TESIS · 2017. 12. 13. · Figura 1.4 Relación entre ciclos solares y máximas frecuencias. 13 Figura 1.5 Variaciones con latitud. 15 Figura 1.6 Frecuencias máximas a lo largo del

1

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

“DESARROLLO DE SOFTWARE PARA EL CALCULO DE

FRECUENCIAS HF PARA LA CORPORACIÓN ÁNGELES

VERDES”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

P R E S E N T A:

GARCILAZO CUAUHTÉMOC DÍAZ PÉREZ

DIRECTOR DE TESIS: M en C MIGUEL SÁNCHEZ MERAZ

MEXICO 2010 MEXICO D.F.

Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 2

ÍÍnnddiiccee

Antecedentes 6

Objetivo General 6

Objetivos Particulares 6

Justificación 7

Capitulo 1 La ionósfera y los factores que la afectan 8

1.1 Las regiones de la ionósfera 8

1.2 Producción y pérdida de electrones en la ionósfera 10

1.3 Observación de la ionósfera 11

1.4 Variaciones ionosféricas 12

1.4.1 Variaciones debidas al ciclo solar 12

1.4.2 Variaciones estacionales 14

1.4.3 Variaciones con la latitud 14

1.4.4 Variaciones diurnas 15

1.5 Variaciones en absorción 16

1.6 Región E esporádica 18

1.7 Región F Ensanchada 19

1.8 Desvanecimientos graduales de onda corta 20

1.9 Eventos de absorción por capa polar (PCAs) 21

1.10 Tormentas ionosféricas 22

1.11 El sol y sus alteraciones 23

1.12 El índice A 27

Capitulo 2 Comunicaciones HF 28

2.1 Tipos de Propagación HF 28

2.2 Límites de frecuencia de las ondas de cielo 29

2.3 El rango de frecuencias utilizables 29

2.4 Longitud del salto 31

2.5 Modos de Propagación 32

2.6 Modo de propagación en la capa E 34

2.7 Frecuencia, rango y ángulo de elevación 36

2.8 Zonas de salto 38


2.9 Desvanecimiento 39

2.10 Ruido 41

2.11 Propagación VHF y en 27 MHz 42

2.12 Propagación por onda de cielo en Frecuencia Media (MF) 43

Capitulo 3 Descripción de las recomendaciones de la UIT 45

3.1 Recomendaciones de la UIT 45

3.2 Frecuencia crítica de la capa E (foE) 46

3.3 Frecuencia critica de la capa F1 (foF1) 48

3.4 Máxima Frecuencia Utilizable MUF 50

3.5 MUF básica de la capa E 50

3.6 MUF básica de la capa F1 51

3.7 MUF básica de la capa F2 52

3.7.1 Distancia sobre el suelo D hasta dmax 53

3.8 Puntos de control 56

3.9 Máximas frecuencias utilizables 57

3.10 Predicción operacional 57

3.11 Frecuencia optima de trabajo 58

3.12 Programa y base de datos IRI 58

3.13 Comparaciones 62

3. 14 Pruebas del software. 63

Capitulo 4 Desarrollo y descripción del software AVP 64

4.1 Descripción del software Ángeles Verdes 64

4.2 Desarrollo del software Ángeles Verdes 67

Conclusiones 85

Anexo A 86

Anexo B 89

Anexo C 90

Anexo D 92

Glosario 93

Bibliografía 94


ÍÍnnddiiccee ddee ffiigguurraass

Figura 1.1 Capas de la ionosfera. 9

Figura 1.2 a) Átomo con carga. 10

Figura 1.2 b) Átomo sin carga. 10

Figura 1.3 Operación de una ionosonda . 11

Figura 1.4 Relación entre ciclos solares y máximas frecuencias. 13

Figura 1.5 Variaciones con latitud. 15

Figura 1.6 Frecuencias máximas a lo largo del día para las capas

E, F1 y F2. 16

Figura 1.7 Ejemplos de variaciones diurnas y estacionales. 17

Figura 1.8 La formación de la capa E esporádica 18

Figura 1.8.1 Desvanecimientos graduales que afectan la

propagación de ondas HF. 21

Figura 1.9 Desvanecimientos graduales que afectan a las bajas

Frecuencias. 22

Figura 1.11 Variación de la actividad geomagnética. 24

Figura 1.11.1 Ciclo solar y su variación anual. 25

Figura 1.11.2 Explosión ocurrida por el sol causante de la ionización. 26

Figura 2.1 Tipos de propagación en HF. 28

Figura 2.2 Rango de frecuencias utilizables. 30

Figura 2.3 Longitudes de salto. 32

Figura 2.4 Ejemplos de modo de propagación simple. 33

Figura 2.5 Modos de propagación complejos. 34

Figura 2.6 Modo de propagación de la capa E. 35

Figura 2.7 Angulo de elevación. 36

Figura 2.8 Longitud de trayectoria fija. 37

Figura 2.9 Frecuencia fija. 39

Figura 2.10 Efectos de enfocamiento y desenfocamiento. 40

Figura 3.12 Base de datos IRI. 59

Figura 3.12.1 Resultado de la base de datos IRI. 60

Figura 3.12.2 Cálculo de enlace utilizando la base de datos. 61


Figura 4.1 Ventana del menú. 66

Figura 4.2 Ventana menú enlaces. 67

Figura 4.3 Ventana enlaces capa E. 68

Figura 4.4 Ventana ingreso de las antenas. 69

Figura 4.5 Ventana ingreso de coordenadas de forma manual. 70

Figura 4.6 Ventana enlace ingreso de la fecha y hora. 71

Figura 4.7 Base de datos manchas solares. 72

Figura 4.8 Ventana enlace resultado de la frecuencia. 73

Figura 4.9 Ventana enlace capa F2. 74

Figura 4.10 Ventana enlace ingreso de las antenas. 75

Figura 4.11 Ventana base de datos IRI. 76

Figura 4.12 Ventana base de datos ingreso de datos. 77

Figura 4.13 Ventana base de datos selección de parámetros. 78

Figura 4.14 Ventana base de datos resultados obtenidos. 79

Figura 4.15 Ventana enlace cálculo de la frecuencia. 80

Figura 4.16 Datos informativos de las frecuencias Ángeles Verdes. 81

Figura 4.17 Datos informativos. 82

Figura 4.18 Mapa de la ubicación de las radiobases. 83

Índice de tablas

a) MUF básica y girofrecuencia de los electrones asociada. 56

b) Modo de propagación de la capa E. 56

c) Alturas de reflexión especular de los trayectos del rayo. 56

d) Absorción ionosférica y girofrecuencia de los electrones asociada. 56

e) Relación entre MUF operacional y MUF básica. 58

f) Tabla de comparaciones de frecuencias de los diferentes

programas. 62


AAnntteecceeddeenntteess

Se ha comprobado que la ionósfera se puede utilizar como un medio de

transmisión ya que puede reflejar las ondas de radio, por lo que hace posible que

se pueda tener una comunicación.

Esto se realiza mandando una señal desde un transmisor hacia la ionósfera, ésta

reflejará la señal y se proyectará a un receptor; la ventaja de esto es que se

pueden cubrir distancias muy grandes en un mínimo de tiempo, esto depende de

la capa de la ionósfera en que se transmita la señal.

Las transmisiones por ondas de radio en la República Mexicana no son del todo

buenas, ya que algunas veces no se logra establecer una buena comunicación

debido a pérdidas de la señal producido por diversos factores. El problema de todo

esto es que no se sabe con exactitud con que frecuencias se debe trabajar, a que

latitud y longitud, a qué hora del día e inclusive en que mes o año es más óptima

una transmisión

OObbjjeettiivvoo GGeenneerraall

Desarrollar un software basado en la recomendación UIT-R P.533-9 para calcular

las frecuencias de operación de enlaces en la banda HF, aplicado a la corporación

Ángeles Verdes de la Secretaria de Turismo.

OObbjjeettiivvooss PPaarrttiiccuullaarreess

PPrrooggrraammaacciióónn ddee llooss mmééttooddooss ddee llaa UIT-R P.533-9 para la predicción de

frecuencias de operación en la banda HF.

Comparación de los métodos programados respecto a los software

comerciales

Desarrollo de un programa para calcular las frecuencias de operación de

enlaces HF, aplicados a la red de radiocomunicaciones de la corporación

Ángeles Verdes de la Secretaria de Turismo.


JJuussttiiffiiccaacciióónn

Debido a que en estos tiempos es de suma importancia la comunicación

con una alta confiabilidad y certeza, se requiere de una herramienta que

nos proporcione esas 2 características en nuestros enlaces de

comunicación, contando una vez con ellas se podrá ampliar la utilidad de

esta herramienta en función a los necesidades que se tengan de

comunicación como lo son la amplia gama de frecuencia de HF y sus

diversas aplicaciones en los enlaces de comunicación.

Una de las ventajas que puede ofrecer este software es la veracidad en

los datos obtenidos reflejándose ésta en enlaces de comunicación exitosos,

esto lo podremos comprobar comunicando equipos de las diferentes radio

bases que se encuentran en nuestro país, con lo cual se asegurará la

transmisión de información en estas radio bases.

Si esto se logra se pretende extender la aplicación a un punto tal que este

se adapte a comunicaciones móviles en cualquier punto de la república

mexicana, haciendo un enlace de comunicación entre una radio base y un

dispositivo móvil, donde este enlace sea exitoso y confiable, así como

hacer las pruebas reales de la comunicación entre las diferentes radio bases

situadas en nuestro país, y en seguida el enlace entre alguna radio base y

un punto seleccionado al azar que cuente con un dispositivo móvil de

comunicación de HF para corroborar que la transmisión es exitosa, así

demostrando que el software es eficaz y confiable y que se puede

implementar físicamente por ejemplo en la actualización de la red de auxilio

de los ángeles verdes como apoyo vial en las carreteras o en algunas

otras aplicaciones que se deseen.

La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1


CCaappiittuulloo 11

La ionósfera y los factores que la afectan. 1.1 Las regiones de la ionósfera

Es una región que se extiende desde una altura de alrededor de 50 km hasta 500

km, algunas de las moléculas de la atmósfera son ionizadas por la radiación solar,

lo cual produce gas ionizado. Esta región es llamada la ionósfera, figura 1.1. La

ionización es el proceso por el cual los electrones, los cuales están cargados

negativamente, son removidos de átomos o moléculas neutrales para formar

iones cargados positivamente o negativamente y electrones libres. Son estos

iones los que le dan nombre a la ionósfera, pero son los electrones mucho más

ligeros y de movimiento más libre los que son importantes en términos de la

propagación de radio en alta frecuencia (HF: 3 a 30 MHz). Generalmente, entre

mayor sea el número de electrones, mayores serán las frecuencias que pueden

ser utilizadas.

Durante el día puede haber presentes cuatro regiones llamadas regiones D, E, F1

y F2.

Sus intervalos de altura aproximados son:

• Región D de 50 a 90 Km;

• Región E de 90 a 140 Km;

• Región F1 de 140 a 210 Km;

• Región F2 superior a 210 Km.

Durante el día, algunas veces se observa en la región E una región denominada

Región E esporádica, y ciertas veces durante el ciclo solar las regiones F1 y F2

se pueden unir para formar la Región F. Durante la noche las regiones D, E y F1

pueden tener grandes agotamientos de electrones libres, dejando únicamente la

región F2 disponible para comunicaciones; sin embargo también es común que

aparezca la región E esporádica durante la noche.



Únicamente las regiones E, E esporádica (cuando está presente), F1 y F2

refractan ondas de HF. Sin embargo la región D también es importante ya que

aunque no refracte las ondas de HF, esta región las absorbe o las atenúa. La

región F2 es la región más importante para propagación de radio en alta

frecuencia dadas sus características siguientes:

FFiigg.. 11..11 CCaappaass ddee llaa iioonnoossffeerraa

• Está presente las 24 horas del día,

• Su gran altura permite las trayectorias de comunicación más grandes,

• Usualmente refracta las frecuencias más altas en el rango de HF.

En la región F2 el tiempo de vida de los electrones es el más grande, la cual es

una razón del porque esta región está presente durante la noche. Los tiempos de



vida típicos de los electrones en las regiones E, F1 y F2 son 20 segundos, 1

minuto y 20 minutos respectivamente.

1.2 Producción y pérdida de electrones en la ionósfera

La radiación solar causa la ionización en la ionósfera. Los electrones son

producidos cuando esta radiación colisiona con átomos y moléculas sin carga,

figura 1.2. Dado que este proceso requiere proceso solar, la producción de

electrones ocurre únicamente en el hemisferio donde es de día.

FFiigg.. 11..22 aa)) ÁÁttoommooss ccoonn ccaarrggaa

FFiigg.. 11..22bb)) ÁÁttoommooss ssiinn ccaarrggaa

Cuando un electrón libre se combina con un ion cargado usualmente se forma una

partícula, figura 1.2, esencialmente la pérdida corresponde al proceso opuesto a la

producción. La pérdida de electrones ocurre continuamente, tanto en el día como

en la noche.



1.3 Observación de la ionósfera

La característica más importante de la ionósfera en términos de comunicaciones

de radio es su habilidad para refractar ondas de radio. Sin embargo únicamente

aquellas ondas dentro de un cierto rango de frecuencias serán refractadas. El

intervalo de frecuencias refractadas depende de varios factores. Se han utilizado

varios métodos para investigar la ionósfera y el instrumento usado más

ampliamente para este propósito es la ionosonda, figura 1.3. Se debe observar

que muchas referencias a comunicaciones ionosféricas se habla de la reflexión de

ondas, sin embargo se trata de un proceso de refracción.

Una ionosonda es un radar de alta frecuencia el cual envía pulsos muy cortos de

energía de radio verticalmente hacia la ionósfera. Si la frecuencia de radio no es

muy alta, los pulsos son refractados de regreso hacia la tierra.

Figura 1.3 operación de una ionosonda.



La ionosonda registra el retardo de tiempo entre la transmisión y la recepción de

los pulsos. Mediante la variación de la frecuencia de los pulsos, se obtiene un

registro del retardo de tiempo en diferentes frecuencias.

Las frecuencias por debajo de alrededor de 1.6 MHz son interferidas por

estaciones de radiodifusión AM. Conforme la frecuencia se incrementa, aparece

un eco, primero desde la región E más baja y subsecuentemente con un retardo

de tiempo mayor, de las regiones F1 y F2. Por supuesto durante la noche los ecos

son regresados únicamente desde la región F2 y posiblemente desde la región E

esporádica dado que las otras regiones han perdido la mayoría de sus electrones

libres.

Actualmente, la ionósfera es sondeada no solo por el envío de señales en ángulos

de incidencia vertical. Las sondas oblicuas envían pulsos de energía de radio

oblicuamente hacia la ionósfera (el transmisor y el receptor están separados por

alguna distancia). Este tipo de sonda puede monitorear la propagación sobre un

circuito particular y pueden realizarse observaciones de varios modos que estén

siendo soportados por la ionósfera.

Las ionosondas de retro dispersión dependen de ecos reflejados desde la tierra y

regresados hacia el receptor, las cuales pueden o no estar en el mismo sitio que el

transmisor. Este tipo de sonda es utilizado para radar sobre el horizonte.

1.4 Variaciones ionosféricas

La ionósfera no es un medio estable el cual permita el uso de una única frecuencia

durante un año, o más aun durante 24 horas. La ionósfera varía con el ciclo solar,

las estaciones, y a lo largo del día. De esta manera alguna frecuencia que pueda

proveer propagación exitosa en un momento dado, puede no hacerlo una hora

más tarde.

1.4.1 Variaciones debidas al ciclo solar

El sol tiene un periodo con máximos y mínimos en su actividad el cual afectan las

comunicaciones de HF; la longitud de los ciclos solares varía desde 9 hasta 14

años.



Durante un mínimo solar únicamente las frecuencias bajas de HF serán

soportadas por la ionósfera, mientras que en un máximo solar las frecuencias más

altas se propagaran exitosamente, figura 1.4. Esto es debido a que existe más

radiación que está siendo emitida desde el sol durante un máximo solar,

produciendo más electrones en la ionósfera lo cual permite el uso de frecuencias

más altas.

Existen otras consecuencias del ciclo solar. Alrededor del máximo solar existe una

posibilidad mucho mayor de que ocurran erupciones solares. Las erupciones son

grandes explosiones sobre el sol las cuales emiten radiación que ioniza la región

D causando una absorción incrementada de las ondas de HF. Dado que la región

está presente únicamente durante el día, solo aquellas trayectorias de

comunicación que pasan a través de la luz de día serán afectadas. La absorción

de ondas de HF que viajan vía la ionósfera después de una erupción es llamada

desvanecimiento gradual de onda corta (fade-out).

Fig. 1.4 Relación entre los ciclos solares y la máxima frecuencia soportada

por las regiones E, F1 y F2. Las líneas verticales indican el inicio de cada

año. Notar también las variaciones estacionales.



Los desvanecimientos de onda corta ocurren instantáneamente y afectan sobre

todo las bajas frecuencias. Por lo tanto las frecuencias más bajas son las últimas

en recuperarse.

Si se sospecha o está confirmado que ocurrió un desvanecimiento de onda corta,

podría ser útil tratar de usar una frecuencia más alta. Sin embargo si una erupción

es muy grande, el espectro de HF completo puede hacerse inutilizable. La

duración de los desvanecimientos de onda corta puedes varias entre 10 minutos y

1 hora dependiendo de la intensidad y duración de la erupción.

1.4.2 Variaciones estacionales

Las frecuencias en la región E son mayores en verano que en invierno, figura 1.4

sin embargo la variación en las frecuencias de la región F es más complicada. En

ambos hemisferios, las frecuencias de mediodía de la región F generalmente

tienen un pico alrededor de los equinoccios (marzo y septiembre) alrededor del

mínimo solar las frecuencias de mediodía de verano son, como se espera,

generalmente mayores que aquellas de invierno, pero alrededor del máximo solar

las frecuencias de invierno en ciertas ubicaciones, pueden ser mayores que

aquellas de verano. Adicionalmente, las frecuencias alrededor del equinoccio

(marzo y septiembre) son mayores que aquellas de verano o invierno para los

máximos y mínimos solares. La observación de frecuencias de invierno de

mediodía que son a veces mayores que aquellas de verano es llamada la

anomalía estacional.

1.4.3 Variaciones con la latitud

La figura 1.5 muestra las variaciones en las frecuencias de las regiones E y F al

mediodía y a medianoche desde los polos hasta el ecuador geomagnético.

Durante el día y con la latitud creciente, la radiación solar colisiona la atmósfera

mas oblicuamente, de tal manera que la intensidad de la radiación y la densidad

de la producción de electrones decrece hacia los polos.



Fig. 1.5 Variaciones con la latitud.

Se observa que figura 1.5 como durante el día las frecuencias de la región F

tienen un pico en el ecuador magnético, alrededor de 15 a 20 grados al norte y sur

del mismo. Esto es llamado la anomalía ecuatorial. Durante la noche, las

frecuencias alcanzan un mínimo alrededor de los 60 grados de latitud norte y sur

del ecuador geomagnético. Esto es llamado el paso de media latitud. Pueden

ocurrir grandes pendientes en la vecindad de estos fenómenos las cuales pueden

conducir a variaciones en el intervalo de ondas de cielo que tienen puntos de

reflexión cercanos.

1.4.4 Variaciones diurnas

Las frecuencias de operación son normalmente más altas durante el día y más

bajas durante la noche, figura 1.6 con la salida del sol, la radiación solar hace que

se produzcan electrones en la ionósfera y las frecuencias se incrementan

alcanzando su máximo alrededor de mediodía. Después del mediodía las



frecuencias empiezan a decrecer debido a la pérdida de electrones y con la tarde

las regiones D, E y F1 se vuelven insignificantes.

La comunicación de onda de cielo de HF durante la noche es por lo tanto por la

región F2 y la absorción de ondas de radio es más baja debido a la ausencia de la

región D.

Durante la noche, las frecuencias decrecen alcanzando su mínimo justo antes de

la salida del sol.

1.5 Variaciones en absorción

La región D, la cual se vuelve insignificante durante la noche, atenúa las ondas

conforme estas pasan a través de ella la absorción en la región D también varia

con el ciclo solar siendo la más grande alrededor del máximo solar.

Fig. 1.6 Frecuencias máximas a lo largo del día para las capas E, F1 y F2.



Fig. 1.7 Ejemplo de variaciones diurnas y estacionales de la absorción para

la frecuencia de 2 Mhz en la ciudad de Sidney.

La absorción de señal es mayor en verano y durante la mitad del día, lo cual se

observa en la figura 1.7. Existe una variación en la absorción con respecto a la

latitud, existe más absorción cerca del ecuador y esta decrece hacia los polos,

aunque ciertos eventos solares incrementan significativamente la absorción en los

polos. Las frecuencias más bajas son mayormente absorbidas, de tal manera que

es recomendable frecuencias altas tanto como sea posible.

Alrededor de las regiones polares la absorción puede afectar en algunas

ocasiones muy dramáticamente las comunicaciones. Algunas veces los protones

de alta energía expulsados desde el sol durante grandes erupciones solares

bajarán las líneas de campo magnético de la tierra a las regiones polares. Estos

protones pueden ocasionar una absorción incrementada de las ondas de radio de



HF conforme estas pasan a través de la región D. Esta absorción incrementada

puede durar algunos días y es llamada un evento de absorción capa polar (PCA).

1.6 Región E esporádica

La región E esporádica se puede formar en cualquier tiempo. Esta ocurre a

altitudes entre 90 y 140 Kilómetros (en la región E), y puede extenderse sobre un

gran área o estar confinada a regiones pequeñas. Es difícil conocer donde ocurrirá

esta y su periodo de duración. La región E esporádica puede tener una densidad

de electrones comparable a la de la región F, implicando que esta puede refractar

frecuencias comparables a las de la región F. Por lo tanto la región esporádica E

puede ser utilizada para comunicaciones HF sobre frecuencias más altas de las

que serían utilizadas para comunicaciones con la capa E.

Fig. 1.8 La formación de la capa E esporádica (en la noche o en el día) puede

ocasionar que las comunicaciones a través de la región F se vean

interrumpidas si la densidad electrónica es suficientemente alta para reflejar

la onda.



Algunas veces la capa esporádica E es transparente y permite que la mayoría de

las ondas de radio pasen a través de ella a la región F, sin embargo, en otras

ocasiones la capa E esporádica obscurece totalmente la región F y la señal no

alcanza el receptor. Si la capa E esporádica es parcialmente transparente, la onda

de radio posiblemente será refractada algunas veces desde la región F y otras

desde la región esporádica E. Esto puede conducir a una transmisión parcial de la

señal o un desvanecimiento, figura 1.8.

1.7 Región F Ensanchada

La región F ensanchada ocurre cuando la región F llega a ser difusa debido a las

irregularidades en esta región las cuales dispersan las ondas de radio. La señal

recibida es la superposición de un número de ondas refractadas desde diferentes

alturas y ubicaciones en la ionósfera a tiempos ligeramente diferentes. A bajas

latitudes, la región F ensanchada ocurre principalmente durante las horas de la

noche y alrededor de los equinoccios. A latitudes medias, la región F ensanchada

ocurre menos frecuentemente que a latitudes bajas y altas. Es más probable que

ocurra durante la noche y durante el invierno. A latitudes mayores de 40 grados, la

región F ensanchada tiende a ser un fenómeno nocturno, apareciendo

principalmente durante los equinoccios, mientras que alrededor de los polos

magnéticos la región F ensanchada es frecuentemente ensanchada tanto en el día

como en la noche. En todas las latitudes hay una tendencia para que la región F

ensanchada ocurra cuando exista un decremento en las frecuencias de la región

F. Esto es la región F ensanchada es frecuentemente asociada con tormentas

ionosféricas.



1.8 Factores que afectan la ionosfera

Desvanecimientos graduales de onda corta (Short wave fade-outs, SWFs)

También llamados desvanecimientos graduales diurnos o disturbios ionosféricos

repentinos (SIDs). La radiación solar durante grandes explosiones solares causa

una ionización incrementada en la región D que resulta en una mayor absorción

de las ondas de radio de HF, figura 1.8. Si la explosión es suficientemente grande,

el espectro completo de HF puede volverse inutilizable durante algún periodo de

tiempo. Los desvanecimientos graduales ocurren más frecuentemente alrededor

del máximo solar y en la primera parte de la declinación hacia el mínimo solar.

Las principales características de los SWFs son:

• Solo serán afectados circuitos que tengan sectores con luz de día;

• Los desvanecimientos graduales usualmente duran de unos pocos minutos a

algunas veces hasta dos horas, con un inicio rápido y una recuperación lenta. La

duración del desvanecimiento gradual dependerá de la intensidad y duración de la

explosión solar;

Fig. 1.8.1 Los desvanecimientos graduales afectan la propagación de ondas

de HF en el hemisferio con luz de día.



• La magnitud del desvanecimiento gradual dependerá del tamaño de la explosión

y de la posición relativa del sol respecto al punto donde la onda de radio pasa a

través de la región D. Entre más alta sea la posición del sol con respecto a este

punto mayor será la cantidad de absorción.

• La absorción es mayor a bajas frecuencias, las cuales son las primeras en ser

afectadas y las últimas en recuperarse. Las frecuencias más altas normalmente

son menos afectadas y pueden permanecer utilizables, figura 1.9.

1.9 Eventos de absorción por capa polar (PCAs)

Los PCAs son atribuidos a protones de alta energía que escapan del sol cuando

ocurren grandes explosiones y se mueven a lo largo de las líneas del campo

magnético de la tierra hacia las regiones polares. Allí ionizan la región D,

causando atenuación de las ondas de HF que pasan a través de la capa D en la

región polar. Los PCAs ocurren más frecuentemente alrededor del máximo solar,

sin embargo no son tan frecuentes como los desvanecimientos graduales.

• Los PCAs pueden comenzar diez minutos después de una explosión solar y

durar hasta diez días;

• Algunas veces pueden superarse los efectos de los PCAs utilizando circuitos que

no requieran puntos polares de refracción;

• Aún la zona polar invernal (una región en oscuridad) puede sufrir los efectos de

los PCAs. Las partículas del sol pueden producir una región D nocturna.



Fig. 1.9 Los desvanecimientos graduales afectan principalmente a las bajas

frecuencias y son también estas las últimas en recuperarse. Las altas

frecuencias son menos afectadas o nos son afectadas con explosiones

pequeñas.

1.10 Tormentas ionosféricas

Debido a los eventos en el sol, algunas veces el campo magnético terrestre se ve

disturbado. El campo geomagnético y la ionósfera son ligados en formas

complejas y un disturbio en el campo geomagnético a veces puede ocasionar

disturbios en la región F de la ionósfera.

Esas tormentas ionosféricas algunas veces inician con un incremento en la

densidad electrónica que permiten soportar frecuencias mayores, seguido de un

decremento en la densidad electrónica que conduce a que solo puedan usarse

exitosamente frecuencias más bajas que las normales para la región F. Esta

mejora usualmente no concierne al usuario de un circuito de HF, pero esta

depresión puede causar que las frecuencias que se usan normalmente en una



comunicación sean demasiado altas con el resultado de que la onda penetre la

ionósfera.

Las tormentas ionosféricas pueden durar varios días y generalmente las latitudes

medias y altas son más afectadas que las bajas latitudes. A diferencia de los

desvanecimientos graduales, las frecuencias más altas son más afectadas por las

tormentas ionosféricas.

Para reducir los efectos de las tormentas deberían usarse frecuencias más bajas

cuando esto sea posible.

11..1111 EEll ssooll yy ssuuss aalltteerraacciioonneess

El Sol no solo hace posible la vida en la tierra sino que también permite las

comunicaciones de radio a larga distancia, este tiene zonas más oscuras

conocidas como manchas solares o “sunspots”, estas manchas tienen menor

temperatura pero poseen mucha más actividad magnética la cual es expulsada

hasta llega a nuestra capa superior de la atmósfera, la ionosfera

Cuando se crea una mancha solar esta siempre se forma a partir de dos puntos l y

se comportan de un modo muy similar a un imán en el cual cada uno de los puntos

actúa como polo magnético, una vez creados los puntos se origina una la actividad

magnética con una duración media de unas dos semanas si bien en ocasiones se

ha detectado manchas con una duración superior a dos rotaciones solares

(rotación solar = 27 días),estas radiaciones magnéticas son las que cargan a la

Ionosfera de iones, los cuales refractan las ondas .Las manchas solares

“sunspots” pueden ir cambiando día a día pero la actividad del sol describe un

ciclo muy similar de actividad que se repite cada 11 años. De esta forma el

próximo máximo del ciclo solar 24 será entre el 2010 y 2011.



Fig. 1.11 Esta grafica muestra la variación de la actividad geomagnética

conforme avanza el ciclo solar

Si miramos los últimos años podremos observar con detalle cómo va subiendo

progresivamente hasta llegar al máximo, una vez en el máximo las estaciones

(QRP) pueden establecer comunicaciones a muy larga distancia, durante el año

de máxima actividad también existen variaciones en la actividad solar

principalmente debido a la rotación del sol, que tarda 27 días en dar un giro

completo ,por otro lado la inclinación de la tierra y el giro que da la misma afecta

también en gran medida a la propagación, así que según la hora del día la

propagación será diferente ,como norma general se consideran buenas las

frecuencias superiores a 10Mhz para usarlas durante el día, y las inferiores por la

noche.



FFiigg.. 11..1111..11 NNooss mmuueessttrraa eell cciicclloo ssoollaarr yy ccoommoo vvaarriiaa ccaaddaa aaññoo

El arte de la predicción está en saber calcular la máxima frecuencia utilizable

(MUF) la cual depende de varios factores.

Todo estos fenómenos son gracias al sol, podríamos entender que este emite

explosiones solares que son explosiones masivas de energía electromagnética,

las explosiones se originan siempre cercan de los puntos que llamamos “sunspot”,

y pueden duran apenas unos minutos, dichas explosiones solares las podemos

clasificar según el numero de rayos X que producen. Una explosión solar sucede

cuando la energía almacenada en los campos magnéticos resulta liberada

súbitamente. Las explosiones producen campos de radiación; rayos X, ondas de

radio y Rayos Gamma. La energía que se libera puede contener el equivalente a

millones de megatones de bombas de hidrógeno explotando al mismo tiempo.



FFiigg.. 11..1111..22 MMuueessttrraa uunnaa eexxpplloossiióónn ooccuurrrriiddaa eenn eell ssooll llaa ccuuaall eess ccaauussaannttee

ddee llaa iioonniizzaacciióónn ddee llaa aattmmoossffeerraa

Las de mayor intensidad se conocen como X-Class , las M-Class tienen la décima

parte de energía y las C-class tienen un décima parte de las ultimas, observado en

la fotografía una “flame” de clase X, aunque su duración sea muy corta el efecto

en la ionosfera puede durar días. Dicha energía solar choca con electrones de

oxigeno y átomos de nitrógeno en la parte alta de la atmósfera creando IONES,

que son cargados de forma positiva.

Las capas de la atmósfera son por orden de cercanía a nosotros D, E, F1, F2.

La capa D, es la más baja de la Ionosfera, llega a su máxima ionización al

mediodía pero se disipa muy rápidamente, esta capa es la responsable de la

absorción de frecuencias de radio, por lo que la frecuencias bajas son absorbidas

durante el día por la capa D impidiendo que pueden llegar las ondas a capas más

altas y la posibilidad de poder establecer comunicados a muy larga distancia en

frecuencias inferiores a 10Mhz.

La capa E, al igual que la capa D, también llega a su ionización máxima durante el

día y normalmente está ausente por la noche, pero al contrario que la D la capa E

es capaz de refractar ondas de radio, incluso en algunas ocasiones llega a

refractar ondas VHF, por eso es posible la combinación por salto múltiple puede

haber una refracción en E mientras que el segundo salto puede ser en F2, etc.



Las capas F1 y F2, conocidas como región F debido a que ambas se juntan de

noche para formar una única capa tienen la capacidad de retener su ionización

durante mucho más tiempo que las otras capas y puede permanecer ionizada por

la noche de forma menos densa.

Debido a lo anterior, por la noche la capa D desaparece y la E se vuelve muy

débil, se combinan la F1 y F2 y crean una única capa (REGION F), sin absorción

de D las ondas pueden llegar hasta las capas más altas permitiendo la

comunicación a distancia X (DX).

Con todo esto es fácil entender como una onda de radio puede tener su origen en

un lugar durante el día y dar saltos hasta llegar a otro punto donde ya no existen

las capas inferiores debido a que ha anochecido pero que por otro lado sigue

estando presente la región F, en este caso entenderemos como MUF o máxima

frecuencia útil a la frecuencia más alta que la región F pueda refractar. Puede

ocurrir que la MUF sea inferior a 7Mhz o que la región F sea muy poco densa o

(débil).

Puede afirmarse que el numero de manchas solares (pueden llegar a superar las

200) aumenta la ionización mientras que fuertes explosiones X-flare crean

perturbaciones conocidas como “geomagnetic storms” o tormentas solares.

El flujo solar es algo similar, este es la medición de señales de radio desde el sol,

este valor se toma una vez al dia en la frecuencia 2800(10.7cm) si el sol emite

más ruido en esta frecuencia significa más ionización el valor del flujo va de 60(si

no hay manchas) hasta 300

1.12 El índice A.

Este describe las condiciones geomagnéticas de las últimas 24 horas, tiene un

valor entre cero y 400, un valor inferior a 10 es suficiente. Si el valor del índice A

es alto significa que hay mucha absorción en la región F y aumento de la tormenta

electromagnética.

Comunicaciones HF Capitulo 2


CCaappiittuulloo 22

Comunicaciones HF 2.1 Tipos de Propagación HF Las señales de radio de Alta Frecuencia (HF) pueden propagarse hacia un

receptor distante, figura 2.1, vía:

Onda de tierra: cerca de la tierra para distancias cortas, alrededor de 100

km sobre la tierra y 300 km sobre el mar. El rango de la onda depende de

la altura de la antena, polarización, frecuencia, tipos de tierra, vegetación,

estado del terreno y/o el mar;

Onda directa o de línea de vista: esta onda puede interactuar con la onda

reflejada en tierra dependiendo de su separación terminal, frecuencia y

polarización;

Onda de cielo: refractada por la ionósfera, a todas las distancias.

Fig. 2.1 Tipos de propagación en HF



2.2 Límites de frecuencia de las ondas de cielo No todas las frecuencias son refractadas por la ionósfera, hay límites superiores e

inferiores de frecuencia para comunicaciones entre dos terminales. Si la

frecuencia es muy alta, la onda penetrará la ionósfera, si es muy baja, la

intensidad de la señal será disminuida debido a la absorción en la región D. El

intervalo de frecuencias utilizables varía:

• A lo largo del día;

• Con las estaciones;

• Con el ciclo solar;

• De una ubicación a otra;

• Dependiendo de la región de la ionósfera utilizada para la comunicación.

Mientras que el límite superior de frecuencia varía principalmente con estos

factores, el límite inferior también es dependiente del ruido en el sitio del receptor,

de la eficiencia de la antena, potencia de transmisión, modo de propagación de la

capa E y absorción de la ionósfera.

2.3 El rango de frecuencias utilizables Para cualquier circuito existe una Frecuencia Utilizable Máxima (MUF) que está

determinada por el estado de la ionósfera en la vecindad de las áreas de

refracción y la longitud del circuito. La MUF es refractada desde el área de máxima

densidad de electrones de una región. Por lo tanto, las frecuencias mayores a la

MUF para una región particular penetrarán la región. Durante el día es posible

establecer una comunicación a través de las capas E y F utilizando diferentes

frecuencias. La frecuencia más alta soportada por la capa E es la EMUF, mientras

que aquella soportada por la capa F es la FMUF.

En particular la MUF de la región F varía durante el día, con las estaciones y con

el ciclo solar. La información de largo plazo muestra un rango de frecuencias

observadas y algunas de las predicciones IPS reflejan esto. Las predicciones

proveen un rango de MUFs para la región F, y este rango se extiende desde la



MUF de decil inferior (llamada la Frecuencia Óptima de Trabajo, FOT), pasando

por la mediana de la MUF y hasta la MUF de decil superior. Estas MUFs tienen un

90%, 50% y 10% respectivamente de posibilidades de ser soportadas por la

ionósfera. Las predicciones IPS usualmente cubren un periodo de un mes, así la

FOT debería proveer una propagación exitosa 90% del tiempo o 27 días del mes.

La MUF de la mediana debería proveer comunicación el 50% del tiempo o 15 días

del mes y la MUF de decil superior 10% o 3 días del mes. La MUF de decil

superior es la frecuencia más alta del rango MUF y muy posiblemente penetrará la

ionósfera, figura 2.2.

Las posibilidades de una propagación exitosa, discutidas anteriormente dependen

de que las predicciones mensuales de la actividad solar sean correctas. Algunas

veces ocurren eventos imprevistos en el sol que resultan en que estas

predicciones mensuales sean incorrectas. Algunas dependencias

gubernamentales de distintos países como la NASA de los Estados Unidos,

proveen correcciones a estas predicciones mensuales. Esta información es útil

para que los usuarios estén informados de los cambios en las condiciones para

establecer comunicación.

Fig. 2.2 Rango de frecuencias utilizables.



Si la frecuencia f se encuentra cerca de la ALF entonces la onda puede sufrir

atenuación en la capa D. Si la frecuencia está por encima de la EMUF entonces la

propagación es través de la capa F. Por encima de la FMUF es posible que la

onda penetre la ionósfera.

La región D no permite que todas las frecuencias sean usadas dado que entre

más baja sea la frecuencia es más posible que esta sea absorbida. La Frecuencia

Limitante por Absorción (ALF) se provee como una guía del límite inferior de la

banda de frecuencia utilizable. La ALF es significante sólo para circuitos con

puntos de refracción en el hemisferio con luz de día. Durante la noche, la ALF es

cero, permitiendo que aquellas frecuencias que no eran utilizables durante el día

se propaguen exitosamente.

2.4 Longitud del salto

La longitud del salto es la distancia terrestre cubierta por una señal de radio

después que está ha sido refractada una vez desde la ionósfera y regresada a la

tierra, figura 2.3. El límite superior de la longitud del salto está determinado por la

altura de la ionósfera y la curvatura de la tierra. Para las alturas de las regiones E

y F de 100 km y 300 km, las longitudes máximas del salto con un ángulo de

elevación de cuatro grados, son 1800 km y 3200 km, respectivamente. Distancias

mayores que estas requerirán más de un salto. Por ejemplo, una distancia de

6,100 km requeriría un mínimo de cuatro saltos en la región E y dos saltos a través

de la región F con tal ángulo de elevación. Pueden requerirse un mayor número de

saltos si se tienen mayores ángulos de elevación de la antena.



Fig. 2.3 Longitudes de salto basadas en un ángulo de elevación de 4° y

alturas para las capas E y F de 100 y 300 km, respectivamente

2.5 Modos de Propagación Existen muchas trayectorias o modos a través de los cuales una onda de cielo

puede viajar del transmisor al receptor. El modo por el cual una capa particular

requiere el mínimo número de saltos entre el transmisor y el receptor es llamado el

modo de primer orden. El modo que requiere de un salto extra es llamado modo

de segundo orden. Para un circuito con una longitud de trayectoria de 5,000 km, el

modo F de primer orden requeriría al menos de dos saltos (2F), mientras que el

modo F de segundo orden requeriría entonces de tres saltos (3F). El modo E de

primer orden tiene el mismo número de saltos que el modo F de primer orden. Si

este resulta en una longitud de salto superior a 2,050 km, el cual corresponde a un

ángulo de elevación de cero grados, el modo E no es posible. Esto también aplica

al modo E de segundo orden. Por supuesto, los modos de la región E estarán

disponibles únicamente sobre circuitos diurnos.

Los modos simples son aquellos propagados por una región, por ejemplo la región

F figura 2.4. También son posibles modos más complicados consistentes de

combinaciones de refracciones desde las regiones E y F, ductos y modos

cordales, figura 2.5.



Los modos cordales y los ductos involucran un número de refracciones desde la

ionósfera sin reflexiones intermedias sobre la tierra. Existe una tendencia a pensar

que las regiones de la ionósfera son alisadas, sin embargo la ionósfera se ondula

y se mueve, con oleadas que la recorren, las cuales pueden afectar la refracción

de la señal. Las regiones ionosféricas pueden tener inclinaciones, y cuando esto

sucede pueden aparecer los modos cordales y de ducto. Las inclinaciones

ionosféricas aparecen más frecuentemente en las proximidades de la anomalía

ecuatorial, a través de las latitudes medias y en los sectores donde se tiene la

salida y la puesta del sol. Cuando suceden este tipo de modos, las señales

pueden ser intensas dado que la onda gasta menos tiempo en atravesar la región

D y no tiene atenuaciones por reflexiones en tierra.

Fig. 2.4 Ejemplos de modos de propagación simples.

Debido a la alta densidad de electrones que durante el día tiene la ionósfera en la

vecindad de 15 grados del ecuador magnético (México está ubicado

aproximadamente entre los 15 y 25 grados de latitud), cerca de la anomalía

ecuatorial, las trayectorias transecuatoriales pueden usar estas mejoras para

propagarse sobre frecuencias mayores.



Cualquier inclinación de la ionósfera puede resultar en modos cordales,

produciendo buena intensidad de señal sobre grandes distancias.

Los ductos pueden aparecer si ocurren inclinaciones en la ionósfera y la onda

queda a atrapada entre regiones de refracción de la ionósfera. Esto ocurre más

frecuentemente en la ionósfera ecuatorial, cerca de la zona auroral y a través de

las latitudes medias. Los disturbios de la ionósfera, tales como aquellos disturbios

ionosféricos que están en movimiento, también pueden influir en la propagación

por los modos cordales y de ductos.

2.6 Modo de propagación en la capa E

Para comunicaciones diurnas a través de la región F, la frecuencia utilizable más

baja vía el modo F de un solo salto (1F) depende la presencia de la región E. Si la

frecuencia de operación para el modo 1F está por debajo de la EMUF de dos

saltos, entonces es improbable que la señal se propague a través de la región F

debido a su proyección en la región E, figura 2.6. Esto se debe a que los ángulos

de elevación de los modos 1F y 2E son similares.

Fig. 2.5 Modos de propagación complejos



La capa E esporádica también puede apantallar una onda desde la región F.

Algunas veces la capa E esporádica puede ser casi transparente, permitiendo que

la mayor parte de la onda pase a través de ella. Otras veces esta proyectará

parcialmente la región F, lo que resulta en una señal débil o con desvanecimiento,

mientras que en otras ocasiones la capa E esporádica puede oscurecer

completamente la región F con el posible resultado de que la señal no llegará al

receptor, figura 2.6.

Fig. 2.6 El modo de propagación sobre la capa E ocurre si las

comunicaciones pretenden usar el modo 1F pero la frecuencia de operación

es muy cercana o por debajo de la EMUF para el modo 2E.



Fig. 2.7 Ángulo de elevación fijo.

2.7 Frecuencia, rango y ángulo de elevación

Para propagación oblicua, hay tres variables dependientes:

• Frecuencia;

• Rango o longitud de la trayectoria;

• Ángulo de elevación de la antena.

Los siguientes diagramas ilustran los cambios a las trayectorias del rayo cuando

cada una de estas variables se fija.

Ángulo de elevación fijo, figura 2.7.

• Conforme la frecuencia se incrementa hacia la MUF, la onda es refractada en

partes más altas de la ionósfera y se incrementa el rango, trayectorias 1 y 2.

• En la MUF para ese ángulo de elevación, se alcanza el máximo rango;

trayectoria 3.

• Por encima de la MUF, la onda penetra la ionósfera, trayectoria 4.



Longitud de trayectoria fija (circuito punto a punto) figura 2.8.

• Conforme la frecuencia se incrementa hacia la MUF, la onda es refractada en

partes más altas de la ionósfera. Para mantener un circuito de longitud fija, el

ángulo de elevación también tiene que incrementarse, trayectoria 1 y 2.

Fig. 2.8 Longitud de trayectoria fija.

• En la MUF, se alcanza el ángulo crítico de elevación, trayectoria 3. El ángulo

crítico de elevación es el ángulo de elevación para una frecuencia particular, que

ocasionará una penetración de la ionósfera si este se ve incrementado.

• Por encima de la MUF, el rayo penetra la ionósfera, trayectoria 4.

Frecuencia Fija:

• A bajos ángulos de elevación la longitud de la trayectoria es la mayor, trayectoria

1.



• Conforme el ángulo de elevación se incrementa, la longitud de la trayectoria se

decrementa y el rayo es refractado en capas más altas de la ionósfera,

trayectorias 2 y 3.

• Si el ángulo de elevación es incrementado más allá del ángulo crítico de

elevación para esa frecuencia, entonces el rayo penetra la ionósfera y hay un área

alrededor del transmisor donde no puede ser recibida la onda de cielo (trayectoria

4). Para comunicarse en esta zona, llamada zona de salto, debe disminuirse la

frecuencia.

2.8 Zonas de salto

La zona de salto es un área alrededor del transmisor en la cual no se propaga la

onda de tierra ni la onda de cielo. Algunas veces las zonas de salto pueden ser

usadas con ventaja si se desea que las comunicaciones no sean escuchadas por

algún receptor particular.

Seleccionando frecuencias diferentes se alterará el tamaño de la zona de salto, y

si el receptor esta dentro de la zona de salto y fuera del alcance de la onda

terrestre, entonces es improbable que este reciba comunicaciones. Sin embargo,

factores como la dispersión lateral, donde la reflexión en tierra fuera de la zona de

salto resulta en la transmisión de la señal dentro de la zona, puede afectar la

confiabilidad de esta técnica.



Fig. 2.9 Frecuencia fija

Las zonas de salto pueden variar de tamaño durante el día, con las estaciones y

con la actividad solar. Durante el día, máximos solares y alrededor de los

equinoccios, las zonas de salto son generalmente de área más pequeña. En estas

situaciones la ionósfera tiene una densidad de electrones incrementada y por lo

tanto es capaz de soportar frecuencias mayores.

2.9 Desvanecimiento

El desvanecimiento por multitrayectoria resulta de la dispersión de la señal por la

antena transmisora. Se propagan un número de modos que tienen variaciones en

fase y amplitud. Las ondas pueden interferirse entre ellas si estas alcanzan el

receptor, ver figura 2.4.

Los disturbios conocidos como Disturbios Ionosféricos en Movimiento, TIDs,

pueden causar que una región de la ionósfera tome una cierta inclinación, lo cual

resultará en que la señal sea enfocada o desenfocada, figura 2.10. Los periodos



de desvanecimiento del orden de 10 minutos o más pueden ser asociados con

estas estructuras. Los TIDs viajan horizontalmente a velocidades de 5 a10

km/minuto con una dirección del movimiento bien definida. Algunos se originan en

las zonas aurorales siguiendo un evento solar y estos pueden viajar sobre

grandes distancias. Otros se originan a partir de disturbios climáticos.

Los TIDs pueden ocasionar variaciones en fase, amplitud y ángulo de arribo de la

onda.

Fig. 2.10 Efectos de enfocamiento y desenfocamiento causados por

disturbios inosféricos en movimiento (TIDs).

El desvanecimiento de polarización resulta de cambios a la polarización de la onda

a lo largo la trayectoria de propagación. En este caso la antena de recepción es

incapaz de recibir componentes de la señal; este tipo de desvanecimiento puede

durar una facción de segundo o unos pocos segundos.

El desvanecimiento por salto puede ser observado particularmente alrededor de la

salida y la puesta del sol, cuando la frecuencia de operación es próxima a la MUF,



o cuando la antena de recepción se encuentra cercana a la frontera de la zona de

salto. En estos momentos del día, la ionósfera es inestable y la frecuencia puede

oscilar por arriba y por debajo de la MUF causando que la señal tenga

desvanecimientos intermitentes. Si el sitio del receptor se encuentra próximo a la

frontera de la zona de salto, conforme la ionósfera fluctúe, la frontera de la zona

de salto también fluctuará.

2.10 Ruido

El ruido de radio viene de orígenes internos y externos. El ruido interno o térmico

es generado en el sistema de recepción y usualmente es despreciable cuando se

compara con las fuentes externas. El ruido de radio externo se origina de fuentes

naturales (atmosférico y galáctico) y hecho por el hombre (ambientales).

El ruido atmosférico, causado por tormentas eléctricas, es normalmente la mayor

contribución al ruido de radio en la banda de HF y especialmente degradará

circuitos que pasen a través de un terminador día-noche. El ruido atmosférico es el

mayor en las regiones ecuatoriales del mundo y se decrementa cuando se

incrementa la latitud. Su efecto también es mayor sobre frecuencias bajas, por

esta razón resulta ser un problema en los mínimos solares y en la noche cuando

son utilizadas las bajas frecuencias.

El ruido galáctico se origina desde dentro de nuestra galaxia. Las antenas de

recepción con grandes lóbulos laterales tienen mayor probabilidad de ser

afectadas por este tipo de ruido.

El ruido hecho por el hombre emana de los sistemas de ignición, luces de neón,

cables eléctricos, líneas de transmisión de potencia y máquinas soldadoras. Este

tipo de ruido depende de los avances tecnológicos de la sociedad y del tamaño de

la población.

La interferencia proveniente desde usuarios en la misma frecuencia puede ser

intencional, tal como la interferencia debida a las condiciones de propagación.

El ruido hecho por el hombre tiende a ser polarizado verticalmente, así seleccionar

una antena polarizada horizontalmente puede ayudar a reducir el ruido. El utilizar

un ancho de banda más estrecho, o una antena de recepción direccional (con un



lóbulo en la dirección de la fuente de transmisión y un nulo en la dirección de la

fuente de ruido no deseada), también ayudará a reducir los efectos del ruido.

Seleccionar un sitio con un bajo nivel de ruido y la determinación de las principales

fuentes de ruido son factores importantes en el establecimiento de un sistema de

comunicación exitoso.

2.11 Propagación VHF y en 27 MHz

La banda de VHF y de 27 MHz son usadas para comunicaciones de línea de vista

o de onda directa, por ejemplo, de barco a barco o de barco a costa. Las bandas

de frecuencia son divididas en canales y un canal es usualmente tan bueno como

el siguiente. Esto es un contraste respecto a la frecuencia media (MF: 300 KHz a 3

MHz) y la HF donde la elección de un canal de frecuencia puede ser crucial para

una buena comunicación.

Debido a que CHF y 27 MHz operan principalmente por línea de vista, es

importante montar la antena tan alta como sea posible y libre de obstrucciones.

Las estaciones costeras se ubican de forma usual en las cima de colinas para

proveer un rango máximo, pero aún las colinas más altas no proveen cobertura

mucho más allá de 45 millas náuticas (80 km) debido a la curvatura de la tierra.

Las antenas de VHF y 27 MHz deberían concentrar la radiación a bajos ángulos

(dirigidos al horizonte) ya que la radiación dirigida a ángulos altos usualmente

pasará por encima de la antena de recepción, excepto cuando la comunicación es

realizada con aeronaves.

Las frecuencias VHF y 27 MHz usualmente no sufren de ruido excepto durante

tormentas eléctricas severas. La interferencia proviene de muchos usuarios que

desean usar un número limitado de canales, y esto puede ser un problema

significativo en áreas densamente pobladas.

En ocasiones 27 MHz y las frecuencias bajas de la banda de VHF pueden

propagarse sobre grandes distancias, más allá de las limitaciones normales de la

línea de vista.

Existen tres formas en que esto puede tomar lugar:



• Alrededor de un máximo solar y durante el día, la región F de la ionósfera

frecuentemente dará soporte a comunicaciones de largo alcance por onda de

cielo, en los 27 MHz y por encima de estos;

• La capa E esporádica puede soportar algunas veces la propagación de 27 MHz y

las bajas frecuencias de VHF sobre circuitos de alrededor de 500 a 1000 millas

náuticas (1000 a 2000 km) de longitud. Este tipo de propagación ocurre

principalmente a latitudes medias, durante el día en verano;

• 27 MHZ y VHF también pueden propagarse por inversiones térmicas (ductos) a

altitudes de unos pocos kilómetros. Bajo estas condiciones, las ondas son

curvadas gradualmente por la inversión de la temperatura para seguir la curvatura

de la tierra. De esta manera se pueden cubrir varios cientos de millas náuticas.

2.12 Propagación por onda de cielo en Frecuencia Media (MF)

Las bandas de MF (300 KHz a 3 MHz) y HF pueden utilizarse para

comunicaciones por onda de cielo de largo alcance durante la noche. Durante la

noche la región D desaparece, así la absorción cae a niveles muy bajos. Esta la

razón por la cual las estaciones de radio difusión que operan en la banda de MF y

4 MHz pueden ser escuchadas a grandes distancias durante la noche.

2.13 Propagación por onda terrestre en MF y HF

En el mar es posible establecer comunicaciones de hasta varios cientos de millas

náuticas en las bandas de MF/HF utilizando propagación por onda terrestre.

La onda terrestre sigue la curvatura de la tierra y su rango no depende de la altura

de la antena. Sin embargo, el rango depende de la potencia del transmisor y

también de la frecuencia de operación. Las bajas frecuencias viajan distancias

mayores que las altas frecuencias. Así bajo condiciones ideales de bajo ruido

(medio día, durante el invierno), es posible establecer comunicaciones sobre

distancias de 500 millas náuticas a 2 MHZ utilizando un transmisor de 100 W. A 8



MHz bajo las mismas condiciones y utilizando la misma potencia de transmisión, el

rango máximo se ve reducido a alrededor de 150 millas náuticas.

Se debe notar que la propagación por onda terrestre es mucho menos eficiente

sobre la tierra que sobre el mar debido a la menor conductividad de la tierra y

otros factores.

Consecuentemente, los rangos sobre la tierra se ven considerablemente

reducidos.

Las comunicaciones por onda terrestre varían con los días y con las estaciones.

Los mayores rangos de comunicación son conseguidos durante el día en invierno

debido a que los niveles de ruido de fondo son los más bajos durante esas horas.

Las comunicaciones exitosas por onda terrestre sobre cientos de millas náuticas

sólo pueden conseguirse si las antenas de transmisión y recepción se seleccionan

para dirigir y recibir radiación a ángulos bajos. Las antenas tipo látigo altas son

ideales para este propósito

Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3


CAPITULO 3

Descripción de las Recomendaciones UIT

3.1 Recomendaciones de la UIT.

La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) es el organismo a nivel

internacional que rige las comunicaciones, este organismo emite

recomendaciones para la realización de cualquier tipo de comunicación.

Basándonos en esto, nosotros utilizaremos las recomendaciones 533, 1239, 1240,

371 y 373 para realizar un software que nos permita la predicción de la máxima

frecuencia utilizable (MUF) y la frecuencia óptima de trabajo (FOT).

Comenzaremos describiendo la recomendación 533:

Frecuencia crítica (Fo) se define como:

La frecuencia a partir de la cual un obstáculo rígido empieza a absorber parte de la

energía de las ondas incidentes. Esta frecuencia crítica, así mismo, dependerá del

espesor del obstáculo. A mayor espesor, la frecuencia incidente tendrá menor

capacidad de penetración.

Para la República Mexicana que es donde implementaremos la recomendación, el

trayecto máximo de punta a punta es de aproximadamente 3250 km por ello nos

basaremos en las siguientes capas:

E1 de 0 a 2000km

E2 de 2000 a 4000km

F1 de 2000 a 3450km

F2 de 0 a Dmax1

1 Dmax hace referencia a una distancia menor a 7000km



3.2 Frecuencia critica de la capa E (FoE)

Teniendo en cuanta la definición de la frecuencia crítica podemos establecer la

frecuencia critica de la capa E1 para un trayecto de 0 a 2000 km la cual se puede

calcular de acuerdo a la recomendación de la UIT-R P.1239 de la siguiente

manera:

donde:

A: factor de actividad solar que viene dado por:

: mediana mensual del flujo radioeléctrico solar observado en 10.7cm, expresado

en unidades de 10-22W m–2 Hz–1. Con fines de predicción resulta adecuado

aproximar por una estimación de 12, valor suavizado (12 meses) de (de

acuerdo a la Recomendación UIT-R P.371)

B: factor de variación estacional que viene dado por:

donde:

: latitud geográfica, que se considera positiva en el hemisferio Norte

: declinación solar que se considera positiva para declinaciones septentrionales.

El exponente m es una función de la latitud geográfica :



C : factor principal de latitud, que viene dado por:

donde:

o:

D: factor para tener en cuenta la hora del día:

donde X es el ángulo cenital solar (grados).

donde:



el valor p es el mismo que en el Caso 1.

El valor de D durante la noche , es el mayor de los dos siguientes:

ó:

, siendo h el número de horas después del

ocaso . En condiciones de invierno polar, cuando el Sol no sale, p tiene

el mismo valor que en el primer caso.

El valor mínimo de foE, viene dado por:

donde puede aproximarse por una estimación de 12.

Las pruebas destinadas a comprobar la precisión del método descrito han

permitido determinar una desviación típica media de 0.11 MHz para una base de

datos correspondiente a más de 80 000 comparaciones horarias para las 55

estaciones consideradas.

3.3 Frecuencia critica de la capa F1 (foF1)

Teniendo en cuanta la definición de la frecuencia crítica podemos establecer la

frecuencia critica de la capa F1 para un trayecto de 2000 a 3450 km la cual se

puede calcular de acuerdo a la recomendación de la UIT-R P.1239 de la siguiente

manera:



donde:

Siendo, la latitud geomagnética (grados) que es positiva en ambos hemisferios,

y que viene dada por:

donde:

g: latitud geográfica de la posición de interés

g0: latitud geográfica del polo Norte geomagnético

longitud geográfica de la posición de interés

longitud geográfica del polo Norte geomagnético

El ángulo cenital máximo del Sol en que está presente la capa F1 viene dado por

las siguientes expresiones:

donde:



3.4 Máxima Frecuencia Utilizable MUF

Este procedimiento de predicción aplica un análisis del trayecto del rayo para

trayectos de hasta 7 000 km, formulaciones empíricas de modos compuestos a

partir del ajuste a los datos medidos para trayectos superiores a 9 000 km, y una

variación entre estos dos métodos para trayectos de 7 000 a 9 000 km.

Se determina el valor mediano mensual de la MUF básica. El método exige la

determinación de una serie de características ionosféricas y parámetros de

propagación en “puntos de control” especificados.

En las regiones ecuatoriales, y en particular por la tarde/noche (hora local), es

posible que se distorsionen los resultados previstos a causa de inestabilidades

estructurales ionosféricas regionales que no se tienen en cuenta en este método.

3.5 MUF básica de la capa E

La frecuencia foE se evalúa para los puntos de control y se selecciona el valor

menor para los trayectos de 0 a 4 000 km (E1 y E2). La MUF básica de un modo

E de n saltos en un trayecto de longitud D está dada por:

donde:

i110 es el ángulo de incidencia a una altura de reflexión especular de 110 km, en el

punto medio de un salto de longitud d = D/n.

La MUF básica de la capa E de este trayecto es el valor de para el

modo E de orden mínimo.



Para n se tomara en cuenta el valor 1 debido a que se considerara un solo salto

por practicidad.

La propagación ionosférica vía reflexiones únicas de la capa E es importante para

las distancias de transmisión inferiores a 2 000 km. La MUF básica de la capa E

de un modo de propagación en particular puede determinarse como el producto

del valor a medio trayecto de la foE (véase la Recomendación UIT-R P.1239) y el

factor ME. El factor M se basa en cálculos del trayecto del rayo para un modelo

parabólico de la capa E con hmE = 110 km, y mE = 20 km, despreciando los

efectos del campo magnético de la Tierra. Se calcula mediante la ecuación:

donde:

siendo D la distancia de círculo máximo (km).

3.6 MUF básica de la capa F1

La propagación ionosférica por la capa F1 es importante para distancias de

transmisión entre 2 000 y 3 400 km, en latitudes medias y elevadas, durante los

meses de verano. Para las distancias mencionadas de transmisión la MUF básica

de la capa F1 se considera como el producto del valor de foF1 en el punto mitad

del trayecto (véase la Recomendación UIT-R P.1239) y el factor MF1. El factor M

se ha deducido de cálculos de trazado de rayos en perfiles de densidad

electrónica en función de la altura, obtenidos en base a ionogramas

representativos de medio día en latitudes medias y altas. Se supone que estos

factores se aplican a todos los ángulos cenitales del Sol. El factor M puede

determinarse a partir de las siguientes expresiones numéricas:



donde:

y donde D es la distancia de círculo máximo (km) (entre 2 000 y 3 400 km).

3.7 MUF básica de la capa F2

El orden, n0, del modo de orden mínimo viene determinado por consideraciones

geométricas, utilizando la altura de reflexión especular hr obtenida en el punto de

control en el punto medio del trayecto mediante la ecuación:

tomándose entre ambos el valor que sea menor

Para este modo, la MUF básica de la capa F2, que también es la MUF básica de

la capa F2 del trayecto, se calcula de la manera siguiente:

donde:

= valor de la girofrecuencia de los electrones, para una altura de 300 km.



con

donde:

d = D/n0 y dmáx se expresan en kilómetros

C3000: valor de Cd para D = 3 000 km

x = , o 2, tomándose entre ambos el valor que sea mayor

3.7.1 Distancia sobre el suelo D hasta dmáx

La MUF básica de la capa F2 viene dada por la expresión:

siendo:

= girofrecuencia adecuada (véase la Recomendación UIT-R P.1239) y

CD = 0.74 – 0.591 Z – 0.424 Z 2 – 0.090 Z 3 + 0.088 Z 4 + 0.181 Z 5 + 0.096 Z 6

con Z = 1 – 2D /dmáx.

C3000: valor de CD para D = 3 000 km, siendo D la distancia de círculo máximo en

(km).



Para hacer una aproximación más exacta sobre la MUF básica de la capa F2 se

utilizaran las ecuaciones de Gauss para la girofrecuencia la cual esta expresada

en la ecuación anterior.

La inducción magnética Fx, Fy y Fz (gauss) a lo largo del Norte geográfico, el Este

y direcciones verticalmente descendentes viene dada respectivamente por:

Donde:

Con

=colatitud Norte (= 90° – ), donde es la latitud geográfica en grados (positivos

en el hemisferio Norte, –90°≤ ≤90°)

Función de Legendre asociada, definida como:

Coeficientes numéricos para el modelo de campo (gauss)



R = factor de escala dependiente de la altura, cuya fórmula es:

donde:

hr = altura a la que se evalúa el campo (que se supone de 300 km).

El campo magnético total, F, será:

La inclinación magnética, I y la girofrecuencia, (MHz) se determinan a partir de:

Y

Los resultados obtenidos por medio de las ecuaciones anteriores son los

siguientes:

Fig. 4.7 Resultados obtenido del programa para la girofrecuencia.



3.8 Puntos de control

Se supone que la propagación se efectúa por el trayecto de círculo máximo entre

el transmisor y el receptor en los modos E (trayectos de hasta 4 000 km) y en los

modos F2 (todas las longitudes). Los puntos de control se seleccionan como se

indica en el Cuadro 1, en función de la longitud del trayecto y la capa de reflexión.

a) MUF básica y girofrecuencia de los electrones asociada

b) Modo de propagación de la capa E

c) Alturas de reflexión especular de los trayectos del rayo

d) Absorción ionosférica y girofrecuencia de los electrones asociada



M: punto intermedio del trayecto

T: emplazamiento del transmisor

R: emplazamiento del receptor

dmáx: longitud máxima de un salto para el modo F2

d0: longitud del salto del modo de orden inferior

Las distancias se expresan en km.

3.9 Máximas frecuencias utilizables básicas

Se evalúan las MUF básicas de los diversos modos de propagación en términos

de las correspondientes frecuencias críticas de la capa ionosférica y de un factor

relacionado con la longitud del salto. Cuando se consideran los modos E y F2, la

mayor de las dos MUF básicas de los modos E y F2 de orden mínimo representa

la MUF básica del trayecto.

3.10 Predicción de la MUF operacional

Para determinar la MUF operacional (dada en la Recomendación UIT-R P.373)

para un modo F2 se expresa en términos de la MUF básica. En el Cuadro 1 se

observa la relación entre la MUF operacional y la MUF básica para las diferentes

estaciones del año, horas del día y potencia radiada del transmisor. Cuando se

determina la MUF operacional para un modo E o F1, se toma igual a la MUF

básica correspondiente.



e) Relación entre MUF operacional y MUF básica.

3.11 Frecuencia óptima de trabajo (FOT)

Frecuencia más baja de los valores diarios de la MUF operacional en un momento

dado, durante un periodo específico, normalmente de un mes. Quiere decirse que

es la frecuencia rebasada por la MUF de explotación durante el 90% del periodo

especificado.

La FOT según la recomendación UIT-R P.373 se estima en términos de la MUF

operacional, utilizando un factor de conversión Fi igual a 0.95 si la MUF básica del

trayecto está determinada por un modo E o F1.

3. 12 Programa y base de datos IRI (International Reference Ionosphere)

La Ionosfera Internacional de Referencia (IRI) es un proyecto internacional

patrocinado por el Comité de Investigaciones Espaciales (COSPAR) y la Unión

Internacional de Radio Ciencia (URSI). Estas organizaciones formaron un Grupo

de Trabajo (la lista de miembros y en el mapa mundial) en los años sesenta para

producir un modelo empírico estándar de la ionosfera, sobre la base de todas las

fuentes de datos disponibles. Varias ediciones constantemente mejoradas del

modelo han sido publicadas. Para la localización dada, el tiempo y la fecha, el IRI



proporciona promedios mensuales de la densidad electrónica, temperatura

electrónica, temperatura de los iones, y la composición de iones en el rango de

altitud de 50 km y 2000 km así como otros parámetros.

Este programa está bajo la supervisión de la NASA el cual para nuestro objetivo

nos sirve para la obtención de valores indispensables en nuestro software ya que

dichos valores no pudieron ser calculados debido a la falta de formulas que no

estaban implementadas en las recomendaciones pero que si eran especificadas y

las cuales al hacer una extensa investigación de estas no se hallaron los

resultados para la obtención de las mismas.

Fig. 3.12 Base de datos IRI



Fig. 3.12.1 Resultados de la base de datos IRI.



Enlace Puebla-Acapulco

Fig. 3.12.2 Calculo de un enlace utilizando la base de datos IRI.



3.13 Comparaciones

Se realizaron varias pruebas con distintos software que ya existen y que también

calculan frecuencias esto con el fin de comparar los resultados de el software que

se diseño para determinar si los valores son similares a los de los otros software,

dichas pruebas se realizaron para diferentes enlaces lo cual implica que se

utilizaron diferentes parámetros lo cual arrojo los siguientes datos.

ff)) TTaabbllaa ddee ccoommppaarraacciioonneess ddee ffrreeccuueenncciiaass ddee llooss ddiiffeerreenntteess pprrooggrraammaass



3. 14 Pruebas del software.

Las principales pruebas que se realizaron para la comparación de los resultados

obtenidos fueron sobre todo con los programas REC533, ICEPAC y VOACAP

estos programas se encuentran en internet y son de uso libre, a pesar de que

dichos programas también están basados en la recomendación de la UIT los

resultados obtenidos en cada programa son diferentes ya que sus valores son

diferentes.

Al momento de compara los resultados del software AVP con los programas

anteriores se observo que los valores obtenidos eran muy parecidos tanto al

REC533 como al ICEPAC y al VOACAP estos valores se realizaron para distintos

enlaces y los resultados se registraron en una tabla de comparaciones.

Cabe mencionar que se realizaron cálculos manuales en cuanto a la programación

de los métodos de la Recomendación ya que se requería que los valores

estuvieran justificados para lo cual se realizaron pruebas tanto para un enlace de

larga distancia y uno de corta distancia.

Una vez obtenidos todos los resultados tanto de los programas de uso libre y los

resultados obtenidos con el software AVP y hecho los cálculos manuales se llego

a la conclusión de que el software AVP puede obtener dos tipos de frecuencias

tanto de la capa E como de la capa F2 la cual se da la opción al usuario de

escoger con que capa se desea hacer el enlace, cosa que los programas de uso

libre no especifican y nos permite tener una frecuencia mucho más exacta.

Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4


Capitulo 4 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes (AV)

4.1 Descripción del software Ángeles Verdes

En este capítulo se describe de forma detallada y a bloques el software

desarrollado para que el usuario tenga noción de cómo funciona el programa así

como cuales son los parámetros que requiere el mismo para hacer los cálculos

necesarios y además conozca las otras opciones con las que cuenta el software y

al final maneje el programa sin contratiempos.

Inicio

Menú Enlace:

El usuario tiene la

opción de realizar dos tipos de enlace.

1) Enlace capa E

2) Enlace capa F2

Una vez obtenidos todos los datos se

realiza el cálculo de la

frecuencia.

Fin

Enlace Capa E:

El usuario deberá

ingresar algunos datos específicos para el

cálculo de la

frecuencia.

Se podrá elegir entre

ingresar valores ya

predeterminados o ingresar valores

manualmente.

Los valores

predeterminados cuentan con un listado

de radiobases para su

elección.

Los valores manuales se deberán ingresar las

coordenadas

geográficas tanto del punto transmisor como

del receptor.

Una vez hecho lo anterior se pasara a

ingresar la fecha (hora,

día, mes y año) para el cual se quiere el

enlace.

La distancia es un

valor que se calcula

automáticamente.

Lo que respecta al número de manchas

solares y el promedio

de las mismas se hará mediante ayuda de una

base de datos..

2

1

1 2

Ingreso al menú de

opciones de los

ángeles verdes: 1) Enlaces

2) Datos

3) Mapa



Enlace Capa F2:

El usuario deberá

ingresar algunos

datos específicos

para el cálculo de la

frecuencia.

Inicio

El primer paso es

elegir las radiobases

tanto transmisora

como receptora las

cuales el programa

ya tiene definidas.

La distancia es un

valor que se calcula

automáticamente por

medio de las

coordenadas

geográficas.

Se ingresaran los

siguientes valores:

foF2

foE

M3000

foF2 es la

frecuencia optima de

la capa F2, foE es la

frecuencia optima de

la capa E y el M3000

es un coeficiente

cuyo valor varia.

Estos tres elementos

serán extraídos de

una base de datos de

internet la cual nos

proporciona estos

valores por año, por

meses, por días y por

horas.

La girofrecuencia (fh)

es un valor el cual se

calcula mediante las

coordenadas

geográficas

Una vez obtenidos

todos los datos se

hace la operación

necesaria para el

cálculo de la

frecuencia máxima

utilizable mas

optima para el enlace

Fin

2 1

2 1



Inicio

Menú Datos:

Esta opción del menú

le muestra al usuario

los datos relacionados

con la organización

ángeles verdes donde

se pueden encontrar

las frecuencias con las

que operan

actualmente la red, el

tipo de enlace que se

está realizando así

como si el enlace es

efectivo o no.

En esta parte del

menú se puede llevar

un registro de las

frecuencias óptimas

para cada estado y así

tener una base de

datos de las

frecuencias

actualizada y más

eficiente.

Inicio

Menú Mapa:

Esta opción nos

muestra un mapa de la

republica mexicana

donde se tienen

ubicadas las radiobases

disponibles de los

ángeles verdes y nos

permite conocer de una

forma más grafica y de

forma más accesible

algunos datos

disponibles de estas

radiobases como son

sus latitudes y

longitudes además de

conocer que rango de

frecuencias son las que

operan actualmente

cada una de sus

antenas.

Fin

Fin



4.2 Desarrollo del software Ángeles Verdes

Ingreso al menú de opciones de los Ángeles Verdes la cual cuenta con 4 opciones para un manejo fácil y sencillo al usuario con solo dar un clic el usuario podrá ingresar a cualquiera de los menús: 1) Enlaces 2) Datos 3) Mapa 4) Salir

Fig. 4.1 Ventana del menú



Menú Enlace: El usuario tiene la opción de realizar dos tipos de enlace para obtener dos frecuencias ya que se podrán obtener frecuencias para enlaces diurnos y nocturnos. 1) Enlace capa E 2) Enlace capa F2

Fig. 4.2 Ventana menú enlaces



Enlace Capa E:

El usuario deberá ingresar algunos datos específicos para el cálculo de la frecuencia. Se podrá elegir entre ingresar valores ya predeterminados o ingresar valores manualmente en el caso de las latitudes y longitudes.

Fig. 4.3 Ventana enlaces capa E



En caso de elegir valores predeterminados se podrán escoger las radiobases con las que el programa ya cuenta en este caso son 8 radiobases transmisoras y 32 radiobases receptoras. Las radiobases también cuentan con una opción de frecuencias de operación que son con las que trabaja cada radiobase.

Fig. 4.4 Ventana enlace ingreso de las antenas.



En el caso de los valores manuales se deberán ingresar las coordenadas geográficas tanto del punto transmisor como del receptor.

Fig. 4.5 Ventana enlace ingreso de las coordenadas geográficas de forma

manual.



Una vez hecho lo anterior se pasara a ingresar la fecha (hora, día, mes y año) para el cual se quiere el enlace.

Fig. 4.6 Ventana enlace ingreso de la fecha y hora.



Lo que respecta al número de manchas solares y el promedio de las mismas se hará mediante ayuda de una base de datos la cual cuenta con 11 años de información recaudada los cuales se encuentran organizados por fecha desde el año 2000 hasta el 2010.

Fig. 4.7 Base de datos de las manchas solares.



Una vez obtenidos todos los datos se hace la operación necesaria para el cálculo de la frecuencia máxima utilizable mas optima para ese enlace.

Fig. 4.8 Ventana enlace resultado de la frecuencia.

La distancia es un valor que se calcula automáticamente por medio de las coordenadas geográficas y los valores de las manchas solares se hacen con una búsqueda en una base de datos de forma automática.



Enlace Capa F2:

El usuario deberá ingresar algunos datos específicos de la base de datos para obtener el cálculo de la frecuencia.

Fig. 4.9 Ventana enlace capa F2.



El primer paso es elegir las radiobases tanto transmisora como receptora las cuales el programa ya tiene definidas para este caso también se tiene la opción de frecuencias de trabajo de las radiobases transmisoras.

Fig. 4.10 Ventana enlace ingreso de las antenas.



Se ingresaran los siguientes valores: foF2 foE M3000 foF2 es la frecuencia optima de la capa F2, foE es la frecuencia optima de la capa E y el M3000 es un coeficiente cuyo valor varia. Estos tres elementos serán extraídos de una base de datos de internet la cual nos proporciona estos valores por año, por meses, por días y por horas.

Fig. 4.11 Ventana base de datos IRI.



Se llevara a cabo el llenado de los campos que se especifican como son el año, el mes, la hora, el día, latitud y longitud del punto de transmisión que la base de datos requiere para el enlace deseado.

Fig. 4.12 Ventana base de datos IRI ingreso de los datos.



Una vez realizado el llenado de los campos se pasara a elegir los parámetros que se requieren para poder ingresarlos en el software de los ángeles verdes y así poder calcular la frecuencia de la capa F2. Dichos parámetros son M3000, foF2 y foE.

Fig. 4.13 Ventana base de datos IRI selección de los parámetros.



La base de datos proporcionara una lista de los parámetros que el usuario eligió, para ingresarlos en el programa principal dicha lista contara con los valores de las 24hrs del día que el usuario ha elegido así como los valores del M3000, foF2 y

foE para cada hora.

Fig. 4.14 Ventana base de datos IRI resultados obtenidos.



El resultado obtenido de los parámetros será ingresado en el programa principal para poder realizar el cálculo de la frecuencia de la capa F2.

Fig. 4.15 Ventana enlaces cálculo de la frecuencia.

La distancia al igual que en la capa E es un valor que se calcula automáticamente por medio de las coordenadas geográficas. La girofrecuencia es un valor que se calcula por medio de las coordenadas geográficas y que está definido en el programa para cada una de las diferentes radiobases con las que el programa cuenta.



Menú Datos:

Esta opción del menú le muestra al usuario los datos relacionados con la organización ángeles verdes donde se pueden encontrar las frecuencias con las que operan actualmente la red, el tipo de enlace que se ha realizando entre diferentes puntos de la republica, así como si el enlace es efectivo o no. En esta parte del menú se puede llevar un registro de las frecuencias óptimas para cada estado y así tener una base de datos de las frecuencias actualizada y más eficiente.

Fig. 4.16 Datos informativos de las frecuencias utilizadas por los ángeles

verdes.



Esta opción del menú de datos a parte de conocer información sobre las frecuencias que utiliza la red de los ángeles y conocer sus radiobases y con qué frecuencias operan nos permite conocer las distancias que existen entre las antenas y con que radiobases se hacen más enlaces y cuáles son las que tienen más enlaces efectivos.

Fig. 4.17 Datos informativos de las bases de los Ángeles Verdes.



Menú Mapa:

Esta opción nos muestra un mapa de la republica mexicana donde se tienen ubicadas las radiobases disponibles de los ángeles verdes y nos permite conocer de una forma más grafica y de forma más accesible algunos datos disponibles de estas radiobases como son sus latitudes y longitudes además de conocer que rango de frecuencias son las que operan actualmente cada una de sus antenas.

Fig. 4.18 Mapa de la ubicación de las radiobases de los ángeles verdes.

Conclusiones


Conclusiones

El software presentado anteriormente es un diseño enfocado a una dependencia y

nos brinda una frecuencia óptima y segura para enlaces en toda la Republica

Mexicana.

Los cálculos brindados por el software son los óptimos en teoría ya que no se ha

presentado la oportunidad de comprobar dichos datos de forma real en la red

Ángeles Verdes.

Las bases de datos con las que el programa cuenta permite que este sea más

preciso en el cálculo de las frecuencias que se requieren para la comunicaciones

de los Ángeles Verdes ya que están actualizadas, además de que se implementan

diversos parámetros con los cuales el cálculo es más exacto.

Además de contar con un mapa que nos permite conocer la ubicación de las

radiobases con las cuales la red de los Ángeles Verdes tiene mayores enlaces de

comunicación y estas se pueden expandir y ubicar en el resto de la Republica

Mexicana.

Es importante mencionar que este programa se mantendrá a la vanguardia con la

actualización de sus bases de datos además de que se pueden anexar otras

funciones en caso de que la red de los Ángeles Verdes así lo requiera.

Con los datos obtenidos de las tablas arriba mencionadas se puede observar que

los valores de los distintos programas son muy similares entre si y que también los

valores del programa que se diseñado es muy parecido lo cual cumple con los

requerimientos de la UIT-R P.533-9 para el cálculo de las frecuencias.

La ventaja principal del programa comparado con las otras versiones que existen

en el mercado es que este permite calcular dos tipos de frecuencias las cuales

son las optimas para que exista un enlace de comunicación tanto diurno como

nocturno ya que de suma importancia que los Ángeles Verdes se puedan

comunicar entres si porqué son una dependencia la cual se caracteriza por brindar

un apoyo en carreteras a los usuarios en toda la Republica Mexicana.

Anexo


Anexo A

Código fuente del programa MUF Capa E

clear all,clc; d=input('Dia: '); m=input('Mes: '); distxrx=input('Distancia km: '); switch m case 1, d=d; case 2, d=31+d; case 3, d=59+d; case 4, d=90+d; case 5, d=120+d; case 6, d=151+d; case 7, d=181+d; case 8, d=212+d; case 9, d=243+d; case 10, d=273+d; case 11, d=304+d; case 12, d=334+d; end lat=input('Latitud Geográfica: '); rk=input('Promedio de manchas solares al mes: '); r12=input('Numero de manchas solares : '); h=input('UTC: '); az=zeros; J0=zeros; J100=zeros; k=13; if h<=19 k=13; az=15*(h-k); else J0=0.16+(2.64E-3*distxrx)-(0.40E-6*(distxrx^2)); J100=-0.52+(2.69E-3*distxrx)-(0.39E-6*(distxrx^2));

Anexo


MF1=J0-(0.01*((J0-J100)*r12)); Cn=1/12; N=m; a=zeros; f12=63.7+(0.728*r12)+((8.9*10^-4)*(r12)^2);%f12 A=1+0.0094*(f12-66);%factor de actividad solar ar=((360/365)*(d+284)); ds=23.45*sin(ar*.0175);%declinacion solar latr=lat*.0175; %latitud en radianes gr=abs(lat-ds); if gr<80 %>< Nb=gr; % N else end if gr>=80 Nb=80; % Nt else end if abs(lat)<32 m=-1.93+1.92*cos(latr); x=23; y=116; else end if abs(lat)>=32 m=0.11-.49*cos(latr); x=92; y=35; else end Nbr=Nb*0.0175; B=(cos(Nbr))^m;%factor de variacion estacional C=x+y*cos(latr);%factor principal de latitud cenitud solar if abs(lat)<=12 p=1.31; else end if abs(lat)>12 p=1.20; else end if az<=73 D=(cos(az*0.0175))^p;%factor de hora de dia D=abs(D); else

Anexo


if 73<az<90 D=(cos(az-((6.27*10^-13)*(az-50)^8)))^p;%revisar en la rec-1239 D=abs(D); else if az>=90 D=0.072^p*exp(25.2-0.28*az);%existe otra formula que involucra a h que es el numeor de hora despues del ocaso D=abs(D); end end end foe1=(A*B*C*D)^(1/4); foe=abs(foe1); cos(0.0175*distxrx/2*R0))*0.0175); X= (distxrx-1150)/1150; Me=3.94+(2.8*X)-(1.7*X^2)-(0.6*X^3)+(0.96*X^4); mufe=foe*Me; %CONDICION VARIACION DE MUF DEPENDIENDO LA ESTACION Y LA HORA. if m>2 && m<9 if h>6 && h<19 mufe= mufe+1.15; else mufe= mufe+1.25; end else if h>6 && h<19 mufe= mufe+1.25; else mufe= mufe+1.35; end end fote=mufe*0.85 ; MUFF1=foe*MF1; disp('MUF basica de la capa E:'); disp(mufe); disp('FOT capa E:'); disp(fote); disp('Frecuencia critica dela capa E foE:'); disp(foe); disp('MUF basica capa F1:'); disp(MUFF1); disp('Numero de manchas solares R12:'); disp(r12);

Anexo


Anexo B Código fuente del programa MUF de la capa F2

clear all,clc; D=input('Distancia[km]: '); foF2=input('foF2[Hz]: '); foE=input('foE[Hz]: '); fh=input('fh[Hz]: '); M3000F2=input('M3000: '); X=foF2/foE; B=M3000F2-0.124+((M3000F2)^2-4)*(0.0215+0.005*sin((7.854*.0175/X)-1.9635)); dm=4780+(12610+(2140/X^2)-(49720/X^4)+(688900/X^6))*((1/B)-0.303); %dist maxima Z=1-((2*D)/dm); Cd=0.74-(0.591*Z)-(0.424*Z^2)-(0.090*Z^3)+(0.088*Z^4)+(0.181*Z^5)+(0.096*Z^6); %Para el cálculo de c3000 se emplea lo mismo, pero con una D=3000 d3000=3000; z3=1-((2*d3000)/dm); C3000=0.74-(0.591*z3)-(0.424*z3^2)-(0.090*z3^3)+(0.088*z3^4)+(0.181*z3^5)+(0.096*z3^6); MUFF2=(1+(Cd/C3000)*(B-1))*foF2+(fh/2)*(1-(D/dm)); disp('MUFF2'); disp(MUFF2); disp('MufF2 formula'); MufF2=M3000F2*foF2; disp(MufF2); MufF2=M3000F2*foF2;

Anexo


Anexo C Código fuente del programa de lagrange

clear all,clc m= zeros; lat=input('Latitud: '); t=input('Longitud geografica: '); g=[-1671.8 0 0 0 0 0;3047 1656.9 0 0 0 0;-2305.3 1246.8 674.4 0 0 0;798.2 211.5 -379.5 100.2 0 0;354.4 208.6 -136.6 -168.3 -14.1 0;69.6 76.6 -151.1 -15 14.7 50.3;-74.4 -1.4 38.6 12.3 9.4 5.5] h=[5080 0 0 0 0 0;-2594.9 0 0 0 0 0;-200.4 269.3 -534.5 0 0 0;281.4 -225.8 145.7 -304.7 0 0;42.7 179.8 -123 19.5 103.6 0;-20.2 54.7 63.7 -63.4 0 50.3;-61.4 -22.5 6.9 25.4 10.9 -26.4] for n=1:6 for m=1:n R=6371.2/(6371.2+300); a=n+m; syms x; b=((x^2-1)^n); p1(n,m)=((-1)^m/(2^n*factorial(n)))*((1-x^2)^(m/2))* diff(b,a); p=subs(p1,x,cos (x)); v=subs(p1,x,cos(90-lat)); disp ('Función de Legrende Asociada:'); disp ('P='); disp(p); disp('Xn,m: '); %disp('dP='); diff(p); w=subs(ans,x,(90-lat)); disp(w); y0=m*(v)/sin(x); y=subs(y0,x,(90-lat)); disp('Yn,m: '); disp(y); z=-(n+1)*v; disp('Zn,m: '); disp(z); %Comienzo de vectores de fuerza Fx0=(ans(n,m)*((g(n,m)*cos(m*t))+(h(n,m)*sin(m*t))))*R^(n+2); Fx=subs(Fx0,x,(90-lat)); disp('Fx= '); disp(Fx); Fy0=(y0(n,m)*((g(n,m)*sin(m*t))-(h(n,m)*cos(m*t))))*R^(n+2); Fy=subs(Fy0,x,(90-lat)); disp('Fy= ');

Anexo


disp(Fy); Fz0=(z(n,m)*((g(n,m)*cos(m*t))+(h(n,m)*sin(m*t))))*R^(n+2); Fz=subs(Fz0,x,(90-lat)); disp('Fz= '); disp(Fz); %Campo magnetico total F F=sqrt(Fx^2+Fy^2+Fz^2); disp('F= '); disp(F); %Inclinacion magnetica %I=arctg(Fz/sqrt(Fx^2+Fy^2)); %Girofrecuencia fh=2.8*F end end

Anexo


Anexo D

Código fuente del programa del cálculo de la distancia

%Calculo de la distancia entre Tx y Rx c¿por medio de coordenadas clear all,clc; lat=input('Latitud Geográfica 1: '); lon=input('Longitud Geográfica 1: '); lat2=input('Latitud Geográfica 2: '); lon2=input('Longitud Geográfica 2: '); %lon=360-lon; %lon2=360-lon2; diflat=lat-lat2; diflon=lon-lon2; AEI=2*asin(sqrt((sin(diflat*0.0175/2)*sin(diflat*0.0175/2))+cos(lat*0.0175)*cos(lat2*0.0175)*(sin(diflon*0.0175/2)*sin(diflon*0.0175/2)))); % angulo esferico interior R0=6371; dist=AEI*R0; disp('Distancia: '); disp(dist);

Glosario


Glosario

HF: High Frecuency

VHF: Very High Frecuency

D: Nombre de la capa D.

E: Nombre de la capa E.

F1: Nombre de la capa F1.

F2: Nombre de la capa F2.

F: Nombre de la capa F

IRI: International Reference Ionosphere

MUF: Máxima Frecuencia Utilizable

EMUF: Máxima Frecuencia Utilizable de la capa E

SWFs: Short Wade fade-outs

SIDs: Disturbios ionosféricas repentinos

TIDs: Disturbios ionosfericos en movimiento

FOT: Frecuencia Óptima de Trabajo

Fo: Frecuencia crítica

FoE: Frecuencia crítica de la capa E

FoF1: Frecuencia crítica de la capa F1

NASA: National Aeronautics and Space Administration

URSI: Unión Internacional de Radio Ciencia

COSPAR: Comité de Investigación Espacial

UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones

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TESIS · 2017. 12. 13. · Figura 1.4 Relación entre ciclos solares y máximas frecuencias. 13 Figura 1.5 Variaciones con latitud. 15 Figura 1.6 Frecuencias máximas a lo largo del