico 0,007 17 Agua dulce 20° 0,005 80
Tierra muy húmeda 0,005 30
Colinas y bosques 0,004 13 Rocosa, colinas empinadas 0,002 15
Tierra fértil 0,002 10 Colinas montañosas < 1000m 0,002 5
Agua dulce 10° 0,001 84 Agua dulce 0,001 80
Seco, arena, costero 0,001 10
Ciudad población media 0,001 5 Mar helado 0,001 4
Región ártica 0,0005 3 Ciudad población alta 0,0004 3
Capa de hielo polar 0,0003 3 Ciudad población extrema 0,0001 3
Hielo polar 0,0001 1
Tipos de tierras clasificadas de mejor a peor.
33
Cada uno de estos tipos de tierra tiene un índice de refracción a diferentes frecuencias y la
atenuación será mayor a medida que nuestro rayo incida en una tierra peor.
Este factor es determinante a la hora de realizar comunicaciones multisalto, sobre todo a
partir de 3.000 Km. Hay que diferenciar la buena reflexión de la onda en el mar a la pésima que
se realiza en tierra, sabiendo que en las zonas árticas y desiertos de arena, la reflexión es casi
nula.
LA METEOROLOGÍA. Como es lógico pensar que de camino a la ionosfera nos encontramos con otro medio
inestable que es la troposfera, esta nos afecta especialmente los días de lluvia.
Debe de conocer que la atenuación en el espacio libre está determinada por la humedad del
aire y es especialmente variable en entornos lluviosos. En función del tamaño de la gota de
lluvia podemos tener una leve atenuación por la lluvia o con gotas grandes de lluvia que
absorben una parte de nuestra señal y provocan un alto desvanecimiento por cambi o de fase.
Los días de niebla también son significativos, no tanto por la leve atenuación, sino por el fading
que nos puede arruinar la comunicación.
También encontramos una fuerte atenuación al atravesar nubes cargadas eléctricamente.
Estaríamos en lo correcto si afirmamos que los días lluviosos perjudican seriamente la
propagación ionosférica.
PROPIEDADES DE LAS BANDAS DE FRECUENCIA.
BANDA DE 1,6 – 2 MHZ Aunque esta banda apenas tiene cualidades de propagación ionosférica, incluso se puede
considerar de onda media MW. Tiene una fuerte transmisión por onda de tierra,
propagándose por la superficie de la tierra hasta el receptor. Recoge todo el ruido de la
superficie e ionosfera por el día y sobre todo en verano, propagándose exclusivamente por la
capa E. En esta banda se pueden conseguir por la noche comunicaciones por rayo directo hasta
una distancia de unos 2.000 km por la noche. Si se usa la capa F2 durante el día, se pueden
conseguir saltos del orden de 600 km, aunque es la banda más afectada por la absorción en la
capa D en esas condiciones y necesitaríamos grandes potencias para tener una recepción muy
ruidosa por el día.
Es una banda muy útil por la noche y poco afectada por los ciclos solares, ya que la MUF muy
rara vez baja por debajo de los 3 MHz.
Día Noche
34
BANDA DE 2 – 4 MHZ. Esta banda se ve muy afectada por los fenómenos de absorción en la capa D y por el ruido, lo
que hace que sea mucho más útil por la noche (desaparece la capa D) que por el día.
El alcance normal es de unos 800 km por la noche y es difícil realizar saltos múltiples, aunque
es posible durante las noches de invierno alcanzándose enlaces de varios miles de kilómetros.
Es una banda muy ruidosa, sobre todo de día, limitado de día a transmisores muy potentes.
Día Noche
BANDA DE 4 – 7 MHZ. Se usa sobre todo de día, ya que la propagación por reflexión en la capa F2 permite enlaces
radio de hasta 1500 km. Sufre mucho menos atenuación por la capa D que frecuencias
inferiores. Es la única banda que nos permite tener una frecuencia única, diurna y noctucna.
Durante el amanecer y el anochecer en el invierno, tiene un alcance mundial.
En latitudes medias como España es la banda más utilizada como NVIS y por lo tanto la más
restringida, especialmente por encima de 5 MHz que disminuyen notablemente los ruidos
atmosféricos e ionosféricos. Prácticamente para uso oficial, la asignación y su uso están muy
restringidos.
Es una banda poco afectada por los ciclos solares y las variaciones ionosféricas. Los saltos
pueden ser superiores a los 1000 km.
Día Noche
BANDA DE 7 – 10 MHZ. La banda más utilizada para medias distancias entre 300 y 1200 Km, muy dependiente de la
hora del día, solo utilizamos esta banda para muy largos alcances en épocas con SSN superior a
35
60. Es la única banda de largo alcance en ciclos solares bajos. La absorción por capa D es
prácticamente nula y la convierte en una frecuencia diurna. También puede ser utilizada como
frecuencia NVIS a determinadas horas del día, especialmente a mediodía.
Día Noche
BANDA DE 10 – 14 MHZ. Es la banda reina de las comunicaciones a larga distancia. En esta banda se pueden realizar
enlaces radio de alcance mundial mundiales de forma normal. Suele estar abierta las 24 horas
del día, salvo en casos de mínimo del ciclo solar, en las que tiene mayor probabilidad de verse
afectada por el fading y menor alcance. El ruido en esta banda es muy bajo, nada afectada por
absorción de la capa D. Muy afectada por la estación del año, dejándola prácticamente
inservible en invierno, recuperando en primavera y otoño, siendo el verano la mejor estación
con diferencia; incluso con muy bajas potencias conseguimos muy largos alcances. Con altas
potencia conseguiríamos un alcance global tanto diurno como nocturno.
Día Noche
BANDA DE 14 – 18 MHZ. Banda muy cerrada de noche, excepto años con mucha actividad solar, SSN cerca de 100.
Sin embargo podremos realizar enlaces a grandes distancias, pero limitados a algunas horas
del día diurnas. Nada afectada por la capa D, pero muy afectada por la hora, requiere de
mucha potencia, pero de nada valdría más potencia por la noche, ya que nos pasaríamos de la
MUF nocturna.
Amanecer Mediodía Tarde
36
BANDA DE 18 – 21 MHZ. Se trata de una banda muy variable, dependiendo de los ciclos y la actividad solar. En las
épocas valle del ciclo solar prácticamente no se puede utilizar, mientras en las épocas pico
permite enlaces radio de alcance mundial con muy poca potencia. Banda cerrada por la noche,
excepto con SSN cercano a 100 en los que tendríamos pequeñas zonas alejadas y cambiantes
con la hora de cobertura.
Suele estar abierta las 24 horas del día en zonas ecuatoriales los años de máxima actividad
solar.
Amanecer Mediodía Tarde
BANDA DE 22 – 24 MHZ. Banda muy cerrada de noche, excepto años con mucha actividad solar, SSN cerca de 100.
Sin embargo podremos realizar enlaces a grandes distancias de día, pero limitados a algunas
horas del día y ciclos solares altos.
Amanecer Mediodía Tarde
BANDA DE 25 – 28 MHZ. Es una banda completamente cerrada en los mínimos de actividad solar y por la noche. En los
máximos, permite enlaces radio muy distantes con baja potencia y reflexión en la capa F2.
Siendo muy dependiente de la hora hasta el punto de tener cobertura en una zona y minutos
después tener cobertura en una zona 100km distante. En esta banda, la aparición de la capa
esporádica E puede permitir alcances de hasta 2000 km, incluso por la noche, muy comunes en
verano con máximos de ciclo solar.
Amanecer Mediodía Tarde
37
ÁNGULO ELEVACIÓN DE LA ANTENA. Es importantísimo el ángulo de radiación máximo vertical para no arruinar nuestra
comunicación, tanto o más que la potencia a utilizar. La combinación del diseño de nuestra
antena y la distancia a la tierra nos dará el ángulo máximo de ganancia vertical. De forma que a
poca distancia nos interesa un ángulo de radiación casi vertical de 90 y para larga distancia un
ángulo de 00, el cual resulta casi imposible para antenas con menos de 50 metros altura
respecto a la tierra.
ÁNGULO ELEVACIÓN DE LA ANTENA RECOMENDADOS.
DISTANCIA CORTA (0-300 Km) MEDIA (300-1200 Km) LARGA(1200-4500 Km)
TIPO DE ANTENA NVIS, DIPOLO, V INVERTIDA, LAZO, L INVERTIDA.
DIPOLO, V INVERTIDA, LAZO, HILO LARGO, L INVERTIDA, HILO INVERTIDO, LATIGO, VERTICAL ROMBICA.
V INVERTIDA, HILO LARGO, VERTICAL ROMBICA, YAGUI, LOGOPERIODICA.
ANGULO ANTENA 60-90° 30-60° 0-30° FRECUENCIA 2-12 MHz 4-20 MHz 6-30 MHz
NOCTURNA 2-6 MHz 4-12 MHz 6-20 MHz DIURNA 4-12 MHz 6-20 MHz 12-30 MHz
ÁNGULO RADIACIÓN IDÓNEO EN FUNCIÓN DISTANCIA.
Angulo radiación máxima antena
Distancia óptima nocturna en km
Distancia óptima diurna en km
Distancia libre de obstáculos en m
0 3320 4508 18.000
5 2415 3703 1932 10 1932 2898 966
15 1450 2254 644 20 1127 1771 483
25 966 1610 370
30 725 1328 298 35 644 1127 241
40 564 966 201 45 443 805 169
50 403 685 145 60 258 443 105
70 153 290 64
80 80 145 32 90 0 0 0
38
De igual modo la antena receptora debe poseer el mismo ángulo que el transmisor, ya que
este viene dado por el camino ionosférico.
GANANCIA Y DIRECTIVIDAD DE LA ANTENA. Todas las antenas poseen cualidades de ganancia o de pérdidas para una frecuencia dada, esta
ganancia puede referirse respecto a un isótropo en dBi o dB respecto a un monopolo de cuarto
de lambda para esa frecuencia.
Tendrá una ganancia para cada punto del espacio, tanto vertical, como horizontal. Debe
considerar fundamental conocer este parámetro de su antena, tanto para saber el ángulo
vertical de radiación máxima, como cuantificarlo.
Diagrama radiación de una antena a una frecuencia dada.
Representación tridimensional de radiación de la misma antena.
Es aplicable a la antena tanto en transmisión, como en recepción.
Tenga en cuenta que las antenas de HF son muy susceptibles con la tierra y esta varía a lo largo
del año, dependiendo sobre todo de la humedad de esta. Con lo cual variará sus características
durante el transcurso del tiempo, lluvias, hierbas, etc.
39
ADAPTACIÓN DE IMPEDANCIAS. Es muy corriente pensar que todas las antenas tienen 50 Ohm como los cables de
radiofrecuencia y que están diseñadas para ello. Si usted lo piensa está más que equivocado.
Hay que tener en cuenta que para frecuencias de 1,6 a 30 MHz implican una longitud de onda
lambda de 187 a 10 metros, la variación de longitud de la antena debería ser 18,7 veces,
dependiente de la frecuencia.
Si usamos una única frecuencia y calculamos su longitud tampoco sabremos su impedancia, ya
que esta varía con el tipo de tierra y la altura a la que se encuentre.
Para adaptar impedancias debemos recurrir a acopladores de antena, que no son otra cosa
que una matriz inteligente de bobinas y condensadores, de forma que al meter estos
componentes en serie y paralelo con la antena es como si la recortara o expandiera
eléctricamente para buscar los 50 Ohm deseados sin modificar sus caracteristicas.
También disponemos de transformadores de relación para acoplar impedancias, cabe
diferenciar dos tipos: Balanceados y no balanceados.
Los balanceados se suelen llamar BALUN (Balance/Unbalance) para adaptar una antena
simétrica no referenciada a tierra, un dipolo por ejemplo.
No balanceados UNUN (Unbalance/Unbalance) para adaptar impedancias de una antena
referenciada a tierra, un monopolo por ejemplo.
Es muy corriente encontrarlos en el mercado con unas relaciones 1:1, 1:2, 1:4, 1:9, 1:12, 1:16.
Son muy utilizados en antenas de banda ancha o toda banda.
Por ejemplo: Usaríamos un balun 1:12 si nuestra antena tiene 600 y nuestro cable 50 Ohm.
Los balun 1:1 especiales de corriente son los más indicados para las antenas de HF, aun
teniendo acoplador, pienso que todas las antenas deberían de poseer uno.
Las únicas antenas que en teoría poseen una misma impedancia para toda la banda son las
logaritmicoperiódicas por su diseño, pero cerca de tierra nunca se cumple.
Todas las antenas deben de estar acopladas, tanto en transmisión como en recepción,
especialmente importante en el transmisor, ya que si no es así, quemaremos el equipo por
exceso de SWR (Stational Wear Reletion), relación de ondas estacionarias ROE; lo que implica
mucha potencia reflejada que la antena no puede transmitir por desadaptación de
impedancias.
TIPO DE MODULACIÓN. Cabe distinguir tres modos analógicos de modulación, modulación de amplitud AM, banda
lateral única SSB y portadora pulsante CW.
La modulación en AM se utiliza para radiodifusión, siendo muy inestable y especialmente
afectada por el fading, lo que nos genera mucha distorsión y en comunicaciones de larga
distancia no se suele reconocer la voz del interlocutor.
40
En banda lateral única SSB (Single Side Band) disponemos de banda lateral superior USB
(Upper Side Band) e inferior LSB (Lower Side Band). Con este tipo de modulación conseguimos
un alcance mucho mayor que con cualquier otro tipo por el efecto doppler, ya sea superior o
inferior. Pero tenemos el inconveniente de variaciones de fase y de frecuencia, para lo cual
dispondremos un mando en nuestro receptor llamado clarificador, que desplaza ligeramente
en frecuencia nuestro receptor para reconocer la voz de nuestro transmisor.
La portadora pulsante CW es utilizada para morse o telegrafía y es susceptible al fading.
Logramos alcances mayores que con AM pero inferiores que con SSB.
Las modulaciones digitales de fase, son extremadamente sensibles a desvanecimientos,
aportando una buenísima calidad de voz y datos, pero requiere de muchísima más potencia
para la misma cobertura.
RUIDO EN ANTENA RECEPTORA. Hay que resaltar la especial influencia del ruido espacial y el ruido de superficie sobre nuestro
receptor. Siempre va a ser un umbral de referencia a superar, de modo que cuanto más ruido
recoja nuestra antena receptora más potencia se requiere de nuestro transmisor.
El ruido espacial es imposible eliminarlo y es inherente a nuestra localización y al clima
espacial. El ruido de superficie es generado por el hombre, de forma que todas las radiaciones
que generamos se propagan por onda de superficie y las recoge nuestra antena, espurios
eléctricos, ordenadores, telefonía móvil, motores, etc.
Todas estas señales se transmiten pon onda de superficie únicamente con polarización
horizontal, de forma que utilizando antenas verticales atenuamos el problema.
También lo atenuamos con antenas eléctricamente cerradas y muy especialmente con antenas
sintonizadas, con condensadores o bobinas. De ahí que se pueda asegurar que la antena que
es buena para transmitir no significa que sea buena para recibir.
El ruido de superficie no sólo lo recoge la antena por sí sola, la mayoría del ruido nos entra por
la tierra, de ahí la importancia de esta. Un buen sistema de tierra física de la antena atenúa
enormemente el ruido. Un sistema de tierra adecuado posee una red de picas enterradas en el
suelo y unos cables conductores uniendo estas, tanto en disposición en estrella o en tri ángulo
debajo de la antena. También hay que aclarar que cuanto mejor sea nuestra tierra más suele
subir el ángulo de radiación de la antena, modificando sus características.
Hay que unificar la tierra física con el receptor y siempre aislada de la tierra eléctrica, que
actúa como una superantena para los ruidos de superficie, especialmente en frecuencias de
1,6 a 4MHz.
Localización Nivel de ruido Urbano -140.4 dBW/Hz Residencial -144.7 dBW/Hz Rural -150.0 dBW/Hz Remoto -163.6 dBW/Hz Nivel de ruido en función de la localización.
41
Observe que el nivel de ruido de un entorno urbano es 200 veces mayor que uno remoto.
POTENCIA. La potencia necesaria para un enlace de HF es muy variable, dependiente de todo lo
anteriormente descrito. Pese a eso, podemos aproximar unas potencias medias para
diferentes distancias.
Generalmente para cortas distancias <300 Km suele ser suficiente con 20W con unas antenas
óptimas, aunque típicamente se utilizan más de 100W para asegurar la comunicación.
Para media distancia; de 300 a 1.200 Km, generalmente basta con 100W, llegando hasta 400W
en años de baja actividad solar.
Para larga distancia; de 1.200 a 4.500 Km, suele ser suficiente con 400W, llegando hasta 1KW
la potencia necesaria.
Para muy larga distancia >4.500 Km, el rango de potencias es muy variable, desde 1KW hasta
10KW, a partir de esa potencia apenas conseguimos alcance con mayor potencia.
Las emisoras de radiodifusión comerciales y estatales de ámbito global utilizan transmisores
cercanos a los 500KW con antenas direccionales, siendo la más prolífica la VOA (Voice of
America) y en nuestro caso, REE; Radio Exterior de España. Teniendo una cobertura muy
próxima a la cobertura de 10KW, igualmente limitada a ciertas horas del día.
Quedan para la historia los supertransmisores de HF de la guerra fría, en los cuales utilizaban
potencias de 3MW, sí, sí, no me he confundido. Eran sistemas secretos para detección
antisubmarina y detección de misiles. Al utilizar estas potencias fundían la capa D y por lo
tanto hacían agujeros sistemáticos en la capa de ozono.
Estos requerimientos no implican que ciclos altos de actividad solar y en determinadas noches
de verano, no se pueda hacer una comunicación global en alguna parte del planeta con tan
solo 20W.
42
CONCLUSIÓN. Si con todos los parámetros que afectan a la propagación ionosférica usted es capaz de
establecer cuáles son los requisitos de su estación; potencia, antena, frecuencia, etc. Hágalo
saber a toda la humanidad, le estaremos agradecidos. Nuestra intención era solamente
instruirle en las cosas que no debemos de hacer. Las comunicaciones en HF resultan casi
impredecibles, pero siguiendo estas explicaciones usted tendrá éxito en más del 80% de los
enlaces y conocerá aquellos que son imposibles.
Tenga en cuenta que Radio Exterior de España, transmite desde Noblejas en Toledo, con
potencias de 600 Kw y antenas direccionales de más de 70 metros de altura y es incapaz de
llegar a determinadas zonas del planeta más de una hora al día; a veces ni llega.
Pese a todos los inconvenientes que posee esta banda, también tiene sus ventajas:
Son estaciones autónomas; no necesita de nada externo.
Son bandas que no les afecta la guerra electrónica y por lo tanto, casi imposible de interferir.
Resulta casi imposible localizar al transmisor.
Conseguimos comunicaciones casi globales con relativa poca potencia.
Todo estas ventajas unidas a las desventajas del medio hace que la banda de HF sea
considerado el más ventajoso medio de comunicación de emergencia. Aunque existan otros
medios más seguros como la telefonía, comunicación satélite, visual, etc. Nunca dejará de
existir y sería un grave error despreciarla.