Categoría: ARTICULOS TÉCNICOS

Fís. Jorge Humberto Olivares Vázquez

Considerando la densidad de ionización, la atmósfera presenta un aspecto estratificado apartir de una altitud de 90 km.

Existen regiones de la ionosfera con elevada densidad de ionización, y dependiendo de los niveles de esta densidad, reciben nombres específicos:

Región o Capa D

Región o Capa E

Región o Capa F.

La región con mayor densidad de ionización es la F, seguida por la E. Ambas presentan sus niveles máximos de ionización durante el día.

En estas regiones pueden identificarse capas especiales (o subcapas), que reciben el nombre de 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 y la ubicación geográfica.

La tabla siguiente 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 menor.

Altitud de las capas y regiones de la ionosfera durante el día y la noche

En los siguientes apartados se resumen las características más importantes de cada una de las capas y regiones de la ionosfera.

Región D.- La región D o capa D se sitúa a una altitud de entre 50-100 km y en ella se presenta una 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 desaparece por efecto de las elevadas tasas de recombinación multietapa.

Fundamentalmente, en esta región se produce atenuación de las ondas de radio por el fenómeno de la absorción.

Región E.- La región E está situada a unos 100-140 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. A lo largo de toda la noche, suele mantener una densidad de ionización entre 5 x 103 ~ 5 x 104 e-/cm3.

En situaciones de fuerte ionización, se puede crear una pequeña capa por encima de la E, conocida como capa esporádica Es. Se trata de nubes ionizadas con un tamaño que oscila entre las decenas y las centenas de km y que se desplazan hasta desaparecer al cabo de unos minutos o incluso horas. 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.

Región F.- La región F está situada entre los 170 km y lo 400 km de altitud y cambia enormentente entre el día y la noche.

Durante el día, aparecen dos subcapas pronunciadas: la F1 a unos 170 km de altitud y la F2 a unos 250-350 km.

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 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 F por la noche a una altura de unos 300 km. 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.

En la siguiente figura se muestra la evolución de la altura de la capa F2 a lo largo de un día, medida desde una estación de sondeo ionosférico.

Variación de la foF2 y de la altura de la capa F2 registradas por una estación de sondeo ionosférico

La mayor parte de las comunicaciones en HF se producen por reflexión ionosférica en esta región, concretamente en la capa F2.

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

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

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

Constante dieléctrica de distintos medios

Obsérvese cómo, por ejemplo, los enlaces radio establecidos sobre el mar sufrirán menos atenuación que los establecidos sobre la tierra.

La propagación ionosférica normalmente se produce en el segmento comprendido entre 1,5 MHz y 30 MHz. Por debajo del primer valor la atenuación es muy elevada y por encima del segundo no hay reflexión en la ionosfera.

Comportamiento de las Ondas HF en la Ionosfera.- En su recorrido a través de la ionosfera, una onda de radio de HF estará sujeta a distintos fenómenos conforme va atravesando las distintas capas:

• En la capa D se produce una elevada atenuación por absorción.

• En la capa E se produce atenuación por absorción pero en un grado mucho menor que en la capa D. Si aparece la capa esporádica Es, se pueden producir interferencias y fenómenos de refracción.

• En la capa F1 sigue produciéndose atenuación por absorción.

• En la capa F2 se producirá reflexión siempre que la frecuencia de operación esté por debajo de un valor de 30 MHz.

La propagación ionosférica depende de multitud de fenómenos que hacen que en la práctica y para un momento dado la comunicación solamente sea posible si la frecuencia de trabajo está dentro del rango limitado por dos valores: la Mínima Frecuencia Utilizable (LUF o Lowest Usable Frequency) y la Máxima Frecuencia Utilizable (MUF o Maximum Usable Frequency).

Los enlaces radio en HF se diseñan de forma que se consiga una relación señal a ruido (SNR) determinada en el extremo del receptor y con una fiabilidad suficiente.

************************************************************

En la web http://www.hamqsl.com/solar3.html#hfprop también se puede hacer uno una idea de lo mal que està la propagación.

Estos dias da pena, apenas se oyen señales fuertes.

Y para acabar el suplicio, una imagen del desarrollo de los últimos ciclos, con datos registrados.

Enlaces de interes:

http://qsl.net/xe2pna/html_files/propagacion_en_banda_hf.html

Màxima y mìnima frecuencia òptima de trabajo en HF

http://www.hamqsl.com/solar1.html#moflof

Propagación por XE2PNA

http://qsl.net/xe2pna/html_files/propagacion.html