INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

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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. 1

2 Índice Antecedentes 6 Objetivo General 6 Objetivos Particulares 6 Justificación 7 Capitulo 1 La ionósfera y los factores que la afectan Las regiones de la ionósfera Producción y pérdida de electrones en la ionósfera Observación de la ionósfera Variaciones ionosféricas Variaciones debidas al ciclo solar Variaciones estacionales Variaciones con la latitud Variaciones diurnas Variaciones en absorción Región E esporádica Región F Ensanchada Desvanecimientos graduales de onda corta Eventos de absorción por capa polar (PCAs) Tormentas ionosféricas El sol y sus alteraciones El índice A 27 Capitulo 2 Comunicaciones HF Tipos de Propagación HF Límites de frecuencia de las ondas de cielo El rango de frecuencias utilizables Longitud del salto Modos de Propagación Modo de propagación en la capa E Frecuencia, rango y ángulo de elevación Zonas de salto 38 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 2

3 2.9 Desvanecimiento Ruido Propagación VHF y en 27 MHz Propagación por onda de cielo en Frecuencia Media (MF) 43 Capitulo 3 Descripción de las recomendaciones de la UIT Recomendaciones de la UIT Frecuencia crítica de la capa E (foe) Frecuencia critica de la capa F1 (fof1) Máxima Frecuencia Utilizable MUF MUF básica de la capa E MUF básica de la capa F MUF básica de la capa F Distancia sobre el suelo D hasta dmax Puntos de control Máximas frecuencias utilizables Predicción operacional Frecuencia optima de trabajo Programa y base de datos IRI Comparaciones Pruebas del software. 63 Capitulo 4 Desarrollo y descripción del software AVP Descripción del software Ángeles Verdes Desarrollo del software Ángeles Verdes 67 Conclusiones 85 Anexo A 86 Anexo B 89 Anexo C 90 Anexo D 92 Glosario 93 Bibliografía 94 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 3

4 Índice de figuras 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 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 Ciclo solar y su variación anual. 25 Figura 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 Resultado de la base de datos IRI. 60 Figura Cálculo de enlace utilizando la base de datos. 61 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 4

5 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 5

6 Antecedentes 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 Objetivo General Desarrollar un software basado en la recomendación UIT-R P para calcular las frecuencias de operación de enlaces en la banda HF, aplicado a la corporación Ángeles Verdes de la Secretaria de Turismo. Objetivos Particulares Programación de los métodos de la UIT-R P 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 6

7 Justificación 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 7

8 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 Capitulo 1 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 8

9 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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: Fig. 1.1 Capas de la ionosfera 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 9

10 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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. Fig. 1.2 a) Átomos con carga Fig. 1.2b) Átomos sin carga 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 10

11 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 11

12 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 12

13 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 13

14 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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 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 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 14

15 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 15

16 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 16

17 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 17

18 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 18

19 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 19

20 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 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 Los desvanecimientos graduales afectan la propagación de ondas de HF en el hemisferio con luz de día. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 20

21 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 21

22 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 22

23 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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 El sol y sus alteraciones 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 23

24 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 Fig 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 24

25 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 Fig Nos muestra el ciclo solar y como varia cada año 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 25

26 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 Fig Muestra una explosión ocurrida en el sol la cual es causante de la ionización de la atmosfera 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 26

27 La ionósfera y los factores que la afectan. Capitulo 1 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 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 27

28 Comunicaciones HF Capitulo 2 Capitulo 2 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 28

29 Comunicaciones HF Capitulo 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 29

30 Comunicaciones HF Capitulo 2 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 30

31 Comunicaciones HF Capitulo 2 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 31

32 Comunicaciones HF Capitulo 2 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 32

33 Comunicaciones HF Capitulo 2 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 33

34 Comunicaciones HF Capitulo 2 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 34

35 Comunicaciones HF Capitulo 2 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 35

36 Comunicaciones HF Capitulo 2 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 36

37 Comunicaciones HF Capitulo 2 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 37

38 Comunicaciones HF Capitulo 2 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 38

39 Comunicaciones HF Capitulo 2 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 Los periodos Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 39

40 Comunicaciones HF Capitulo 2 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 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, Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 40

41 Comunicaciones HF Capitulo 2 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 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 41

42 Comunicaciones HF Capitulo 2 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 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: Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 42

43 Comunicaciones HF Capitulo 2 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 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 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 43

44 Comunicaciones HF Capitulo 2 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 44

45 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 Dmax 1 1 Dmax hace referencia a una distancia menor a 7000km Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 45

46 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 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 W 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 : Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 46

47 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 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: Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 47

48 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 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 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: Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 48

49 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 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 g 0 : 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: Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 49

50 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo Máxima Frecuencia Utilizable MUF Este procedimiento de predicción aplica un análisis del trayecto del rayo para trayectos de hasta km, formulaciones empíricas de modos compuestos a partir del ajuste a los datos medidos para trayectos superiores a km, y una variación entre estos dos métodos para trayectos de a 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 km (E1 y E2). La MUF básica de un modo E de n saltos en un trayecto de longitud D está dada por: donde: i 110 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 modo E de orden mínimo. para el Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 50

51 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 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 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 y 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: Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 51

52 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 donde: y donde D es la distancia de círculo máximo (km) (entre y 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 52

53 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 con donde: d = D/n0 y dmáx se expresan en kilómetros C3000: valor de Cd para D = km x =, o 2, tomándose entre ambos el valor que sea mayor 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 C D = Z Z Z Z Z Z 6 con Z = 1 2D /dmáx. C 3000 : valor de CD para D = km, siendo D la distancia de círculo máximo en (km). Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 53

54 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 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, ) Función de Legendre asociada, definida como: Coeficientes numéricos para el modelo de campo (gauss) Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 54

55 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 55

56 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 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 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 56

57 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 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 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 57

58 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 e) Relación entre MUF operacional y MUF básica 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 F 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 58

59 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 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 Base de datos IRI Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 59

60 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 Fig Resultados de la base de datos IRI. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 60

61 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 3 Enlace Puebla-Acapulco Fig Calculo de un enlace utilizando la base de datos IRI. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 61

62 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 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. f) Tabla de comparaciones de frecuencias de los diferentes programas Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 62

63 Descripción de las Recomendaciones UIT Capitulo 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 63

64 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 1 2 Ingreso al menú de opciones de los ángeles verdes: 1) Enlaces 2) Datos 3) Mapa Se podrá elegir entre ingresar valores ya predeterminados o ingresar valores manualmente. Una vez hecho lo anterior se pasara a ingresar la fecha (hora, día, mes y año) para el cual se quiere el enlace. Menú Enlace: El usuario tiene la opción de realizar dos tipos de enlace. 1) Enlace capa E 2) Enlace capa F2 Enlace Capa E: El usuario deberá ingresar algunos datos específicos para el cálculo de la frecuencia. 1 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. 2 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.. Una vez obtenidos todos los datos se realiza el cálculo de la frecuencia. Fin Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 64

65 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 Inicio 1 2 Enlace Capa F2: El usuario deberá ingresar algunos datos específicos para el cálculo de la frecuencia. 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 1 2 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 65

66 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 Inicio 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. 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 66

67 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 67

68 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 68

69 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 69

70 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 70

71 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 71

72 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 72

73 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Fig. 4.7 Base de datos de las manchas solares. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 73

74 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 74

75 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 75

76 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Ventana enlace ingreso de las antenas. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 76

77 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Ventana base de datos IRI. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 77

78 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Ventana base de datos IRI ingreso de los datos. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 78

79 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Ventana base de datos IRI selección de los parámetros. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 79

80 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Ventana base de datos IRI resultados obtenidos. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 80

81 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 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. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 81

82 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Datos informativos de las frecuencias utilizadas por los ángeles verdes. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 82

83 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Datos informativos de las bases de los Ángeles Verdes. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 83

84 Descripción y desarrollo del software Ángeles Verdes Capitulo 4 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 Mapa de la ubicación de las radiobases de los ángeles verdes. Garcilazo Cuauhtémoc Díaz Pérez Página 84