ONDAS DE RADIO
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LA IONOSFERA DURANTE LA NOCHE
Sin radiación solar las capas F1 y F2 se juntan y forman una sola, la capa F entre 300 y 400 Km. Sobre la superficie de la tierra, débilmente ionizada, refleja las señales de hasta 10 mhz aproximadamente, mientras que el resto de las señales se pierden en el espacio exterior. Durante periodos de máxima actividad solar, con iotización nocturna intensa, las señales superiores a los 14 mhz e incluso las de 50 mhz se pueden reflejar en esta capa. La distancia a cubrir en un solo salto es de cómo minino 4000 Km. Y se logran distancias mayores mediante saltos múltiples.
LAS COMUNICACIONES EN FRECUENCIAS DE VHF
Dentro de las frecuencias de VHF existen tres bandas para uso de radioaficionados, que son las siguientes:
Banda de 6 metros: de 50 a 54 Mhz
Banda de 2 metros: de 144 a 148 Mhz
Banda de 1, 25 metros: de 220 a 225 Mhz
La característica distintiva de las ondas de radio de VHF, UHF y SHF (a partir de los 30 Mhz) es su corto alcance sobre la superficie terrestre. Se limita a decenas de kilómetros para comunicaciones directas punto a punto
entre estaciones terrenas. Cuando atraviesan la atmósfera no se reflejan en las diferentes capas, las atraviesan totalmente y se pierden en el espacio exterior. El límite es el horizonte óptico. La televisión y la radio en frecuencia modulada se transmiten en VHF, con alcance local solamente. Para comunicaciones a miles de kilómetros se utilizan satélites artificiales que reflejan la señal que llega en una línea recta y retorna hacia la superficie En ciertas condiciones se pueden aprovechar las características de refracción de la atmósfera y se logran distancias considerables durante períodos variables de tiempo, que incluso pueden permanecer durante días. La
capa de la atmósfera que tiene mayor influencia sobre las frecuencias de VHF y superiores es la troposfera, gobernada por los cambios de clima. Las condiciones de propagación de VHF, al igual que los cambios climáticos, se pueden predecir con relativa exactitud.
REFRACCIÓN TROPOSFERICA
Se localiza en la TROPOSFERA, y permite que las ondas de radio experimenten una relativa curvatura hacia la tierra, superando el horizonte óptico. Existen dos tipos de refracciones:
REFRACCIÓN DE SUPERFICIE
También conocida como Propagación por onda de superficie. Las señales de VHF se desplazan en línea recta en todas direcciones incluso hacia el espacio exterior donde se pierden. Para comunicaciones terrenas, el alcance teórico
se limita al horizonte óptico, debido a la curvatura del planeta. La superficie de la tierra absorbe parte de las señales y se logra un alcance aproximadamente un 30% mayor que el alcance óptico.
Una estimación del radio de alcance de la señal se puede obtener con la siguiente formula:
Por ejemplo, para una estación "A" que posee su antena a una altura H de 20 metros (la configuración que habitualmente se utiliza en una torre con dipolos de HF) el radio de alcance D será de 18 km. Otra estación "B" que
posee una altura de H' 12 metros, tendrá un radio de alcance D' de 14,2 km.
La separación física máxima que puede existir entre estas dos estaciones será la suma del radio de alcance de cada una. En el ejemplo es de 18 Km. + 14,2 Km. = 32,2 km. De esta manera el radio de alcance de una estación se encuentra dentro de los limites del radio de alcance de la otra. Estas distancias se cumplen en condiciones normales de la atmósfera y es la distancia en que la comunicación será 100% confiable, aunque en ciertas condiciones de refracción y utilizando potencias elevadas las distancias serán de cientos de kilómetros.
SÚPER REFRACCIÓN
Una vez superado el horizonte óptico, las señales de VHF se pierden en el espacio, y en otros casos no tan frecuentes pueden describir una curva descendiente mientras se desplazan. La distancia cubierta por la señal es de
aproximadamente 1200 Km. Y la atenuación es prácticamente escasa.
La prolongación del camino en cientos de kilómetros por refracción en la troposfera se produce cuando las señales son dobladas en su trayectoria y vuelven a la superficie de la tierra. En frecuencias de VHF sucede gracias a diferencias en el índice de refracción de la troposfera, generado por las
variaciones climáticas propias de esta región. La distancia máxima a cubrir en estas circunstancias, habitualmente de cientos de kilómetros, depende de La altura de la región atmosférica común a ambas estaciones de radio. El
índice de refracción es variable con respecto a los cambios de clima, que son propios de la baja atmósfera. La potencia en los equipos toma carácter secundario, siendo la altura de antena la condición necesaria para lograr
distancia.
Refracciones normales permiten extender el radio horizonte 1/3 más, y condiciones favorables no tan frecuentes permiten un alcance mayor, de cientos de kilómetros, sin perdida en la intensidad de la señal. Esta situación, siempre está presente en mayor o menor grado y a veces se la desconoce, y es la que se aprovecha permanentemente en VHF gracias a las
condiciones variables de humedad.
Cuando el índice de refracción aumenta, las ondas de radio incidentes se doblan y llegan nuevamente a la tierra, si el área refractaria abarca un área extensa, mayor será la distancia a comunicar, que puede llegar a los 1500 km.
La causa de esta situación es la diferencia de temperatura del aire con la altura y una caída abrupta de humedad, fenómeno conocido como inversión de temperatura. Las siguientes condiciones habituales del clima pueden crear
importantes inversiones de temperatura.
RADIACION DEL CALOR DE LA TIERRA
Después de la puesta del sol, la temperatura del aire cercano a la superficie del terreno se enfría, llevando hacia arriba el aire caliente. Este último permanece arriba, creando la inversión de temperatura (capas de este aire caliente sobre capas de aire frio). El enfriamiento continúa durante la noche y hasta antes del amanecer creando una inversión hasta una altura de 500 m. Esta situación se ve favorecida por las noches de verano calmas y desfavorecidas por el viento y las nubes.
FRENTES DE ALTA PRESION
Estos frentes aplastan el aire, lo comprimen y elevan su temperatura. Capas de este aire caliente sobre las capas de aire frio se forman entre los 500 y los 3000 metros. Se intensifica durante la noche y a la mañana temprano,
cuando la temperatura de la superficie se enfría y se mantiene. Es notable el efecto que producen las capas alternadas de aire caliente y frio, permitiendo refracción a lo largo de grandes áreas.
FRENTES DE AIRE CALIENTE Y DE AIRE FRIO
Otra causa, que provoca algunas mejoras en la refracción, son las inversiones de temperatura por frentes de aire caliente y frentes de aire frio.
Los primeros aparecen a la cabeza de una masa de aire caliente en movimiento sobre un área de aire frio y estable. Este tipo de inversión se mantendrá estable a lo largo de cientos de Km. por delante de este frente.
El segundo, con inversiones inestables, aparece a la cabeza de masas de aire frio buscando lugar bajo aire caliente estacionario. La mejor refracción se produce paralelamente y detrás del aire frio pasajero.
OTRAS CAUSAS DE INVERSIONES DE TEMPERATURA
Los vientos calientes y secos pueden calentar el aire frio de grandes llanuras, y crear una importante inversión, especialmente en primavera. Si
la llanura está cubierta de nieve, la inversión será mucho mayor.
En las costas existe una leve corriente de aire frio, estable, que sube 50 Km. sobre el mar después del atardedecer en noches de verano. Por las propiedades moleculares del agua, esta permanece caliente aun de noche, con la costa fría, y este aire frio que sopla permite elevar ese aire caliente que permanecía sobre el mar. De esta manera se produce la favorable inversión de temperatura con el aire caliente arriba, proveniente del agua, y la brisa fría por debajo. De esta manera se mejoran notablemente las refracciones a lo largo de áreas cercanas a ríos y mares.
DESVANECIMIENTO TROPOSFERICO
Turbulencias en la baja atmósfera y pequeñas variaciones en el clima generan el desvanecimiento de las señales de VHF. Condiciones locales (lluvias, aire caliente ascendente de las ciudades, humedad caliente ascendente de los ríos o lagos), desestabilizan el camino de la onda y por lo tanto afectan la
propagación.
Los aviones en movimiento generan una agitación sonora debido al reflejo de las señales. Estas llegan por un camino alternativo en diferente fase, cambiando constantemente con la trayectoria del avión.
DISPERSION
DISPERSION POR CAPA ESPORADICA E
En esta capa se forman nubes de alta densidad iónica, son esporádicas, hasta el momento no se pueden predecir, su intensidad es variable y permiten condiciones extraordinarias de propagación en las bandas de HF y VHF. En frecuencias superiores a los 30 mhz se pueden cubrir distancias comprendidas entre los 900 Km. y los 2200 Km., y por doble salto de 4000 km. Por saltos múltiples, poco habituales, se alcanzan distancias mayores a los 10.000 Km.
en 50 mhz y mayores a 3000 Km. en 144 mhz.
La mayor posibilidad se presenta siempre durante la mañana y al atardecer, en primavera y verano, aunque pueden aparecer en forma repentina en cualquier momento.
Las señales son fuertes y la mayoría de las estaciones las pueden utilizar. En bandas de 50 Mhz con antenas simples y pocos watts se pueden cubrir distancias sorprendentes. Las nubes esporádicas pueden elevar la frecuencia mínima utilizable en forma muy repentina, de manera que si disminuye la distancia a cubrir en 50 mhz, al cabo de unos minutos se incrementara la distancia a cubrir en 144 mhz. Una indicación de esto se produce cuando la distancia cubierta de 2200 Km. en 50 mhz disminuye a 700 Km., es aquí cuando la distancia de 2200 Km. se podrá cubrir en 144 mhz.
Este tipo de propagación, investigada actualmente, no tiene relación con los ciclos solares.
DISPERSION IONOSFERICA
Tiene lugar en la IONOSFERA, y según la densidad iónica las señales incidentes se dispersan o refractan, siempre en todas direcciones, inclusive hacia la superficie de la tierra. La intensidad de las señales se debilita por el rebote en las capas de ésta alta atmósfera, por lo que requiere transmisores de alta potencia y buenos receptores. Existen dos tipos de
dispersiones ionosféricas, dispersión corta y dispersión larga: en la primera, la señal no llega a rebotar en la capa F ya que se refleja en la zona de dispersión y vuelve a la tierra, no es muy útil ya que retorna deformada y debilitada. La segunda, rebota en la capa F y luego se refleja hacia la tierra en la zona de dispersión, otorgando una señal débil pero no deformada (para este tipo de dispersión la frecuencia máxima difícilmente
supera los 100 Mhz).
DISPERSION TRANSECUATORIAL
También conocida como TE, en este tipo de dispersión el campo magnético terrestre altera las capas superiores de la ionosfera durante los máximos del ciclo solar y de esta manera aumenta el grado de ionización. Se produce un abultamiento en la capa F2 en grandes áreas situadas sobre el ecuador
geomagnético, permitiendo la comunicación entre dos puntos situados simétricamente a 15º del ecuador geomagnético (la línea del ecuador geomagnético no coincide con el ecuador geográfico a lo largo de todos los meridianos).
Este fenómeno permite cubrir distancias de 5000 a 8000 Km. por doble refracción entre el hemisferio norte y el hemisferio sur, y se registran numerosos contactos entre Argentina y latitudes del Caribe en las bandas de 50 mhz y 144 mhz. Durante la primavera, a fines del verano, y en otoño, en
las primeras horas luego del atardecer es posible comunicar por este tipo de propagación de larga distancia, en el que las señales se encuentran levemente distorsionadas pero perfectamente entendibles. Este tipo de dispersión no requiere elevada potencia o antenas de considerable ganancia.
Verano a verano se registran contactos desde Argentina con estaciones de Brasil, Puerto Rico y Venezuela en la porción inferior de 144 Mhz en banda lateral, inclusive con antenas de 7 elementos polarizadas en forma horizontal y una potencia promedio de 10 watts. También se registran esporádicos contactos en Diciembre y Enero en las frecuencias de encuentro
en FM incluidos algunos ingresos a repetidoras de la Provincia de Buenos Aires y Córdoba de estaciones de Venezuela.
REFLEXION POR AURORAS
Las auroras boreales (hemisferio norte) y las auroras australes (hemisferio sur) se generan durante el choque de iones (de las radiaciones solares en su período mas alto) con los átomos de gas de la atmósfera superior. Los iones son atraídos hacia los polos por las líneas de fuerza del campo magnético de la tierra y producen el efecto luminoso en latitudes cercanas a los polos, reflejando las señales de VHF y UHF situadas en la zona visible de este fenómeno.
Generalmente ocurren un par de años antes y también después del máximo solar y se aprecian en otoño y primavera. Las estaciones a contactar deben apuntar antenas hacia el centro de la aurora, es decir hacia el sur en el caso de las australes y realizar un recorrido de este a oeste y luego en el sentido inverso. Las estaciones equipadas con 25 watts y pequeñas antenas direccionales resultan mas que suficientes para estos contactos. Se han logrado comunicados de aproximadamente 2000 Km. pero solamente en telegrafía en 144 mhz, ya que las señales de fonia se deforman demasiado. Este fenómeno genera un efecto inverso en HF, ya que absorbe casi por completo algunas
señales y su recepción se distorsiona durante horas.
IONIZACION POR METEORITOS
Durante su órbita, el planeta tierra atraviesa otras órbitas de cuerpos de variados tamaños, que se encuentran en el espacio exterior. Estos cuerpos, al ingresar a la atmósfera, se desintegran totalmente, salvo los de mayor tamaño (que se convierten en meteoritos y llegan a la superficie terrestre). Al desintegrase, en la capa E dejan una estela ionizada. Estos cuerpos están asociados a cometas que tienen órbitas predecibles y se identifican con el nombre de las constelaciones donde suelen aparecer (es simplemente un efecto óptico). Para que se logren los contactos por este tipo de propagación las lluvias deben ser muy intensas, en 50 mhz la duración es de apenas treinta segundos y a medida que se aumenta en frecuencia el tiempo útil disminuye, siendo de algunos segundos en 144 mhz. Se requieren antenas direccionales largas y potencias de 100 watts para el éxito, como así también establecer la frecuencia previamente y realizar llamados cortos. Las distancias cubiertas varían entre los 700 y los 2200 km.
COMUNICACIONES MÁS ALLA DE LA TIERRA
Dentro de esta categoría se incluyen las comunicaciones que como medio de propagación utilizan la reflexión en la Luna o en satélites artificiales en orbita alrededor de la tierra. Las señales tienen que atravesar por completo la atmósfera para luego volver a tierra. Las características de la ionosfera que absorben o favorecen las comunicaciones entre estaciones terrenas, pueden presentar dificultades para utilizar frecuencias de HF para la propagación extraterrestre, motivo por el que predominan el uso de VHF y UHF en estas comunicaciones. Las débiles señales que retornan a la tierra sufren de varios efectos que las debilitan nuevamente, los efectos Faraday y Doppler incluidas las perdidas por el recorrido en el espacio.
REFLEXION EN LA LUNA
Más conocido como TLT (Tierra Luna Tierra), esta modalidad utiliza al satélite natural de la tierra como reflector de señales. Se utilizan frecuencias superiores a 50 mhz, siendo predominante el uso de los 144 mhz. La Luna presenta un tamaño angular muy pequeño, además de estar en constante movimiento, que obliga a antenas con motores de seguimiento. Inclusive absorbe las señales de manera que se requieren potencias muy elevadas para retornar a tierra, y solamente es posible en telegrafía debido a la forma de
esfera de la Luna que no devuelve al mismo tiempo las señales que inciden sobre la superficie. A estos inconvenientes se agregan otros tres: el efecto
Faraday, el efecto Doppler y el ruido cósmico. El primero produce un cambio en la polarización de la señal cuando retorna a la tierra, con debilitamiento importante de la señal; y el segundo produce un desplazamiento de la frecuencia original debido a los movimientos de la Tierra y la Luna en el espacio. El ruido cósmico es mayor a medida que
aumenta la frecuencia, es generado por estrellas y galaxias que emiten señales en el rango de VHF y UHF. Las estaciones para este tipo de comunicados deben estar equipadas con elevadas potencias, actualmente se realizan contactos con potencias del orden de los 500 watt, largas antenas con una ganancia superior a los 18 db con rotores de seguimiento, además de preamplificadotes de recepción. Esta modalidad permite, siempre que la Luna se encuentre visible y con horarios preestablecidos, comunicados
intercontinentales.
SATELITES
Existen dos tipos de satélites artificiales clasificados según su orbita, los de orbita baja, circular, con distancias máximas de cientos de kilómetros y los de orbitas elípticas que superan distancias de miles de kilómetros. La mayoría de los satélites disponibles operan en frecuencias de VHF y UHF. La característica de este tipo de comunicación es la de una señal muy débil, que requieren antenas de elevada ganancia, salvo los de orbita baja que están al alcance de radio estaciones bien equipadas para VHF y UHF.
