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Radiocomunicaciones en la banda de HF

Informe sobre el Clima Espacial de la Real Academia de Ingeniería del Reino Unido

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La Real Academia de Ingeniería del Reino Unido acaba de publicar en febrero de 2013 un informe titulado “Clima Espacial Extremo: Impacto en Sistemas de Ingeniería e Infraestructura”, en el que se analizan desde el punto de vista de la ingeniería los posibles impactos de una supertormenta solar en la red eléctrica, los sistemas satélite, aeronaves, sistemas de radionavegación y sistemas de radiocomunicaciones, entre otros. El informe, que se centra sobre todo en las posibles repercusiones de un evento de este tipo en el Reino Unido, puede descargarse en su versión original en inglés aquí: “Extreme Space Weather: Impact on Engineered Systems and Infrastructure”.

A continuación se ofrece una traducción al español de los puntos clave y de las recomendaciones que se incluyen en el resumen ejecutivo del informe.

SW_Lanzerotti

PUNTOS CLAVE

Entorno de una supertormenta solar

Las estadísticas sobre la recurrencia de un evento de magnitud e impacto similares a un evento Carrington son escasas, aunque se están mejorando. Varios estudios consideran razonable un periodo de recurrencia de un evento de este tipo cada 100 ó 200 años y en este informe se realizan valoraciones del impacto de ingeniería basadas en un evento de esta magnitud con el citado periodo de retorno. Si estudios posteriores demuestran que pueden ocurrir eventos más severos -quizás en una escala de tiempo mayor- se debería realizar un cambio radical en las valoraciones del impacto de ingeniería. El citado periodo de 100 años no debe ser un motivo para ignorar tales riesgos.

Red eléctrica

El caso peor más razonable podría tener un impacto significativo en la red eléctrica nacional. Las simulaciones indican que alrededor de seis grandes transformadores de red en Inglaterra y Gales y otros siete transformadores en Escocia podrían quedar dañados por perturbaciones geomagnéticas y puestos fuera de servicio. El tiempo de reparación oscilaría entre semanas y meses. Adicionalmente, las estimaciones actuales indican la posibilidad de interrupciones de algunas horas en el suministro eléctrico local. Dado que la mayoría de los nodos disponen de más de un transformador, no todos estos fallos conducirían a un evento de desconexión. No obstante, el análisis de la red nacional indica que en torno a dos nodos en Gran Bretaña podrían quedar desconectados.

Satélites

Algunos satélites pueden quedar expuestos a entornos sobre los niveles de especificación típicos, incrementándose de este modo las tasas de fallos microelectrónicos y creándose riesgos de carga electroestática. Debido a la multiplicidad en el diseño de los satélites utilizados actualmente, existe bastante incertidumbre sobre el comportamiento general de la flota de satélites, aunque la experiencia adquirida durante tormentas más pequeñas indica que se puede anticipar un cierto grado de interrupción en los servicios por satélite. Afortunadamente, se espera que tanto la propia naturaleza conservadora del diseño de satélites como su diversidad limiten la escala del problema. Nuestro mejor juicio de ingeniería, basado en la tormenta de 2003, es que hasta un 10% de los satélites podrían experimentar fallos temporales con una duración comprendida entre horas y días como resultado de un evento extremo, pero es poco probable que estos fallos se extiendan uniformemente por toda la flota, dado que algunos diseños de satélites y constelaciones serán inevitablemente más vulnerables que otros. Adicionalmente, las dosis significativas de radiación acumulada podrían causar el envejecimiento rápido de muchos satélites. Los satélites muy antiguos podrían comenzar a fallar inmediatamente después de la tormenta, mientras que los más modernos sobrevivirían al evento pero con expectativas de mayores riesgos durante tormentas posteriores más moderadas. Consecuentemente, tras una tormenta extrema, todos los propietarios y operadores de satélites necesitatán evaluar cuidadosamente la necesidad de lanzar satélites de repuesto con anterioridad a sus planes iniciales, con el objetivo de mitigar el riesgo de fallos prematuros.

Seguridad de pasajeros y tripulaciones de aeronaves

Los pasajeros y las tripulaciones en vuelo durante un evento extremo podrían quedar expuestas a una dosis adicional de radiación estimada en hasta 20 mSv, valor que excede significativamente el límite anual de 1 mSv de exposiciones planificadas para el público general, siendo el triple de la dosis recibida por una persona en un escáner de pecho. Dichos niveles implican un incremento del 1 por 1000 en el riesgo de cáncer para cada persona expuesta, aunque este hecho ha de considerarse en el contexto del riesgo de cáncer durante toda su vida, que está en torno al 30%. No se espera disponer de métodos prácticos de predicción a corto plazo, dado que las partículas de alta energía más preocupantes llegan a velocidades próximas a la de la luz. Se precisan mejores métodos de monitorización a bordo de las aeronaves para mejorar tanto la mitigación como los análisis posteriores a los eventos. Se considera que un evento de este tipo generaría una preocupación considerable entre la opinión pública.

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Reglas del Ejercicio GlobalSET Abril 2013

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iaru_logoLa IARU-R1 ha organizado un nuevo Ejercicio GlobalSET (Global Simulated Emergency Test), que se celebrará los días 13 y 20 de Abril de 2013. Esta edición presenta como novedades importantes la realización del ejercicio en dos días separados y el envío de mensajes no solamente hacia sino también desde las Estaciones Principales (HQ) de cada Región de IARU.

 

Reglas del Ejercicio GlobalSET Abril 2013

La IARU Región 1 invita a las Estaciones HQ de todas las Sociedades  integrantes de la IARU y a las estaciones de grupos de comunicaciones de emergencia a participar en el Ejercicio Global de Emergencia Simulada, que se realizará con el siguiente calendario:

  • Sesión 1 – Sábado 13 de Abril 2013, de 11:00 a 15:00 Hora Local y
  • Sesión 2 – Sábado 20 de Abril de 2013, con el horario indicado a continuación.

La operación tendrá lugar en y en torno a las frecuencias centrales de actividad de emergencia (CoA) de las bandas de 80, 40, 20, 17 y 15 metros (± QRM).

El ejercicio será distinto a los de ediciones anteriores, ya que se pasarán mensajes en ambas direcciones.

  • Sesión 1 – Mensajes dirigidos hacia las Estaciones Regionales HQ.
  • Sesión 2 – Mensajes enviados desde las Estaciones Regionales HQ hacia el resto de estaciones que participen en el ejercicio.

La programación del ejercicio es diferente para posibilitar que las estaciones tengan mejores oportunidades de enviar y recibir sus mensajes, reduciendo al mismo tiempo cualquier interferencia que pueda ocurrir entre Regiones.

Los objetivos del ejercicio son:

  1. Incrementar el interés común sobre las comunicaciones de emergencia.
  2. Comprobar las posibilidades de utilización de las frecuencias centrales de actividad (CoA) de emergencia en todas las regiones de la IARU.
  3. Crear prácticas para comunicaciones de emergencia internacionales.
  4. Practicar la retransmisión de mensajes usando todos los modos.

Por favor, recuerde que no se trata de un concurso, sino de un ejercicio de comunicaciones de emergencia cuyo objetivo es el desarrollo de las habilidades necesarias para constituir una red internacional de comunicaciones de emergencia.

Los mensajes se retransmitirán en voz (SSB), datos o CW, tal y como se detalla a continuación.

Tráfico de Voz

Cada Región de la IARU tendrá una Estación Central (HQ) operando en voz:

  • Región 1: GB4NRC (Sesión 1 – 1100-1500 Hora Local – Sesión 2 – 1000-1400 UTC).
  • Región 2: CO2FRC (Sesión 2 – 1100-1500 Horal Local – Sesión 2 – 1400-1800 UTC).
  • Región 3: Pendiente de asignar (Sesión 1 – 1100-1500 Horal Local – Sesión 2 – 0200-0600 UTC )

Las Estaciones HQ estarán QRV en el horario de su QTH indicado más arriba  (Hora Local de cada Estación HQ) en todas las frecuencias CoA apropiadas para su Región (± QRM), como se indica a continuación:

Región 1 Región 2 Región 3
3760 3750 ó 3895 3600
7110 7060 7240 ó 7290 7110
14300 14300 14300
18160 18160 18160
21360 21360 21360

Se solicita a las estaciones que deseen participar, que se registren a través de sus Coordinadores Regionales/Nacionales de Comunicaciones de Emergencia de IARU:

Si en su país no existe un Coordinador Nacional, póngase en contacto con el Coordinador Regional según se indica en los sitios web correspondientes.

En el sitio web http://bit.ly/W90DGw está disponible una lista con las estaciones participantes. Las estaciones participantes deberán llamar “CQ GLOBALSET”, indicando además su indicativo y la organización a la que pertenecen (ARES, RAYNET, NETMAR, etc).

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Activación de redes HF de emergencia ante la tormenta tropical Isaac

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ESTADOS UNIDOS:

WX4NHC National Hurricane Center. Activado a discreción en función de la evolución de la tormenta.

Primaria 20m: 14.325 kHz.

Secundaria 40m: 7.268 kHz.

Secundaria 80m: 3.950 kHz.

REPÚBLICA DOMINICANA:

HI8COE Estación de coordinación (Comité de Operaciones de Emergencia)

Operaciones diurna: 7.065 kHz.

Operaciones nocturna: 3.780 kHz.

CUBA:

Diurna primaria nacional: 7.110 kHz

Diurna secundaria nacional: 7.120 kHz

Diurna región oriental:  7.045 kHz

Nocturna primaria nacional: 3.740 kHz

Nocturna secundaria nacional: 3.720 kHz

Nocturna alternativa:  3.715 kHz

Otras frecuencias en los rangos de 3700-3770 kHz y 7030-7125 kHz pueden ser utilizadas por las redes provinciales, según sea necesario.

Se agradece a todas las estaciones de radioaficionados de la Región II el ofrecer la mayor protección posible a las frecuencias empleadas para las operaciones de emergencia.

NOTA: JAMAICA tradicionalmente NO utiliza las bandas de HF para las emergencias, pues se gestionan en la banda de 2 metros a través de sus estaciones repetidoras ubicadas en las cordilleras.

Atentamente
Prof. Arnaldo Coro Antich
CO2KK
Coordinador de Emergencias IARU Region II Area C

Fuentes: ARRL, IARU-R2
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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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Simulación de enlaces radio en HF con W6ELProp. Manual en español (v2).

El establecimiento satisfactorio de enlaces HF entre dos o más estaciones depende de varios factores: la destreza de los operadores, los equipos y antenas utilizados y la selección de una frecuencia o conjunto de frecuencias adecuado. Para que un enlace de HF entre dos puntos tenga posibilidades de establecerse, ha de respetarse la regla fundamental de trabajar en una frecuencia que esté por debajo de la máxima frecuencia utilizable (MUF) existente para la geometría del enlace entre esos dos puntos concretos. Ha de tenerse en cuenta que la MUF será diferente para cualquier otra pareja de puntos distintos, hecho a tener en cuenta en la planificación de frecuencias para mallas de HF en las que participen más de dos estaciones.

Por otro lado, hay que tener en cuenta que no solamente existirá la condición de trabajar por debajo de la MUF. Las ondas de radio de HF se atenúan al atravesar la atmósfera, en las reflexiones ionosféricas y en las reflexiones en el suelo. Como en cualquier otro sistema de radiocomunicaciones, deberá cumplirse un balance de potencias, en el que juegan a favor la potencia de transmisión y la ganancia de las antenas y en contra las atenuaciones antes mencionadas. En conjunto, el nivel de potencia que llega al receptor ha de estar por encima de su nivel de sensibilidad para que la demodulación de las señales sea posible.

El programa W6ELProp, desarrollado por Sheldon C. Shallon (W6EL), permite el cálculo de la máxima frecuencia utilizable (MUF) y de las frecuencias óptimas de trabajo (FOT) para enlaces radio en la banda de HF, entre dos estaciones ubicadas en distintas partes del mundo y para cualquier hora del día.

Acabo de publicar en la web la segunda versión del “Manual en español de W6ELProp”, basado en la ayuda original del programa en inglés y en el que se aportan informaciones de interés y experiencias prácticas para facilitar su manejo. Se ofrecen consejos prácticos sobre planificación de frecuencias para mallas de HF y ejemplos detallados sobre cálculo de enlaces NVIS (Near Vertical Incident Skywave) y de larga distancia.

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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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Panel de HF y Clima Espacial para dispositivos móviles

He publicado en la web una versión del Panel de HF y Clima Espacial optimizada para dispositivos móviles. En esta versión y al contrario de lo que sucede con la versión para PC, los datos no se cargan automáticamente, sino que es el propio usuario el que accede a cada uno de los apartados de interés: alertas sobre el clima espacial, actividad solar, interacción Sol-Tierra, tormentas de radiación solar, tormentas geomagnéticas, estado de la ionosfera, radiocomunicaciones, auroras y boletines.

El panel está disponible a través de la siguiente URL:

http://www.ipellejero.es/hf/movil/

En la parte de radiocomunicaciones, están disponibles accesos directos a los monitores de espectro de HAARP, IPS, NICT y SIDC. También se ofrecen informes sobre tormentas solares de ruido en bandas de radio, mapas de absorción ionosférica para enlaces en HF, acceso a los últimos ionogramas de las estaciones del INTA en Huelva y del Observatorio del Ebro en Tarragona (con información para comunicaciones NVIS), mapas globales de foF2 y de MUF(3000), así como la ubicación de la línea gris.

El Panel de HF y Clima Espacial para dispositivos móviles también está disponible en inglés, a través de la URL:

http://www.ipellejero.es/hf/mobile/

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Estación de comunicaciones “León” de la Unidad Militar de Emergencias

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La Estación “León” es la estación de comunicaciones de los Puestos de Mando Desplegables de la Unidad Militar de Emergencias y permite al Jefe de Compañía el control táctico del personal y de los medios encuadrados en su Compañía.

Vídeo publicado en Youtube por el Ministerio de Defensa, en el que se explica la composición de la Estación.

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Actividad solar y su impacto en las radiocomunicaciones

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El pasado 5 de agosto a las 18.00 UTC en el campo magnético de la Tierra se desató una fuerte tormenta geomagnética de fuerza 8 por la escala del índice K que va de 0 a 9. Esta tormenta es a todas luces la más fuerte registrada en los últimos años.

La han causado un grupo de manchas solares situadas en proximidad, con la designación común de Mancha número 1263. Esta mancha provocó unos días atrás erupciones más débiles y arrojo plasma solar y dos nubes de partículas se dirigieron lentamente hacia la Tierra.

El fuerte estallido del 4 de agosto fue de la clase M9, siendo la clase M la penúltima por su fuerza. La enorme cantidad de plasma arrojado alcanzó las citadas dos nubes y el 5 de agosto esa masa golpeó el campo magnético terrestre.

La mancha 1263 comenzó a retirarse a la derecha pero sigue conteniendo una emergía acumulada capaz de provocar la erupción más fuerte de la clase X.  Observaciones efectuadas el 6 de agosto pusieron de relieve que las perturbaciones en las radiocomunicaciones no habían sido sustanciales. No obstante, de día, las emisoras de señales débiles por las bandas de 49,41 y 31 metros desaparecieron y sólo siguieron en el éter las de transmisores más potentes.

Los procesos que se desarrollan en el Sol repercuten en la vida de nuestro planeta, incluidas la radiodifusión que, a su vez, depende del estado del campo magnético terrestre. Este campo, llamado, asimismo, esfera magnética sufre desestabilizaciones periódicas bajo el impacto de la actividad solar. El motivo más frecuente para ello reside en los torrentes de plasma, integrado básicamente por protones, segregados de las zonas de la corona del Sol de temperatura rebajada y de líneas magnéticas desestabilizadas. Esas zonas son oscuras y se le suele llamar huecos coronarios. El plasma que segregan se llama viento solar. Este “viento” se desplaza con lentitud y se puede prever, con antelación de 5 a 6 días cuándo llegará a la Tierra. A pesar de no ser comparable por su fuerza con las erupciones, el viento solar provoca, en ocasiones, perturbaciones fuertes en la radiodifusión.

Antiguamente, las erupciones se relacionaban únicamente con el número y las dimensiones de las manchas solares. En la última decena de años fueron puestos en órbita varios aparatos espaciales, incluidos telescopios, dispositivos de rayos X, etc., con la ayuda de los cuales se detectaron nuevos tipos de procesos en la actividad solar.  Por ejemplo, en junio del año en curso, trascendió que en el Astro rey se producen unas erupciones invisibles, concretamente erupciones de rayos X. Las mismas junto con otros fenómenos recién descubiertos, serían capaces de explicar las irregularidades repentinas en el campo magnético terrestre del estado electrónico de la ionosfera, al faltar manchas y erupciones solares.

No hay que olvidar tampoco que el Sol es una bola de plasma incandescente que gira alrededor de su eje en unos 27 días y que así se van desplazando también las manchas solares. La fuerza de la erupción es designada en orden ascendente por las clases A, B, C, M y X. La clase A marca la erupción más débil, y la X, la más fuerte. Hay también subclases marcadas con los números de 1 a 9. La erupción más reciente fue, como decíamos, de la clase M9. Lamentablemente, la previsión de una próxima tormenta magnética sólo se puede hacer con antelación de 36 a 72 horas, debido al rápido desplazamiento de la nube de partículas generada por una erupción.

Fuente:  Radio Bulgaria (Rumen Pankov e Ivo Ivanov, traducido al español por Mijaíl Mijailov).

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