144 MHz: analisi di attività e modi di propagazione

1. PRIMO CONVEGNO VHF/U-SHF “CITTA’ DI POMPEI” 144 MHz: analisi di attività e modi di propagazione IK7HIN MARCELLO SURACE Pompei, 23 febbraio 2013

2. 144 MHz Approccio Le VHF in generale , ed in particolare la frequenza dei 144 Mhz, richiedono un approccio completamente diverso da quello di un operatore in HF. Infatti la prima considerazione che si potrebbe fare è che tali onde radio non sono riflesse dagli strati ionosferici utili per le HF, infatti questi sono trasparenti alle VHF, pertanto il collegamento con un’altra stazione in natura dovrebbe avvenire solo con onda diretta in linea ottica. E’ ciò non è verovediamo perché… a cura di IK7HIN Marcello Surace

3. 144 MHz Approccio Nel corso degli anni quando i radioamatori hanno cominciato ad usare in particolare la banda laterale unica con un migliore rapporto S/N su questa frequenza si è potuto confermare, senza ombra di dubbio, che vi erano diversi fenomeni naturali che avrebbero potuto aiutare la riflessione di tali onde radio , aiutando il superamento di ostacoli e permettendo QRB notevolmente maggiori rispetto a quelli previsti. a cura di IK7HIN Marcello Surace

4. 144 MHz Modi Propagativi Diamo brevemente un’idea di come questi modi ci aiutano nell’effettuazione di un qso: • Tropo (T) • Super Tropo (ST) • E Sporadico (ES) • MeteorScatter(MS) • Trans Equatoriale (TEP) • Field AlignedIrregularities(FAI) • Aurora Boreale (AU) • Earth-Moon-Earth (EME) a cura di IK7HIN Marcello Surace

5. 144 MHz Modi Propagativi Tropo: la propagazione per onda di superficie praticamente è nulla (solo HF) mentre avviene per onda diretta con rifrazione e riflessione nella troposfera. L'onda non viene riflessa nella ionosfera causa l'elevata frequenza. Condizioni di pressione temperatura ed umidità dell’aria provocano nella troposfera un diverso indice di rifrazione dell’aria e quindi la riflessione dell’onda radio. (Leggi della rifrazione-riflessione dell’ottica) Troposfera: zona tra la superficie terrestre e mediamente 13 km (con 18 km circa all’equatore e 7-8 km circa ai poli). In questa zona la temperatura diminuisce con l’aumentare della quota in ragione di circa 6,50 C/km. La composizione normale della troposfera é data da Ossigeno ed Azoto molecolare che, con l’aumento dell’altezza, specie d’estate, si trovano anche sotto forma di ioni. Il rapporto é del 21% di Ossigeno, 78% di Azoto e 1% di altri gas. aa g troposferara n1*sinα = n2*sinγ Valido per le HF e l’ E sporadico a cura di IK7HIN Marcello Surace

6. 144 MHz Modi Propagativi • L’indice di rifrazione dipende dalla concentrazione di cariche N e dalla frequenza secondo la legge: • Se f>>30 MHz n~1 e quindi la ionosfera non modifica il percorso rettilineo delle onde e.m. A queste frequenze avvengono i collegamenti con i satelliti. La ionosfera è trascurata. • A frequenze inferiori a 30 MHz ha peso anche il numero N di particelle cariche. La ionosfera è divisa in tanti strati a n costante. Si ha rifrazione e riflessione. Fino a quando non incidiamo con un certo angolo limite sulla superficie di separazione di due strati di ionosfera a n differenti, tali per cui si ha la riflessione totale. a cura di IK7HIN Marcello Surace

7. 144 MHz Modi Propagativi Nelle VHF e frequenze superiori può avvenire un tipo di propagazione detta Super Tropo con particolari condizioni di mare calmo e gradiente di temperatura differenziato, tanto da creare un condotto dove tra due strati ad indice di rifrazione simile c’è ne è uno ad indice di rifrazione più basso l’onda entra ed il condotto con continue riflessioni totali gli fa da guida d’onda con attenuazione bassissima, tale che il segnale si conserva sino all’uscita con la stessa forza di quando è entrato. Le distanze raggiungibili sono oltre 1000 Km. a cura di IK7HIN Marcello Surace

8. 144 MHz Modi Propagativi Esempi di Super Tropo: 1° tratta sperimentata2° tratta sperimentata Pinerolo (TO) Bari (BA) Capo Vaticano (VV): Veneto- Friuli V. Giulia IW1AJS –I2KSX/I8 ed oltre (DL) JN34qv - JM78vo IK7HIN- DK1FG QRB= 987 KM JN81kc- JN59op Data: 25/07/1983 QRB= 1047 KM Data: 13/08/2008 a cura di IK7HIN Marcello Surace

9. 144 MHz Modi Propagativi La diffrazione è un fenomeno associato alla deviazione della traiettoria di propagazione delle onde (come anche la riflessione, la rifrazione, la diffusione o l'interferenza) quando queste incontrano un ostacolo sul loro cammino. Anche le onde radio possono venir diffratte quando esse lambiscono (nel superarli) i bordi o gli spigoli di un qualsiasi tipo di ostruzione. Quella che viene definita come diffrazione a lama di coltello e che si verifica principalmente su VHF, UHF ed oltre, provvede a sparpagliare il segnale anche in quella che sarebbe la zona d’ombra oltre l’ostacolo, come è illustrato in figura. a cura di IK7HIN Marcello Surace

10. 144 MHz Modi Propagativi Il fenomeno della propagazione per E sporadico è forse uno dei più' affascinanti modi di propagazione delle onde elettromagnetiche, ma allo stesso tempo anche uno degli eventi più imprevedibili e di difficile interpretazione scientifica. Esso coinvolge la parte alta dello spettro HF e nei casi estremi le bande VHF fino a frequenze di 200 MHz. L'E sporadico si manifesta particolarmente nei periodi che vanno da Maggio a Settembre specialmente nelle ore diurne (4 ore dopo la levata del sole) o durante le prime ore serali (specie sui 50 MHz), inoltre si nota una leggera ripresa nel mese di Dicembre. Le distanze copribili dipendono dall'altezza dello strato e dall'angolo d'irradiazione verticale dell'antenna, e in ogni modo variano dai 1000 ai 2500 chilometri, con riflessioni di un solo salto, ma in casi eccezionali ci possono essere riflessioni a due salti che aumentano la distanza fino a 4000 chilometri, mentre la riflessione a salti multipli non è conosciuta poiché è improbabile la presenza estesa e contemporanea di nubi d’E sporadico su larga scala geografica. E sporadico a cura di IK7HIN Marcello Surace

11. 144 MHz Modi Propagativi Lo strato E ordinario della ionosfera si localizza tra i 90 e i 160 chilometri di quota e la densità elettronica dipende dall’ attività solare e dall'angolo zenitale del sole, quindi dall'ora solare locale. Durante le ore di luce il livello di densità' elettronica e quindi di ionizzazione si può stimare di circa 105 elettroni liberi per cm3,dopo il tramonto la densità elettronica scende progressivamente per effetto della ricombinazione elettronica fino a valori attorno a 103 e/cm3. Lo strato Es può raggiungere livello di densità elettronica anche più del doppio rispetto all 'E ordinario diurno. Dalla densità di ionizzazione delle nubi di E sporadico, dipende la frequenza che è rimandata a terra, il dx sui 144 Mhz si presenta nell'1% dei casi in cui è accertato l'Es utile per le frequenze HF. Per elevare le MUF oltre i 50 MHz, sono necessari agglomerati iperdensi con concentrazione elettronica N elevatissima e in grado di deviare raggi radenti fino a 200 MHz, questo accade in maniera meno marcata rispetto ad esempio ai 50 MHz, dove nei mesi estivi, le aperture sono quasi giornaliere. a cura di IK7HIN Marcello Surace

12. 144 MHz Modi Propagativi QSL di un QSO in Es con doppio salto condizioni che si verificano raramente. Bari (JN81KC)- Vasterhaninge(JP99LF) QRB = 3129 KM a cura di IK7HIN Marcello Surace

13. 144 MHz Modi Propagativi Meteor Scatter: • La terra nella sua orbita attorno al sole incontra sciami meteorici. Annualmente pertanto in corrispondenza di determinate date i meteoriti investono la terra . Questi sono frutto di comete che nel loro passaggio attorno al sole sono state distrutte generando piccoli frammenti che continuano a ruotare attorno al sole. Nell’avvicinarsi agli alti strati dell’atmosfera per effetto dell’attrito con le prime molecole di aria ionizzate si sublimano generando una scia fortemente ionizzata. Questa può essere sfruttata per una riflessione delle onde radio a frequenze elevate. Inoltre gli sciami sono nominati considerando la costellazione del cielo da dove sembrano arrivare, un breve calendario degli incontri è qui riportato: • Perseidi 10-15 agosto picco 12 agosto (lacrime di S. Lorenzo) • Leonidi 14-21 novembre picco 17 novembre • Geminidi 7-17 dicembre picco 14 dicembre a cura di IK7HIN Marcello Surace

14. 144 MHz Modi Propagativi Gli sciami appena nominati danno luogo ad un forte grado di interazione, ma possiamo dire che per tutto il corso dell’anno se ne presentano altri con effetti minori che nei modi digitali di trasmissione (WSJT-FSK441) possono essere sfruttati ampiamente. Riporto la qsl di un qso svolto in SSB per la bontà delle Leonidi che quell’anno furono particolarmente frequenti. QRB Km 1182. a cura di IK7HIN Marcello Surace

15. 144 MHz Modi Propagativi TransEquatoriale (Trans Equatorial Propagation) • La TEP non è un vero e proprio tipo di propagazione, ma è un’anomalia che consegue, ai livelli equatoriali, dagli strati della Ionosfera nelle regioni E ed F, in cui si intensifica la concentrazione elettronica sullo strato F2, tutto in base alla distanza del Sole sullo Zenith nei due periodi equinoziali marzo e settembre). • Un effetto “guida d’onda” lo si ottiene con la combinazione accennata, che produce un condotto di qualche migliaio di Km. I segnali radio, con un certo take-off (angolo di irradiazione sul piano verticale) riflettono su delle nubi o masse elettronicamente concentrate ubicate ad entrambi gli estremi equatoriali. Il segnale radio quindi parte con un primo salto che raggiunge queste nubi elettroniche e poi viene convogliato attraverso la “guida d’onda” per poi ritornare su nubi dell’opposto emisfero, di nuovo giù sulla superficie terrestre. a cura di IK7HIN Marcello Surace

16. 144 MHz Modi Propagativi Il primo a crederci nella TEP in 28Mhz (negli ‘70 erano negati i 50 MHz), fu in Italia I4EAT che realizzò il collegamento con ZS3B. La TEP non è esclusiva dei 50 MHz, ma l’effetto più rilevante lo si ottiene proprio in questa frequenza. Si sfruttano casi di TEP sui 18, 21, 24 e 28 MHz, ma anche sui 70 e 144 MHz. Nella I.T.L. Italy Top List Vhf ARI, leggo 10 QSO in 50 Mhz. 1 QSO in 144 MHz. Perché il meccanismo della TEP funzioni è necessaria un’elevata ionizzazione in entrambi i lati della regione ionosferica curva. Sui 144 MHz la ionosfera è molto esigente e critica, pertanto le condizioni favorevoli in grado di supportare le aperture, sono davvero rare. Lo strato F deve avere di base un’elevata ionizzazione residua e questo si verifica durante la fase massima del ciclo solare. Inoltre gli emisferi devono essere equamente illuminati dal sole (periodi equinoziali) con condizioni di tempo meteorologico buono corrispondente ad estesi fronti di alta pressione in entrambi i lati dell’equatore. a cura di IK7HIN Marcello Surace

17. 144 MHz Modi Propagativi Nella figura è illustrato in sintesi il percorso del segnale: la prima riflessione avviene nella regione F2 ad una distanza di oltre 2000 Km. dal trasmettitore. Sui 144 MHz, grazie alle antenne direttive ad alto guadagno e poste a parecchie lunghezze d’onda dal suolo è possibile ottenere angoli d’irradiazione molto bassi e quindi per un semplice effetto trigonometrico è possibile ottenere distanze di salto decisamente più lunghe rispetto alle gamme HF (in 2 Metri il QRB è circa 7000 Km). a cura di IK7HIN Marcello Surace

18. 144 MhzModi Propagativi FAI (Field Aligned Irregularities) e Aurora Boreale (AU) Nella propagazione radio Aurora e FAI, le onde radio vengono disperse da strutture di poca durata (da pochi minuti a parecchie decine di minuti) localizzate nello strato E della ionosfera (105-110 kms) Sia la propagazione Aurora che quella FAI possono essere considerate la versione retrodispersiva ( Back scatter ) dell’ E Sporadico, dove la direzione della dispersione è definita dalla direzione della linea del campo magnetico terrestre che passa attraverso il volume di dispersione. Come risultato, la stazione trasmittente osserva il volume di dispersione e la stazione ricevente le direzioni, che generalmente differiscono significativamente nell’azimuth. Analizziamo il raggio dx delle stazioni radio amatoriali europee durante la propagazione radio Aurora e FAI. Siccome l’inclinazione del campo magnetico terrestre varia tra circa 51 gradi e 78 gradi dal sud al nord Europa, il raggio del dx potrebbe cambiare considerevolmente a secondo della posizione geografica della stazione radio. Per esempio, la distanza massima durante l’Aurora ed il dx FAI è circa 2000 km nel sud dell’Europa, mentre la distanza è zero nel lontano nord dell’Europa, cioè qui, l’Aurora e la propagazione radio FAI non sono proprio possibili. a cura di IK7HIN Marcello Surace

19. 144 MHz Modi Propagativi Il vettore k tx  denota il vettore dell’onda radio (lungo la linea TX – volume di scatter) ed il vettore k rx denota il vettore di un’onda radio dispersa lungo la linea del volume scatter –RX. La propagazione Aurora e FAI corrisponde al così detto “Bistatic radar case”, nel quale la differenza tra i vettori di onde è diretta perpendicolarmente alla llnea del campo magnetico passando attraverso il volume di scatter.  a cura di IK7HIN Marcello Surace

20. 144 MHz Modi Propagativi L’orientamento del vettore potrebbe essere interpretato geometricamente da un cono che da origine al volume di scatter e si espande intorno alla linea di campo con un angolo identico all’angolo tra il vettore di onda k tx e la linea di campo B. Notare che entrambi i vettori di onda, cioè  k tx e k rx , sono situati sull’area della superficie curva del cono. D’altro canto, la stazione ricevente RX, è anch’essa situata sulla superficie della Terra. La stazione ricevente è situata sulla linea dove l’area della superficie curva interseca la superficie della Terra (curva di scatter). a cura di IK7HIN Marcello Surace

21. 144 MHz Modi Propagativi La modulazione del QSO è granulosa ed i segnali sono più bassi. QRB = 762 Km. Il collegamento è avvenuto subito dopo un’ apertura di Es. a cura di IK7HIN Marcello Surace

22. 144 MHz Modi Propagativi EME (Earth-Moon-Earth) La buona riuscita di questo tipo di contatto è affidato in massima parte alla bontà della stazione. il nostro messaggio deve percorrere due volte la distanza Terra-Luna (andata-ritorno) con notevole attenuazione (-252,5 dB) determinata dalla consistenza del suolo del nostro satellite che assorbe buona parte del nostro segnale e ne irradia un minima parte nuovamente in tutte le direzioni (7 %) . Quando non c’erano i modi digitali la potenza in gioco era notevole ed i sistemi di antenne multiple erano indispensabili, corredati anche di preamplificatori di antenna, I2FAK con 16 antenne è stato il primo italiano a conquistare il DXCC via EME in 144 Mhz. Al giorno d’oggi la potenza in gioco si è ridotta grazie ad opportuni software che ascoltano dove il nostro udito non arriva, anche sotto -20/ -25 dB al livello del rumore del ricevitore. WSJT ver.6 da queste opportunità: • FSK441, progettato per meteor scatter ad alta velocità. • JT6M, ottimizzato per scatter meteorico e ionosferico sui 6 metri. • JT65 for Terra-Luna-Terra (EME) e troposcatter debole. • CW per EME con trasmissioni temporizzate generate a computer. Pertanto i mezzi per arrivare ad un qso via Luna sono diventati alla portata di molti radioamatori. a cura di IK7HIN Marcello Surace

23. 144 MHz Modi Propagativi Il sistema di trasmissione digitale ideato e sviluppato da Joe Taylor, K1JT Premio Nobel per la Fisica nel 1993, ha rivoluzionato il mondo delle trasmissioni EME e aperto la strada anche a stazioni normali. Di fatto il programma di Joe Taylor ha aperto una nuova era nelle comunicazioni radioamatoriali via Luna. Utilizzando il software WSJT in modalità JT65B è possibile fare dei qso via luna anche con una singola antenna Yagi e 100 w di potenza. Le maggiori possibilità si hanno quando l’orbita lunare si trova al perigeo (punto più vicino alla terra) e quando la temperatura di rumore del cielo è più bassa. Inoltre ci sono parecchie stazioni nel mondo che fanno Luna solo quando sorge e tramonta, perchè non hanno elevazione, Usano i primi 8/10 gradi al sorgere e altrettanti al tramonto.La luna è veramente alla portata di tutti basta avere voglia di fare qualcosa!!!!! a cura di IK7HIN Marcello Surace

24. 144 MHz Modi Propagativi I3LDP ineme 144 MHz IERI: yagi n.4 x 9 elementi OGGI: yagi n.1 x 15 elementi a cura di IK7HIN Marcello Surace

25. 144 MHz La stazione La tecnologia elettronica attuale ci permette di raggiungere determinati risultati che solo un trentennio fa erano impensabili. La presenza sul mercato di componenti quali i Gasfets, Mesfet hanno permesso ai circuiti di ingresso dei nostri ricevitori una sensibilità spinta accompagnata da un rapporto eccezionale tra segnale amplificato e disturbo di fondo. Con queste premesse, la stazione, per un radioamatore che volesse incominciare, dovrà essere costituita da: • Una antenna con buona direttività con guadagno all’ incirca di 13 dBd. (Attenzione ai dBi e ai dBd). Vi sono sistemi a guadagno superiore quali (Yagi, Quagy, Quad, Array di più antenne). La polarizzazione è orizzontale. • Un rotore in grado di sopportare l'antenna o il sistema di antenne. • Un preamplificatore d’antenna (facoltativo) possibilmente a gasfets, ove il ricevitore non l'avesse. La sua presenza è condizionata alla potenza in trasmissione, sarà comandato dalla RF e sara' posto vicino alla antenna. • Un RX-TX molti sono i modelli commerciali ormai dotati di tutti i circuiti accessori già messi a disposizione per i ricetrasmettitori per HF. Ognuno si regoli in funzione delle prestazioni e del prezzo. Una soluzione da non scartare e quella di un buon transverter associato all'apparto HF. a cura di IK7HIN Marcello Surace

26. 144 MHz La stazione • Un P.A., (Power AmpliFier), io da buon qrpista lo sconsiglio caldamente. soprattutto in Contest ed in portatile ,ma per chi a voglia di usarlo lo faccia con moderazione o per attività in gamma non troppo affollata o dove si renda necessario per il tipo di propagazione adoperato nel DX. • Ultimo in elenco ma forse più importante degli elementi costituenti la stazione in VHF è il cavo. Se per le HF fino ai 6 metri (un cavo serie RG va bene), per i 2 metri l’ ideale sono i cavi a bassa perdita tipo H100, Aircom, Celflex, obbligatori per lunghe discese dalla antenna alla stazione. Molti degli elementi costituenti la stazione influenzano I"ERP. Questa sigla derivata dalle iniziali delle parole inglesi( Effective Radiated Power) indica la potenza effettivamente irradiata dalla nostra antenna in una certa direzione, utile conoscerlo nei collegamenti EME. Un vantaggio di questa banda e' appunto quelle di poter essere in portatile con estrema facilita'. Antenne facilmente smontabili e leggere RX-TX portatili, con buona autonomia di alimentazione, hanno favorito questo tipo di attività. Risultati esaltanti si hanno per coloro che salendo in quota, possono sperimentare direttamente le condizioni di propagazione in tale luogo. a cura di IK7HIN Marcello Surace

27. LINK UTILI Riferimenti propagazione: • http://www.radiopassioni.it/html/VHF%20DX%20Propagation%20modes.html Riferimenti antenne: • http://www.i0jxx.it/ GRAZIE dell’attenzione! info@ik7hin.it a cura di IK7HIN Marcello Surace