Radio HF
Manual de W6ELProp en español
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11. Ejemplo de cálculo de enlaces NVIS.
El modo NVIS (Near Vertical Incident Skywave u Onda Aérea de Incidencia Casi Vertical) permite establecer enlaces radio en HF sin zonas de sombra en un radio de varios cientos de kilómetros en torno a la estación transmisora. Puede obtener más información sobre el modo NVIS en el artículo "Comunicaciones NVIS en la banda de HF", disponible en esta misma web.
En este apartado se muestra un ejemplo de cálculo de un enlace de HF NVIS con el programa W6ELProp, utilizando los siguientes parámetros:
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Terminal A ubicado en Madrid (España).
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Terminal B ubicado en Segovia (España).
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Modo de operación: Fonía USB (2400 Hz de ancho de banda).
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Frecuencias de trabajo disponibles inicialmente: 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 10.0 y 14.0 MHz. Con los cálculos se determinará cuáles de ellas son válidas y cuáles inválidas para el establecimiento del enlace NVIS indicado.
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Fecha: 28/04/2012.
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Índices solares: SFI=115 (obtenido del Panel de HF y Clima Espacial). Datos del 28/04/2012.
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Índice K: K=1 (obtenido del Panel de HF y Clima Espacial). Datos del 28/04/2012.
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Antenas utilizadas: por simplificar, supondremos antenas con una ganancia de 5,3 dBi en todas las frecuencias de trabajo configuradas, tanto en el terminal A como en el terminal B. Este dato deberá consultarse en los manuales de usuario de las antenas que vayan a utilizarse, o en su defecto calcularse mediante programas de simulación de antenas. En el apartado "Antenas de HF" de esta web encontrará simulaciones de varios tipos de antenas usadas en la banda de HF.
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Potencia de transmisión: 100 W para las radios de ambos terminales.
11.1. Configuración de parámetros.
Abra el programa y vaya al menú "Options". Configure Madrid como terminal por defecto, seleccionando la pestaña "Default Terminal" y rellenando los datos que se indican en la figura 23:
Fig.23. Configuración de Madrid como terminal por defecto
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"Terminal Name" (nombre del terminal): Madrid.
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"Latitude" (latitud): 40.23 (valores de latitud norte son positivos).
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"Longitude" (longitud): 3.42 (valores de longitud oeste son positivos).
A continuación, vaya a la pestaña "Frequencies and Constants" para configurar sus frecuencias de trabajo, tal y como se muestra en la figura 24.
Fig.24. Frecuencias de trabajo y constantes aditivas
En este ejemplo, la ganancia de las antenas es de 5,3 dBi, por lo que de acuerdo a lo explicado en el apartado 3.2, usaremos la siguiente constante aditiva de ganancia:
Por otro lado, dado que la potencia de transmisión es de 100 W, que se corresponde con el nivel usado por defecto en el programa, la constante aditiva relacionada con la potencia de transmisión será nula:
La constante aditiva total para cada frecuencia de trabajo será, por tanto:
Recuerde que deberá adecuar el valor de las constantes aditivas para cada frecuencia en el caso de utilizar otras potencias de transmisión u otras antenas.
A continuación, pase a la pestaña "Prediction Parameters" para configurar los parámetros de predicción, tal y como se muestra en la figura 25.
Fig.25. Caracterización del ruido
Dado que el modo de trabajo es USB, configure un ancho de banda de ruido (Noise Bandwidth) de 2400 Hz. En un entorno como Madrid, se puede considerar que el tipo de ruido será industrial, así que seleccione la opción "Industrial" en el apartado "Man-Made Noise Environment" (Ruido artificial).
No olvide pulsar el botón "Save my settings and exit" para guardar los cambios.
11.2. Datos del enlace radio.
Desde la pantalla principal, seleccione "Predictions → On Screen" y configure los datos que se muestran en la fig.26:
Fig.26. Datos del enlace radio
Deje los datos del Terminal A como "DEFAULT", ya que previamente configuramos Madrid como nuestro terminal por defecto.
Para el Terminal B, primero haga click en la casilla "Prefix or Locator" y luego pulse el botón "Enter Manually". Rellene los siguientes campos con los datos correspondientes a la ciudad de Segovia:
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"Latitude" (latitud): 40.56 (valores de latitud norte son positivos).
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"Longitude" (longitud): 4.7 (valores de longitud oeste son positivos)
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"Name" (nombre): Segovia.
En la parte inferior, indique lo siguiente:
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"Date" (fecha): 28/04/12.
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"Solar index" (índice solar): F115.
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"K index" (índice K): 1.
Finalmente, pulsaremos "Ok" para iniciar los cálculos. En primer lugar obtendremos la pantalla con la información del trayecto.
11.3. Pantalla de información del trayecto.
La pantalla de información del trayecto será como la de la figura 27:
Fig.27. Pantalla de información del trayecto
Esta pantalla nos ofrece los siguientes datos:
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Coordenadas del terminal A (Madrid) y del terminal B (Segovia).
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Horas de salida del sol (Sunrise) y puesta del Sol (Sunset) en las ubicaciones de ambos terminales, en la fecha especificada. En este caso, en Madrid amanece a las 05:22 UTC y en Segovia a las 05:26 UTC.
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Rumbo que sigue la línea gris (Gray Line) al alba y al ocaso en las ubicaciones de ambos terminales, en la fecha especificada. Por ejemplo, en Madrid la línea gris sigue el rumbo 341º/161º.
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Rumbo que sigue el trayecto entre ambos terminales (Bearings). Al tratarse de un enlace NVIS, nos centraremos solamente en el trayecto corto (Short Path). La estación ubicada en Madrid tiene a la estación de Segovia a 289.1º. La estación ubicada en Segovia tiene a la estación de Madrid a 108.3º. Esta información puede emplearse para la orientación de antenas directivas.
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Distancia total del trayecto (Length), en el ejemplo 114 km. Chequee siempre que este valor es correcto, como medida de comprobación de que no hubo errores al introducir las coordenadas de los terminales.
Para ver los datos de la predicción, pulse el botón "Show prediction".
11.4. Interpretación de los datos de la predicción.
En primer lugar pulse el botón "Show Signal-to-Noise ratios" para visualizar los resultados como relación señal a ruido. Analicemos los resultados que aparecen en la pantalla de predicción, para cada franja horaria del día 28/04/12 que estamos analizando.
En la figura 28 se muestran los datos para la franja horaria comprendida entre las 00:00 UTC y las 13:00 UTC:
Fig.28. Predicción del enlace NVIS entre las 00:00 UTC y las 13:00 UTC
Comenzando cronológicamente, analicemos los resultados de la predicción para las 00:00 horas UTC. Observamos que el programa ha calculado una MUF de 6,4 MHz entre Madrid y Segovia. Esto quiere decir que, en teoría, cualquiera de nuestras frecuencias de trabajo superiores a 6,4 MHz no sería válida para establecer el enlace. No obstante, como los cálculos tienen una tolerancia, el programa también considera a la frecuencia de 7 MHz como potencialmente válida pero con una disponibilidad "C", es decir, muy baja (entre el 25% y el 50%).
A esa misma hora, obtenemos muy buenos resultados en 3, 4 y 5 MHz, con una SNR esperada de 31-32 dB y una disponibilidad "A" (entre el 75% y el 100%). En 6 MHz comenzamos a estar demasiado cerca de la MUF y el programa indica una disponibilidad "B" (entre el 50% y el 75%).
A partir de las 00:00 y hasta las 03:00 observamos que la MUF baja más todavía, algo esperable por el aumento de la tasa de recombinación en la ionosfera, llegando a alcanzar un mínimo de 4,5 MHz. A esa hora, solamente nuestras frecuencias de trabajo de 3 MHz y 4 MHz presentan una disponibilidad adecuada. Los cálculos están realizados para una fecha correspondiente a la parte alta del ciclo solar 24 y si los hiciéramos para otra fecha correspondiente a la parte baja del ciclo, la MUF sería menor todavía.
Como vimos en la pantalla de información del trayecto (fig.27), el sol comienza a salir en torno a las 05:25 UTC en ambos terminales (Madrid y Segovia). Al salir el sol, la fotoionización va en aumento y la MUF comienza a subir. Conforme la hora avanza, cada vez tendremos frecuencias de trabajo disponibles más altas. Observe cómo, por ejemplo, a las 09:30 UTC las frecuencias de 3, 4, 5, 6 y 7 MHz presentan un nivel de disponibilidad "A" (75% - 100%). Observe también cómo las relaciones señal a ruido son mejores en las frecuencias disponibles más altas, ya que el nivel de atenuación por absorción en la capa D de la ionosfera, que está presente durante el día, es menor.
En la figura 29 se muestran los datos para la franja horaria comprendida entre las 13:00 UTC y las 00:00 UTC:
Fig.29. Predicción del enlace NVIS entre las 13:00 UTC y las 00:00 UTC
Observamos que la MUF más alta del día alcanza los 9.6 MHz entre las 14:00 UTC y las 14:30 UTC, es decir, cuando el Sol está más alto y los efectos de la fotoionización son más intensos. A partir de entonces la MUF va disminuyendo con la hora, hasta entrar nuevamente en la noche. Por este motivo, nuestras frecuencias de trabajo de 10 MHz y de 14 MHz han sido completamente inútiles para este enlace radio NVIS.
Ahora vaya al menú "Advanced" para visualizar la pantalla de predicción avanzada. Una vez en la misma, pulse el botón "Group by time" para visualizar los datos agrupados por horas, tal y como se muestra en la figura 30:
Fig.30. Pantalla de predicción avanzada para el enlace NVIS
La pantalla muestra qué frecuencias de nuestro conjunto de frecuencias de trabajo son las mejores para intentar el enlace radio en cada franja horaria del día.
Por ejemplo, entre las 00:00 UTC y las 00:30 UTC la mejor frecuencia de trabajo (Freq) es la de 3 MHz, con una SNR de 31 dB y una disponibilidad (Avail) del 100%, seguida de 4 MHz con una SNR de 32 dB y una disponibilidad del 98%. En 5 MHz se tiene una disponibilidad aceptable (87%). La frecuencia de 6 MHz presenta una disponibilidad media (66%), debido a que comienza a estar muy cerca de la MUF de 6,4 MHz. Finalmente, 7 MHz queda por encima de la MUF y su disponibilidad es muy baja (26%). No hay datos para 10 MHz y 14 MHz, por lo que en esta franja horaria el enlace puede considerarse imposible en esas dos frecuencias.
Observe que la configuración (Hop Configuration) es de un único salto usando la capa F de la ionosfera y que el ángulo de despegue (Angle) necesario es de 79º, ambos parámetros característicos de un enlace radio NVIS.
El análisis puede extrapolarse al resto de horas del día.
Ahora pulse el botón "Close" para cerrar la pantalla de predicciones avanzada y volver a la pantalla de predicciones estándar. Vaya al menú "Graphs → MUF" para obtener la gráfica con la evolución de la MUF predicha para este enlace radio a lo largo del día, tal y como se muestra en la figura 31:
Fig.31. Predicción horaria de MUF para el enlace NVIS Madrid-Segovia
Esta gráfica es muy útil para deducir las mejores frecuencias a utilizar a lo largo del día. Si está realizando un trabajo de planificación, anote los valores de la MUF para cada hora del día, seleccione un nuevo conjunto de frecuencias de trabajo potencialmente útiles por debajo de la MUF y realice una nueva simulación para comprobar las disponibilidades y los niveles de señal esperados. Es recomendable no seleccionar frecuencias demasiado cercanas a la MUF, ya que la predicción ofrecida por el programa puede no tener la exactitud suficiente y se correría el riesgo de trabajar por encima de la MUF real.
11.5. Análisis de la fiabilidad de la predicción.
Llegados a este punto, estamos en condiciones de analizar si la predicción realizada por el programa es fiable. Dado que estamos trabajando con un enlace radio NVIS, la MUF calculada será muy próxima a la frecuencia crítica de la capa F2 de la ionosfera, conocida como foF2. Esta frecuencia crítica se está midiendo constantemente desde multitud de observatorios empleando ionosondas, entre ellos el Observatorio del Ebro, ubicado en la provincia de Tarragona (España). Se trata de la ionosonda más próxima a nuestros terminales que ofrece datos públicos, pero no deja de estar a unos 500 km de distancia, hecho que deberemos tener en cuenta al valorar las predicciones. Obtenemos los datos reales medidos por la ionosonda de este observatorio a lo largo del día de análisis, el 28/04/2012, que se representan en la figura 32 (pulse en la imagen para verla a tamaño grande):
Fig.32. Frecuencia crítica foF2 medida desde el Observatorio del Ebro (Tarragona) el 28/04/2012
Ambas gráficas (figuras 31 y 32) siguen una trayectoria bastante similar. No obstante, en los resultados de W6ELProp se calculó una MUF mínima de 4,5 MHz a las 03:00 UTC y una MUF máxima de 9,6 MHz entre las 14:00-14:30 UTC. La ionosonda ha medido una foF2 mínima de 5,35 MHz a las 04:30 UTC y una foF2 máxima de 9,81 MHz a las 14:45 UTC.
Aunque los resultados son bastante aproximados, siempre ha de tenerse presente que los resultados de W6ELProp, como los de casi cualquier otro programa de predicción de enlaces
en HF, se basan en modelos estadísticos de la ionosfera y no en mediciones en tiempo real. También hay que tener en cuenta que, en este ejemplo concreto, la ionosonda se encuentra a unos 500 km de distancia de los terminales del enlace. No obstante, parece claro que trabajar muy cerca de la MUF que predice el programa puede ser arriesgado. En este ejemplo, los resultados han sido conservadores y la MUF calculada para el enlace NVIS está por debajo de la foF2, pero si se diera el caso contrario, se correría el riesgo de no poder establecer los enlaces.
De cara las tareas de planificación de mallas con programas de este tipo, puede concluirse que resulta de interés disponer no solamente de frecuencias próximas a la MUF calculada por el programa en cada franja horaria, sino también de frecuencias más bajas, espaciadas por ejemplo unos 500 kHz.
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Ismael Pellejero - EA4FSI |