En comunicación por radio , onda celeste o salto se refiere a la propagación de ondas de radio reflejadas o refractadas hacia la Tierra desde la ionosfera , una capa cargada eléctricamente de la atmósfera superior . Dado que no está limitada por la curvatura de la Tierra, la propagación de las ondas ionosféricas se puede utilizar para comunicarse más allá del horizonte , a distancias intercontinentales. Se utiliza principalmente en las bandas de frecuencia de onda corta .
Como resultado de la propagación de la onda ionosférica, a veces se puede recibir una señal de una estación de radiodifusión AM distante , una estación de onda corta o, durante condiciones de propagación E esporádicas (principalmente durante los meses de verano en ambos hemisferios), una estación VHF FM o TV distante como claramente como estaciones locales. La mayor parte de las comunicaciones por radio de onda corta ( alta frecuencia ) de larga distancia (entre 3 y 30 MHz) son el resultado de la propagación de ondas ionosféricas. Desde principios de la década de 1920, los radioaficionados (o "aficionados"), limitados a una potencia de transmisión menor que la de las estaciones de radiodifusión , han aprovechado el skywave para comunicaciones de larga distancia (o " DX ").
La propagación de ondas celestes es distinta de la propagación con línea de visión , en la que las ondas de radio viajan en línea recta, y de la propagación sin línea de visión .
Las transmisiones Skywave se pueden utilizar para comunicaciones de larga distancia (DX) mediante ondas dirigidas en un ángulo bajo, así como para comunicaciones relativamente locales a través de ondas dirigidas casi verticalmente ( ondas celestes de incidencia casi vertical – NVIS ).
La ionosfera es una región de la atmósfera superior , de aproximadamente 80 km (50 millas) a 1000 km (600 millas) de altitud, donde el aire neutro es ionizado por fotones solares , partículas solares y rayos cósmicos . Cuando las señales de alta frecuencia ingresan a la ionosfera en un ángulo bajo, la capa ionizada las desvía hacia la Tierra. [1] Si el pico de ionización es lo suficientemente fuerte para la frecuencia elegida, una onda saldrá del fondo de la capa hacia la Tierra, como si se reflejara oblicuamente en un espejo. La superficie de la Tierra (suelo o agua) refleja la onda descendente nuevamente hacia la ionosfera.
Cuando se opera en frecuencias justo por debajo de la frecuencia máxima utilizable , las pérdidas pueden ser bastante pequeñas, por lo que la señal de radio puede "rebotar" o "saltar" efectivamente entre la Tierra y la ionosfera dos o más veces (propagación de múltiples saltos), incluso siguiendo la curvatura. de la tierra. En consecuencia, incluso señales de sólo unos pocos vatios pueden recibirse a veces a muchos miles de kilómetros de distancia. Esto es lo que permite que las transmisiones de onda corta viajen por todo el mundo. Si la ionización no es lo suficientemente grande, la onda sólo se curva ligeramente hacia abajo y posteriormente hacia arriba a medida que se pasa el pico de ionización, de modo que sale por la parte superior de la capa sólo ligeramente desplazada. Entonces la onda se pierde en el espacio. Para evitar esto, se debe elegir una frecuencia más baja. Con un solo "salto" se pueden alcanzar distancias de hasta 3500 km (2200 millas). Pueden ocurrir transmisiones más largas con dos o más saltos. [2]
Las ondas celestes dirigidas casi verticalmente se denominan ondas celestes de incidencia casi vertical ( NVIS ) . En algunas frecuencias, generalmente en la región inferior de onda corta , las ondas celestes de ángulo alto se reflejarán directamente hacia el suelo. Cuando la onda regresa a tierra, se extiende sobre un área amplia, permitiendo comunicaciones dentro de varios cientos de millas de la antena transmisora. NVIS permite comunicaciones locales y regionales, incluso desde valles bajos, a un área grande, por ejemplo, un estado entero o un país pequeño. La cobertura de un área similar a través de un transmisor VHF con línea de visión requeriría una ubicación en la cima de una montaña muy alta. Por tanto, NVIS es útil para redes estatales, como las necesarias para comunicaciones de emergencia. [3] En la transmisión de onda corta, NVIS es muy útil para transmisiones regionales dirigidas a un área que se extiende desde la ubicación del transmisor hasta unos cientos de millas, como sería el caso en un país o grupo lingüístico al que se llega desde dentro de las fronteras de ese país. Esto será mucho más económico que utilizar múltiples transmisores de transmisión de FM (VHF) o AM. Las antenas adecuadas están diseñadas para producir un lóbulo fuerte en ángulos elevados. Cuando la onda ionosférica de corto alcance no es deseable, como cuando una emisora de AM desea evitar la interferencia entre la onda terrestre y la onda ionosférica, se utilizan antenas antidesvanecimiento para suprimir las ondas que se propagan en los ángulos más altos.
Para cada distancia, desde la transmisión local hasta la distancia máxima (DX), existe un ángulo de "despegue" óptimo para la antena, como se muestra aquí. Por ejemplo, al utilizar la capa F durante la noche, para alcanzar mejor un receptor a 500 millas de distancia, se debe elegir una antena que tenga un lóbulo fuerte a 40 grados de elevación. También se puede ver que para las distancias más largas, lo mejor es un lóbulo en ángulos bajos (por debajo de 10 grados). Para NVIS, los ángulos superiores a 45 grados son óptimos. Las antenas adecuadas para largas distancias serían una Yagi alta o una rómbica; para NVIS, un dipolo o conjunto de dipolos de aproximadamente 0,2 longitudes de onda sobre el suelo; y para distancias intermedias, un dipolo o Yagi a aproximadamente 0,5 longitudes de onda sobre el suelo. Se utilizan patrones verticales para cada tipo de antena para seleccionar la antena adecuada.
A cualquier distancia las ondas del cielo se desvanecerán. La capa de plasma ionosférico con suficiente ionización (la superficie reflectante) no está fija, sino que ondula como la superficie del océano. Variar la eficiencia de reflexión de esta superficie cambiante puede hacer que cambie la intensidad de la señal reflejada, provocando un " desvanecimiento " en las transmisiones de onda corta. Un desvanecimiento aún más grave puede ocurrir cuando las señales llegan a través de dos o más caminos, por ejemplo, cuando las ondas de un solo salto y de doble salto interfieren entre sí, o cuando una señal de onda ionosférica y una señal de onda terrestre llegan aproximadamente con la misma intensidad. Esta es la fuente más común de desvanecimiento en las señales de transmisión AM nocturnas. El desvanecimiento siempre está presente en las señales de ondas celestes y, excepto en el caso de señales digitales como Digital Radio Mondiale, limitan seriamente la fidelidad de las transmisiones de onda corta.
Las señales VHF con frecuencias superiores a unos 30 MHz suelen penetrar la ionosfera y no regresan a la superficie de la Tierra. E-skip es una excepción notable, donde las señales VHF, incluidas las transmisiones de FM y las señales de TV VHF, se reflejan con frecuencia hacia la Tierra a finales de la primavera y principios del verano. E-skip rara vez afecta a las frecuencias UHF , excepto en casos muy raros por debajo de 500 MHz.
Las frecuencias por debajo de aproximadamente 10 MHz (longitudes de onda superiores a 30 metros), incluidas las transmisiones en las bandas de onda media y corta (y hasta cierto punto de onda larga ), se propagan más eficientemente mediante ondas celestes durante la noche. Las frecuencias superiores a 10 MHz (longitudes de onda inferiores a 30 metros) normalmente se propagan de manera más eficiente durante el día. Las frecuencias inferiores a 3 kHz tienen una longitud de onda mayor que la distancia entre la Tierra y la ionosfera. La frecuencia máxima utilizable para la propagación de ondas ionosféricas está fuertemente influenciada por el número de manchas solares .
La propagación de las ondas ionosféricas suele degradarse (a veces gravemente) durante las tormentas geomagnéticas . La propagación de las ondas ionosféricas en el lado soleado de la Tierra puede verse completamente interrumpida durante perturbaciones ionosféricas repentinas .
Debido a que las capas de menor altitud (la capa E en particular) de la ionosfera desaparecen en gran medida durante la noche, la capa refractiva de la ionosfera está mucho más alta sobre la superficie de la Tierra durante la noche. Esto conduce a un aumento en la distancia de "salto" o "salto" de la onda celeste durante la noche.
A los radioaficionados se les atribuye el descubrimiento de la propagación de ondas ionosféricas en las bandas de onda corta. Los primeros servicios de larga distancia utilizaban la propagación de ondas terrestres a frecuencias muy bajas , [4] que se atenúan a lo largo del camino. Distancias más largas y frecuencias más altas usando este método significaron una mayor atenuación de la señal. Esto, y las dificultades para generar y detectar frecuencias más altas, dificultaron el descubrimiento de la propagación de onda corta para los servicios comerciales.
Los radioaficionados realizaron las primeras pruebas transatlánticas exitosas utilizando ondas más cortas que las utilizadas por los servicios comerciales [5] en diciembre de 1921, operando en la banda de onda media de 200 metros (1500 kHz), la longitud de onda más corta disponible entonces para los aficionados. En 1922, cientos de aficionados norteamericanos fueron escuchados en Europa a 200 metros y al menos 30 aficionados norteamericanos escucharon señales de aficionados procedentes de Europa. Las primeras comunicaciones bidireccionales entre aficionados norteamericanos y hawaianos comenzaron en 1922 a 200 metros.
La interferencia extrema en el borde superior de la banda de 150 a 200 metros (las longitudes de onda oficiales asignadas a los aficionados por la Segunda Conferencia Nacional de Radiodifusión [6] en 1923) obligó a los aficionados a cambiar a longitudes de onda cada vez más cortas; sin embargo, los aficionados estaban limitados por regulación a longitudes de onda superiores a 150 metros (2 MHz). Unos pocos aficionados afortunados que obtuvieron un permiso especial para comunicaciones experimentales por debajo de 150 metros completaron cientos de contactos bidireccionales de larga distancia en 100 metros (3 MHz) en 1923, incluidos los primeros contactos transatlánticos de dos vías [7] en noviembre de 1923, en 110 metros (2,72 MHz)
En 1924, muchos aficionados adicionales con licencia especial realizaban contactos transoceánicos de forma rutinaria a distancias de 6.000 millas (~9.600 km) y más. El 21 de septiembre, varios aficionados de California completaron contactos bidireccionales con un aficionado de Nueva Zelanda. El 19 de octubre, aficionados de Nueva Zelanda e Inglaterra completaron un contacto bidireccional de 90 minutos casi al otro lado del mundo. El 10 de octubre, la Tercera Conferencia Nacional de Radiocomunicación puso a disposición de los aficionados estadounidenses tres bandas de onda corta [8] de 80 metros (3,75 MHz), 40 metros (7 MHz) y 20 metros (14 MHz). Estas fueron atribuidas en todo el mundo, mientras que la banda de 10 metros (28 MHz) fue creada por la Conferencia Radiotelegráfica Internacional de Washington [9] el 25 de noviembre de 1927. La banda de 15 metros (21 MHz) se abrió a los aficionados en los Estados Unidos el 1 Mayo de 1952.
Guglielmo Marconi fue el primero en demostrar que las radios podían comunicarse más allá de la línea de visión, utilizando las propiedades reflectantes de la ionosfera. El 12 de diciembre de 1901, envió un mensaje a unas 2200 millas (3500 km) desde su estación de transmisión en Cornualles , Inglaterra, a St. John's , Terranova (ahora parte de Canadá ). Sin embargo, Marconi creía que las ondas de radio seguían la curvatura de la Tierra; aún no se entendían las propiedades reflectantes de la ionosfera que permiten las "ondas celestes". El escepticismo de la comunidad científica y sus competidores del telégrafo por cable llevaron a Marconi a continuar experimentando con transmisiones inalámbricas y empresas comerciales asociadas durante las siguientes décadas. [10]
En junio y julio de 1923, las transmisiones tierra-barco de Guglielmo Marconi se completaron durante las noches a 97 metros desde la estación inalámbrica Poldhu , Cornwall , hasta su yate Ellette en las islas de Cabo Verde . En septiembre de 1924, Marconi transmitió durante el día y la noche a 32 metros desde Poldhu hasta su yate en Beirut. Marconi, en julio de 1924, celebró contratos con la Oficina General de Correos británica (GPO) para instalar circuitos de telegrafía de onda corta de alta velocidad desde Londres a Australia, India, Sudáfrica y Canadá como elemento principal de la Cadena Inalámbrica Imperial . El "Servicio Beam Wireless" de onda corta del Reino Unido a Canadá entró en funcionamiento comercial el 25 de octubre de 1926. Los servicios Beam Wireless del Reino Unido a Australia, Sudáfrica e India entraron en servicio en 1927.
Hay mucho más espectro disponible para comunicaciones a larga distancia en las bandas de onda corta que en las de onda larga; y los transmisores, receptores y antenas de onda corta eran mucho menos costosos que los transmisores de varios cientos de kilovatios y las antenas monstruosas necesarias para la onda larga.
Las comunicaciones de onda corta comenzaron a crecer rápidamente en la década de 1920, [11] de manera similar a Internet a finales del siglo XX. En 1928, más de la mitad de las comunicaciones de larga distancia habían pasado de los cables transoceánicos y los servicios inalámbricos de onda larga a la transmisión "saltada" de onda corta, y el volumen general de las comunicaciones transoceánicas de onda corta había aumentado enormemente. La onda corta también puso fin a la necesidad de inversiones multimillonarias en nuevos cables telegráficos transoceánicos y estaciones inalámbricas masivas de onda larga, aunque algunos cables telegráficos transoceánicos y estaciones comerciales de comunicaciones de onda larga existentes permanecieron en uso hasta la década de 1960.
Las compañías de cable comenzaron a perder grandes sumas de dinero en 1927 y una grave crisis financiera amenazó la viabilidad de compañías de cable que eran vitales para los intereses estratégicos británicos. El gobierno británico convocó la Conferencia Imperial Wireless and Cable [12] en 1928 "para examinar la situación que había surgido como resultado de la competencia de Beam Wireless con Cable Services". Recomendó y recibió la aprobación del gobierno para que todos los recursos inalámbricos y de cable en el extranjero del Imperio se fusionaran en un sistema controlado por una empresa recién formada en 1929, Imperial and International Communications Ltd. El nombre de la empresa se cambió a Cable and Wireless Ltd. en 1934.
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