TEP

Información procedente del SWS Australia, traducida con google, original puede leerse en: https://www.sws.bom.gov.au/Educational/5/2/3

Introducción

La mayoría de los modelos ionosféricos consideran la ionosfera como una serie de capas horizontales que varían solo lentamente con el tiempo y la ubicación geográfica. Los modos de propagación que se basan en dicho modelo se denominan modos de propagación normal. Sin embargo, la ionosfera real no siempre se ajusta a este modelo simple, particularmente en las regiones polares y ecuatoriales. Las anomalías que existen en esta región dan lugar a lo que se denomina "modos de propagación inusuales". Las características de la ionosfera que dan lugar a estos modos inusuales incluyen la E esporádica, las mejoras de la ionización ecuatorial, las inclinaciones ionosféricas en el crepúsculo e irregularidades ionosféricas como la dispersión ecuatorial F.

Dos características principales de la ionosfera ecuatorial dan lugar al fenómeno conocido como propagación transecuatorial o TEP.

Propagación transecuatorial

Los operadores de radio militares y aficionados en la década de 1940 pudieron haber sido los primeros en descubrir que era posible comunicarse de norte a sur y viceversa a través del ecuador a través de distancias intercontinentales utilizando frecuencias en la banda VHF (QST, octubre de 1947). En momentos de alto número de manchas solares, la capa F2 puede soportar modos normales de hasta 45 MHz, pero se encontró que las frecuencias considerablemente más altas que esto se podían utilizar en circuitos transecuatoriales. Aunque se hizo uso de este fenómeno, no fue hasta varias décadas después que se determinó el modo real de propagación.

Los radioaficionados pronto reconocieron el TEP como un modo que valía la pena trabajar. Las primeras comunicaciones TEP a gran escala probablemente ocurrieron alrededor de 1957-1958 durante el pico del ciclo solar 19. Alrededor de 1970, el pico del ciclo 20, se hicieron muchos contactos TEP entre radioaficionados australianos y japoneses. Con el auge del ciclo 21 a partir de 1977, se hicieron contactos de aficionados entre Grecia / Italia y África del Sur (tanto Sudáfrica como Rhodesia / Zimbabwe), y entre América Central y América del Sur por TEP.

Se observó que había dos tipos claramente diferentes de TEP que podían ocurrir: el primer tipo ocurrió durante las últimas horas de la tarde y las primeras horas de la noche y generalmente se limitaba a distancias inferiores a 6000 km. Las señales propagadas por este modo estaban limitadas a la banda baja de VHF (<60 MHz), tenían una intensidad de señal alta y sufrían una distorsión moderada (debido a trayectos múltiples). Las comunicaciones de voz de banda lateral única eran posibles con este modo.

El segundo tipo de TEP ocurrió alrededor de las 19:00 a las 23:00 horas, hora local. Los contactos se hicieron a 144 MHz, e incluso muy raramente a 432 MHz.

La intensidad de la señal era moderadamente alta, pero sujeta a un desvanecimiento rápido e intenso, lo que hace que el código morse (CW de banda estrecha) sea el único modo de comunicación posible. Un aficionado describió la calidad de la señal con las siguientes palabras: "Probamos SSB pero había tanta distorsión que no se pudo identificar ni una sola palabra. [Este modo] tiene mucho aleteo y desvanecimiento y ... incluso el morse llega como un ruido de respiración, no un tono claro "(de The Dawn of Amateur Radio en el Reino Unido y Grecia por Norman F Joly).

La ionosfera ecuatorial

Por conveniencia, la ionosfera se puede dividir en tres zonas con el fin de caracterizar su comportamiento: la zona ecuatorial, la zona templada y la zona polar. La ionosfera templada es, como su nombre lo indica, la "mejor portadora". También es el mejor estudiado, porque la mayoría de las sociedades tecnológicas del mundo están ubicadas en esta zona (al menos en el hemisferio norte).

En comparación con la zona templada, el Sol está más directamente sobre nuestras cabezas en la zona ecuatorial, por lo que deberíamos esperar encontrar frecuencias críticas ionosféricas más altas que en la zona templada. También podríamos esperar encontrar una variación más pequeña de la ionosfera con las estaciones (ya que esencialmente los trópicos no tienen un verano e invierno bien definidos). En el otro extremo, esperaríamos que la ionosfera polar fuera menos densa (debido al alto ángulo cenital solar) y mostrara la mayor variabilidad entre el verano y el invierno. Aunque estas expectativas son esencialmente ciertas, no explican las muchas características interesantes de estas regiones. Y la capa más importante de la ionosfera, la región F, no siempre obedece a estas suposiciones razonables.

Las ionosferas polares y ecuatoriales están sujetas a una gama más amplia de comportamientos normales e inesperados. La ionosfera de alta latitud fue sometida a un estudio intensivo antes y durante el Año Geofísico Internacional (IGY 1957-8). Una de las principales causas del comportamiento inesperado es el campo magnético de la Tierra. En las regiones polares, las líneas del campo magnético son casi perpendiculares a la superficie de la Tierra, mientras que en la región ecuatorial, las líneas del campo magnético son horizontales a la superficie de la Tierra en el ecuador magnético. (Nota: para confundir aún más la imagen, los ecuador geomagnético y geográfico no suelen coincidir, y pueden estar separados hasta 12 grados. En las longitudes asiáticas, el ecuador geomagnético está por encima del ecuador geográfico, mientras que en las longitudes americanas está por debajo. .)

La característica más interesante de la ionosfera tropical es la región comúnmente llamada anomalía ecuatorial. Históricamente, este nombre surgió porque no se esperaba el pico de ionización: su presencia desobedeció el modelo simple de latitud media que la gente había ideado para la ionosfera. Si bien ahora sabemos mejor qué causa las crestas de ionización, el antiguo nombre aún se mantiene. Aquí es donde se observa una alta concentración de electrones a cada lado del ecuador magnético en latitudes magnéticas de alrededor de 10 a 20 grados. Estas crestas de ionización dan lugar a frecuencias críticas ionosféricas más altas (foF2) que las que existen en el ecuador geomagnético. También se encuentran a altitudes más bajas que el pico de la capa F en el ecuador geomagnético.

La anomalía ecuatorial es causada por la acción combinada de campos eléctricos y magnéticos. Cuando el sol de arriba crea una intensa ionización en la región, el campo eléctrico hace que estas cargas se muevan. El campo magnético (que solo tiene un efecto sobre las cargas en movimiento) hace que se desplacen hacia arriba. Finalmente, las partículas se difunden hacia el exterior, siguiendo el campo geomagnético hasta donde se cruza con la capa F normal.Este proceso comienza inmediatamente después del amanecer y a media tarde la acumulación de ionización está claramente presente y persiste hasta después del atardecer, cuando no se produce más ionización. por el sol.

Durante las primeras horas de la tarde, mientras disminuye la ionización mejorada, se pueden formar vastas regiones de irregularidad de ionización mediante procesos dinámicos. Generalmente se piensa que una inestabilidad comienza en un nivel bajo en la ionosfera, crece y se propaga hacia arriba. Estas irregularidades son arrastradas por los vientos ionosféricos, se rompen y, en las horas de la mañana (0300 LT), han desaparecido en su mayoría. Generalmente, las irregularidades de ionización se pueden ver en una ionosonda como un engrosamiento o extensión de la traza de la capa F2. Esto se conoce como extensión de rango o frecuencia (dependiendo del mecanismo involucrado, y a veces es difícil separar los dos). Se cree que toda la propagación se debe a irregularidades de ionización en la ionosfera. Estas irregularidades, que (al menos en la ionosfera ecuatorial) ocurren solo durante la noche,Por lo general, comienzan a desarrollarse en las horas de la tarde como una perturbación en la parte inferior de la ionosfera y luego crecen hacia arriba. Pueden tener la forma de penachos en expansión y / o burbujas o bolsas a pequeña escala. Están alineados con las líneas del campo geomagnético (y, por lo tanto, a menudo se denominan irregularidades de campo alineado FAI). Estos penachos, tubos, burbujas o bolsas forman agujeros o mordiscos en la ionización local y las ondas de radio son refractadas por estas discontinuidades en la ionosfera. Estas irregularidades no solo afectan la propagación de radio en ondas decamétricas, sino que también pueden causar centelleos en las señales transionosféricas de satélite de banda L (microondas bajas) a tierra.Están alineados con las líneas del campo geomagnético (y, por lo tanto, a menudo se denominan irregularidades alineadas en el campo FAI). Estos penachos, tubos, burbujas o bolsas forman agujeros o mordiscos en la ionización local y las ondas de radio son refractadas por estas discontinuidades en la ionosfera. Estas irregularidades no solo afectan la propagación de radio en ondas decamétricas, sino que también pueden causar centelleos en las señales transionosféricas de satélite de banda L (microondas bajas) a tierra.Están alineados con las líneas del campo geomagnético (y, por lo tanto, a menudo se denominan irregularidades alineadas en el campo FAI). Estos penachos, tubos, burbujas o bolsas forman agujeros o mordiscos en la ionización local y las ondas de radio son refractadas por estas discontinuidades en la ionosfera. Estas irregularidades no solo afectan la propagación de radio en ondas decamétricas, sino que también pueden causar centelleos en las señales transionosféricas de satélite de banda L (microondas bajas) a tierra.Estas irregularidades no solo afectan la propagación de radio en ondas decamétricas, sino que también pueden causar centelleos en las señales transionosféricas de satélite de banda L (microondas bajas) a tierra.Estas irregularidades no solo afectan la propagación de radio en ondas decamétricas, sino que también pueden causar centelleos en las señales transionosféricas de satélite de banda L (microondas bajas) a tierra.

La anomalía ecuatorial y las irregularidades se utilizan para explicar la propagación transecuatorial.

aTEP (TEP de la tarde)

Se cree que la propagación transecuatorial vespertina se realiza mediante un modo super F (designado FF), en el que la señal del transmisor se refleja primero por la concentración de ionización en una de las crestas de anomalías ecuatoriales hasta la segunda cresta en el hemisferio opuesto. Desde allí se refleja hasta la estación receptora terrestre. Por lo tanto, no sufre reflexión del suelo (como sería el caso en el modo 2F normal), y también pasa a través de la capa D absorbente solo dos veces (en lugar de 4 veces para el modo 2F).

Debido a que el rayo intermedio se encuentra entre dos partes de la capa F, el ángulo rasante en la ionosfera puede ser sustancialmente menor que el de un rayo reflejado de regreso al suelo. Esto, a su vez, implica que puede reflejarse una frecuencia más alta (fr = foF2 * sec (i)). Aquí i es el ángulo de incidencia en la ionosfera, y a medida que se acerca a 90 (el ángulo rasante g = 90-i tiende a cero), la frecuencia reflejada máxima posible (fr) se vuelve mayor. Otra forma de decir esto es que el factor de oblicuidad del circuito es mayor. El ángulo de pastoreo más pequeño también es posible porque la ionización aumentada en la cresta de la anomalía sigue las líneas del campo magnético y se inclina ligeramente hacia arriba, hacia el ecuador.

La alta intensidad de señal observada para el TEP de la tarde se debe al menor número de pasajes a través de la capa D, y a que las crestas de anomalías apoyan la propagación de señales desde un rango más amplio de ángulos de elevación que con los modos de propagación habituales, la distribución de la ionización en la región ecuatorial anomalía que tiende a enfocar estos a lo largo del camino.

Las características de aTEP son:

• Frecuencia máxima utilizable (MUF) hasta aproximadamente 60 MHz, que suele estar entre 15 y 25 MHz por encima de la frecuencia del modo 2F para la misma ruta.

• Ocurre alrededor de 1500 a 1900 hora local. Es más frecuente cerca de los equinoccios y en épocas de alto número de manchas solares.

• Las longitudes típicas de los caminos serán de 5000 a 6500 kilómetros.

• Las señales normalmente serán fuertes con desvanecimiento y distorsión limitados (por rutas múltiples o propagación Doppler).

eTEP (tarde TEP)

La propagación transecuatorial nocturna generalmente admite frecuencias mucho más altas que aTEP y, en raras ocasiones, se ha informado en la banda de frecuencia de aficionados de 432 MHz (UHF baja). La TEP vespertina está fuertemente correlacionada con la existencia de extensión de rango, llamada extensión ecuatorial F, observada en ionogramas ecuatoriales. La propagación nocturna de TEP no se comprende tan bien como aTEP, pero se cree que tiene lugar a través de una galería susurrante o un modo guiado por campo que se basa en la existencia de burbujas, tubos o columnas ionosféricas que tienen una concentración de electrones más baja que el área circundante. Los rayos se reflejan en las superficies de las paredes de las burbujas, permaneciendo en todo momento dentro de la ionosfera hasta que finalmente emergen en un camino hacia el suelo.

Las características del TEP vespertino son:

• Ocurre alrededor de 2000 a 2300 hora local, y es más frecuente alrededor de los equinoccios y especialmente en épocas de alto número de manchas solares.

• Aunque la intensidad de la señal es alta, la señal está sujeta a un desvanecimiento rápido y profundo y a una distorsión muy fuerte (por múltiples rutas y grandes movimientos Doppler). Se ha observado una propagación Doppler de hasta 2 kHz en una señal de CW.

• Las longitudes de los caminos pueden variar de 3000 a 8000 kilómetros.

• Las frecuencias admitidas son más altas que para aTEP y muy ocasionalmente pueden subir a la banda de UHF baja.

Diagnóstico de TEP

Todavía no es posible predecir la aparición de TEP con certeza, por lo que se requieren más investigaciones sobre estas circunstancias de propagación.

Conocemos algunas condiciones necesarias para la TEP, pero también sabemos que no son suficientes para asegurar que ocurra la TEP. Algunos de estos son:

• Para el soporte de frecuencia más alta, el circuito debe ser simétrico con respecto al ecuador geomagnético. Es decir, el receptor y el transmisor deben ubicarse a distancias iguales del ecuador magnético (buzamiento).

• El camino debe estar dentro de unos 15 grados de norte-sur geomagnético.

• La tasa de ocurrencia es mayor alrededor de los equinoccios.

• La tasa de ocurrencia es mayor en momentos alrededor del máximo del ciclo solar. Este es un momento de mayor salida de EUV solar (que conduce a una ionización ionosférica más intensa).

• La tasa de ocurrencia disminuye a medida que aumenta la frecuencia del circuito.

• La extensión del rango en ionogramas ecuatoriales parece ser una condición necesaria pero no suficiente para eTEP. Sin embargo, esto probablemente dependa de la ubicación de la estación.

• Cuanto más alta sea la capa F2 sobre el ecuador geomagnético, mayor será la tasa de aparición de TEP. De hecho, se cree que este es uno de los mejores predictores de eTEP.

• Cuanto más lejos estén las crestas de la anomalía ecuatorial del ecuador geomagnético, mayor será la probabilidad de que esté presente aTEP. Esta geometría favorece la mejora del modo FF.

• Las condiciones geomagnéticas tranquilas parecen favorecer el desarrollo de irregularidades ionosféricas y, por lo tanto, eTEP. Se ha observado una periodicidad de 27 días en algunos caminos (probablemente relacionada con la actividad geomagnética de origen solar). Cuanto mayor es la frecuencia del circuito, más importante parece ser tener unas condiciones geomagnéticas tranquilas. (Nota: las perturbaciones geomagnéticas suelen ser más frecuentes e intensas alrededor de los equinoccios y, por lo tanto, tenemos dos condiciones en conflicto).

Tenga en cuenta que algunos de los diagnósticos anteriores son para aTEP, pero muchos se relacionan con eTEP.

Balizas australianas adecuadas para investigaciones de TEP

La baliza ideal para las investigaciones de TEP es un transmisor de onda continua (CW). Esto permite que las mediciones de la intensidad de la señal, el desplazamiento y la dispersión Doppler se realicen sin ningún factor de confusión introducido por la modulación de la señal. A falta de una baliza CW, un transmisor de AM es el siguiente mejor sustituto, ya que la portadora es una frecuencia fija y una potencia relativamente constante (aunque la potencia radiada total puede ser constante, la proporción de energía distribuida entre la portadora y las bandas laterales puede cambiar). Normalmente, un transmisor de FM no es apropiado como baliza TEP (aunque la potencia radiada total es constante, se distribuye en un amplio rango de frecuencias [por ejemplo, 250 kHz] y no hay pico de energía en la frecuencia portadora nominal cuando hay una modulación significativa ).

Más información

Leo F McNamara, La ionosfera: comunicaciones, vigilancia y búsqueda de dirección , Kreiger (Orbit Books) 1991, ISBN 0-89464-040-2.