PROPAGACIÓN DE RADIO TRANSEQUATORIAL
Introducción
La mayoría de los modelos ionosféricos consideran a la ionosfera como una serie de capas horizontales que varían solo lentamente con tiempo y ubicación geográfica. Los modos de propagación que se basan en dicho modelo se denominan modos de propagación normales. Sin embargo, la ionosfera real no siempre se ajusta a este simple modelo, particularmente en las regiones ecuatoriales y polares. Las anomalías que existen en estas regiones dan lugar a lo que se llama ‘modos de propagación inusuales’.
Características de la ionosfera que dan lugar a estos inusuales modos incluyen E esporádico, las mejoras de ionización ecuatorial, inclinaciones ionosféricas en el crepúsculo e irregularidades ionosféricas como la dispersión ecuatorial-F.
Dos características principales de la ionosfera ecuatorial dan lugar a los fenómenos conocidos como propagación transequatoriale o TEP.
Propagación Transequatorial
Los operadores de radio militares y aficionados en la década de 1940 pueden haber sido los primeros en descubrir que era posible comunicarse de norte a sur y viceversa a través del ecuador sobre intercontinental
distancias usando frecuencias en la banda VHF (QST, octubre de 1947). En momentos de gran número de manchas solares, la capa F2 puede admitir modos normales de hasta 45 MHz, pero frecuencias considerablemente más altas que esta se encontraron utilizables en circuitos transequatoriales. Aunque se hizo uso de este fenómeno, no fue hasta varias décadas después que se determinó el modo real de propagación. Los radioaficionados pronto reconocieron a TEP como un modo que vale la pena trabajar.
El primer TEP a gran escala las comunicaciones probablemente ocurrieron alrededor de 1957-1958 durante el pico del ciclo solar 19. Alrededor de 1970,
En el pico del ciclo 20, se hicieron muchos contactos TEP entre radioaficionados australianos y japoneses.
Con el aumento del ciclo 21 a partir de 1977, se hicieron contactos de aficionados entre Grecia / Italia y África austral (Sudáfrica y Rhodesia / Zimbabwe), y entre América Central y América del Sur por TEP.
Se observó que podían ocurrir dos tipos de TEP claramente diferentes:
El primer tipo ocurrió durante las últimas horas de la tarde y las primeras horas de la noche y generalmente se limitó a distancias inferiores a 6000 km. Las señales propagadas por este modo se limitaron a la banda de VHF baja (<60 MHz), eran de alta intensidad de señal y sufrían una distorsión moderada (debido a la trayectoria múltiple). Las comunicaciones sencillas de voz de banda lateral fueron posibles con este modo.
El segundo tipo de TEP se produjo alrededor de las 1900 a las 2300 horas, hora local. Se hicieron contactos en 144 MHz, e incluso muy raramente en 432 MHz.
La intensidad de la señal era moderadamente alta, pero estaba sujeta a un desvanecimiento rápido e intenso, lo que hacía que el código morse (banda estrecha CW) el único modo de comunicación posible. Un aficionado describió la calidad de la señal en las siguientes palabras: «probamos SSB pero había tanta distorsión que ni una sola palabra podría ser identificada» [este modo] tiene mucho aleteo y desvanecimiento e … incluso el morse parece como un ruido de respiración, no un tono claro» (del amanecer de la radioafición en el Reino Unido y Grecia por Norman F Joly).
La ionosfera ecuatorial
Por conveniencia, la ionosfera se puede dividir en tres zonas para caracterizar su comportamiento: la zona ecuatorial, la zona templada y la zona polar.
La ionosfera templada es, como su nombre implica, la «mejor portada».
También es el mejor estudiada, porque la mayoría de las sociedades del mundo tecnológico están ubicadas en esta área (al menos en el hemisferio norte).
En comparación con la zona templada, el Sol está más directamente sobre la cabeza en la zona ecuatorial, por lo que debería esperar encontrar frecuencias críticas ionosféricas más altas que en la zona templada.
También podríamos esperar encontrar una variación menor de la ionosfera con las estaciones (ya que esencialmente los trópicos no tienen un verano e invierno bien definidos). En el otro extremo, esperaríamos, de la ionosfera polar, ser menos densa (debido al alto ángulo zenital solar) y mostrar la mayor variabilidad entre verano e invierno.
Aunque estas expectativas son esencialmente ciertas, no explican las muchas características interesantes de estas regiones y la capa más importante de la ionosfera, la región F, no siempre obedece estos supuestos razonables.
Las ionosferas polares y ecuatoriales están sujetas a un comportamiento de rango más amplio de normal e inesperado.
La ionosfera de alta latitud fue sometida a un estudio intensivo antes y durante el Año Geofísico Internacional (IGY 1957-8).
Una de las principales causas del comportamiento inesperado es El campo magnético de la Tierra.
En las regiones polares, las líneas del campo magnético son casi perpendiculares a la superficie de la Tierra, mientras que en la región ecuatorial, las líneas del campo magnético son horizontales a la Tierra del la superficie en el ecuador magnético. (Nota: para confundir aún más la imagen, la geomagnética y los ecuadores geográficos no suelen coincidir, y pueden estar separados hasta 12 grados. En longitudes Asiáticas, el ecuador geomagnético, es el ecuador geográfico anterior, mientras que en América longitudes está debajo.)
La característica más interesante de la ionosfera tropical es la región comúnmente llamada anomalia ecuatorial.
Históricamente, este nombre surgió porque no se esperaba el pico de ionización: su presencia desobedeció el modelo simple de latitud media que la gente había ideado para la ionosfera. Mientras que ahora sabemos
mejor qué causa las crestas de ionización, el antiguo nombre aún se mantiene. Aquí es donde una alta concentracion de electrónes se observa a cada lado del ecuador magnético en latitudes magnéticas alrededor de 10 a 20 grados. Estas crestas de ionización dan lugar a frecuencias críticas ionosféricas más altas (foF2) que las que existen en el ecuador geomagnético. También la hay a altitudes más bajas, que el pico de la capa F, en el ecuador geomagnético.
La anomalía ecuatorial es causada por la acción combinación de los campos eléctricos y magnéticos.
Cuando el sol calienta, crea una ionización intensa en la región superior y el campo eléctrico comienza a mover estas cargas de los campos magnéticos (que solo tiene un efecto sobre las cargas en movimiento) y luego hace que se desplacen hacia arriba.
Finalmente, las partículas se difunden hacia afuera, siguiendo el campo geomagnético hasta donde se cruza con la capa F normal. Este proceso comienza inmediatamente después del amanecer y a media tarde la acumulación en la ionización está claramente presente y persiste hasta después del atardecer, cuando el Sol no produce más ionización.
Durante las primeras horas de la tarde, mientras la ionización mejorada está disminuyendo, la gran irregularidad de ionización de las regiones pueden formarse mediante procesos dinámicos. Generalmente se piensa que una inestabilidad comienza bajo en el ionosfera, crece y se propaga hacia arriba. Estas irregularidades son arrastradas por los vientos ionosféricos, se rompen y en las horas de la mañana (0300 LT), en su mayoría han desaparecido. En general, las irregularidades de ionización, se pueden ver en una ionosonda como un engrosamiento o propagación de la traza de la capa F2. Esto es referido como distribución de rango o frecuencia (dependiendo del mecanismo involucrado, y a veces difícil separar los dos). Se cree que toda la propagación se debe a irregularidades de ionización en el ionosfera. Estas irregularidades, que (al menos en la ionosfera ecuatorial) ocurren solo durante la noche, generalmente comienzan a desarrollarse en las horas de la tarde como una perturbación en el fondo de la ionosfera y luego crecen hacia arriba. Pueden estar en forma de plumas en expansión y / o como burbujas o bolsas a pequeña escala, están alineados con las líneas de campo geomagnético (y, por lo tanto, a menudo se denominan alineados con el campo de
irregularidades FAI). Estas plumas, tubos, burbujas o bolsas forman agujeros o picaduras en el local la ionización y las ondas de radio son refractadas por estas discontinuidades en la ionosfera. No solo estas,
las irregularidades, afectan la propagación de radio HF, pero también pueden causar centelleos en la banda L (baja microondas) señales de satélite a tierra transionosféricas.
La anomalía ecuatorial y las irregularidades se utilizan para explicar la propagación transequatorial.
La TEP (TEP de la tarde)
La propagación transequatorial de la tarde se cree que es por un modo super F (designado FF), en el que el la señal del transmisor se refleja primero por la concentración de ionización en uno de los ecuatoriales
la anomalía se eleva hasta la segunda cresta en el hemisferio opuesto. A partir de ahí se refleja hasta la estación de recepción en tierra. Por lo tanto, no sufre reflejo del suelo (como sería el caso en el modo 2F normal), y también pasa a través de la capa D absorbente solo dos veces (en lugar de 4 veces para el modo 2F)
Debido a que el rayo intermedio está entre dos partes de la capa F, el ángulo de rebote en la ionosfera puede ser sustancialmente más pequeño que un rayo reflejado en el suelo. Esto a su vez implica que un se puede reflejar una frecuencia más alta (fr = foF2 * sec (i)). Aquí es el ángulo de incidencia en la ionosfera, y cuando esto se aproxima a 90 (el ángulo de rebote g = 90-i tiende a cero), el máximo posible de reflejo de frecuencia (fr) se hace más grande. Otra forma de decir esto es que el factor de oblicuidad del circuito es mayor. El ángulo de rebote más pequeño también es posible debido a la mayor ionización en la anomalía, la cresta sigue las líneas del campo magnético y se inclina ligeramente hacia arriba hacia el ecuador.
La alta intensidad de la señal observada para la TEP de la tarde se debe al menor número de pasajes a través del Capa D, y debido a que las crestas de anomalías admiten la propagación de señales desde un rango de elevación más amplio ángulos que con los modos de propagación habituales, la distribución de ionización en la anomalía ecuatorial tiende a enfocar estos a lo largo del camino.
Las características de aTEP son:
- Frecuencia máxima utilizable (MUF) de hasta aproximadamente 60 MHz, que generalmente es de aproximadamente 15 a 25 MHz por encima de la frecuencia del modo 2F para la misma ruta.
- Se produce alrededor de las 1500 a 1900 hora local. Es más frecuente cerca de los equinoccios y en tiempos de número elevado de manchas solares.
- Las longitudes de camino típicas serán de 5000 a 6500 kilómetros.
- Las señales normalmente serán fuertes con desvanecimiento y distorsión limitados (de múltiples rutas o Doppler propagación).
eTEP (TEP de la tarde)
La propagación transequatorial nocturna generalmente admite frecuencias mucho más altas que aTEP y tiene, en en raras ocasiones, se ha informado sobre la banda de frecuencia amateur de 432 MHz (UHF baja). Tarde TEP es
fuertemente correlacionado con la existencia de una extensión de rango, llamada extensión ecuatorial F, vista en ecuatorial ionogramas la propagación nocturna de TEP no se entiende tan bien como aTEP, pero se cree que tiene lugar a través de una galería susurrante o un modo guiado en el campo que se basa en la existencia de burbujas ionosféricas,
tubos o plumas que tienen una concentración de electrones más baja que el área circundante. Los rayos se reflejan desde las superficies de las paredes de burbujas, permaneciendo en todo momento dentro de la ionosfera hasta que finalmente emerger en un camino hacia el suelo.
„Se produce alrededor de 2000 a 2300 hora local, y es más frecuente alrededor de los equinoccios y
especialmente en momentos de alto número de manchas solares.
„Aunque las intensidades de la señal son altas, la señal está sujeta a un desvanecimiento profundo y rápido y muy
distorsión fuerte (de múltiples rutas y grandes movimientos Doppler). Doppler extendido hasta 2kHz
se ha observado en una señal de CW.
„La longitud del camino puede variar de 3000 a 8000 kilómetros.
„Las frecuencias admitidas son más altas que para aTEP y muy ocasionalmente pueden elevarse a niveles bajos.
Banda UHF.
Las características de la tarde TEP son:
Diagnósticos para TEP
Todavía no es posible predecir la ocurrencia de TEP con certeza, por lo que las investigaciones adicionales sobre Se requieren estas circunstancias de propagación.
Conocemos algunas condiciones necesarias para TEP, pero también sabemos que estas no son suficientes para garantizar ese TEP ocurrirá.
Algunos de estos son:
- Para el soporte de frecuencia más alta, el circuito debe ser simétrico con respecto al ecuador geomagnético Es decir, el receptor y el transmisor deben ubicarse a distancias iguales del ecuador magnético (dip).
- El camino debe estar dentro de unos 15 grados de geomagnética de norte a sur.
- La tasa de ocurrencia es mayor alrededor de los equinoccios.
- La tasa de ocurrencia es mayor a veces alrededor del máximo del ciclo solar. Este es un tiempo de
mayor salida de EUV solar (lo que conduce a una ionización ionosférica más intensa).
- La tasa de ocurrencia disminuye a medida que aumenta la frecuencia del circuito.
- La extensión del rango en los ionogramas ecuatoriales parece ser necesaria pero no suficiente
condición para eTEP. Sin embargo, esto probablemente depende de la ubicación de la estación.
Cuanto mayor sea la capa F2 sobre el ecuador geomagnético, mayor será la tasa de aparición de TEP. De hecho, se cree que este es uno de los mejores predictores para eTEP.
Cuanto más lejos estén las crestas de anomalías ecuatoriales del ecuador geomagnético, mayor será
probabilidad de que aTEP esté presente. Esta geometría favorece la mejora del modo FF.
Las condiciones geomagnéticas tranquilas parecen favorecer el desarrollo de irregularidades ionosféricas y por lo tanto, eTEP. Se ha observado una periodicidad de 27 días en algunos caminos (probablemente relacionados con actividad geomagnética de origen solar). Cuanto mayor es la frecuencia del circuito, más importante es parece tener condiciones geomagnéticas tranquilas. (Nota: las perturbaciones geomagnéticas son generalmente más prevalente e intenso alrededor de los equinoccios, y por lo tanto tenemos dos condiciones conflictivas).
Tenga en cuenta que algunos de los diagnósticos anteriores son para aTEP, pero muchos están relacionados con eTEP.
Balizas australianas adecuadas para investigaciones TEP
La baliza ideal para las investigaciones de TEP es un transmisor de onda continua (CW). Esto permite las mediciones de la intensidad de la señal, el desplazamiento Doppler y la propagación, se realizarán sin ningún factor de confusión introducido por la modulación de señal. Si falla una baliza CW, un transmisor AM es el siguiente mejor sustituto, ya que la portadora es una frecuencia fija y relativamente constante en potencia (aunque el total de la potencia radiada puede ser constante, la proporción de energía distribuida a través de la portadora y las bandas laterales puede cambiar).
Un transmisor de FM normalmente no es apropiado como baliza TEP (aunque la potencia radiada total es constante, esto se extiende sobre un amplio rango de frecuencia [por ejemplo, 250 kHz], y no hay pico de energía en la frecuencia portadora nominal cuando hay una modulación significativa).
La lista de balizas australianas que se muestra a continuación han sido elegidas como posibles candidatos para las investigaciones de TEP en Australia y Japón.
• Leo F McNamara, The Ionosphere: Communications, Surveillance, and Direction Finding,
Kreiger (Orbit Books) 1991, ISBN 0-89464-040-2.
Material preparado por John Kennewell y Phil Wilkinson. Copyright de IPS Radio & Space Services, Sydney, Australia. Todos los derechos reservados.
Los comentarios o sugerencias pueden dirigirse a education@ips.gov.au
