Frecuencia alta

Alta frecuencia ( HF ) es la designación de la UIT ^[1] para la banda de ondas de radio con frecuencia entre 3 y 30 megahercios (MHz). También se conoce como banda decámétrica u onda decámétrica , ya que sus longitudes de onda varían de uno a diez decámetros (diez a cien metros). Las frecuencias inmediatamente inferiores a HF se denominan frecuencia media (MF), mientras que la siguiente banda de frecuencias más altas se conoce como banda de muy alta frecuencia (VHF). La banda HF es una parte importante de la banda de frecuencias de onda corta , por lo que la comunicación en estas frecuencias a menudo se denomina radio de onda corta . Debido a que las ondas de radio en esta banda pueden reflejarse de regreso a la Tierra por la capa de ionosfera en la atmósfera, un método conocido como propagación de "salto" o " onda ionosférica ", estas frecuencias se pueden utilizar para comunicaciones de larga distancia a través de distancias intercontinentales y para terrenos montañosos que impiden las comunicaciones de línea de visión . ^[2] La banda es utilizada por estaciones de radiodifusión internacionales de onda corta (3,95–25,82 MHz), comunicaciones de aviación, estaciones horarias gubernamentales, estaciones meteorológicas, radioaficionados y servicios de banda ciudadana , entre otros usos.

El medio dominante de comunicación a larga distancia en esta banda es la propagación por ondas ionosféricas ("salto"), en la que las ondas de radio dirigidas en un ángulo hacia el cielo se refractan de vuelta a la Tierra desde capas de átomos ionizados en la ionosfera . ^[3] Por este método, las ondas de radio de alta frecuencia pueden viajar más allá del horizonte, alrededor de la curva de la Tierra, y pueden recibirse a distancias intercontinentales. Sin embargo, la idoneidad de esta parte del espectro para dicha comunicación varía en gran medida debido a una combinación compleja de factores:

• Luz solar/oscuridad en el sitio de transmisión y recepción
• Proximidad del transmisor/receptor al terminador solar
• Estación
• Ciclo de manchas solares
• Actividad solar
• Aurora polar

En cualquier momento, para una ruta de comunicación "de salto" dada entre dos puntos, las frecuencias en las que es posible la comunicación se especifican mediante estos parámetros:

• Frecuencia máxima utilizable (MUF)
• La frecuencia alta más baja utilizable (LUF) y una
• Frecuencia de transmisión óptima (FOT)

La frecuencia máxima utilizable cae regularmente por debajo de los 10 MHz en la oscuridad durante los meses de invierno, mientras que en verano durante el día puede superar fácilmente los 30 MHz. Depende del ángulo de incidencia de las ondas; es más baja cuando las ondas se dirigen directamente hacia arriba, y es más alta con ángulos menos agudos. Esto significa que a distancias más largas, donde las ondas rozan la ionosfera en un ángulo muy brusco, la MUF puede ser mucho más alta. La frecuencia utilizable más baja depende de la absorción en la capa inferior de la ionosfera (la capa D). Esta absorción es más fuerte en frecuencias bajas y también es más fuerte con una mayor actividad solar (por ejemplo, a la luz del día); la absorción total a menudo ocurre en frecuencias inferiores a 5 MHz durante el día. El resultado de estos dos factores es que el espectro utilizable se desplaza hacia las frecuencias más bajas y hacia el rango de frecuencia media (MF) durante las noches de invierno, mientras que en un día en pleno verano las frecuencias más altas tienden a ser más utilizables, a menudo en el rango inferior de VHF . ^{[ cita requerida ]}

Cuando todos los factores están en su nivel óptimo, es posible la comunicación mundial en HF. En muchas otras ocasiones es posible establecer contacto a través de continentes u océanos y entre ellos. En el peor de los casos, cuando una banda está "muerta", no es posible la comunicación más allá de las limitadas trayectorias de ondas terrestres , sin importar qué potencias, antenas u otras tecnologías se utilicen. Cuando una trayectoria transcontinental o mundial está abierta en una frecuencia particular, es posible la comunicación digital , SSB y código Morse utilizando potencias de transmisión sorprendentemente bajas, a menudo del orden de milivatios, siempre que se utilicen antenas adecuadas en ambos extremos y que haya poca o ninguna interferencia artificial o natural . ^[4] En una banda tan abierta, la interferencia que se origina en un área amplia afecta a muchos usuarios potenciales. Estos problemas son importantes para los usuarios militares, de seguridad ^[5] y de radioaficionados de las bandas de HF.

Existe cierta propagación por ondas terrestres , el principal modo de propagación en las bandas inferiores, pero la distancia de transmisión disminuye con la frecuencia debido a una mayor absorción en la tierra. En el extremo superior de la banda, las distancias de transmisión de ondas terrestres están limitadas a 10-20 millas. ^{[6] : p.38} La comunicación de corto alcance puede ocurrir mediante una combinación de línea de visión (LOC), rebote en tierra y trayectorias de ondas terrestres, pero la interferencia por trayectos múltiples puede causar desvanecimiento .

Los principales usos del espectro de alta frecuencia son:

• Sistemas de comunicación militares y gubernamentales
• Comunicaciones aire-tierra de la aviación
• Radioaficionado
• Radiodifusión internacional y regional de onda corta
• Servicios marítimos de mar a tierra y de barco a barco
• Sistemas de radar sobre el horizonte
• Comunicación del Sistema Mundial de Socorro y Seguridad Marítima (SMSSM)
• Servicios de radio de banda ciudadana en todo el mundo (generalmente 26-28 MHz, la porción más alta de la banda HF, que se comporta más como VHF baja )
• Aplicaciones del radar en dinámica oceánica costera

La banda de alta frecuencia es muy popular entre los radioaficionados , que pueden aprovechar las comunicaciones directas a larga distancia (a menudo intercontinentales) y el "factor de emoción" que resulta de hacer contactos en condiciones variables. La radiodifusión internacional de onda corta utiliza este conjunto de frecuencias, así como un número aparentemente decreciente de usuarios "de servicios públicos" (intereses marítimos, de aviación, militares y diplomáticos), que, en los últimos años, se han inclinado por medios de comunicación menos volátiles (por ejemplo, vía satélite ), pero pueden mantener estaciones de HF después del cambio para fines de respaldo.

Sin embargo, el desarrollo de la tecnología de establecimiento automático de enlaces basada en la norma MIL-STD-188-141 para la conectividad automatizada y la selección de frecuencias, junto con los altos costos del uso de satélites, han llevado a un renacimiento del uso de HF en las redes gubernamentales. El desarrollo de módems de mayor velocidad, como los que cumplen con la norma MIL-STD-188-110C, que admiten velocidades de datos de hasta 120 kilobit/s, también ha aumentado la usabilidad de HF para las comunicaciones de datos y la transmisión de video. El desarrollo de otras normas, como STANAG 5066, permite comunicaciones de datos sin errores mediante el uso de protocolos ARQ .

Algunos modos de comunicación, como las transmisiones de código Morse de onda continua (especialmente por operadores de radioaficionados ) y las transmisiones de voz de banda lateral única , son más comunes en el rango de HF que en otras frecuencias, debido a su naturaleza de conservación del ancho de banda, pero los modos de banda ancha, como las transmisiones de TV, generalmente están prohibidos por la porción relativamente pequeña del espacio del espectro electromagnético de HF .

El ruido, especialmente las interferencias provocadas por el hombre procedentes de dispositivos electrónicos, suele tener un gran efecto en las bandas de HF. En los últimos años, ha aumentado la preocupación entre ciertos usuarios del espectro de HF por el acceso a Internet de "banda ancha por líneas eléctricas" ( BPL ) , que tiene un efecto casi destructivo en las comunicaciones de HF. Esto se debe a las frecuencias en las que opera la BPL (que normalmente se corresponden con la banda de HF) y a la tendencia de la señal de la BPL a filtrarse desde las líneas eléctricas. Algunos proveedores de BPL han instalado filtros de supresión para bloquear ciertas partes del espectro (en concreto, las bandas de radioaficionados), pero sigue habiendo una gran controversia sobre la implementación de este método de acceso. Otros dispositivos electrónicos, incluidos los televisores de plasma, también pueden tener un efecto perjudicial en el espectro de HF.

En la aviación, los sistemas de comunicación de alta frecuencia son necesarios para todos los vuelos transoceánicos. Estos sistemas incorporan frecuencias de hasta 2 MHz para incluir el canal internacional de socorro y llamadas de 2182 kHz .

La sección superior de HF (26,5-30 MHz) comparte muchas características con la parte inferior de VHF. Las partes de esta sección que no están destinadas a la radioafición se utilizan para comunicaciones locales. Entre ellas se encuentran las radios CB de alrededor de 27 MHz, los enlaces de radio estudio-transmisor (STL), los dispositivos de control de radio para modelos y los transmisores de radiobúsqueda.

Algunas etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) utilizan HF. Estas etiquetas se conocen comúnmente como HFID o HighFID (identificación de alta frecuencia).

Las antenas más comunes en esta banda son las antenas de alambre, como los dipolos de alambre o las antenas rómbicas ; en las frecuencias superiores, las antenas dipolo multielemento, como las antenas Yagi , quad y log-periódicas . Las estaciones de transmisión de onda corta potentes a menudo utilizan grandes conjuntos de cortinas de alambre .

Las antenas para transmitir ondas ionosféricas suelen estar formadas por dipolos horizontales o bucles de alimentación inferior, que emiten ondas polarizadas horizontalmente . La preferencia por la transmisión con polarización horizontal se debe a que (aproximadamente) solo la mitad de la potencia de la señal transmitida por una antena viaja directamente al cielo; aproximadamente la mitad viaja hacia abajo, hacia el suelo, y debe "rebotar" hacia el cielo. Para las frecuencias en la banda superior de HF, el suelo es un mejor reflector de las ondas polarizadas horizontalmente y un mejor absorbente de la potencia de las ondas polarizadas verticalmente . El efecto disminuye para longitudes de onda más largas.

Para la recepción, se suelen utilizar antenas de alambre al azar . Como alternativa, las mismas antenas direccionales que se utilizan para la transmisión son útiles para la recepción, ya que la mayor parte del ruido proviene de todas las direcciones, pero la señal deseada proviene de una sola dirección. Las antenas receptoras de larga distancia (ondas ionosféricas) generalmente se pueden orientar vertical u horizontalmente, ya que la refracción a través de la ionosfera generalmente altera la polarización de la señal y las señales se reciben directamente desde el cielo a la antena.

• Programa de investigación de auroras activas de alta frecuencia
• Protocolo de Internet de alta frecuencia
• Propagación de radio
• Clima espacial
• Frecuencia crítica

• Maslin, NM "Comunicaciones de alta frecuencia: un enfoque de sistemas". ISBN 0-273-02675-5 , Taylor & Francis Ltd, 1987 
• Johnson, EE, et al., "Comunicaciones avanzadas por radio de alta frecuencia". ISBN 0-89006-815-1 , Artech House, 1997 
• Narayanamurti, V.; Störmer, HL; Chin, MA; Gossard, AC; Wiegmann, W. (1979-12-31). "Transmisión selectiva de fonones de alta frecuencia por una superred: el filtro de fonones "dieléctrico"". Physical Review Letters . 43 (27). American Physical Society (APS): 2012–2016. doi :10.1103/physrevlett.43.2012. ISSN  0031-9007.
• Bejjani, Boulos-Paul; Damier, Philippe; Arnulfo, Isabelle; Thivard, Lionel; Bonnet, Anne-Marie; Dormont, Didier; Cornú, Philippe; Pidoux, Bernardo; Sansón, Yves; Agid, Yves (13 de mayo de 1999). "Depresión aguda transitoria inducida por estimulación cerebral profunda de alta frecuencia". Revista de Medicina de Nueva Inglaterra . 340 (19). Sociedad Médica de Massachusetts: 1476–1480. doi : 10.1056/nejm199905133401905 . ISSN  0028-4793. PMID  10320386.
• Liu, HC (15 de mayo de 1991). "Modelo analítico de tunelización resonante de alta frecuencia: respuesta de corriente alterna de primer orden". Physical Review B . 43 (15). American Physical Society (APS): 12538–12548. doi :10.1103/physrevb.43.12538. ISSN  0163-1829. PMID  9997055.
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• Tomislav Stimac, " Definición de bandas de frecuencia (VLF, ELF... etc.) ". Página de inicio de IK1QFK (vlf.it).
• Página web de mediciones de alta frecuencia de Douglas C. Smith; índice y datos técnicos. DC Smith Consultants, Los Gatos, CA.
• Modelos de propagación de alta frecuencia, its.bldrdoc.gov.
• Propagación de ondas de alta frecuencia, cscamm.umd.edu.
• "Ruido de alta frecuencia" (PDF)
• "Ventajas de la radio HF" Codan
• Condiciones solares para radio HF