La propagazione delle onde radio in HF: come i segnali viaggiano oltre l’orizzonte

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Le comunicazioni radio in HF, acronimo di High Frequency, rappresentano uno degli aspetti più affascinanti dell’attività radioamatoriale. Con potenze relativamente modeste e antenne non necessariamente enormi, è possibile collegare stazioni situate a centinaia o migliaia di chilometri di distanza, talvolta addirittura agli antipodi.

Questi collegamenti non avvengono perché il segnale segue la curvatura terrestre, ma grazie all’interazione tra le onde radio e gli strati superiori dell’atmosfera, in particolare con la ionosfera.

La propagazione HF non è però un fenomeno costante. Le condizioni possono cambiare nel corso della giornata, con le stagioni, durante il ciclo solare e persino nel giro di pochi minuti. Una banda apparentemente chiusa può aprirsi improvvisamente verso una determinata area geografica, mentre una frequenza perfettamente utilizzabile può diventare inutilizzabile poco dopo.

Comprendere questi meccanismi permette al radioamatore di scegliere meglio la banda, l’orario, l’antenna e la direzione di chiamata, trasformando l’attività radio da un semplice tentativo casuale a un’esperienza più consapevole e prevedibile.

Che cosa si intende per HF

La porzione HF dello spettro radio comprende, convenzionalmente, le frequenze comprese tra:

3 MHz e 30 MHz

A queste frequenze corrispondono lunghezze d’onda comprese tra circa 100 e 10 metri. La relazione approssimativa tra frequenza e lunghezza d’onda è:

Lunghezza d’onda in metri = 300 / frequenza in MHz

Per esempio:

• a 3,5 MHz la lunghezza d’onda è di circa 86 metri;
• a 7 MHz è di circa 43 metri;
• a 14 MHz è di circa 21 metri;
• a 28 MHz è di circa 10,7 metri.

Le bande radioamatoriali vengono tradizionalmente indicate mediante la loro lunghezza d’onda nominale: 80, 40, 20, 15 e 10 metri, anche se il valore reale varia all’interno di ciascuna banda.

La caratteristica fondamentale delle HF è la possibilità di propagarsi oltre l’orizzonte mediante la skywave, cioè l’onda irradiata verso l’alto e successivamente ricurvata verso la superficie terrestre dalla ionosfera.

I principali modi di propagazione

Un segnale HF può raggiungere il ricevitore attraverso diversi percorsi. I principali sono l’onda di terra, l’onda diretta e l’onda ionosferica.

Onda di terra

L’onda di terra, o ground wave, si propaga seguendo parzialmente la superficie terrestre. La sua efficacia dipende da diversi fattori:

• frequenza utilizzata;
• potenza trasmessa;
• polarizzazione;
• caratteristiche del terreno;
• conducibilità del suolo;
• presenza di ostacoli.

Le frequenze più basse subiscono generalmente un’attenuazione minore e possono seguire meglio la curvatura terrestre. Per questo motivo l’onda di terra è particolarmente importante nelle bande LF e MF e, in misura più limitata, nelle frequenze HF più basse.

La propagazione sul mare è spesso migliore rispetto a quella su terreno roccioso o asciutto, perché l’acqua salata presenta un’elevata conducibilità elettrica.

Nelle bande radioamatoriali degli 80 e 40 metri, l’onda di terra può consentire comunicazioni locali o regionali, ma nella maggior parte dei collegamenti a lunga distanza il contributo determinante è quello ionosferico.

Onda diretta

L’onda diretta viaggia approssimativamente in linea retta tra antenna trasmittente e ricevente. È quindi limitata dalla curvatura terrestre e dagli ostacoli.

Alle frequenze HF questo tipo di propagazione assume particolare importanza nei collegamenti locali, soprattutto quando le antenne sono installate in posizione elevata. Tuttavia, per le grandi distanze, l’onda diretta non è sufficiente.

Onda ionosferica

L’onda ionosferica, o skywave, viene irradiata verso gli strati superiori dell’atmosfera, attraversa le zone più basse della ionosfera e viene progressivamente rifratta fino a tornare verso la superficie terrestre.

Spesso si dice che il segnale venga “riflesso” dalla ionosfera. Si tratta di una semplificazione utile, ma non completamente corretta. La ionosfera non si comporta come uno specchio metallico. Il segnale viene invece sottoposto a una continua variazione della propria direzione di propagazione a causa delle differenti densità di elettroni liberi presenti alle varie quote.

Il risultato finale può sembrare una riflessione, ma fisicamente si tratta principalmente di una rifrazione progressiva.

La ionosfera

La ionosfera è una regione dell’atmosfera terrestre che si estende indicativamente da circa 60 chilometri fino a diverse centinaia di chilometri di quota. In questa zona, la radiazione ultravioletta e i raggi X provenienti dal Sole ionizzano le molecole e gli atomi presenti nell’atmosfera.

Il processo di ionizzazione libera elettroni, creando un gas parzialmente ionizzato chiamato plasma.

La densità elettronica non è uniforme. Cambia con:

• quota;
• ora del giorno;
• stagione;
• latitudine;
• attività solare;
• attività geomagnetica;
• composizione dell’atmosfera.

Per descrivere il comportamento della ionosfera vengono normalmente identificati alcuni strati principali: D, E, F1 e F2.

Lo strato D

Lo strato D si trova approssimativamente tra 60 e 90 chilometri di quota ed è presente soprattutto durante le ore diurne.

Questo strato non è particolarmente efficace nel riportare verso terra i segnali HF. Il suo effetto principale è invece quello di assorbire energia dalle onde radio che lo attraversano.

L’assorbimento è maggiore sulle frequenze più basse. Durante il giorno, quindi, le bande degli 80 e 40 metri possono subire una forte attenuazione, soprattutto sui percorsi più lunghi.

Dopo il tramonto, venendo meno la radiazione solare, gli elettroni e gli ioni dello strato D si ricombinano rapidamente. Lo strato si indebolisce notevolmente e l’assorbimento sulle bande basse diminuisce.

Questo è uno dei motivi per cui gli 80 e i 40 metri sono generalmente più efficaci durante la sera e la notte.

L’intensità dell’assorbimento dello strato D cresce normalmente quando:

• il Sole è alto sull’orizzonte;
• il percorso attraversa zone pienamente illuminate;
• aumenta l’attività solare;
• vengono utilizzate frequenze relativamente basse;
• si verificano brillamenti solari intensi.

Un forte brillamento può provocare un improvviso aumento della ionizzazione nella parte bassa della ionosfera, causando un blackout radio HF sul lato diurno della Terra. In questi casi, i segnali possono attenuarsi rapidamente o scomparire quasi completamente.

Lo strato E

Lo strato E si trova indicativamente tra 90 e 130 chilometri di quota. È più attivo durante il giorno e tende a indebolirsi dopo il tramonto.

Può sostenere collegamenti a media distanza, spesso compresi tra alcune centinaia e circa 2.000 chilometri, a seconda della frequenza, dell’angolo di irradiazione e delle condizioni ionosferiche.

Essendo relativamente basso, lo strato E produce generalmente salti più corti rispetto allo strato F.

Durante alcuni periodi può manifestarsi il fenomeno dell’E sporadico, indicato anche come Es. In questo caso si formano zone molto dense e localizzate di ionizzazione, capaci di rifrangere frequenze insolitamente elevate.

L’E sporadico è particolarmente noto per le aperture sulle bande dei 10 e 6 metri, ma può interessare anche frequenze superiori.

Queste aperture possono essere:

• improvvise;
• molto intense;
• selettive dal punto di vista geografico;
• di durata variabile da pochi minuti a diverse ore.

In Europa l’E sporadico è più frequente tra la tarda primavera e l’estate, con un secondo periodo meno marcato durante l’inverno.

Gli strati F1 e F2

Durante il giorno la regione F tende a dividersi in due strati distinti: F1 e F2.

Lo strato F1 si trova generalmente a una quota inferiore rispetto all’F2 ed è maggiormente evidente nelle ore diurne. Dopo il tramonto tende a fondersi con lo strato superiore.

Lo strato F2 è il più importante per le comunicazioni HF a lunga distanza. Si trova indicativamente tra 200 e oltre 400 chilometri di quota, ma la sua altezza e densità possono variare considerevolmente.

Grazie alla sua elevata quota, lo strato F2 può riportare verso terra segnali a grande distanza dal punto di trasmissione. Un singolo salto può coprire diverse migliaia di chilometri.

Dopo il primo ritorno a terra, il segnale può essere nuovamente irradiato verso la ionosfera e compiere altri salti. Questo meccanismo è chiamato propagazione multihop.

Attraverso più salti ionosferici e terrestri, un segnale può percorrere distanze intercontinentali.

La zona di salto e la skip distance

Quando un’antenna trasmette in HF, una parte del segnale può propagarsi localmente mediante onda di terra, mentre un’altra parte viene irradiata verso la ionosfera.

Il primo punto in cui l’onda ionosferica ritorna sulla superficie terrestre può trovarsi a centinaia o migliaia di chilometri dalla stazione trasmittente.

La distanza tra il trasmettitore e il primo punto di ritorno dell’onda ionosferica viene chiamata skip distance, o distanza di salto.

Tra il limite utile dell’onda di terra e il punto di arrivo della skywave può formarsi una regione nella quale il segnale risulta molto debole o completamente assente. Questa regione prende il nome di:

zona d’ombra o skip zone

La sua estensione dipende principalmente da:

• frequenza utilizzata;
• quota dello strato ionosferico;
• densità elettronica;
• angolo di irradiazione dell’antenna;
• condizioni del percorso.

Una frequenza più elevata tende, a parità di condizioni, a produrre una distanza di salto maggiore. Anche un’antenna che irradia con angoli molto bassi favorisce collegamenti più lontani, ma può lasciare scoperte le distanze intermedie.

L’angolo di irradiazione

L’angolo con cui il segnale lascia l’antenna è fondamentale.

Un angolo di irradiazione basso permette generalmente al segnale di raggiungere la ionosfera più lontano dalla stazione e di ritornare a terra a grande distanza. È quindi favorevole per il DX.

Un angolo elevato produce invece salti più corti. Se il segnale viene irradiato quasi verticalmente, può ritornare a terra in una zona relativamente vicina alla stazione.

La forma del diagramma verticale di un’antenna dipende da:

• tipo di antenna;
• altezza dal terreno;
• conducibilità del suolo;
• presenza di strutture circostanti;
• frequenza;
• configurazione elettrica dell’antenna.

Un dipolo installato a una frazione relativamente bassa della lunghezza d’onda tende a irradiare molta energia verso l’alto. Lo stesso dipolo, installato più in alto, può sviluppare lobi con angoli più bassi, più adatti al traffico DX.

La propagazione NVIS

La propagazione NVIS, acronimo di Near Vertical Incidence Skywave, sfrutta segnali irradiati con angoli molto elevati, quasi verticali.

Il segnale sale verso la ionosfera e ritorna a terra coprendo un’area relativamente vicina alla stazione trasmittente, spesso entro alcune centinaia di chilometri.

La NVIS è particolarmente utile per:

• comunicazioni regionali;
• reti di emergenza;
• collegamenti in aree montuose;
• comunicazioni dove l’onda di terra è ostacolata;
• copertura di distanze troppo lunghe per il VHF e troppo corte per il DX tradizionale.

Le bande più utilizzate per la NVIS sono generalmente gli 80 e i 40 metri, a seconda dell’ora e delle condizioni ionosferiche.

Per ottenere una buona propagazione NVIS, l’antenna deve favorire l’irradiazione verso l’alto. Un dipolo orizzontale installato a un’altezza relativamente bassa rispetto alla lunghezza d’onda può risultare particolarmente adatto.

La frequenza deve però essere inferiore alla massima frequenza utilizzabile per il percorso quasi verticale. Se la frequenza è troppo elevata, il segnale attraversa la ionosfera senza ritornare a terra.

Frequenza critica, MUF e LUF

Per comprendere la propagazione HF è necessario conoscere tre concetti fondamentali: frequenza critica, MUF e LUF.

Frequenza critica

La frequenza critica è la massima frequenza che può essere riportata verso terra dalla ionosfera quando il segnale viene irradiato verticalmente.

Se la frequenza supera questo valore, il segnale attraversa lo strato ionosferico e prosegue nello spazio.

La frequenza critica dipende principalmente dalla densità massima di elettroni liberi presente nello strato considerato.

MUF

La MUF, o Maximum Usable Frequency, è la massima frequenza utilizzabile per un determinato collegamento ionosferico tra due punti.

La MUF non è un valore universale: cambia in base al percorso, alla distanza, all’angolo di incidenza e alle condizioni ionosferiche.

Un segnale irradiato obliquamente può essere riportato verso terra anche se la sua frequenza è superiore alla frequenza critica verticale. Per questo motivo la MUF di un collegamento a lunga distanza può essere sensibilmente più alta della frequenza critica.

Quando si trasmette al di sopra della MUF, il segnale tende ad attraversare la ionosfera senza essere sufficientemente ricurvato verso terra.

LUF

La LUF, o Lowest Usable Frequency, è la frequenza minima utilizzabile per garantire un collegamento con un livello di segnale adeguato.

Al di sotto della LUF, l’assorbimento ionosferico, il rumore atmosferico e le perdite di percorso diventano troppo elevati.

La LUF dipende anche da fattori tecnici quali:

• potenza trasmessa;
• guadagno delle antenne;
• sensibilità del ricevitore;
• larghezza di banda del modo operativo;
• livello di rumore;
• rapporto segnale-rumore necessario.

La gamma di frequenze realmente utilizzabili si trova quindi tra la LUF e la MUF.

In termini pratici, per ottenere un collegamento affidabile si sceglie spesso una frequenza leggermente inferiore alla MUF, evitando di operare troppo vicino al limite superiore.

La frequenza ottimale di traffico

La frequenza ottimale di traffico, spesso indicata come FOT o Optimum Working Frequency, è una frequenza sufficientemente vicina alla MUF da offrire buone prestazioni, ma abbastanza bassa da garantire maggiore stabilità.

La MUF può oscillare rapidamente a causa delle variazioni ionosferiche. Operare esattamente al suo limite potrebbe quindi causare frequenti interruzioni.

Una frequenza moderatamente inferiore offre normalmente un miglior compromesso tra:

• attenuazione;
• affidabilità;
• stabilità del collegamento;
• livello di rumore.

L’influenza del giorno e della notte

La radiazione solare è il principale motore della ionizzazione atmosferica. La propagazione cambia quindi profondamente tra giorno e notte.

Durante il giorno:

• lo strato D è più intenso;
• aumenta l’assorbimento delle frequenze basse;
• la densità elettronica degli strati superiori può aumentare;
• le bande alte possono diventare utilizzabili;
• i 15 e i 10 metri possono aprirsi con buona attività solare.

Durante la notte:

• lo strato D quasi scompare;
• diminuisce l’assorbimento sulle bande basse;
• gli strati F1 e F2 tendono a fondersi;
• la MUF generalmente si riduce;
• gli 80, 40 e talvolta 30 metri diventano particolarmente efficaci.

Questa è la ragione per cui, in termini generali, durante il giorno si utilizzano frequenze più elevate e durante la notte frequenze più basse.

Non si tratta però di una regola assoluta. La propagazione dipende anche dalla stagione, dal ciclo solare, dalla posizione geografica e dalla direzione del collegamento.

La linea grigia

La gray line, o linea grigia, è la fascia di transizione tra il giorno e la notte, presente lungo il terminatore terrestre.

In prossimità dell’alba e del tramonto possono verificarsi condizioni particolarmente favorevoli per i collegamenti a lunga distanza, soprattutto sulle bande basse.

Durante questi periodi:

• lo strato D si indebolisce rapidamente;
• l’assorbimento diminuisce;
• lo strato F può mantenere ancora una buona ionizzazione;
• il rumore atmosferico può risultare più contenuto;
• il percorso può attraversare vaste aree crepuscolari.

I collegamenti lungo la linea grigia possono produrre segnali sorprendentemente intensi, anche da aree normalmente difficili da collegare.

L’effetto è generalmente più evidente quando entrambe le stazioni si trovano contemporaneamente vicino all’alba o al tramonto, ma può manifestarsi anche quando solo una parte significativa del percorso segue il terminatore.

L’attività solare

Il comportamento della ionosfera è strettamente legato al Sole.

La radiazione solare ionizza gli strati atmosferici e determina la densità degli elettroni liberi. Una maggiore attività solare può quindi aumentare la MUF e favorire l’apertura delle bande alte.

Tra i parametri più osservati dai radioamatori vi sono:

• numero di macchie solari;
• Solar Flux Index;
• indice K;
• indice Kp;
• indice A;
• velocità e densità del vento solare;
• intensità del campo magnetico interplanetario.

Numero di macchie solari

Le macchie solari sono regioni della superficie del Sole associate a intensi campi magnetici. Un numero elevato di macchie è generalmente collegato a una maggiore attività solare.

Durante i periodi di massimo solare, le bande dei 15, 12 e 10 metri possono rimanere aperte per molte ore, permettendo collegamenti intercontinentali anche con potenze contenute.

Durante il minimo solare, le bande alte possono invece restare chiuse per lunghi periodi, mentre i 20, 30 e 40 metri mantengono generalmente una maggiore affidabilità.

Solar Flux Index

Il Solar Flux Index, spesso abbreviato in SFI, misura l’intensità del flusso radio solare alla lunghezza d’onda di 10,7 centimetri.

È uno degli indicatori più utilizzati per stimare il livello generale di ionizzazione degli strati superiori.

In linea di massima, valori più elevati favoriscono l’apertura delle bande HF superiori. Tuttavia, un SFI alto non garantisce automaticamente buone condizioni, perché bisogna considerare anche la stabilità del campo geomagnetico.

Indici Kp e A

L’indice Kp descrive il livello di perturbazione del campo geomagnetico terrestre su una scala indicativamente compresa tra 0 e 9.

Valori bassi indicano condizioni geomagnetiche tranquille. Valori elevati segnalano una perturbazione o una tempesta geomagnetica.

L’indice A rappresenta una misura giornaliera dell’attività geomagnetica. Anche in questo caso, valori bassi sono generalmente associati a una ionosfera più stabile.

Una forte attività geomagnetica può:

• ridurre la densità dello strato F2;
• abbassare la MUF;
• provocare fading e instabilità;
• compromettere i collegamenti sulle rotte polari;
• aumentare l’assorbimento alle alte latitudini;
• modificare profondamente le direzioni di propagazione.

Dopo una tempesta geomagnetica, la ionosfera può impiegare ore o giorni per tornare alle condizioni precedenti.

Il ciclo solare

L’attività del Sole segue un ciclo medio di circa undici anni, caratterizzato dall’alternanza tra periodi di minimo e massimo solare.

Durante il massimo:

• aumenta il numero di macchie solari;
• cresce generalmente il flusso solare;
• la ionizzazione dello strato F2 diventa più intensa;
• la MUF aumenta;
• le bande alte si aprono più frequentemente;
• diventano possibili collegamenti DX sui 10 e 12 metri.

Durante il minimo:

• diminuisce la capacità della ionosfera di sostenere frequenze elevate;
• i 10 e 15 metri possono risultare spesso chiusi;
• le bande dei 20, 30 e 40 metri assumono maggiore importanza;
• i collegamenti sulle bande basse possono beneficiare di un’attività geomagnetica mediamente più tranquilla.

Il massimo solare non significa necessariamente propagazione sempre perfetta. Un Sole molto attivo può produrre brillamenti ed espulsioni di massa coronale che, raggiungendo la Terra, causano tempeste geomagnetiche e condizioni radio disturbate.

Stagioni e latitudine

La propagazione cambia anche durante l’anno.

In inverno, le ore notturne più lunghe e il minore assorbimento possono favorire il DX sulle bande basse, in particolare sugli 80 e 160 metri.

In estate, il maggiore assorbimento e il rumore atmosferico possono penalizzare le bande basse, mentre diventano più frequenti le aperture di E sporadico sulle bande superiori.

Le condizioni cambiano inoltre con la latitudine.

Alle alte latitudini, la ionosfera è maggiormente influenzata dall’attività aurorale e dalle particelle solari. I percorsi polari possono essere molto efficienti in condizioni tranquille, ma possono degradarsi rapidamente durante una perturbazione geomagnetica.

Nelle regioni equatoriali si verificano fenomeni particolari, legati alla struttura del campo magnetico terrestre e alla distribuzione della ionizzazione. Tra questi rientra la propagazione trans-equatoriale, che può sostenere collegamenti insoliti anche sulle frequenze più elevate.

Il percorso corto e il percorso lungo

Tra due stazioni esistono normalmente due grandi percorsi lungo la superficie terrestre.

Il percorso corto, o short path, segue la distanza minore tra i due punti.

Il percorso lungo, o long path, raggiunge la stessa destinazione viaggiando nella direzione opposta e coprendo la parte maggiore della circonferenza terrestre.

In determinate condizioni, una stazione può essere ricevuta più intensamente via long path che via short path.

Il long path è spesso favorito quando il percorso attraversa zone con:

• minore assorbimento;
• condizioni crepuscolari;
• ionizzazione più stabile;
• minore disturbo geomagnetico;
• una migliore geometria rispetto agli strati ionosferici.

Per questo motivo le antenne direttive vengono spesso ruotate nella direzione opposta a quella apparentemente più logica, alla ricerca del segnale sul percorso lungo.

I salti multipli

Quando il segnale torna sulla superficie terrestre, una parte della sua energia viene assorbita, una parte dispersa e una parte può essere nuovamente irradiata verso la ionosfera.

Si crea così una successione di salti:

ionosfera – Terra – ionosfera – Terra

Ogni salto comporta una perdita di energia. L’entità delle perdite dipende dal tipo di superficie sulla quale il segnale ritorna.

L’oceano, grazie alla sua elevata conducibilità, può produrre riflessioni terrestri più efficienti rispetto a un terreno montuoso o scarsamente conduttivo.

Per questo motivo alcuni percorsi transoceanici possono risultare particolarmente favorevoli.

Il segnale ricevuto può essere composto da più raggi che hanno seguito percorsi diversi. Questi contributi possono sommarsi oppure interferire tra loro, producendo variazioni di intensità.

Il fading

Il fading è una variazione dell’intensità del segnale ricevuto nel tempo.

Può essere lento e graduale oppure rapido e profondo. In alcuni casi il segnale può passare da perfettamente intelligibile a quasi nullo in pochi secondi.

Le cause principali comprendono:

• variazioni della ionosfera;
• percorsi multipli;
• interferenza tra raggi;
• differenze di fase;
• rotazione della polarizzazione;
• spostamento degli strati ionosferici;
• variazioni della MUF.

Quando due o più componenti dello stesso segnale arrivano al ricevitore con fasi differenti, possono sommarsi in modo costruttivo o distruttivo.

Il fading selettivo colpisce in maniera diversa le varie componenti dello spettro del segnale. In fonia, per esempio, alcune frequenze audio possono risultare attenuate più di altre, rendendo la voce distorta.

Nei segnali digitali, il fading può provocare errori di decodifica. Modi particolarmente robusti e stretti, come FT8, JT65 o WSPR, riescono spesso a operare con rapporti segnale-rumore molto inferiori rispetto alla fonia SSB.

La polarizzazione

Durante un collegamento ionosferico, la polarizzazione originale del segnale può cambiare.

L’interazione tra il plasma ionosferico e il campo magnetico terrestre può dividere il segnale in due componenti principali, note come onda ordinaria e onda straordinaria.

Queste componenti possono:

• seguire percorsi leggermente diversi;
• subire attenuazioni differenti;
• arrivare con fasi differenti;
• produrre variazioni della polarizzazione ricevuta.

Di conseguenza, nei collegamenti HF a lunga distanza, la polarizzazione dell’antenna ricevente non deve necessariamente coincidere con quella dell’antenna trasmittente.

Una stazione che trasmette con un dipolo orizzontale può essere ricevuta con una verticale senza subire sempre la perdita teorica che si avrebbe in un collegamento diretto con polarizzazioni incrociate.

Rumore atmosferico e rumore artificiale

La possibilità di ricevere un segnale non dipende soltanto dalla propagazione. È fondamentale anche il livello di rumore presente sulla frequenza.

Sulle bande basse, il rumore atmosferico può essere molto intenso. I temporali producono scariche elettriche capaci di generare disturbi ricevibili a migliaia di chilometri di distanza.

Il rumore atmosferico è generalmente maggiore:

• sulle frequenze basse;
• durante l’estate;
• nelle ore serali e notturne;
• in presenza di vaste aree temporalesche.

A questo si aggiunge il rumore artificiale prodotto da:

• alimentatori switching;
• lampade LED;
• inverter fotovoltaici;
• reti dati su linee elettriche;
• caricabatterie;
• elettrodomestici;
• motori elettrici;
• dispositivi elettronici non adeguatamente schermati.

In ambiente urbano, il rumore artificiale può rappresentare il principale limite alla ricezione HF, rendendo inutilizzabili segnali che in un’area rurale sarebbero perfettamente ascoltabili.

Comportamento indicativo delle principali bande radioamatoriali

160 metri

È una banda prevalentemente notturna, molto sensibile all’assorbimento dello strato D e al rumore atmosferico.

Durante il giorno permette soprattutto collegamenti locali o regionali. Di notte può consentire DX notevoli, specialmente in inverno e in condizioni geomagnetiche tranquille.

Richiede antenne efficienti di grandi dimensioni o sistemi verticali con un buon piano di terra.

80 metri

Durante il giorno è utilizzata principalmente per collegamenti locali e regionali. Di notte può sostenere collegamenti continentali e intercontinentali.

È molto adatta alla propagazione NVIS, ma risente del rumore atmosferico e artificiale.

40 metri

È una delle bande più affidabili e versatili.

Durante il giorno permette collegamenti regionali e continentali. Di notte può offrire ottimi collegamenti DX. Nei periodi di buona propagazione può rimanere attiva quasi ventiquattro ore su ventiquattro.

30 metri

È una banda prevalentemente dedicata alla telegrafia e ai modi digitali.

Presenta spesso condizioni stabili, un rumore relativamente contenuto e buone possibilità di collegamento sia diurno sia notturno. Rappresenta un ottimo compromesso tra le bande basse e quelle alte.

20 metri

È considerata la banda DX per eccellenza.

Durante il giorno può sostenere collegamenti intercontinentali in quasi tutte le fasi del ciclo solare. Nei periodi di maggiore attività può rimanere aperta anche durante la sera e parte della notte.

17 metri

Offre spesso buone condizioni DX, con minore affollamento rispetto ai 20 metri. È particolarmente efficace durante il giorno e nelle ore vicine al tramonto.

15 metri

Richiede una ionizzazione più elevata rispetto ai 20 metri. Durante i periodi di buona attività solare può offrire segnali molto forti, basso rumore e collegamenti a grande distanza.

Durante il minimo solare può rimanere chiusa per lunghi periodi.

12 metri

Presenta caratteristiche intermedie tra i 15 e i 10 metri. Può offrire aperture spettacolari durante le fasi favorevoli del ciclo solare e in presenza di E sporadico.

10 metri

È la banda HF più alta e una delle più variabili.

Quando la propagazione è aperta, consente collegamenti intercontinentali con potenze molto basse e antenne relativamente semplici. Il rumore è generalmente contenuto e i segnali possono essere molto intensi.

Quando la MUF è inferiore alla frequenza operativa, la banda può apparire completamente silenziosa.

Può aprirsi mediante:

• strato F2;
• E sporadico;
• propagazione trans-equatoriale;
• diffusione meteorica;
• fenomeni aurorali;
• troposcatter, in casi particolari.

Come scegliere la banda

La scelta della banda deve tenere conto della distanza da coprire, dell’orario e delle condizioni solari.

In termini molto generali:

Questa tabella ha valore puramente indicativo. La propagazione reale deve essere verificata attraverso l’ascolto e gli strumenti disponibili.

Strumenti utili per valutare la propagazione

Il radioamatore moderno dispone di numerosi strumenti per osservare le condizioni delle bande.

Beacon

I beacon trasmettono segnali identificativi a intervalli regolari. Conoscendo posizione, frequenza e potenza del beacon è possibile valutare rapidamente l’apertura di una determinata banda.

Reverse Beacon Network

La Reverse Beacon Network è una rete di ricevitori automatici che decodificano segnali telegrafici e digitali, indicando dove e con quale intensità una stazione è stata ricevuta.

È particolarmente utile per verificare:

• efficienza dell’antenna;
• direzione di propagazione;
• apertura delle bande;
• differenze tra percorso corto e lungo.

PSK Reporter

PSK Reporter raccoglie le segnalazioni provenienti da stazioni che ricevono modi digitali. Trasmettendo in FT8 o in altri modi compatibili è possibile visualizzare rapidamente dove il proprio segnale è stato ricevuto.

WSPR

WSPR è progettato per lo studio della propagazione con potenze molto basse. Le stazioni trasmettono messaggi estremamente stretti e robusti, consentendo di osservare aperture che potrebbero non essere percepibili mediante la normale fonia.

Ionosonde

Le ionosonde inviano segnali verticalmente su una gamma di frequenze e analizzano gli echi ricevuti.

I dati prodotti consentono di stimare:

• frequenza critica;
• altezza virtuale degli strati;
• densità elettronica;
• MUF per diverse distanze;
• evoluzione temporale della ionosfera.

Mappe della MUF

Le mappe della MUF forniscono una rappresentazione stimata delle frequenze utilizzabili tra diverse aree geografiche.

Devono essere considerate come strumenti previsionali e non come garanzie assolute. La ionosfera è dinamica e può presentare irregolarità locali non rappresentate dai modelli.

Ascoltare prima di trasmettere

L’ascolto rimane il metodo più immediato per valutare una banda.

Prima di chiamare è utile verificare:

• presenza di beacon;
• stazioni provenienti dall’area desiderata;
• intensità e stabilità dei segnali;
• livello di rumore;
• attività sulle frequenze vicine;
• eventuale apertura in direzioni inattese.

Una banda apparentemente silenziosa non è necessariamente chiusa. Potrebbe semplicemente non esserci attività.

Per verificarlo è possibile trasmettere brevemente in un modo digitale e consultare le reti di segnalazione, oppure ascoltare beacon conosciuti.

Allo stesso modo, una banda molto rumorosa e piena di segnali non garantisce che sia aperta verso la destinazione desiderata. La propagazione può essere fortemente selettiva in funzione della direzione.

Potenza, antenna e propagazione

La potenza non crea la propagazione.

Aumentare la potenza può migliorare il rapporto segnale-rumore presso il ricevitore, ma non può riportare verso terra un segnale trasmesso su una frequenza superiore alla MUF.

Quando una banda è chiusa, l’aumento di potenza spesso produce risultati limitati.

Sono più importanti:

• scelta corretta della frequenza;
• orario;
• angolo di irradiazione;
• efficienza dell’antenna;
• perdite della linea;
• qualità del sistema di terra;
• direzione del lobo;
• livello di rumore in ricezione.

Un’antenna efficiente e correttamente installata può produrre vantaggi superiori a quelli ottenibili con un semplice aumento della potenza.

Per il DX, un basso angolo di irradiazione è generalmente desiderabile. Per il traffico regionale e NVIS è invece utile irradiare una quota significativa di energia verso l’alto.

Non esiste quindi un’antenna universalmente perfetta: ogni sistema deve essere valutato in relazione al tipo di collegamento desiderato.

La propagazione come fenomeno dinamico

La propagazione HF non è una condizione binaria, semplicemente aperta o chiusa. È un sistema dinamico nel quale cambiano continuamente:

• frequenza massima utilizzabile;
• intensità del segnale;
• angolo di arrivo;
• polarizzazione;
• numero di salti;
• assorbimento;
• direzione favorevole;
• livello di rumore;
• stabilità del percorso.

Due stazioni situate nella stessa nazione possono osservare condizioni differenti. Anche uno spostamento di poche centinaia di chilometri può modificare l’angolo del percorso e il punto nel quale il segnale interagisce con la ionosfera.

La stessa banda può essere contemporaneamente aperta verso l’Asia, chiusa verso il Nord America e molto forte verso l’Africa.

Per questo motivo le previsioni devono sempre essere integrate con l’osservazione diretta.

Conclusioni

La propagazione delle onde radio HF nasce dall’interazione tra il segnale trasmesso, la ionosfera, il campo magnetico terrestre, l’attività solare e le caratteristiche del percorso.

Le frequenze più basse sono generalmente favorite durante la notte, quando diminuisce l’assorbimento dello strato D. Le frequenze più alte diventano invece utilizzabili quando la densità elettronica dello strato F2 è sufficiente a sostenerle.

La scelta della banda dipende dalla relazione tra LUF e MUF, dall’angolo di irradiazione dell’antenna, dalla distanza da coprire e dalle condizioni geomagnetiche.

Studiare la propagazione non significa riuscire a prevedere ogni collegamento. La ionosfera conserva sempre un certo grado di imprevedibilità. Significa però comprendere perché un segnale arriva, perché scompare e perché una determinata banda può offrire risultati completamente diversi nel corso della stessa giornata.

È proprio questa continua variabilità a rendere le onde corte così affascinanti. Ogni collegamento rappresenta il risultato di una complessa combinazione tra tecnologia, natura e capacità dell’operatore di interpretare ciò che accade nello spettro radio.

Accendere la radio e ascoltare le bande HF significa, in fondo, osservare in tempo reale il comportamento dell’atmosfera terrestre e della nostra stella.