¿Cuántas estaciones se pueden escuchar con una radio AM/FM frente a la ventana de la cúpula de la ISS?

La propagación de señales de radio AM y FM hacia el cielo se comportaría de manera diferente a la propagación a lo largo de la superficie de la Tierra.

Como un experimento Gedanken , si estuvieras en la ISS y tuvieras una radio AM/FM colocada en la ventana de la cúpula de la ISS, ¿cómo sonaría mientras sintonizas lentamente una de las bandas? ¿Estaría repleto de estaciones compitiendo en cada frecuencia, o estaría casi vacío con solo una estación inusualmente fuerte sobreviviendo? Naturalmente, AM y FM deben discutirse por separado.

Si tuviera la esperanza de captar una estación de AM o FM particularmente débil, ¿haría arreglos para escucharla cuando pasara por encima de su cabeza, o sería mejor un pase diferente?

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arriba: del ejercicio del Proyecto Radio Jove Los Efectos de la Alta Atmósfera de la Tierra en las Señales de Radio .

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arriba: Radio Vintage Singer de 9 transistores, bandas AM-FM, modelo HE-229, fabricado en Japón. Desde aquí _

Las antenas de las estaciones de radio FM están optimizadas para radiar paralelas a la superficie de la Tierra pero no verticales a ella. La potencia del transmisor debe usarse de manera eficiente. Por lo tanto, la posición sobre la cabeza de una estación de radio no debería ser la mejor.
@Uwe ¡sí! Si pudiera mirar una imagen de la Tierra desde el espacio (a un millón de kilómetros, por ejemplo) con un radiotelescopio sintonizado en la banda FM (o parte de la banda de TV), las áreas más brillantes podrían estar alrededor del borde. Pero de LEO, 1 / r 2 sigue siendo muy importante. Pero para AM es importante considerar también otros efectos, incluida la ionosfera.
No estoy seguro de si hay una respuesta a esta pregunta... como la imagen de la "Radio de transistores Singer-9"... qué bonito se ve el equipo antiguo... pero probablemente solo soy yo...
@EdwinvanMierlo, en realidad lo he pensado un poco y no es tan difícil de responder. La ruta de la línea de visión, la direccionalidad típica de la antena de transmisión y la transparencia conocida de la ionosfera es todo lo que probablemente conduciría fácilmente a una respuesta de "muchos" o incluso "cientos" para la banda de transmisión de FM. Sin embargo, obtener la banda de transmisión AM típica de ~1 MHz a través de la ionosfera será extremadamente difícil.

Respuestas (4)

TL; DR: Según la información a continuación, y dadas 4 suposiciones, la cantidad máxima de estaciones que uno podría escuchar de manera legible sería 42 o menos.

No estoy seguro de si hay una respuesta objetiva a esta pregunta. Pero como OP ha indicado un "Gedankenexperiment" como base de la pregunta. Podemos teorizar, cuántas estaciones puede recibir.

Concentrémonos en la banda de transmisión de FM, que en muchos países va de 87 MHz a 108 MHz, algunos países más bajos y otros más altos. Sin embargo, mirando la imagen del receptor de radio propuesto, creo que esta es la banda en la que debemos concentrarnos. Estas frecuencias no son reflejadas por la ionosfera de regreso a la tierra, por lo que estamos bien para recibirlas.

Se menciona en los comentarios que las principales antenas de transmisión tendrán su principal directividad apuntando a su audiencia prevista, que ciertamente no está a la altura de la ionosfera, sino horizontal, paralela al suelo o incluso en un ángulo hacia abajo.

Sin embargo, RF es una bestia extraña y las antenas están lejos de ser ideales. La mayoría de las antenas tendrán algo que se llama "lóbulos laterales" . Y, en teoría, es posible que algunos de estos lóbulos laterales apunten más hacia arriba, con un ángulo mayor, por lo que parte de la señal "va al espacio".

Como la ISS está aproximadamente a 406 km sobre la Tierra, el radio de la Tierra es de unos 6371 km, es sencillo calcular el área teórica que es "visible" desde la ISS.

A = 50%/(1+R/día)

Lo que lleva a A a alrededor del 3%.

Esto nos lleva a:

  • cuantas estaciones en el 3% de la tierra visible,
  • y cuántas de esas estaciones tienen antenas con lóbulos laterales que emiten señales a la ubicación y ruta de la ISS
  • y son lo suficientemente fuertes como para ser recibidos/desmodulados por encima del nivel de ruido.

A partir de aquí, es adivinar, ya que el cálculo fáctico no es posible.

  • Al menos algunos
  • Probablemente muchos
  • posiblemente mucho

Ahora, algo más de información, parece que hay 44,000 estaciones de radio en el mundo , bueno, si crees en la fuente, ya que el enlace profundo parece haberse ido.

Tomemos este 44000 y con esto, hay estaciones de AM y FM. Con AM en declive, apliquemos una regla 80/20 en este [supuesto 1] y pongamos el número total de estaciones de FM en 35200.

Digamos que estas estaciones están igualmente distribuidas en la superficie de la tierra [supuesto 2], y el 3% de eso es visible. Esto llevará el número de estaciones visibles a 1056 estaciones.

Los lóbulos laterales mencionados anteriormente no están todos apuntando directamente a la ISS, es un poco impredecible, así que apliquemos una regla 20/80 en ellos [supuesto 3], lo que ahora eleva el número de estaciones que se pueden recibir a 211. .

Sin embargo, como esto es FM: si dos o más estaciones están en la misma frecuencia, no podrá escuchar ninguna (probablemente) o solo la más fuerte. Esto debe verse en comparación con AM; si más de una estación está en la misma frecuencia, aún puede escuchar todas las estaciones... al igual que puede escuchar a varias personas hablar simultáneamente. (Esta es una de las razones por las que el tráfico de aviación en 110 MHz - 135 MHz todavía está en AM, los controladores de vuelo pueden escuchar más de un avión en la misma frecuencia)

Ahora, la banda que hemos elegido es de 87 MHz a 108 MHz, y con un ancho de banda de 200 KHz para una estación de FM, esto significa que hay 105 "slots" posibles para transmisiones que no se superponen.

Estas "ranuras" son en realidad el factor más limitante. Las estaciones no se distribuirán uniformemente, muchas tendrán "frecuencias de sonido populares" y se producirán superposiciones. Para este propósito, apliquemos otra regla 20/80 a la ecuación [suposición 4]. Lo que reducirá el número de 211 a 42.

Suponga que toma el receptor de radio como se indica y "sintoniza" una estación que se puede recibir. El hecho de que la ISS esté viajando a una velocidad orbital de 27000 km/h, significaría que la señal recibida está influenciada por un efecto doppler. Tendrá que sintonizar más alto cuando se acerque a la ubicación del transmisor, bajando constantemente la frecuencia durante su experiencia auditiva. Es discutible si se introducirá el doppler de deriva estimado de 2,6 kHz, si es significativo o no. El receptor de radio utilizado puede incluso tener un circuito AFC que puede corregir esto.

¿Cuántas estaciones se pueden escuchar con una radio AM/FM frente a la ventana de la cúpula de la ISS?

Con base en la información anterior, y dadas 4 suposiciones, la cantidad máxima de estaciones que uno podría escuchar de manera legible sería 42 o menos.

¡Esto es realmente genial! Sí, ha captado muy bien el espíritu de la pregunta, pero ha realizado un análisis más detallado que la mayoría. Parece que la experiencia auditiva no sería demasiado agradable, tanto con la acumulación como con la ISS moviéndose tan rápidamente dentro y fuera del alcance, así como dentro y fuera de los lóbulos y los lóbulos laterales. Pero como experimento mental, sigue siendo bastante divertido.
@uhoh :-) ¡de ahí el "o menos" en mi conclusión!
@uhoh, agregó el párrafo final sobre doppler
Con una velocidad de alrededor de 7670 m/s, eso es alrededor de 26 ppm de la velocidad de la luz. A 100 MHz, eso sería un cambio de solo alrededor de 2,6 kHz, que es bastante pequeño en comparación con el rango de desafinación en el que la captura aún debería funcionar.
@uhoh bastante justo, aún así es un elemento válido para tener en cuenta. Con un moderno detector PLL (Phase Locked Loop) que ni siquiera vale la pena mencionar. Sin embargo, con el receptor que se muestra en la imagen, ¡necesita una mano firme! :-)
Bien, había pensado que los receptores de FM tenían una implementación básica de un bucle bloqueado en fase desde el principio. No se usó síntesis de frecuencia digital ni nada sofisticado, pero se usó PLL muy básico en los primeros televisores y el primer uso de FM.
No estoy seguro de cuántos años tiene el Singer-9, no pude encontrar ningún diagrama de circuito ni ningún dato de lanzamiento. Parece ser de finales de los 50 o principios de los 60. Y para una radio tan básica; No sabría si engloba un detector PLL. la tecnología PLL es más antigua, pero para mantener los precios asequibles, las radios de esa época pueden o no tener esto. Dejaré mi respuesta como está por ahora.
Un receptor de FM que use solo 9 transistores y ningún circuito integrado no podría usar un PLL. Sin ningún IC, usar un PLL en un receptor de radio electrónico de consumo era económicamente imposible. Necesita un circuito complejo para generar todos los canales de frecuencia dentro de la banda de FM bloqueados en un oscilador XTAL muy estable.
@Uwe No creo que sea completamente correcto. Sí, los PLL modernos se implementan con circuitos integrados elaborados y ahora en su mayoría de forma digital, pero los bucles de bloqueo de fase se utilizaron en los primeros receptores de radio FM, así como en los primeros televisores. en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked_loop#History No puedo estar seguro de que esta radio exacta tenga una, pero realmente podría, y ciertamente las radios FM similares del día podrían. Así que averigüémoslo; Acabo de preguntar: ¿Podría un transistor AM/FM antiguo de 9 transistores implementar un bucle de bloqueo de fase de alguna forma?
¡@Uwe parece que estás muy por delante! Puede que haya estado pensando en " AFC "
sección doppler de respuesta actualizada, también mencionando posible AFC. Esta es una buena discusión.
AFC es mucho más simple que un PLL. AFC dentro de un receptor de FM necesita solo unos pocos transistores y un diodo de capacidad.
Los ~3kHz de doppler en una señal de FM de transmisión amplia de 200kHz definitivamente no son significativos (como un operador de radio aficionado que ha trabajado con satélites, sé que 3kHz en una señal de FM de comunicaciones de 25kHz de ancho es levemente molesto pero tolerable, y una señal de 200kHz va ser 8 veces más tolerante). La regla general sobre el efecto de captura de FM es que si dos señales recibidas en la misma frecuencia están dentro de los 3dB entre sí, interferirán, pero si la diferencia de potencia es mayor, la más fuerte suprime por completo a la más débil.

Dado que la mayoría de las respuestas analizan las señales de transmisión de FM, veamos también las señales de transmisión de AM y analicemos la propagación en todo el espectro de radio. Estoy hablando como aficionado a la radio y estudiante de ingeniería eléctrica de nivel junior.

Tenemos que recordar que AM y FM son simplemente métodos de modulación. Sin embargo, estos métodos de modulación se utilizan en la radiodifusión en frecuencias muy diferentes . Cuando se estandarizó la banda de transmisión AM (500kHz a 1600kHz) , pocos podían concebir la transmisión o recepción de señales de varios órdenes de magnitud más altas en frecuencia en lo que ahora se conoce como la banda de transmisión FM (97MHz-107MHz) .

Las señales en estas frecuencias tan diferentes se comportan de maneras profundamente diferentes. Los radioaficionados a menudo aprovechan estas diferencias para tratar de llevar una señal a diferentes lugares.

En frecuencias medias (MF) (aproximadamente 400 kHz - 2 MHz), las señales casi con seguridad serán absorbidas por la capa D de la ionosfera o reflejadas por la capa E. Por lo tanto, podemos concluir que es probable que no escuche ninguna estación de AM en la ISS.

Las ondas de alta frecuencia (HF) (aproximadamente 2 MHz-30 MHz) a veces se reflejan en la capa F de la ionosfera. Esto depende del nivel de ionización causado por el sol. Actualmente estamos en un ciclo de manchas solares muy bajo, por lo que es muy probable que pueda escuchar algunas señales de HF en la ISS.

En frecuencias muy altas (VHF) (aproximadamente 30 MHz-300 MHz) que contienen la banda de transmisión de FM, las señales seguramente penetrarán en la ionosfera y la ISS podría escucharlas. La banda de radioaficionados de 10 metros (29 MHz) a veces se utiliza para la comunicación por satélite, lo que requeriría la penetración de la ionosfera y mucho más. Sin embargo, las señales de VHF a veces saltan durante momentos de ionización extrema o cuando encuentran anomalías como una aurora.

En general, cuanto más alta es la frecuencia, más probable es que sea escuchada por naves en el espacio. Esta es la razón por la que Apollo empleó frecuencias de microondas para comunicaciones a 2,2 GHz .

Gracias por tu publicación. Ya se mencionó en esta respuesta que la banda de transmisión de AM probablemente no logre atravesar la ionosfera, pero es bueno tener un recordatorio más amplio.

La potencia de los transmisores de FM y la sensibilidad de los receptores de FM están optimizadas para un alcance de unos 10 km para transmisores locales y hasta 200 km para transmisores en una montaña. Pero si una onda va horizontal desde la antena de un transmisor directamente a la ISS a 400 km sobre la superficie, tiene que viajar una distancia muy larga. Utilizando la fórmula de Pitágoras da una distancia de 2292 km, que es una pérdida de unos 21 db en comparación con 200 km. Demasiado para un simple receptor de FM sin una antena direccional de alta ganancia y sin un preamplificador de bajo ruido.

Si se utiliza la misma frecuencia varias veces en el círculo de 2292 km de radio, la recepción puede verse perturbada.

Dado que el lóbulo principal de la antena tendrá un ancho angular finito verticalmente, y definitivamente habrá lóbulos laterales por encima de eso, y estos ángulos darán como resultado distancias mucho más cortas, esto probablemente debería tenerse en cuenta antes de declarar imposible la recepción.
En realidad, los factores que limitan el rango de recepción de la transmisión de FM son la curvatura de la Tierra y el aumento de la absorción de RF y la dispersión de los objetos terrestres (árboles, etc.). Tanto las estaciones de FM como las de AM pueden tener una potencia radiada del orden de 100 kW. Las ondas de superficie AM van mucho más lejos que las ondas de superficie FM debido a una mejor propagación. La sensibilidad del receptor de FM se mide en dBf (dB femtovatio ) para potencia, o fracciones de un μV en la entrada...
... así que creo que esta respuesta podría no soportar un análisis cuantitativo adicional, pero veamos si podemos hacer los números (¡parece que me equivoqué la última vez!)

La banda de radio FM se divide en 101 canales a intervalos de 200 kHz. En los EE. UU., la FCC recomienda que los transmisores en la misma área tengan frecuencias separadas por al menos 4 canales, dejando espacio para 25 transmisores en la misma área. La siguiente área cambia este esquema por 1 canal, etc. para minimizar la interferencia.

En los últimos años, esto ha cambiado para dar más libertad a los transmisores siempre que no interfieran con los demás. Y otros países tienen reglas diferentes.

En la banda de FM, la transmisión es de línea de visión, por lo que puede ver muchas más estaciones desde la ISS que en tierra. Esto aumenta la posibilidad de colisiones cuando dos estaciones transmiten en el mismo canal.

Entonces, en la ISS, potencialmente puede recibir 100 estaciones, en la práctica será mucho menos debido a la interferencia.

¿Cuántas estaciones se pueden escuchar con una radio AM/FM frente a la ventana de la cúpula de la ISS?
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