Radio Club de Carabineros de Chile

Boletín Radial del 19 de julio de 2017

SEL ANT NVIS 17.08.2017. Antenas NVIS. 

Normalmente en radioafición nos enfocamos muchas veces en lograr comunicaciones a larga distancia (DX), pues a una gran cantidad de colegas les gusta coleccionar comunicados con el fin de obtener preciados certificados, a otros simplemente coleccionar raras tarjetas de confirmación de comunicados (QSL) o lograr contactos con países lejanos. Mientras más raro el indicativo, mejor.

 

Todo esto está muy bien, pero ¿qué hay de las comunicaciones a corta y media distancia?

 

Las comunicaciones a corta y media distancia son muy importantes en situaciones de desastre y son deseables en la comunicación cotidiana, como las ruedas de amigos que se comunican casi a diario y que batallan cuando las distancias entre ellos son menores a la distancia del primer salto de la onda en HF.

 

Una simple estación en HF, transmitiendo con energía de la batería del vehículo familiar puede establecer comunicaciones altamente fiables a larga distancia con el sencillo dipolo y aún con la antena del móvil. Pero quedan importantes zonas en silencio radial debido a los saltos de onda.

Habitualmente, con las radiocomunicaciones en la banda de HF se persigue el establecimiento de enlaces de media o larga distancia (DX), mediante propagación ionosférica. Para ello, se utilizan antenas cuyo diagrama de radiación tiene un ángulo de despegue muy pequeño, del orden de 3º, y frecuencias de cualquier banda inferiores a la MUF (máxima frecuencia utilizable) existente para una distancia determinada.

 

Los ángulos de despegue reducidos posibilitan que la primera reflexión ionosférica se produzca a una distancia lejana de la estación transmisora, aumentando el alcance de las comunicaciones, con el inconveniente de que esa distancia de salto se convierte en una zona de sombra en la que el radioenlace no existe, al menos hasta que la onda de tierra se disipe completamente.

 

Por lo general tratamos de cubrirlas con repetidores en la banda de 2 metros o 70 cms. Que funcionan de maravilla en terrenos montañosos donde se pueden cubrir grandes distancias colocándolos en las cimas de las montañas.

 

En el caso de terrenos planos la solución vía repetidores no es precisamente la mejor, y con estaciones VHF en comunicaciones vía directa, cuya propagación está sujeta principalmente a fenómenos de reflexión, propagación multi trayecto, refracción y difracción de las ondas, por lo que se pueden lograr alcances desde unos 10 km hasta unos 60 km dependiendo de la orografía, de las antenas utilizadas y la potencia de transmisión.

 

…nos encontramos, por tanto, con una zona de sombra que no pueden cubrir los equipos de VHF y UHF por su alcance reducido y que normalmente tampoco pueden cubrir los equipos de HF por las características de sus sistemas radiantes, pensados para el dx. También puede darse el caso del fallo de un repetidor de VHF/UHF que reduzca la cobertura sustancialmente.

 

Esta zona de sombra puede ser de vital importancia en el caso de las comunicaciones de emergencia, por lo que resulta del máximo interés disponer de sistemas que nos permitan cubrirlas. Por ejemplo, comunicaciones con Curicó o Talca para el Sur y Pichidangui y Ovalle por el Norte.

 

Bueno, para lograr buenas comunicaciones a esa distancia, podemos emplear un modo de propagación de la banda de HF denominado “onda aérea de incidencia casi vertical”, cuya sigla es NVIS, por su nombre en inglés.

 

NVIS, fue ampliamente utilizada por los alemanes en la segunda guerra mundial y en otras más recientes por otras naciones, y generalmente desconocido por gran parte de los usuarios de las bandas de HF. Este sistema de comunicación representa tal vez, la solución para comunicados a corta y media distancia que en situaciones de emergencia son tan necesarias.

 

Para trabajar en NVIS podemos utilizar nuestros equipos de HF estándar. Como veremos, únicamente deberemos tener en cuenta dos cosas: la selección de una frecuencia de trabajo adecuada y la utilización de una antena con características NVIS.

 

El fundamento de la propagación NVIS se basa en la utilización de antenas que tengan un ángulo de despegue muy elevado, del orden de 70º a 90º, es decir, perpendicular o casi perpendicular al plano de tierra.

 

Al transmitir en HF con una antena de estas características y siempre que la frecuencia seleccionada sea la adecuada, la onda radioeléctrica incidirá en la ionosfera casi verticalmente y se reflejará de vuelta hacia la tierra con un ángulo de reflexión muy pequeño, permitiendo cubrir esa zona de sombra que tienen los sistemas de HF para DX y los que el VHF/UHF no alcanzan a cubrir.

 

Para verlo gráficamente con un ejemplo, supongamos que utilizamos una antena NVIS cuyo lóbulo principal de radiación está comprendido entre los 70º y los 90º de elevación sobre el plano de tierra.

 

La antena NVIS radia en toda la región comprendida entre 70º y 90º de elevación. Por tanto, con la primera reflexión ionosférica, que se produce en la capa F2 de la ionosfera, se cubrirá toda la zona comprendida entre la estación transmisora y un alcance máximo que se puede determinar mediante un sencillo cálculo trigonométrico que no es del caso efectuar y/o analizar ahora.

 

En todo caso, estadísticamente se puede definir que este tipo de comunicación permite contacto de alcances máximos comprendidos entre los 110 km y los 300 km. Dependiendo de la época del año. Es decir, nuestro sistema NVIS nos permite establecer comunicaciones en HF en un radio de hasta 300 km alrededor de la estación transmisora, o incluso superior, sin zonas de sombra siempre que las estaciones participantes usen el mismo sistema radiante para evitar las pérdidas por desacople en la polarización.

 

Habitualmente, este tipo de comunicaciones se establecen con un único salto y los niveles de potencia requeridos son mínimos, siendo casi siempre suficiente el empleo de 20w o incluso menos.

 

Se reitera que, la frecuencia de trabajo es esencial para garantizar una correcta operación en NVIS. Como norma general, deberemos seleccionar una frecuencia entre los 2 a los 10 MHz. Además de seleccionar una frecuencia de trabajo adecuada, el otro punto crítico es disponer de una antena con capacidades NVIS, es decir, que irradie principalmente en la región comprendida entre unos 70º y los 90º de elevación sobre el plano de tierra.

 

Una opción es adquirir una antena desarrollada expresamente para NVIS, pero hay que tener en cuenta que la mayoría de los fabricantes de este tipo de antenas destinan sus productos a usos militares. Otra opción es aprovechar algunas de las antenas que utilizamos normalmente en las comunicaciones de HF para DX.

 

Existen multitud de diseños de antenas para trabajar en NVIS. Nos centraremos en la antena NVIS para estación base o para operaciones de campo más simple: el dipolo de hilo horizontal y como veremos, la clave estará en la distancia a la que debemos instalar el dipolo respecto al plano de tierra.

 

Si bajamos el dipolo a una distancia del suelo más asequible para su instalación, por ejemplo, a un cuarto de la longitud de onda de trabajo (10 metros si el dipolo es para 7 MHz), la máxima radiación estará alrededor de los 49 grados, por lo que esta instalación ya podría usarse para NVIS.

 

Si seguimos haciendo pruebas, colocando el dipolo cada vez más bajo, comprobaremos que el diagrama de radiación cada vez se va elevando más, alcanzando un punto, a una distancia exacta de un décimo de la longitud de onda de trabajo (4 metros si el dipolo es para 7 MHz), en el que el máximo de radiación se produce a 90º, de forma completamente perpendicular al suelo.

 

Si consideramos el ancho de banda a 3 Db, nuestro dipolo estará radiando principalmente entre 30º y 90º de elevación, lo que lo hace óptimo para comunicaciones NVIS. Si seguimos bajando el dipolo, el efecto es que el diagrama de radiación se haría cada vez más alto y más estrecho, perdiendo efectividad en la dirección perpendicular al plano de tierra.

 

Evidentemente, la conductividad del terreno también afectará a nuestra antena. Algunos autores citan que la mejor distancia a la que colocar el dipolo oscila entre 0,15 y 0,25 veces la longitud de onda de trabajo, esto es de 6 a 10 metros para un dipolo de 40 metros.

 

Para mejores resultados se puede usar un reflector artificial que debe ser 5% más largo que el elemento radiante (aproximadamente dos metros para 7 MHz.) Y debe estar a un 15% de la longitud de onda bajo este (seis metros). En realidad, esto último puede variar entre un 10% a un 20%.

 

Para el caso de comunicaciones móviles, es decir, con los equipos de HF instalados en vehículos, tenemos dos opciones. La opción más rápida es utilizar una antena vertical estándar y abatirla de forma que quede paralela al plano de tierra. Posiblemente será difícil conseguir la distancia adecuada a dicho plano, pero una aproximación puede proporcionarnos diagramas de radiación suficientes para el trabajo en NVIS.

 

La otra opción es disponer de una antena NVIS de propósito específico. Una de las antenas más utilizadas para tales efectos es la antena de medio bucle (Half-Loop), que puede instalarse en el techo de un vehículo. Cuando instalamos la antena en el techo de un vehículo además de la deformación del lóbulo de radiación, comienza a presentar una impedancia capacitiva muy alta que puede llegar a ser difícil de acoplar en algunas frecuencias. Además, la eficiencia de radiación es baja y la antena suele presentar pérdidas.

 

Ahora ya lo sabe, para comunicaciones a corta y mediana distancia en HF, se debe emplear el modo de propagación de la banda de HF denominado onda aérea de incidencia casi vertical, o sea la NVIS. Suerte en sus comunicados a través de esta modalidad.

 

Y como conclusión final, podemos resumir que las comunicaciones NVIS permiten establecer enlaces en las bandas de HF con alcances de hasta 300 km sin zonas de sombra, cubriendo el hueco existente entre el alcance máximo de los sistemas de VHF/UHF y la zona de sombra del primer salto en las comunicaciones DX de HF. Este hecho las hace idóneas para operar en situaciones de emergencia, siendo su uso muy extensivo tanto en estos entornos como en los militares.

 

Finalmente tenga presente que para operar en NVIS deberemos tener en cuenta dos premisas fundamentales. Por un lado, la selección de una antena que presente un diagrama de radiación con elevación suficiente, como puede ser el caso de un dipolo horizontal instalado a una altura sobre el suelo del orden de un décimo de la longitud de onda de trabajo. Por otro lado, la selección de una frecuencia de trabajo adecuada, siempre por debajo de la frecuencia de corte de la capa F2 de la ionosfera (FoF2) y de forma óptima en torno al 10 % por debajo de la misma.

 

Buena suerte en sus comunicados en este sistema de propagación.

 

Fuente página web: http://www.ipellejero.es/hf/nvis/index.html