¿Qué es el efecto noche?

En breve

El efecto de la noche es en realidad un espejismo. Escuchar las comunicaciones de radio que se originan debajo del horizonte de radio es como mirar una amenaza :

^{Ilusión óptica inminente, fuente: SKYbrary}

Ambas son cosas extrañas, a menos que nos obliguemos a tener en cuenta que las ondas electromagnéticas (incluida la luz) no viajan en línea recta sino que están sujetas a una refracción regular.

Los rayos UV y X del sol crean capas de átomos ionizados en la alta atmósfera. Algunas de estas capas tienen propiedades refractivas, y una actúa como una pared que evita que las ondas del suelo alcancen las partículas refractivas.

El efecto nocturno es el resultado casual de un momento favorable: hay una ventana después de la puesta del sol donde la capa de bloqueo desaparece y las partículas refractantes aún están activas, aunque menos activas que durante el día:

^{Cambios en la actividad de la ionosfera al atardecer}

Las ondas atenuadas se redireccionan hacia el suelo durante este período, posiblemente a un receptor ubicado más allá del horizonte. En este fenómeno, las partículas ionizadas juegan el mismo papel que el aire caliente para asomarse.

Descripción general del espectro de frecuencias

Como su pregunta implica distinguir varios rangos de frecuencias, hagamos un breve resumen del espectro de RF. Las radiofrecuencias (RF) son una pequeña parte de todo el espectro electromagnético, junto con la luz y los rayos ionizantes que actúan en la ionosfera:

Las propias RF se dividen en "bandas" cuyas propiedades son más o menos diferentes. A veces es imposible establecer si un color es verde o azul, o amarillo o naranja, lo mismo ocurre con estas bandas, los límites realmente no son importantes en la mayoría de los casos.

Modos de propagación de ondas

Las ondas de RF se propagan utilizando diferentes medios al mismo tiempo:

• Onda espacial ("línea de visión" electromagnética, es decir, alguna refracción)
• Onda de tierra (principalmente corrientes inducidas)
• Onda celeste (gran refracción ionosférica).

^{Onda espacial vs onda del cielo vs onda de tierra}

El efecto nocturno tiene su origen en la ola del cielo, por lo que si no te interesa puedes saltarte las dos secciones siguientes.

Onda espacial

La atmósfera neutra (por debajo de unos 100 km) muestra un cambio gradual en el índice de refracción del aire, la refracción disminuye constantemente con la altitud. La consecuencia es que la onda espacial se refracta y no viaja en línea recta ( principio de la ondícula de Huygens-Fresnel ), como suele aproximarse.

Esta curvatura es casi la misma para todas las frecuencias en el rango de RF. Al calcular el horizonte de radio para la propagación regular en el espacio libre, el estándar es usar un radio para la Tierra que en realidad es un 33 % más grande que el radio real ( factor 4/3 k ). Con este radio, la línea de visión se puede representar como una línea recta.

onda de tierra

La propagación de la onda de superficie abarca la reflexión sobre el suelo y los obstáculos, la difracción sobre los obstáculos y el horizonte y la refracción gracias a la corriente inducida en el suelo.

Debido a la refracción y la difracción, este modo de propagación tiende a seguir la curvatura de la Tierra, pero afecta principalmente a las ondas kilométricas y hectométricas; las frecuencias más altas (p. ej., VHF y UHF) no aprovechan realmente esta propagación.

En la propagación terrestre, el frente de onda se ralentiza cuando está cerca del suelo. Como la onda se propaga perpendicularmente a su frente de onda, este frente de onda más vertical puede propagarse más al nivel del suelo sin crear sombras.

^{Onda terrestre: frente de onda ralentizado por el suelo}

Se aumenta la distancia de comunicación. Sin embargo, a medida que avanza la onda de superficie, el efecto es cada vez menos significativo. Las ondas polarizadas verticalmente (comunicación de voz NDB y HF) inducen corrientes de tierra más fuertes y se propagan mejor que las ondas polarizadas horizontalmente (señal variable VOR).

La propagación de ondas terrestres, al igual que la propagación de ondas directas, ocurre en cualquier momento, de día y de noche. El tercer modo es el del efecto noche.

Capas ionosféricas y ondas celestes

La ionización del átomo consiste en perder o capturar uno o más electrones y desequilibrarse eléctricamente. La ionización natural ocurre en la ionosfera bajo el bombardeo de los rayos ionizantes solares que separan los electrones de los átomos. Esto tiene lugar en la capa F a unos 300 km y en la capa E a unos 100 km. Las ondas pueden verse afectadas por estas capas cuando están activas.

Una capa de átomos ionizados constituye un material refractivo eficaz para las ondas de radio. Sin embargo, la capa D más baja bloquea las olas durante el día debido a la ionización del monóxido de nitrógeno pesado.$\small NO$) absorbiendo la energía de las olas mientras vibran bajo el efecto de la ola. Esta absorción disminuye por la noche cuando desaparece la fuente de ionización.

^{Reorganización de las capas ionosféricas durante la noche}

Las capas superiores se ionizan cada vez más que las inferiores, y la ionización persiste más en las capas superiores. Los efectos combinados de las capas D, E y F conducen a:

• Una absorción de frecuencias LF/MF/HF por la capa D durante el día, impidiendo que alcancen las capas E y F capaces de refractarlas.

• Una refracción en la noche y el crepúsculo cuando la capa E y sobre todo la capa F, donde los electrones libres se recombinan más lentamente y se mantiene cierta ionización durante la noche, todavía están activas y la capa D ha dejado de bloquear las ondas.

La ola del cielo a menudo avanza a saltos entre la ionosfera y la superficie terrestre, ya que la superficie terrestre, en particular el agua del océano, es un reflector eficiente:

^{Reflejo de ondas de cielo en el suelo y saltos}

Hay una atenuación significativa a medida que la onda rebota de un lado a otro y, en la práctica, la señal es demasiado débil para usarse después de uno o dos saltos, a menos que el enlace esté optimizado para tales operaciones.

Debido a que la onda ionosférica procede por saltos, la recepción es favorable a determinadas distancias del transmisor y se caracteriza por mínimos y máximos espaciados a lo largo de la dirección de propagación, dependiendo la distancia entre los máximos de la frecuencia.

Sky Wave amplía significativamente el rango de frecuencias LF/MF. El impacto de las ondas del cielo es menos perceptible en el rango de VOR y DME, incluso si hay episodios excepcionales/escasos de refracción VHF por la capa E ( E esporádica ). Más allá de VHF no hay una ola de cielo perceptible.

Formalmente, la frecuencia máxima utilizable varía con la actividad solar y viene dada por la ley de la secante .

Como la propagación de las frecuencias NDB se aumenta por la noche por la onda del cielo, un receptor puede detectar un NDB en un rango mayor. Esto también es cierto para otros modos de comunicación en el mismo rango de frecuencia (por ejemplo, comunicación de voz en HF sobre los océanos).

Debido a que las bajas frecuencias son las únicas sujetas a la propagación de ondas celestes, los radares sobre el horizonte (OTH) las usan en lugar de SHF.

^{Radar sobre el horizonte. Fuente}

Desvanecimiento

La propagación de la onda ionosférica está asociada a una variación lenta, la señal puede desaparecer y reaparecer unos segundos después. Esto se debe a la inestabilidad de la refracción, la heterogeneidad de las capas de la atmósfera y la recombinación de ondas después de un viaje de múltiples caminos y una rotación de la polarización. Esta fluctuación se conoce mundialmente como desvanecimiento .

Errores introducidos por la onda del cielo

Si bien la propagación de ondas celestes es en general algo bueno, como cualquier otro fenómeno de trayectos múltiples, también tiene efectos negativos: cambia la polarización de las ondas y la dirección del frente de onda . Como el ADF funciona detectando la dirección del frente de onda de la señal, una señal NDB refractada introduce imprecisión en la indicación del ADF.

La baliza parece moverse y el rumbo no es fiable. Es necesario realizar algunas comprobaciones cruzadas para confirmar la validez de un rodamiento.