Propagación, nociones básicas - Estudio de la Ionosfera

  • Última actualización el Domingo, 15 Abril 2012 22:07
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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 más electrones, frecuencias más altas se pueden usar.

Durante el día pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D, E, F1 y F2.

Sus alturas aproximadas son:

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

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 capa D, que se encuentra a baja altura (y es la primera que debe atravesar la señal en su camino hacia las capas superiores), tiene efectos adversos porque absorbe las señales pero no las refracta nuevamente hacia la tierra. Esta capa se forma durante el día; es más densa durante el verano y durante los ciclos de máxima actividad solar. La absorción que produce es importante, sobre todo en frecuencias inferiores a los 7 MHz, por eso, cuando la absorción es máxima, la capa D dificulta o impide las comunicaciones a largas distancias en las bandas de 40 y 80 m.ionosf_dia_noche
Dificulta muchísimo las comunicaciones a larga distancia en la banda de 40 m pues para lograr distancias de salto importantes es necesario emplear bajos ángulos de radiación para que los rayos incidan sobre las capas reflectoras en forma casi rasante; con estos ángulos la señal debe recorrer una considerable distancia en el seno de la capa D acabando absorbida por esta por lo que llega muy debilitada a las capas reflectoras (por ello inclusive emisores de mucha potencia como la de las emisoras de broadcasting en 40 m usualmente no se escuchan en horas cercanas al mediodía local).
Cuando el Sol se pone, los iones de la capa D rápidamente se recombinan (en la altura a que están situados se hallan más cercanos entre si por la mayor presión atmosférica), entonces la capa D desaparece casi por completo y las señales logran alcanzar fácilmente las capas reflectoras posibilitando comunicados DX en las bandas más bajas. En los períodos de mínima actividad solar, y especialmente en invierno, la capa D se debilita lo suficiente como para permitir comunicados a considerables distancias en la banda de 40 m durante el día (como contrapartida las condicion es a corta distancia se hacen inestables o inexistentes pues se producirán zonas de silencio (skip).

La capa E es una capa que refleja las ondas de radio. A veces se forma por ionización del aire por causas que no dependen de la radiación solar; algunos investigadores piensan que podría ser por fricción entre distintas capas de la atmósfera.

Las capas F1 y F2 prodigan la mayoría de los DX a muy largas distancias en HF por su altura y su capacidad para refractar las señales nuevamente hacia la tierra. Para que las señales puedan aprovechar las capas F, deben atravesar la D dos veces, una de ida y otra de vuelta. Al mismo tiempo las capas F deben tener densidad suficiente para reflejar las señales de la frecuencia considerada. Si se dan estas condiciones son posibles comunicados a gran distancia durante el día. Así sucede sobre todo en la banda de 20 m y superiores, porque la absorción de la capa D es menor en las frecuencias más elevadas del espectro de HF y las señales pueden atravesarla fácilmente. Es menos probable que las señales alcancen las capas F durante el día en 40 m e inferiores porque si consiguen atravesar la capa D resultan reflejadas por la capa E, que se encuentra a menor altura que la F, con lo cual la señal se refleja tierra en un punto más bajo.

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

 

Bandas diurnas y bandas nocturnas:

La propagación ionosférica divide las bandas HF en dos tipos:

- Llamamos bandas nocturnas a las bandas que sufren una fuerte atenuación por absorción en la capa D. Al caer la noche, la capa D desaparece y la propagación en las bandas nocturnas aumenta considerablemente; las bandas nocturnas están aproximadamente por debajo de los 30 metros (10 MHz).

- Llamamos bandas diurnas a aquellas cuya propagación nocturna es nula. Estas bandas pierden la propagación pocas horas después de la caída del sol. Las bandas diurnas están situadas por encima de los 30 metros (10 MHz).

Las bandas alrededor de los 10 MHz tienen un comportamiento intermedio.

 

VARIACIONES REGULARES Y PREDECIBLES DE LA IONOSFERA

Puesto que la ruptura de los átomos en iones es producido principalmente por la radiación solar, se comprende fácilmente que el desarrollo y comportamiento de estas capas esté íntimamente ligado as movimiento aparente del Sol durante el día y a lo largo de las estaciones y a su propia actividad nuclear.

Variaciones diurnas

Originadas por la rotación de la tierra. Las porciones de la atmósfera que dan lugar a los enlaces radiales se mueven acompañando a la superficie, por ello están expuestas durante ciertas horas a la luz solar y durante la noche está en la sombra de la Tierra. Las radiaciones ultravioletas del Sol aumenta la cantidad de electrones disponibles en ella para reflejar señales y por eso la cantidad de electrones disponibles en las diferentes regiones depende fuertemente de esas horas de luz y sombra.

Efecto: Las comunicaciones en las bandas más altas de HF durante el día generalmente más eficaces en las bandas de 14, 21 y 28 MHz durante el día, al mismo tiempo la densidad de la capa E es es suficiente para reflejar todas las señales de frecuencias inferiores haciendo posible comunicados de corta y mediana distancia en la bandas inferiores. Por debajo de los 4 MHz la fuerte ionización de la capa D (la de más baja altura) impide a las ondas atravesarla porque esta capa tiene la propiedad de absorber mucha energía.

Variaciones estacionales

La radiación solar es más intensa en las zonas donde es verano y por lo tanto también en la ionosfera que se halla sobre esas regiones, haciendo que la densidad electrónica media de las capas en ellas sea superior a la del invierno.

Efecto:

Las variaciones estacionales hacen que durante el verano la mayor ionización de las capas faciliten los comunicados a grandes distancias en las frecuencia más altas del espectro de HF. En contrapartida el ruido atmosférico es mayor en verano perturbando las comunicaciones en las bandas más bajas.

Variaciones mensuales (27 días)

Se producen por la rotación del Sol sobre su eje. La zona de manchas solares que se hallan sobre la superficie del mismo giran con él afectando a la ionosfera más intensamente cuando enfrentan a nuestro planeta.

Variaciones onceaniales

Debidas al ciclo de actividad solar ya mencionado.

Efecto:

Durante los períodos de máxima actividad solar que se suceden cada 11 años las bandas de HF más elevadas permanecen abiertas durante muchas horas haciendo posible comunicados muy atractivos para el aficionado al DX perseverante o casual, la banda de 10 m ofrece extraordinarios QSO con potencias bajas y la de 6 m aperturas muy frecuentes. Durante los períodos de mínima actividad las bandas más altas están abiertas pocas horas y a veces los comunicados son muy pobres.
Por el contrario, durante los períodos de mínima actividad se generalmente se dan mejores condiciones diurnas en las bandas más bajas (1,8, 3,5 y 7 MHz) debido a la menor ionización de la capa absorbente D.

 

VARIACIONES IRREGULARES Y POCO PREDECIBLES

Disturbios ionosféricos repentinos - Sudden Ionospheric Disturbance (SID)prominenciasolar

Producidas por intensas erupciones (explosiones) solares conocidas como "fulguraciones" (flares) que suceden sin previo aviso y producen un aumento importante en la radiación que llega a la tierra, esta radiación se emite en un amplio espectro de frecuencia, desde frecuencias de RF muy bajas hasta rayos X. Sus efectos duran desde algunos minutos hasta algunas horas.
Los rayos X producen una intensa ionización en las capas inferiores de la ionosfera, sobre todo en la capa D, que aumenta muchísimo su absorbencia (mayor en las bandas de HF más bajas), dando lugar a los denominados "blackouts" o desvanecimientos totales de las señales. Pueden bloquear a tal punto las comunicaciones en HF que a menudo se tiene la sensación de que no hay estaciones operando o que el receptor falla, el nivel de ruido puede aumentar más 30 o más dB durante períodos cortos.
El fenómeno se produce en el hemisferio terrestre iluminado por el Sol y afecta poco la zona en sombra, no obstante si el enlace se está realizando entre estas dos zonas naturalmente se verá afectado. Las fulguraciones producen tormentas geomagnéticas y eventos de protones (aumento en la cantidad de protones de alta energía que arriban a la tierra) que contribuyen a la persistencia de estos disturbios.
Las bandas que se recuperan más rápidamente de una fulguración son las más altas, por lo cual conviene retomar nuestra actividad primero en ellas.
Estas erupciones pueden llegar a desarrollar la potencia equivalente a un millón de bombas de hidrógeno, energía más que suficiente para proveer de energía a toda América por más de 50.000 años.

 

 

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