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Antenas

Planificación de enlaces radio en la banda de HF (Memorial del Arma de Ingenieros nº92)

La Secretaría General Técnica del Ministerio de Defensa acaba de publicar el nº92 del Memorial del Arma de Ingenieros, correspondiente a Julio de 2014, que incluye mi artículo «Planificación de enlaces radio en la banda de HF» en las páginas 29-45.

Las comunicaciones por radio en la banda de HF están experimentando un nuevo auge que en parte se debe a la aparición de nuevos modos de transmisión que facilitan enormemente la tarea de los operadores. No obstante, sigue siendo responsabilidad de los planificadores la elección de las frecuencias más adecuadas para trabajar en cada franja horaria en el transcurso de una operación.

En este artículo se expone una metodología para la planificación de frecuencias en la banda de HF, considerando la topología de la malla, sus parámetros técnicos, las condiciones de propagación ionosférica y las bandas de trabajo en las que existen atribuciones de frecuencias para operar.

Enlace: «Planificación de enlaces radio en la banda de HF». Memorial del Arma de Ingenieros nº92, pp.29-45 (pdf, 1,8 MB).

Enlace: «Memorial del Arma de Ingenieros nº92″ completo (pdf, 29,3 MB).

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Propagación NVIS: Estudio y Experiencias

Acabo de rescatar, con permiso de su autor, un interesante documento publicado en el número 37 de la revista «Memorial del Arma de Ingenieros», del año 1989. Se trata del artículo «Propagación NVIS: Estudio y Experiencias», escrito por el entonces Capitán Don Julián Iranzo Collado, del Regimiento de Transmisiones Tácticas nº21 del Ejército de Tierra español. El «Memorial del Arma de Ingenieros y Revista Científico-Militar» es una de las publicaciones técnicas más antiguas de España con continuación en la actualidad, datando su primer número del año 1846 y con reconocido prestigio a nivel europeo. La revista fue fundada por el Ingeniero General D. Antonio Remón Zarco del Valle y Huet, con la finalidad de difundir entre los Oficiales del Cuerpo aquellos estudios y conocimientos que más les podían interesar y al mismo tiempo, darles facilidades para que el resultado de sus trabajos y el fruto de su experiencia fueran conocidos.

Se difunde desde el año 1999 en formato digital y el Ministerio de Defensa ha realizado el esfuerzo de digitalizar los números publicados entre 1846 y 1936, disponibles a través de la Biblioteca Virtual de Defensa (BVD). El artículo que nos ocupa, datado en 1989, no está por tanto disponible de momento en la BVD y considero del máximo provecho rescatarlo no solamente por su interés histórico sino también por su interés técnico derivado del resurgir actual de las comunicaciones por radio en HF, tanto en entornos militares como de comunicaciones de emergencia.

En el artículo se exponen los resultados de un experimento de propagación NVIS (Near Vertical Incident Skywave) realizado en el año 1987, durante las Escuelas Prácticas de Transmisiones GAMO-87 en las provincias de Guadalajara y Madrid, en el que se utilizan estaciones de comunicaciones de los tipos MERCURIO-A y MERCURIO-B dotadas con radios de HF y antenas dipolo horizontales instaladas a diferentes alturas sobre el suelo, con el objetivo de evaluar las características de radiación de las mismas. Las pruebas se apoyan además en el uso de un radiogoniómetro para evaluar tanto los patrones de radiación como las posibilidades de evasión de las estaciones NVIS ante la radiolocalización.

En las conclusiones quedan patentes las posibilidades de este modo de propagación de HF para establecer comunicaciones fiables más allá del alcance de la onda de tierra y cubriendo el hueco de unos 200 km de la primera zona de salto, típica de las comunicaciones ionosféricas de media y larga distancia. Se evalúan los resultados de operar con antenas dipolo ajustadas para frecuencias comprendidas en el rango entre 3,5 MHz y 8 MHz e instaladas a diferentes alturas sobre el suelo, planteándose además varios posibles escenarios operativos de uso.

Los resultados son completamente extrapolables para su uso actual tanto en entornos militares como de comunicaciones de emergencia, considerando que algunas de las conclusiones tendrán una aplicación diferente dependiendo del escenario. Por ejemplo, los consejos relativos a obtener una baja probabilidad de interceptación en un entorno militar con presencia de medios hostiles ESM, mediante la supresión de la onda de tierra aprovechando la orografía, serían justo los opuestos en un entorno de comunicaciones de emergencia, donde se pretendería maximizar los alcances tanto por onda de tierra como por onda ionosférica. Del mismo modo, la parte relativa a las dificultades de establecimiento de marcaciones radiogoniométricas de este tipo de emisiones también puede ser muy interesante desde el punto de vista de la localización de embarcaciones en peligro en el mar.

Aprovecho para agradecer a su autor la autorización para publicar el artículo en la web.

Enlace: «Propagación NVIS: Estudio y Experiencias»

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Radiogoniometría Adcock/Watson-Watt

Acabo de publicar en la web un artículo sobre sistemas de radiogoniometría Adcock/Watson-Watt. En este artículo se ofrece una descripción técnica del funcionamiento de los sistemas de radiogoniometría del tipo Adcock/Watson-Watt, basados en el empleo de cuatro monopolos con un sensor adicional para evitar ambigüedades y utilizados habitualmente en ámbitos militares (SIGINT), de radionavegación y de radiolocalización en emergencias, en las bandas de MF, HF, VHF y UHF.

El desarrollo teórico se apoya en simulaciones de los diagramas de radiación realizadas con 4Nec2 y de las señales demoduladas con un software de representación gráfica de funciones.

Durante la Segunda Guerra Mundial, una de las principales técnicas de radiogoniometría empleadas por las estaciones «Y» de inteligencia de señales (SIGINT) se basó en el empleo de arrays de 4 monopolos o dipolos dispuestos de forma ortogonal. Haciendo rotar las antenas y combinando adecuadamente las señales recibidas por las mismas, se conforma un diagrama de radiación bidireccional que permite determinar la dirección de llegada de una señal radio de interés, especialmente a través de los dos nulos del diagrama de radiación. Esta técnica fue patentada por el teniente ingeniero inglés Frank Adcock, del No.3 Army Wireless Observation Group, en el año 1919. Se trata, por tanto, de un método comparativo de amplitud para la determinación de la dirección de llegada (DF, Direction Finding).

En un array Adcock, las cuatro antenas se agrupan de dos en dos, disponiéndose cada pareja siguiendo un eje de referencia.

En 1925-26, el inglés Robert Watson-Watt (uno de los pioneros de la implementación del radar como sistema de alerta temprana en la WWII) introdujo dos mejoras importantes al sistema propuesto por Adcock: la utilización de una quinta antena para evitar ambigüedades y el empleo de un osciloscopio de rayos catódicos para la representación visual del ángulo de llegada, permitiendo que no fuera necesario rotar el array para determinarlo.

Enlace: Radiogoniometría Adcock/Watson-Watt


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Simulación de la antena de banda ancha de HF Invelco AT-110 (dipolo plegado con carga resistiva)

He publicado en la web los resultados de la simulación de la antena de banda ancha de HF Invelco AT-110, realizada con 4Nec2.

Se trata de una antena de banda ancha del tipo dipolo plegado con carga resistiva, que permite operar en toda la banda de HF. Las simulaciones están orientadas a la determinación de la relación de onda estacionaria y los diagramas de radiación de la antena en diversas configuraciones en V invertida, sobre mástiles de 9, 12, 15 y 18 metros.

La familia de antenas AT-110 permite trabajar en el rango de frecuencias comprendido entre 1,5 MHz y 30 MHz, con una potencia admisible de 150 W o de 1,5 kW (según versiones) y diagramas de radiación similares a los de una antena dipolo en configuración de V invertida. En frecuencias bajas la antena permite la operación en NVIS (Near Vertical Incident Skywave), mientras que en frecuencias altas es apta para DX. Por otro lado, su característica de banda ancha permite su empleo con modos automáticos de selección de canal  tipo ALE (Automatic Link Establishment).

He simulado dos modelos distintos de la antena AT-110A para tener en cuenta diferentes posibilidades de instalación, considerando además las reglas de diseño recogidas en los «Apuntes sobre simulación de antenas con NEC-2», también disponibles en la web. Los modelos han sido comprobados mediante tests de convergencia y de ganancia media (AGT) para verificar su validez, realizándose un total de 408 simulaciones contando los tests y los cálculos de ROE y diagramas de radiación para toda la banda de trabajo de la antena.

Enlace:  Antena dipolo plegado con carga Invelco AT-110


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Apuntes sobre simulación de antenas con NEC-2

He publicado en la web unos apuntes en los que recopilo una serie de consejos y reglas de diseño para realizar simulaciones de antenas con programas basados en el algoritmo NEC-2. Los apuntes no están orientados a ser una guía para trabajar con los diferentes programas que usan este algoritmo, sino que sólo pretenden ser una referencia para usuarios ya iniciados en su manejo. Los consejos y reglas de diseño han sido recopilados tanto de los manuales de algunos de los programas como de artículos técnicos sobre simulación de antenas.

El algoritmo NEC-2 fue desarrollado en 1981 en Estados Unidos por el Lawrence Livermore National Laboratory, con el patrocinio del Naval Ocean Systems Center y el Air Force Weapons Laboratory y está basado en el método de los momentos.

Tenga en cuenta que algunas de las reglas no son de aplicación para versiones posteriores del algoritmo (NEC-3 y NEC-4), más avanzadas y cuyo código no es público. Por otro lado, tenga también en consideración que no todos los programas de simulación más conocidos de entre los disponibles de forma gratuita están basados en este algoritmo. Por ejemplo, 4Nec2 y EZNEC están basados en NEC-2, pero otros como MMANA-GAL están basados en variantes de MININEC.

Enlace: Apuntes sobre simulación de antenas con NEC-2.

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Antenas rómbicas para HF

He publicado en la web un artículo técnico sobre el diseño y análisis de antenas rómbicas para la banda de HF.  Se consideran dos casos: la antena rómbica simple (terminada en circuito abierto) y la antena rómbica terminada en carga resistiva. La primera es bidireccional y la segunda es unidireccional, a costa de tener una ganancia menor.

Se consideran los siguientes parámetros de diseño: frecuencia, tamaño de la antena, ángulo agudo del rombo y resistencia de la carga.  La simulación está realizada con el programa 4Nec2 y se centra en el análisis de la influencia de los distintos parámetros de diseño en la relación de onda estacionaria (ROE) y en los diagramas de radiación.

Las antenas rómbicas son de banda ancha desde el punto de vista de la impedancia, pero presentan grandes variaciones con la frecuencia en sus diagramas de radiación. Por tanto, han de optimizarse para su uso en frecuencias concretas.

Enlace: Antenas rómbicas (www.ipellejero.es).

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