El DX » Nociones básicas sobre propagación

Texto original de Christian 30DX401 cedido para su publicación en CB27.com

La ionosfera

La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmósfera donde el aire es muy delgado y que se extiende entre unos 50 km y unos 500 km de altura. Bajo la influencia de la radiación solar los átomos se rompen formando los iones. Lo mejor de este proceso es que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda.
La ionización es un proceso de ruptura de los enlaces electrónicos en los átomos, que producen la formación de parejas de iones de cargas opuestas. Los principales mecanismos de ionización son la colisión de los átomos o moléculas con otros átomos e iones, la interacción con algún tipo de radiación y la aportación de calor.
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera, la cual al ser más ligera permite a los electrones moverse más libremente. Este factor es importante para la propagación de alta frecuencia (HF: 3 a 30 Mhz). Generalmente, cuantos hay existencia de más electrones, las frecuencias más altas dan mejor resultado.
Durante el día pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D, E, F1 y F2.
Sus alturas aproximadas son:

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

(Ver figura 1)

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

• Está presente las 24 h. del día.
• Su altitud permite comunicaciones más lejanas.
• Normalmente reflecta las frecuencias más altas de HF.

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

Figura 1 Estructura de la ionosfera de día y de noche.

Campo Geomagnético (GMF)
Aunque no sea una parte de la ionosfera es importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida. El campo magnético producido por la rotación del núcleo metálico de la Tierra provoca una líneas de campo que van de polo a polo. Su forma es como una gota de agua, con la cola apuntando hacia el sol. Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partículas cargadas procedentes del Sol, al cual se le denomina flujo solar. El GMF tiene mucha relevancia en la dinámica de la ionosfera. Sin la protección de nuestro campo geomagnético, la ionosfera y la superficie del planeta estarían sometidos a un bombardeo constante de partículas cargadas. La formación de la ionosfera sería muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendríamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posición. Los DX’s no serían posibles ya que las ondas reflectarían sin ningún orden. Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco sería posible sin el GMF…El GMF es más débil cerca de las regiones polares y más fuerte cerca de las regiones ecuatoriales. En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kilómetros en el espacio. El estado del GMF puede ser silencioso (quiet), variable (unsettled), activo (active), de tormenta menor (minor storm), de tormenta mayor (major storm), de tormenta severa (severe storm) y, rara vez, de tormenta muy severa (very severe storm).

Estas imágenes muestran la actividad auroral, la cual es producida por la radiación solar. Cuando la mancha roja desaparece es cuando los índices del campo geomagnético están a cero. Y cuanto más roja sea, más altos serán los índices y entonces se dirá que el estado del GMF está activo o que hay tormenta.
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas; la propagación de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos.

Las ondas de HF en largas distancias

Una señal de HF transmitida desde la tierra puede viajar a través de la ionosfera y posteriormente rebota hacia el suelo. Esto ocurre debido a la interacción entre la señal de HF y las partículas de la ionosfera cargadas eléctricamente.
Entonces la señal puede volver a rebotar desde el suelo hasta la ionosfera y luego volver rebotar hacia el suelo y así sucesivamente varias veces.
La señal de HF viajará a mayor o menor distancia dependiendo de la frecuencia, la potencia de transmisión y el ángulo (A) con el que rebote la onda en el suelo y en la ionosfera. Ver esquema.

Otro factor es que cuando la onda rebota en el suelo, éste absorbe parte de ella mientras que si lo hace en agua salada, es decir en el mar, es reflectada en su totalidad. Por esta razón las estaciones situadas cerca de la costa tienen a veces mejores condiciones que las de interior.
Para una determinada distancia y hora habrá un rango de frecuencias de HF que será más apto para las comunicaciones; las frecuencias fuera de ese rango funcionarán pobremente o simplemente no funcionarán.
Si incrementamos la potencia de una señal de HF no ayudará en nada si la frecuencia es demasiado alta para la distancia requerida, en cambio sí nos puede ayudar si la frecuencia es demasiado baja.
La frecuencia más alta que puede ser usada para comunicaciones de HF con éxito se conoce como Frecuencia Utilizable Máxima (MUF), y la más baja es la Frecuencia Utilizable Mínima (LUF).
Usar una frecuencia superior a la mínima utilizable (LUF) e inferior a la máxima utilizable (MUF) es siempre la mejor opción.

Tipos de propagación

Aurora
Cuando grandes cantidades de partículas cargadas llegan a la Tierra, como resultado de un CME (Expulsión de masa de la corona solar), el viento solar se incrementa y grandes cantidades de partículas penetran por las partes más débiles del campo geomagnético de la Tierra, es decir las regiones polares. En esas regiones polares se produce una ionización extrema a unos 1000 Kms. Debido a esta ionización se produce una capa con forma de cortina dinámica, en vez de la capa horizontal como la F2. Esta capa puede reflectar ondas de radio desde bandas de HF (3 a 30 Mhz) hasta toda la banda de UHF (300 a 3000 Mhz). Debido a la forma tan irregular de dicha capa y su constante movimiento por el cielo se produce una fuerte oscilación en las señales (QSB). Este QSB es el resultado de múltiples reflexiones a esta capa de aurora, causando un rápido movimiento. Una señal de aurora es fácilmente reconocible en 27 Mhz, ya que se nota un burbujeo y distorsión en la modulación. Debido a estas variaciones extremas la propagación por aurora sólo se puede aprovechar en SSB y CW, aunque a veces incluso es difícil entender la señales en SSB.

La distorsión en la modulación es provocada por la aurora:

 

Backscatter (Propagación trasera)
Es un tipo de propagación que se da cuando la frecuencia máxima utilizable (MUF) llega por encima de la banda alta (28 MHz). Cuando una onda de radio alcanza la ionosfera, por ejemplo la capa F2, es reflejada hacia la superficie de la Tierra. Ahí la onda vuelve a rebotar hacia la capa F2 pero una fracción de esa señal es reflejada hacia atrás y vuelve a su zona de origen. Las señales de backscatter pueden oírse en un área de 2000 km con relación a la estación transmisora pudiendo llegar así a las zonas de silencio. Las señales de backscatter son mucho más débiles que una señal propagada normal. A menudo sólo las estaciones más potentes y con antenas direccionales pueden dar una señal inteligible, de todas formas durante periodos de flujo solar alto estaciones con 20W y una antena vertical pueden dar una señal débil inteligible. Si algo tiene positivo la señal de backscatter es su estabilidad, ya que a penas es influenciada por el QSB. Es fácilmente reconocible porque estas señales producen una modulación como desde dentro de un barril o una cueva.

Escucha una señal por backscatter:

El eco es espectacular.

 

Propagación por F2
Es la propagación que se da a través de la capa F2 de la ionosfera. Es la más común y la que tanto nos gusta…

Propagación Esporádica-E ( Es)
Es el tipo de propagación que se da durante el verano, con señales extremadamente fuertes y en distancias cortas. (En inglés la llaman E skip). Ver esquema.

Meteorscatter
Es una propagación muy rara y aún desconocida para los operadores de HF de bandas altas. Los meteoritos son pequeñas rocas que flotan en el espacio. Cada año en unas fechas concretas la Tierra pasa por nubes de meteoros. Cuando entran en la atmósfera a una velocidad de más de 10000 km/h llegan a temperaturas extremadamente altas y dejan un rastro de aire ionizado a unos 80–150 km de altura. Este trazo de aire ionizado puede reflejar ondas de radio hasta 500 Mhz y posiblemente incluso más. Estas ionizaciones se clasifican en tintineos y en explosiones. Los tintineos son cortas aperturas de propagación de unos escasos segundos, mientras que las explosiones pueden durar algunos minutos. Durante una lluvia de estrellas estos tintineos y estas explosiones pueden ser tan seguidos que permiten mantener un largo QSO.

Escucha una señal por meteorscatter:

Fíjate como oscila la señal.

 

Transatlántica (TAP)
Un misterioso tipo de propagación que fue descubierto después de las aperturas entre Europa y Norte América. Dichas aperturas se dan en verano durante un periodo de actividad solar bajo, y justo después de la puesta del sol (Europea). En teoría aperturas como estas son imposibles, pero en muchas ocasiones entre 1995 y 97 se han realizado DX transatlánticos en una época que a priori parecían imposibles tales comunicados. Incluso más raro es el hecho que también operadores de HF han recibido señales de SSTV en la banda de VHF. Aun es desconocida la causa de tales aperturas misteriosas. Hay una teoría que supone una nube gigante de Esporádica-E (Es) a través del Atlántico, pero dicha teoría no es apoyada por todos los investigadores.

Transecuatorial (TEP)
Ésta propagación también es de las misteriosas. Durante otoño y primavera hay ocasiones que las estaciones de latitudes medias pueden efectuar comunicados con estaciones de una latitud casi igual pero en el otro lado del ecuador geomagnético. Un buen ejemplo es Italia-Sudáfrica y Caribe-Sudamérica. Puede no parecer extraño, pero muchas de estas aperturas se han dado en periodos con actividad solar mínima, y en frecuencias de hasta 150Mhz. Tampoco hay explicación científica para la TEP.

Tropo
Es el único tipo de propagación influenciado por las condiciones meteorológicas. La troposfera (0–10 km de altitud) está compuesta por masas de aire de diferentes temperaturas y humedad. Cuando se da una transición aguda de un frente frío seco y un frente húmedo caliente, se le llama inversión térmica.
La transición provoca la refracción de ondas de HF. Se puede comparar con la refracción causada por la transición entre el aire y el agua al sumergir un palo. Lo mismo sucede cuando una onda de radio viaja a través de una inversión. Cuando la inversión es muy fuerte, las ondas también se doblan hacia el suelo. Dicho efecto es más acusado en frecuencias de VHF y UHF. Las ondas pueden llegar sólo a unos cientos de km, siendo más o menos según la altitud donde se produzca la inversión. En raras ocasiones pueden darse dos o más inversiones a la vez en diferentes alturas. Entonces la onda puede ser transportada en un espacio situado entre dos inversiones llamado túnel. Los radioaficionados lo denominan efecto túnel. Se han efectuado comunicados de más de 2500 km gracias a este efecto en VHF y UHF. La propagación directa puede llegar a más de 400 km durante una fuerte inversión. Por desgracia el túnel no lleva ondas de HF. Normalmente las inversiones se desarrollan bajo la influencia de sistemas de altas presiones (anticiclones) cuando apenas hay movimiento en el aire. También los sistemas de bajas presiones (borrascas) pueden producir inversión, al chocar masas de aire caliente con masas de aire frío. Estas áreas de colisión son los denominados sistemas frontales. En paralelo a estos sistemas frontales se puede desarrollar una inversión. Tanto es así que los radioaficionados usan la inversión frontal apuntando sus antenas paralelamente al sistema frontal.

Línea gris (Greyline)
Exactamente no es un tipo de propagación, sino más bien diría que es como una herramienta para hacer DX’s. La greyline es la franja alrededor de la Tierra que separa el día de la noche. La propagación a través de la greyline es muy eficaz. Una de las razones principales es que la capa D, que absorbe las señales de HF, desaparece rápidamente al atardecer y durante el amanecer tarda un poco en formarse. Particularmente es el tipo de propagación que más gusta a los radioaficionados. El siguiente mapa enseña la posición de la greyline en un momento concreto del día.

Ejemplo práctico: Si los índices del campo geomagnético fueran bajos, y el flujo solar fuera superior a 150 (+/-) en el momento del día que muestra el dibujo se podrían dar condiciones de greyline entre Chile y Sumatra (Indonesia). Tampoco hay que pensar que la franja del greyline es tan delgada como se muestra. La verdad es que en este caso una estación en Western Australia (que ya sería de día, podría efectuar QSO vía greyline con alguna de Chile. La cuestión es que estén cerca de la linea. Es habitual escuchar a las 06:30 AM en Chile (justo antes del amanecer) una estación de Australia en 40 y 20 Metros, y también se puede experimentar contactos con África de forma esporádica.

Flujos e índices usados para la previsión de propagación

Flujo Solar
El flujo solar se mide por la cantidad de radiación ultravioleta en la banda de 10.7cm (2800 Mhz), la cual es necesaria para crear la ionosfera. El mínimo posible del flujo solar es 63.75 Se puede decir que la propagación empieza a 70 en latitudes bajas. La propagación mundial de larga distancia (DX) se da con un índice de 120. Aunque no está probado, pero a partir de los experimentos realizados, un flujo solar de 160 parece ser ideal para el DX en bandas altas de HF, con muchas posibilidades de llegar a cualquier parte del globo, incluso a aquellas zonas de silencio mediante la propagación trasera (backscatter).

Índices A y K
Son los índices de la actividad geomagnética de la Tierra. Índices altos (K: >5 y A: >20) derivan de la radiación producida por las tormentas solares que activa el campo geomagnético. Cuanto más activo, más inestable es la propagación e incluso pueden darse desvanecimientos temporales de la misma. Especialmente en las latitudes más altas y sobre todo en regiones polares, donde el campo geomagnético es más débil, la propagación puede desaparecer totalmente.Índices extremadamente altos provocan la denominada propagación de aurora, con una propagación de larga distancia fuertemente degradada.Índices bajos suponen relativamente buena propagación. Se nota especialmente en las latitudes más altas, cuando los pasos (paths) transpolares pueden abrirse.La propagación Esporádica E (Es) también es más fuerte.El máximo a que puede llegar el índice K es 9, mientras que el índice A puede sobrepasar 100 durante condiciones de tormenta solar muy severas, no existiendo así un máximo.

Nivel de Rayos-X:
Este índice puede variar desde B (muy bajo), C (bajo a moderado), M (moderado a alto) hasta X (alto a extremadamente alto). Cuanto más alto sea el número que acompaña a la letra, más alta es la radiación de rayos-X. Es decir, un X0.1 es superior a un M9.9. Grandes cantidades de radiación de rayos-X causan la ionización de la Capa D de la atmósfera, provocando una fuerte absorción de las señales de HF.
Las radiaciones se miden por la cantidad de radiación de rayos-X

Ver tabla.