Como la radiación del Sol es la principal influencia en la ionosfera, los índices solares, incluidos el flujo solar, el índice A, el índice Ap, el índice K y el índice Kp, son importantes para predecir el estado de la ionosfera y la propagación de la radio ionosfsférica de HF.
Como ondas electromagnéticas, y en este caso, las señales de radio viajan, interactúan con los objetos y los medios en los que viajan. A medida que lo hacen, las señales de radio se pueden reflejar, refractar o difractarse. Estas interacciones hacen que las señales de radio cambien de dirección y lleguen a áreas que no serían posibles si las señales de radio viajaran en una línea directa.
La propagación de la radio ionosférica es notoriamente cambiante. Sin embargo, para muchas aplicaciones es necesaria la predicción de la propagación por radio. Por ejemplo, tanto para la radiodifusión como para los usuarios de enlaces de comunicaciones por radio bidireccionales que utilizan las bandas de HF, así como las comunicaciones por radio móviles, las comunicaciones por radio marítimas y muchos otros usuarios de radio punto a punto, es casi esencial un conocimiento de los patrones de propagación que existirán en un momento determinado. De esta manera, los usuarios de radiocomunicaciones que requieren propagación a través de la ionosfera pueden elegir los mejores tiempos y frecuencias en los que establecer sus comunicaciones por radio.
El sol con manchas solares visivles
Image Courtesy NASA
Predicción de propagación de radio
Hay muchos indicadores que permiten predecir las condiciones de propagación de la radio de HF. Sin embargo, son los indicadores del nivel de radiación solar y actividad geomagnética los que dan las mejores pistas sobre el posible estado de las condiciones de propagación de las radiocomunicaciones a través de la ionosfera. Los principales índices solares son el flujo solar y los índices geomagnéticos conocidos como índices A y K. Con estos es posible deducir manualmente cómo pueden ser las condiciones. Sin embargo, hay varios paquetes de software de predicción de propagación de radio disponibles. Estos tienen en cuenta los diversos índices junto con la posición en el globo, la hora del día, la estación y la posición en el ciclo de manchas solares.
Flujo solar
Uno de los principales indicadores de la actividad solar utilizado para la predicción de la propagación por radio se conoce como el flujo solar y tiene un gran impacto en las condiciones de propagación de las comunicaciones por radio. Proporciona una indicación del nivel de radiación que se recibe del Sol. Este índice solar se mide detectando el nivel de ruido de radio emitido a una frecuencia de 2800 MHz (10,7 cms). El índice se cita en términos de unidades de flujo solar (SFU). Una SFU tiene las unidades de 10-22 vatios por metro2 por Hz.
El nivel de radiación solar varía en todo el mundo. Incluso cuando se han aplicado factores de corrección, no es fácil poder proporcionar una serie consistente de cifras. Para superar esto, el estándar se toma como la lectura del Observatorio de Radio Penticton en Columbia Británica, Canadá. Por lo tanto, estas cifras son de gran interés para la predicción de la propagación de radio ionosférica.
El nivel de radiación ionizante que se recibe del Sol es aproximadamente proporcional al flujo solar. Existe una relación estadística en lugar de directa porque el nivel de ruido de radio recibido a 2800 MHz es aproximadamente un millón de veces menor en intensidad que el de la radiación que crea la ionización en la ionosfera. Sin embargo, el flujo solar proporciona una buena aproximación de primer orden, particularmente para la región F, que es responsable de la mayor parte de la propagación de las radiocomunicaciones ionosféricas de larga distancia. La mejor correlación es con los niveles del número de manchas solares suavizadas (SSN).
Es posible relacionar el número diario de manchas solares con el flujo solar. Hay una serie de ecuaciones disponibles, pero la que se indica a continuación es sencilla y lo suficientemente precisa para la mayoría de los propósitos:
Donde R es la mancha solar diaria o el número de Wolf.
Una ecuación ligeramente más precisa, aunque más complicada, indica que la relación entre los dos valores no es totalmente lineal.
Los valores del flujo solar varían en un amplio rango. En su punto más bajo (normalmente durante los períodos de los mínimos de manchas solares) pueden ser tan bajos como 50, pero subir a valores máximos de alrededor de 300 (alrededor de los tiempos máximos de manchas solares).
Como los valores del flujo solar proporcionan una indicación del nivel de ionización en la ionosfera. A su vez, esto da una indicación de cuál puede ser la frecuencia máxima utilizable (MUF) para las comunicaciones por radio. Los valores bajos de flujo solar indican que las cifras de MUF pueden ser bajas. Los valores altos de flujo solar indican que el MUF puede ser mayor. Debe recordarse que debe haber varios días consecutivos de alta radiación solar sostenida con la ausencia de perturbaciones solares para los MUF altos para las comunicaciones de radio de banda HF.
Índices geomagnéticos
Aparte del flujo solar, otra influencia importante en la ionosfera y, por lo tanto, en la predicción de la propagación por radio es el nivel de actividad geomagnética. Si bien la actividad geomagnética es una medida del estado del campo magnético de la Tierra, esto a su vez está influenciado por el Sol. Para indicar el estado de la actividad geomagnética, se utilizan dos índices que están relacionados entre sí:
- Índice K
- a Índice
Aunque son diferentes, ambos índices dan indicaciones de la gravedad de las fluctuaciones magnéticas y, por lo tanto, del nivel de perturbación de la ionosfera.
Índice K
El índice K es una medición de tres horas de la variación del campo magnético de la Tierra en comparación con las condiciones de «día tranquilo». La medición se realiza con un magnetómetro. Esto indica la variación del flujo magnético en nanoTeslas. Esta lectura se convierte al índice K. La relación es cuasi logarítmica, es decir, casi directamente proporcional a escala logarítmica.
El índice K se mide en muchos lugares diferentes del mundo. El campo magnético varía en todo el mundo y, en consecuencia, se crea un valor diferente para el índice K en cada estación de medición. Debido al hecho de que el campo magnético varía de diferentes maneras en todo el mundo dependiendo de la forma en que se vea afectada la magnetosfera, no es posible tener una relación simple entre una estación y un índice K global. En su lugar, los índices K individuales se promedian en todo el mundo para dar lo que se denomina el índice Kp o K planetario.
Índice Kp
El índice planetario o Kp tiene valores que oscilan entre 0 y 9. Los valores del índice kp dan una buena indicación de la actividad geomagnética: los valores entre 0 y 1 indican condiciones magnéticas silenciosas y no darían lugar a prácticamente ninguna degradación en las condiciones de radiocomunicaciones de banda HF. Los valores para el índice kp entre 2 y 4 proporcionan una indicación de las condiciones magnéticas inestables que indican la posibilidad de cierta degradación en las bandas de HF para las comunicaciones por radio. Un valor de 5 significa una tormenta menor y 6 una más grande. Los valores hasta 9 indican condiciones de empeoramiento constante, ya que 9 representa una tormenta importante que es probable que resulte en un apagón en la propagación ionosférica de HF durante varias horas.
Un índice
El índice A es una medida lineal del campo de la Tierra. Como resultado de esto, sus valores se extienden a un rango mucho más amplio. Se deriva del índice K escalándolo para dar un valor lineal que se denomina índice «a». Esto se promedia durante el período de un día para dar el índice A. Al igual que el índice K, los valores se promedian en todo el mundo para dar el índice Ap planetario.
Los valores del índice A oscilan hasta 100 durante una tormenta y pueden subir hasta 400 en una tormenta geomagnética grave.
Una relación de índice y índice Kp
Aunque el índice A y el índice K son valores diferentes, es posible relacionar estos índices juntos. En la siguiente tabla se ofrece un resumen de esta relación.
| RELACIÓN ENTRE EL ÍNDICE KP Y UN ÍNDICE | ||
|---|---|---|
| ÍNDICE AP | ÍNDICE KP | DESCRIPCIÓN |
| 0 | 0 | Silencioso |
| 4 | 1 | Silencioso |
| 7 | 2 | Inquieto |
| 15 | 3 | Inquieto |
| 27 | 4 | Activo |
| 48 | 5 | Tormenta menor |
| 80 | 6 | Tormenta importante |
| 132 | 7 | Tormenta severa |
| 208 | 8 | Tormenta muy importante |
| 400 | 9 | Tormenta muy importante |
Las tormentas geomagnéticas e ionosféricas están muy estrechamente relacionadas. Sin embargo, son efectos separados. Las tormentas geomagnéticas se relacionan con las perturbaciones del campo magnético de la Tierra, y las tormentas ionosféricas se relacionan con las perturbaciones de la ionosfera. Sin embargo, se descubre que las tormentas geomagnéticas a menudo conducen a tormentas ionosféricas, pero no en todas las ocasiones.
Interpretación de las cifras
La forma más fácil de utilizar estas cifras para la predicción de la propagación de radio es introducirlas en el software de predicción de propagación por radio. Esto proporcionará la predicción más precisa de lo que podría estar sucediendo. Estos programas tendrán en cuenta factores como las trayectorias de señal porque algunos cruzarán los polos y se verán mucho más afectados por las tormentas que cruzarán el ecuador.
Sin embargo, todavía es posible obtener una buena idea de lo que significan las cifras en términos de propagación por radio para todas las formas de radiocomunicaciones utilizando la propagación ionosférica simplemente evaluándolas mentalmente. Obviamente, se necesitan altos niveles de flujo solar para una buena propagación de las comunicaciones por radio. Por lo general, cuanto mayor sea el flujo, mejores serán las condiciones. Sin embargo, los niveles deben mantenerse durante algunos días. De esta manera, se acumulará el nivel general de ionización en la capa F2. Por lo general, los valores de 150 o más garantizarán buenas condiciones de propagación de la IC, aunque los niveles de 200 o más garantizarán que estén en su punto máximo. De esta manera, las frecuencias máximas utilizables aumentarán, proporcionando así buenas condiciones para las comunicaciones por radio de banda HF.
El nivel de actividad geomagnética tiene un efecto adverso, deprimiendo las frecuencias máximas utilizables. Cuanto mayor sea el nivel de actividad y, por lo tanto, cuanto más altos sean los índices Ap y Kp, mayor será la depresión de los MUF. La cantidad real de depresión dependerá no solo de la gravedad de la tormenta, sino también de su duración.
Tener una comprensión de los índices solares es de gran ayuda cuando se utilizan las comunicaciones por radio de HF, ya sean comunicaciones de radio bidireccionales, comunicaciones de radio móviles, radiodifusión o cualquier forma de comunicaciones de radio punto a punto utilizando propagación ionosférica o de HF. Ayuda con la predicción de la propagación por radio y permite hacer una evaluación rápida de la posibilidad de que se interrumpan las comunicaciones. Además, tener una comprensión general permite anotar y corregir rápidamente cualquier error en la introducción de datos en los programas. De esta manera, permite hacer lo mejor del equipo de radiocomunicaciones y obtener las comunicaciones más fiables.
