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Análisis de la fiabilidad de las predicciones de VOACAP para el ejercicio GlobalSET 2013

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iaru_logoEl pasado 13ABR13 tuvo lugar la primera sesión del ejercicio internacional de comunicaciones de emergencia GlobalSET APR 13, para el que elaboré unas predicciones de propagación en HF utilizando el software VOACAP, considerando circuitos originados en Madrid.

A partir de los datos recopilados en los contactos realizados en esa primera sesión, en este post se analiza la fiabilidad de las predicciones realizadas.

Banda de 40 m

En la banda de 40 m se realizaron contactos nacionales con las estaciones EB5TT (Benidorm, 09:15z), EB1CU (Castro Urdiales, 10:05z), EA1RAG (Valladolid, 10:30z) y EA7URU (Cádiz, 12:05z).

En la fig.1 se muestran los contactos en torno a las 10:00z. En todos los casos la calidad observada fue muy buena (RS 59), correspondiéndose con valores de SNR previstos por VOACAP superiores a 55 dB.

Fig.1. Contactos desde Madrid en la banda de 40 m en torno a las 10:00 UTC

En la fig.2 se muestra el contacto realizado en torno a las 12:00 UTC, con muy buena calidad y que se corresponde con una SNR superior a 55 dB.

Fig.2. Contactos desde Madrid en la banda de 40 m en torno a las 12:00 UTC

Banda de 20 m

En la banda de 20 m se realizaron contactos internacionales con la estación T70A (San Marino, 09:25z) y con la Estación HQ de IARU-R1, GB4NRC (UK, 11:50z y 13:07z).

En la fig.3 se muestra el primero de los contactos, sobre el mapa de predicción correspondiente a las 10:00z. El contacto fue de buena calidad (RS 59) y se corresponde con una SNR superior a 45 dB en la predicción de VOACAP.

Fig.3. Contactos desde Madrid en la banda de 20 m en torno a las 10:00 UTC

En la fig.4 se muestran los contactos con GB4NRC, en torno a las 12:00z. Los contactos fueron de buena calidad (RS 58), aunque se observaron algunos periodos de QSB. En VOACAP, la SNR prevista era superior a 45 dB.

Fig.4. Contactos desde Madrid en la banda de 20 m en torno a las 12:00 UTC

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Predicciones de propagación en HF para el ejercicio GlobalSET ABR13

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iaru_logoA continuación se ofrecen las predicciones de propagación en HF para el ejercicio GlobalSET ABR13, de utilidad para estaciones ubicadas en Madrid y en el resto de EA. Se consideran las cinco frecuencias centrales de actividad de emergencia (CoA) de IARU Region 1: 3.760, 7.110, 14.300, 18.160 y 21.360 MHz. Las predicciones se han realizado con el software VOACAP, considerando los siguientes parámetros:

Parámetro Valor
Method 11 (MUF-FOT-Es)
Date 13APR13
Coefficients CCIR
Time 01 to 24 by 1 hours UTC
SSN 67
Transmitter 40.40N 3.68W Madrid
Receiver 51.50N 0.17W London
Path Short (1263 km)
Freq (MHz) 3.760  7.110 14.300 18.160 21.360
Noise -155 dBW
Min Angle 3 deg
Req.Rel 90 %
Req.SNR 45 dB
Multi.Tol 3 dB
Multi.Del 0.10 ms
Absorp Normal
Fprob 1*foE 1*foF1 1*foF2 0*foEs
Tx Antenna Horizontal dipole
Power 100 W
Rx Antenna Horizontal dipole
Receiver Bearing at Tx

Las predicciones constan de los siguientes datos:

  • Gráficas de Máxima Frecuencia Utilizable (MUF) y Frecuencia Óptima de Trabajo (FOT) para enlaces entre Madrid y la Estación Central de la Región 1, ubicada en el Reino Unido, para cualquier día de ABR13 y durante las 24 horas del día.
  • Gráfica de relación señal a ruido (SNR) esperada para esos mismos enlaces.
  • Mapas de Máxima Frecuencia Utilizable (MUF) para enlaces HF desde Madrid, válidos para cualquier día de ABR13 a las 08:00, 10:00 y 12:00 UTC.
  • Mapas de SNR esperada para enlaces HF desde Madrid en las frecuencias centrales de actividad de emergencia (CoA), válidos para cualquier día de ABR13. Los mapas están agrupados por franja horaria, dentro del horario previsto del ejercicio: 08:00, 10:00 y 12:00 UTC

Para el caso particular de los mapas de MUF y SNR, se ha sustituído la antena transmisora por un monopolo vertical.

MUF y FOT Madrid – Región 1 HQ (UK)

MUF y FOT para enlaces HF entre Madrid y Región 1 HQ (UK) durante ABR13 (24h)

SNR para enlaces Madrid – Región 1 HQ (UK)

Relación señal a ruido para enlaces HF Madrid – Región 1 HQ (UK) durante ABR13

MUF para enlaces desde Madrid en ABR13

MUF para enlaces HF desde Madrid en ABR13 a las 08:00 UTC

MUF para enlaces HF desde Madrid en ABR13 a las 10:00 UTC

MUF para enlaces HF desde Madrid en ABR13 a las 12:00 UTC

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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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