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Radioaficion

MAR DEL TUYU

 

 

 

 

 

CONCEPTOS BASICOS SOBRE ANTENAS

Composición de la Ionosfera (Capas)

---------------- Capa F2 320 Km. -----------¡
---------------- Capa F1 160 Km. --------¡  ¡  
                                        ¡  ¡
================ Capa E   96 Km. -----¡  ¡  ¡
---------------- Capa D   80 Km. --¡  ¡  ¡  ¡
                                  ¡  ¡  ¡  ¡
    `      ´                      ¡  ¡  ¡  ¡
      `  ´                        ¡  ¡  ¡  ¡
_______/\_______ Tierra     _  _  _  _

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Parámetros de Medición

La propagación se mide con diversos procedimientos y parámetros (unidades) de los que podemos mencionar:


Flujo Solar SFI: Se refiere a la cantidad de Manchas Solares emitidas por el Sol en la banda de 10.7 cm. (2800 Mhz.) y se relaciona estrechamente a la cantidad de radiación ultravioleta que se necesita para crear un nivel adecuado para la ionosfera (responsable de la refracción de las ondas de radio), tomado en SSN (Sunspot Number) y el SFI Flux, como índices

Hoy hablaremos de unos de los parámetros que se utilizan para medir la radiación solar sobre la superficie de la tierra, que el Flujo de Radiación Solar  en 2.800 Mhz. ó 10,7 cm. (SFI).


A continuación incluyo un grafico donde se muestran los valores mas utilizados para la predicción, como ser el Solar Flux SFI, Sunspot number SSN y Planetary A Index

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El SFI, expresa la energía de la radiación solar en la longitud de onda de 10,7 cm., que se registra en la superficie de la tierra. (La longitud de 10,7 cm.; no tiene una importancia especial respecto al sol; podría utilizarse otra longitud de onda próxima a esta y el resultado sería el mismo.

   

INFORMACION ANTENAS
 
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Cuando el índice SFI crece; la ionización también en las capas ionosféricas, lo que es bueno para la propagación de las bandas altas de HF. Así también aumenta la absorción ionosférica y el ruido, lo que es malo para las radio comunicaciones en las bandas bajas.

 

El sol emite energía electromagnética originada en distintas regiones de la atmósfera solar. La intensidad de este flujo de radiación electromagnética no es constante sino que es lentamente variable y cambia gradualmente, día a día, en concordancia con el número de grupos de manchas que se pueden ver sobre el disco solar.

La energía total emitida proviene de tres fuentes:

§  La superficie no perturbada del sol,

§  El desarrollo de las regiones activas,

§  Las perturbaciones de corta vida sobre el nivel normal diario de la actividad solar.

La densidad de flujo solar en 2.800 Mhz. ha sido registrada diariamente desde el 14 de Febrero de 1947 por el Radiotelescopio de Ottawa, Canadá. Desde Junio de 1991, estos registros se realizan en Penticton, Columbia Británica, Canadá.  Cada día, se determina el nivel en 2.800 Mhz. Esta medición se efectúa a medio día local, 17:00z, 20:00z y 23:00z, o sea, el índice SFI es un índice diario, representa la actividad del sol para un día entero, aunque se toma en unas horas determinadas.

El valor de SFI contiene el flujo proveniente de todo el disco solar en la frecuencia de 2.800 Mhz. en unidades de 10-22 Joules/seg./m2/Hertz. (El valor medido se multiplica por 10 para suprimir el punto decimal.)

Rastreando los valores publicados por los centros internacionales, se encuentran tres valores del Índice SFI.


SFI
Observado: Es el que se acaba de medir y todavía no ha sido corregido para evitar las fluctuaciones originadas en los cambios diarios de distancia entre el sol y el observatorio, que pueden llegar al 7% del valor real.

SFI Ajustado: Es el corregido por la variación de la distancia al sol. Sería el que se puede medir a bordo de una nave espacial que se mantuviera estática respecto del sol, ubicada a una Unidad Astronómica de distancia.

SFI Absoluto: Este es el valor más refinado y se obtiene multiplicando el Ajustado por 0.90, a fin de compensar las incertezas en la ganancia de la antena del radiotelescopio y las reflexiones en el suelo.

Lo interesante de este índice, es que se muestra proporcional al número de manchas solares y fundamentalmente, tiene muy buena correlación con la intensidad de la radiación ultravioleta y la radiación X que emite el sol.

Este tipo de radiación es la responsable directa de la ionización de la alta atmósfera de la tierra y el comportamiento de las capas ionizadas que forman la ionosfera. En otras palabras; cuando el índice SFI presenta variaciones significativas, las condiciones de radio propagación en HF sufrirán modificaciones significativas.

El Índice SFI puede oscilar en un rango teórico que va desde un mínimo de 50 hasta un máximo de alrededor de 300 unidades. Actualmente, en agosto del 2007, se están observando valores de SFI de alrededor de 68, lo que indica que estamos muy próximos al mínimo de actividad solar.

El problema mayor a todos los anteriores descriptos son las Manchas Solares, su cantidad en la cara visible del Sol nula o de muy bajos valores de 1 a 4 como máximo y si no existen estas manchas las condiciones de radio propagación son bajas o muy pobres, variando a veces un poco o mucho del hemisferio Norte al Sur.

La actividad solar afecta a las radiocomunicaciones en HF. Para saber cómo y en qué forma, a menudo se trata de cuantificar la actividad solar por medio de un índice que mide el número de manchas solares; tanto el SFI,R, o numero de Wolf; como indicador de la mayor o menor cantidad de radiación que emite el sol.

¿Pero qué son las manchas solares?

Las manchas solares son zonas oscuras que crecen y decaen en la superficie visible del sol, en el nivel más bajo de la atmósfera solar, la región llamada “fotosfera”. Las manchas solares son el rasgo más conocido y fácilmente observable del Sol. Su naturaleza dinámica se hace evidente cuando se observa que diariamente varía su cantidad y tamaño. Las manchas solares son más oscuras que su área circundante, porque en ellas la temperatura la atmósfera solar es menor que la temperatura media de la superficie solar (aproximadamente 6000 grados Kelvin). O sea, la atmósfera sobre la zona de una mancha, es más fría que la atmósfera que la circunda.

La aparición y el aspecto de las manchas solares se deben  a los cambios de los campos magnéticos que existen en el interior del sol y en su atmósfera.  Como sucede en la tierra, el sol sufre los efectos de la rotación diferencial (esto es, la zona del ecuador gira con una velocidad tangencial mayor que la de los polos, las líneas del campo geomagnético se van “enrollando” por debajo de la superficie del sol. Las inestabilidades en el proceso crean algunas regiones del campo magnético  muy intenso.

Esta intensificación del campo, tiende a expulsar el material que está en su interior. (El aumento de la intensidad del campo tiende a energizar las partículas que se hallan en su interior, las que tienden a escapar hacia la superficie.) La forma de la estructura magnética que aflora del interior del sol y el material que emerge, impiden el flujo de calor y el equilibrio térmico.

El material forma como una burbuja que sube a la superficie del sol a una temperatura menor. Como está a menor temperatura, la energía electromagnética que irradia es menor, brilla menos, que la zona circundante y por lo tanto,  se la ve más oscura. Así  nace una mancha solar.

Una mancha solar se ve primero como un diminuto punto oscuro que se denomina “poro”. Algunos poros experimentan una evolución que puede durar entre varias horas hasta algunos días.  No todos los poros se desarrollan llegando a constituir una auténtica mancha solar.

En una primera fase, el poro se hace más oscuro y más grande, pero sin rasgos internos observables. Otros puntos pueden aparecer y desaparecer  alrededor del primero.

 

Obtención de índices de actividad solar.

Los índices de actividad solar permiten caracterizar la actividad solar presente en un determinado momento. Se utilizan una gran cantidad de índices, dependiendo en gran parte de la faceta de la actividad solar que se desee estudiar. En el Observatorio y en el taller, calculamos y estudiamos los tres índices más usados: el número de Wolf (también conocido simplemente con el nombre de “número de manchas solares”), el índice de Beck (o Nuevo Número de Área) y el índice de McIntosh.

A continuación se describe brevemente cada uno de los índices, se explica la forma de calcularlos.

· Número de Wolf.

El “número de manchas solares” fue introducido por Rudolf Wolf en 1848. Es una manera simple y ampliamente utilizada de caracterizar la actividad solar, si bien puede resultar inexacta y de uso limitado para investigaciones físicas.

El número de Wolf (R) se define como:

R = k (10 g + f)  , R = SSN

Donde g es el número de grupos de manchas (ver más abajo), f es el número total de manchas, y k es el llamado “factor de reducción”, que se explica más abajo. De esta forma, si hay una sola mancha en el Sol, R = 11; si hay un grupo que contiene cinco manchas, R = 15; por otro lado, cinco manchas independientes dan R = 55.

En base a lo antedicho, pueden realizar un juego matemático. Como ven la función de número de Wolf es una función lineal, donde las incógnitas son llamados dos números “g” y “f”. El de numero de grupos g y el numero de manchas f. Efectuando el despeje de términos, podemos obtener el valor de ”k“ trabajado y verán que efectuando los reemplazos de los valores antes mencionados se obtiene que k = 1. Si se llama a lo incluido entre paréntesis (10g + f) = C, se obtiene la ley de Hook, que es una ley lineal. También pueden estudiarlo con ℓim. Haciendo tender a ∞ y podrán encontrar que 0 ‹ k › 1 y pensando verán que uno es posible y el otro, podría ser posible en una mancha clasificada como plage. Les dejo estos pensamientos…


Ahora ustedes abran observado, que muchos laboratorios dan el valor de R = SSN = - 1. Para que ese valor C = -1, los valores de g = 0 y f = -1. Estimo que este seria el caso de las manchas denominadas  plage, que no están en la cara visible del Sol y estamos en el “Sol Negro”, según Kristien Mariama  Neilins o “Sol Impoluto” según Alonso Mostazo Plano EA3EPH, o “Sol Quieto” como lo he nombrado el que escribe. 

A continuación pego una lectura de las manchas solares observadas en el 05/08.

Active region

Date numbered

SEC
spot
count

STAR
spot
count

Location at midnight

Area

Classification

Comment

10965

2007.07.28

   

S12W28

   

plage

S706

2007.07.29

   

S08W52

     

Total spot count:

0

0

 

SSN:

0

0

 


Observaran que esta una Mancha N° 10965, observada el 28/07/07 en la ubicación S12W28, que no se da ni Área, ni Clasificación y en Observaciones se dice que es “plage” u emergente.
 

El Área esta dado por cuatro números por ejemplo 0010, comento que he escrito a la NASA y a Observatorio, para que me definan como se numeran la Áreas, pero no he tenido respuesta, habiendo efectuado las reiteraciones.

La Clasificación son tres letras por ejemplo:

AXX .- Poro o grupo pequeño de poros . Sin penumbra . Mancha individual

Índices K: Se refiere a los  Índices de actividad magnéticas por ejemplo tormentas solares que influyen negativamente en la propagación de las ondas de radio.

Refiriéndome  a los Índices Geomagnéticos. Ellos constituyen unas series de datos que ayudan a describir las variaciones del campo geomagnético o alguna de sus componentes, en lugares determinados o a escala planetaria.

Desde el año 1932 se cuenta con los datos de los Índices Kp y Ap  y estos se vienen registrando desde el año 1957. 
Ahora nos dedicaremos a explicar lo referente al Índice K y Kp.

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Índice K

 

Cada valor representa un  promedio de las variaciones del campo geomagnético registradas por un magnetómetro durante las últimas 3 horas, de tal manera que en total se calculan 8 valores a lo largo del día.

 

Midiendo las variaciones de la componente horizontal del campo geomagnético durante períodos de tres horas, se clasifican sus rangos de variación en  grados o niveles de perturbación y luego se obtiene un promedio. En la Estación Ionosférica Ushuaia, se calculan 8 valores; por dia, cada uno de los cuales representa la variación promedio del campo magnético en su respectivo intervalo de tres horas.

 

Para medir la magnitud de cada nivel de perturbación, se lo compara con los valores del campo magnético registrado en un día de calma que se obtiene estadísticamente con registros de largo tiempo.

 

Estos valores de K, se miden y se calculan para cada observatorio en particular, teniendo en cuanta que son datos característicos del observatorio, su posición geográfica, el tipo de instrumento, etc.

 

La escala de variación del Índice K es cuasi logarítmica, incrementándose a medida que la perturbación del campo geomagnético es mayor. 

El  rango de valores del Índice K  se extiende entre 0 a 9 y ellos son:

K0 = inactivo

K1 = muy calmo

K2 = calmo

K3 = inestable

K4 = activo

K5 = tormentas menores

K6 = tormentas mayores

K7= tormentas severas

K8 = tormentas muy severas

K9 = tormentas extremadamente severas

Ahora efectuando una relación biunívoca entre los valores del Índice K y de la Intensidad de Señales S, pero de ruido (Noise), tendremos el grafico siguiente

K - Index

Geomagnetic Conditions

HF Noise

Aurora

0

Very Quiet

S1-S2

None

1

Quiet

S1-S2

None

2

Quiet

S1-S2

Very Low

3

Unseettled

S2-S3

Very Low

4

Active

S3-S3

Low

5

Minor Storm

S4-S6

High

6

Major Storm

S6-S9

Very High

7

Severe Storm

S9+

Very High

8

Severe Storm

Blackout

Extreme

9

Extreme

Blackout

Extreme

Índice Kp.

Este Índice trata de cuantificar la variación del campo geomagnético en toda la tierra, por lo que se lo denomina “planetario”. Se calcula mediante el promedio aritmético de los valores de los Índices K medidos en trece observatorios específicos de la tierra. (Lerwick, Eskdalemuir y  Hartland  en UK, Ottawa y Meannook en Canadá, Fredericksburg y Sitka  en USA, Eyrewell  en Nueva  Zelanda, Canberra  en Australia, Lovo en Suecia,


Índices (K: mayores de 5) o (A: mayores de 20) indican condiciones de tormenta solares con un campo de actividad geomagnética activo por lo que no es bueno para la escucha, recepción o “curulla”.

Cuanto más activo es más inestable la propagación con posibles periodos de propagación cerrada por lo que lo mejor que podemos hacer es apagar el receptor.

   

Prosiguiendo con el sentido de las notas anteriores, hoy tratare de explicar que son los Índices A y Ap. Para ello agrego a continuación una grafica que vincula a los Índices, anteriormente  explicados como son el SFI ,SSN y el Planetary A Index.

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En el observaran en el eje de ordenadas para el dia 27/08 que el SFI = 70 , SSN = 13 y el Planetary A Index A = 10.

A  continuación hablare del Índice A y luego del Ap, que aparece también en muchas de las informaciones que están disponibles.

Índice A.

El Índice A es un valor diario dentro de una escala que va desde 0 a 400 y expresa el rango de perturbación del campo geomagnético en un lugar determinado. (El lugar donde se encuentra el magnetómetro que mide las variaciones del  campo geomagnético. En la actualidad hay decenas de observatorios de este tipo). 

Para determinar este índice, se convierten a otra escala los 8 valores del índice K registrado en ese lugar y se los promedia. Este promedio, será el valor del Índice A para ese día en ese lugar.  

Obsérvese que este promedio define un valor único para el día en cuestión. Así, si alguien está interesado en lo que ocurre con el campo geomagnético a una hora determinada del día, debería examinar los valores del Índice K y si está analizando la situación a escala planetaria, podría necesitar estudiar los valores de Kp. 

Ahora bien, si está estudiando un fenómeno que dura algunas semanas por ejemplo, quizás sea conveniente estudiar las variaciones del índice A, que solo es un valor por día y al analizarlo, dará información sobre los ritmos de variación del campo geomagnético a lo largo de varios días o semanas quizás. 

Si se trata de un fenómeno a escala planetaria, debería usarse el Índice Ap. Si se estudian fenómenos de largo alcance, quizás sea necesario observar Índices semanales o mensuales. A los efectos de estimar la significación de la magnitud del Índice A, obsérvese los datos puestos a continuación, donde se muestra la relación entre las magnitudes de la actividad geomagnética y los correspondientes rangos del Índice A.

Para los rangos del Índice A y su correspondiente relación con las magnitudes de la actividad geomagnética.

Rango del Índice A

Categoría

0-7

Quieto

8-15

Inestable

16-29

Activo

30-49

Tormenta Menor

50-99

Tormenta Mayor

100-400

Tormenta Severa

   
 

Índice Ap.  

También es un Índice a  escala planetaria de la variación del campo geomagnético y se calcula promediando los valores del índice A obtenido en trece observatorios seleccionados del  mundo, ubicados entre los 46º y los 63º de latitud geomagnética de ambos hemisferios; Lerwick (UK), Eskdalemuir (UK), Hartland (UK), Ottawa (Canada), Fredericksburg (USA), Meannook (Canada), Sitka (USA), Eyrewell (Nueva Zelanda), Canberra (Australia), Lovo (Suecia), Brorfelde (Dinamarca), Wingst (Alemania) y Niemegk (Alemania).

 

Así construido, el Índice Ap tiende a expresar la actividad diaria del campo a escala planetaria.
Por consiguiente un alto
Índice A, es indicativo de mas ruido y absorción donde las altas frecuencias son afectadas primero y luego las bandas bajas.
 

Un índice A menor que 7 es bueno, en términos de condiciones promedio.
Los índices K son leídos en intervalos de 3 horas, indicando la actividad actual.

 

Aurora: Este nivel es actualizado cada dia con el paso del Satélite Polar NOAA-12 POES de donde se extraen los valores.

Se refiere a los DX  en niveles polares.
En síntesis: Altos Índices A y K: condiciones negativas para la escucha.

   
 
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