I.- INTRODUCCIÓN La ruta que sigue la señal desde el transmisor hasta el receptor puede ser desde una simple y sencilla línea de vista, hasta un ambiente en el cual se tenga una gran cantidad de obstáculos como edificios, montañas o árboles que lo interfieran
La predicción y el modelado de los canales de radio comunicación son una de las partes más complicadas que intervienen en el diseño de sistemas de comunicación, por lo general esta parte se hace de manera estadística, tomando como base mediciones en una zona específica y para un determinado determinado sistema o parte del espectro.
Propagación.Propagación.- Conjunto de fenómenos físicos que conducen a las ondas de radio del transmisor al receptor. La propagación no es debida a un único fenómeno físico. Varios modos de propagación son posibles: La propagación ionosférica La propagación troposférica La propagación por onda de suelo • • •
II.- INFLUENCIA DEL MEDIO DE PROPAGACIÓN •
El Suelo:
A frecuencias bajas y para antenas próximas al suelo se excita una onda de superficie. A frecuencias superiores, para antenas elevadas, el suelo produce reflexiones o difracciones cuando obstaculiza a la onda.
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La Atmósfera:
Los gases de la troposfera curvan, por refracción, la trayectoria de los rayos de propagación. Además dependiendo de la frecuencia (en microondas) producen una atenuación adicional a la del espacio libre. En frecuencias de microondas, la presencia de lluvia, niebla y otros hidrometeoros produce también absorción, dispersión, y cierta despolarización de las ondas, dando lugar a atenuación adicional. La ionosfera produce fuertes refracciones -“reflexión ionosférica”- (a las frecuencias de MF y HF) que van acompañadas de atenuación, dispersión y rotación de polarización.
III.- TIPOS DE PROPAGACIÓN : 1.- PROPAGACIÓN IONOSFÉRICA La ionosfera .-Es la región de la alta atmósfera entre 60 y 400 km de altura. Se la llama así porque está compuesta de iones y de plasma ionosférico, es importante para la propagación porque permite reflejar o refractar ondas radioeléctricas por debajo de una frecuencia crítica MUF
La ionosfera está compuesta de tres capas • • •
la capa D la capa E la capa F (durante la noche) que se divide en dos, las capas F1 y F2, durante el día.
Variaciones de densidad de la ionosfera Las propiedades de propagación de la ionosfera son debidas a variaciones de densidad en el plasma iónico, las mismas que dependen del día del año, de la hora, del momento de ciclo solar de once años, de la estación, y de la latitud. Esas variaciones son irregulares, y no es posible calcularlas o medirlas con precisión •
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Capa D La capa D es la capa de la ionosfera más cercana a la Tierra. Se encuentra a unos 60 km de altura. La ionización provocada por el viento solar aumenta la densidad de electrones en la capa D. Por esa razón, las ondas radioeléctricas son fuertemente absorbidas. Durante la noche, la capa D no recibe viento solar, por lo que rápidamente desaparece. Las explosiones solares, las manchas solares, las fluctuaciones en el campo magnético terrestre, las auroras polares, también afectan a la propagación ionosférica. La capa D Es sumamente absorbente para las frecuencias por debajo de unos 10 MHz, por lo tanto, las frecuencias afectadas son menos atenuadas cuando son atravesadas más cerca de la vertical.
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Capa E La capa E es una capa que refleja las ondas de radio. A veces se forma por ionización del aire por causas que no dependen de la radiación solar, algunos investigadores piensan que podría ser por fricción entre distintas capas de la atmósfera. La propagación esporádica E es una propagación Capa F Las predicciones de la propagación se hacen por ordenador en distintos sitios de Internet, 18 minutos después de cada hora. Las perturbaciones inonosféricas y magnetosféricas ocurren cada 27 días, que es el tiempo de rotación del sol sobre sí mismo. El índice A es una medidad de la actividad solar. Se trasmite en una escala de 0 a 400. El índice K es una medida del campo geomagnético en una escala de 0 a 9. La MUF disminuye (o sea, la propagación es menos favorable) cuando la actividad del campo geomagnético aumenta.
Bandas diurnas y bandas nocturnas La propagación ionosférica divide las bandas HF en dos tipos: •
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Bandas nocturnas.- Sufren una fuerte atenuación por absorción en la capa D. Al caer la noche, la capa D desaparece y la propagación en las bandas nocturnas aumenta considerablemente. Las bandas nocturnas están aproximadamente por debajo de los 30 metros (10 MHz). Bandas diurnas.- Aquellas cuya propagación nocturna es nula. Estas bandas pierden la propagación pocas horas después de la caída del sol. Las bandas diurnas están situadas por encima de los 30 metros (10 MHz).
Las bandas alrededor de los 10 MHz tienen un comportamiento intermedio
ONDAS IONOSFÉRICAS
2.- PROPAGACIÓN TROPOSFÉRICA La tropósfera (o troposfera) es la capa de la atmósfera que se extiende desde la superficie de la tierra hasta una altura de unas 6 millas (10 km). Es ahí donde se forman ciertos patrones que definen el clima en nuestro planeta. Los vientos, las tormentas, las lluvias y otros factores meteorológicos tienen su origen en la tropósfera. Son algunos de estos factores meteorológicos, los responsables de algunas condiciones muy interesantes en VHF.
Ondas troposféricas Las ondas troposféricas son aquellas que se propagan en la zona de la atmósfera que tiene este mismo nombre: troposfera. Esta región situada entre 300 y 10.000 metros sobre la superficie, es el lugar en donde se forman las nubes y en el que las ondas pueden sufrir algún tipo de modificación debido a la influencia de las capas del aire.
Las condiciones de propagación de estas ondas presentan una gran dependencia de la temperatura y humedad del aire contenido en la troposfera. Como estos valores no son constantes en ninguna zona, la propagación será irregular en esta capa atmosférica. Basta observar cualquier mapa meteorológico para darse cuenta de que la temperatura va disminuyendo con arreglo a la altura, cuanto más lejos estamos de la superficie más
frío está el aire, y, por otro lado, las fotografías desde los satélites muestran una diferente localización de las nubes en cada momento del día y en cada punto del globo. Una atmósfera ideal sería aquella que partiera de valores máximos de densidad y de conducción en las zonas bajas hasta llegar a una densidad prácticamente nula y sin humedad en las zonas altas. Sin embargo, en la práctica, estas condiciones no se dan nunca lo normal es que en el aire de la troposfera se den zonas de turbulencias (masas cambiantes de nubosidad) y estratos más o menos paralelos de diferente temperatura y concentración de humedad, lo que permite alcanzar en casos especiales distancias importantes.
Bajo condiciones normales, las ondas de radio de 2 metros se propagan en línea recta "doblándose" hacia abajo sobre el horizonte visible al atravesar secciones de aire de diferente densidad, llegando hasta un 15% más de la distancia entre el transmisor y el horizonte visible hasta el llamado horizonte de radio (radio horizonte). Si se usa potencia (más de 100 vatios) y una alta y buena antena (direccional) la distancia del contacto puede ser mucho mayor. También ocurre que las ondas de radio se doblan ligeramente hacia abajo al pasar por el borde de edificios, montañas u otros objetos, que tienen un tamaño de 50 veces o más que la longitud de la onda. Esto sucede porque la porción inferior de la onda en estos casos se mueve un tanto menos rápido que la porción superior de la onda que mantiene la velocidad normal de cerca de 300,000 km/s. Hay otros cambios de temperatura y densidad del aire en la tropósfera que influyen en la refracción de las ondas de radio de VHF y pueden hacer que las transmisiones se escuchen a grandes distancias. Por ejemplo, después de un día caliente, una brisa fresca al anochecer que sopla del mar o de un lago puede hacer que el aire caliente suba. Un cambio en las condiciones del clima, como la entrada de un frente frío o la influencia de una alta presión pueden hacer que grandes masas de aire caliente suban y se establezcan sobre una capa de aire más fresco. Estas condiciones producen una inversión de temperatura, un aumento de temperatura a mayor altura con aire caliente arriba y aire fresco o frío abajo. Esta situación puede durar horas o días y puede extenderse a veces por mil kilómetros o más. Las ondas de radio en las bandas de VHF extenderán enormemente las distancias de alcance pues al pasar del aire frío al caliente serán "dobladas" hacia abajo por la capa de aire caliente y no se perderán en el espacio. Esta refracción tropósferica puede permitir contactos hasta más de 400 km si la inversión de temperatura está cerca de la superficie de la tierra, pero si la inversión ocurre a cientos de metros de altura y se extiende sobre una area grande, los contactos en VHF pueden llegar hasta 1000 km o más.
Cuando la inversión de temperatura ocurre entre dos capas de la atmósfera se forma un ducto o túnel troposférico. Estos ductos han propagado señales de VHF hasta más de 2500 km, pero si se está localizado en una montaña arriba del ducto o por debajo de éste en una llanura, no se puede aprovechar estas condiciones. Ductos de VHF de este tipo son comunes entre California y Hawaii, las Islas Bermudas y la costa este de Estados Unidos, entre otros. En algunos lugares del mundo, como en zonas del Océano Indico, los ductos son tan frecuentes, que son vistos como una condición normal. Las inversiones de temperatura que producen la refracción o propagación troposférica pueden ocurrir en cualquier día del año. Durante una inversión de temperatura las señales son fuertes durante toda la noche y el amanecer, a veces permaneciendo así durante las horas de la mañana. Recuerden que las condiciones favorables ocurren durante las altas presiones y a la entrada de frentes fríos. También en cualquier día del año cuando el aire es humedo, caliente y hay "smog", entonces se dan las condiciones al ser atrapado el aire más fresco debajo del aire caliente al caer la noche y comenzar a soplar la brisa de un lago o el mar.Una buena indicación de una inversión de temperatura es la aparición de señales de televisión de estaciones lejanas que entran con fuerza a través de la antena de nuestro televisor, a veces, incluso, interfiriendo estaciones locales. 3.- LA PROPAGACIÓN POR ONDA DE SUELO Ondas terrestres Las ondas terrestres son aquellas que se propagan sobre la superficie de la Tierra o muy cerca de ella. La figura 8 representa las formas de propagación en estas condiciones. Esta tiene lugar de dos modos diferentes, uno directo, desde la antena emisora hasta el receptor, y otro reflejado sobre la superficie de la Tierra o los obstáculos que encuentra en su camino .
La onda superficial es guiada, por decirlo de alguna manera, sobre la superficie de la Tierra siguiendo su curvatura y si la Tierra fuese un conductor perfecto la transmisión alcanzaría distancias enormes, pero no ocurre así. Se inducen tensiones entre las ondas y el suelo que dan lugar a una cierta pérdida de energía que, como hemos dicho, provoca una atenuación o pérdida de la energía de propagación de la onda y, con ello, acortan en gran medida la distancia útil a la que es capaz de llegar la señal radiada por la antena del emisor. En la propagación tiene una gran importancia la frecuencia de la señal, las ondas de alta frecuencia son atenuadas más rápidamente que las ondas de frecuencias más bajas. Cuando una onda de radio se aleja de la emisora se propaga a través del aire. Esto hace que la parte que se radia hacia abajo, es decir con una inclinación negativa con respecto al plano horizontal se refleja parcialmente. El resto es absorbido por la superficie terrestre constituyendo lo que se le denomina ONDA TERRESTRE. La energía radiada con una inclinación positiva, es decir hacia arriba, se propaga a lo largo del espacio, constituyendo así la onda espacial. Las ondas terrestres pueden ser: Ondas de superficie.- son las que se propagan a través de la corteza terrestre Ondas aéreas.-Unas viajan a través del aire en línea recta y otra parte se reflejan en superficie terrestre.
La zona útil de la propagación por onda directa y el alcance de la transmisión viene dada y limitada por el horizonte geográfico de la antena transmisora. Por el contrario en la transmisión por ondas terrestres el alcance es considerablemente mayor que el visual o directo pues puede llegar a ser de varios miles de kilómetros, dependiendo de la potencia de la emisora. Es muy importante tener en cuenta que en igualdad de condiciones, el mayor alcance se obtiene cuando la onda viaja a través del agua salada. En las Bandas de O.C. la propagación es muy difícil de predecir, pues la onda en el espacio puede encontrarse con condiciones buenas, regulares o malas, continuamente con cambios. También depende en gran parte de la antena receptora que tengamos instalada y conectada al receptor y la hora a la que recibamos las emisiones y la estación del año en que estemos en esos momentos.
Las ondas de radio pueden viajar también a través del aire y son dirigidas al espacio, siendo denominadas ondas espaciales. En este caso la atenuación es relativamente pequeña, por lo que el alcance puede ser muy grande con muy poca potencia en la transmisión. Para la propagación directa de las ondas tiene una importancia considerable la altura de las antenas. Cuando las antenas emisora y receptora están a la vista, la señal que recibe esta última no es única, sino que es la resultante de dos ondas, la onda directa y la reflejada. Ambas se encuentran y se suman, de tal modo que la onda resultante puede quedar reforzada o disminuida según que dichas señales lleguen en fase o en oposición de fase. En la práctica se procurará adecuar la longitud, la altura de la antena receptora y la situación de ésta con relación a la dirección de propagación, para que ésta sea directa y evitando en lo posible la interposición de obstáculos entre emisor y receptor. Si la distancia entre antenas es mayor que la máxima distancia visual, teóricamente no debería recibirse señal en la antena receptora, pero como se ha expuesto antes, las ondas terrestres se difractan sobre la superficie contorneando los obstáculos. Las ondas sonoras, son de baja frecuencia y rodean con facilidad los grandes obstáculos, pero no sucede lo mismo con las ondas electromagnéticas en donde la difracción es más pequeña. Durante el día, la mayor parte de las transmisiones tienen lugar basándose en la propagación de las ondas superficiales, pero los mejores resultados se consiguen con frecuencias medias y bajas puesto que las frecuencias elevadas sufren una atenuación mucho mayor. La tierra es un gran absorbente de ondas sonoras debido a la resistencia que aquélla opone a las mismas, pero cuando aumenta el grado de humedad también lo hace la conductividad y ello favorece la propagación. Sucede esto porque la humedad propicia la conductividad eléctrica. Recuerde, por ejemplo, que la descarga de los pararrayos sólo era efectiva cuando la zona de tierra hacia la que se llevaba el conductor de bajada estaba suficientemente húmeda como para ofrecer una resistencia mínima. Algo similar sucede con las ondas electromagnéticas superficiales: la conductividad es tanto mayor cuanto más húmedo está el terreno, asimismo es mucho mayor a través del mar que sobre tierra firme. Este es uno de los motivos por los que las emisoras situadas junto al mar aumentan en gran medida su alcance cuando dirigen sus emisiones en esta dirección. Por un lado el agua favorece la conductividad y por otro la ausencia de obstáculos físicos permite a la onda superficial adaptarse al máximo a la curvatura terrestre. Este tipo de emisora de cara al mar se dedica, sobre todo, a comunicaciones sobre este medio, dirigidas a los barcos, con ondas largas que llegan a distancias difíciles de alcanzar con ondas directas o reflejadas. La banda de frecuencia llega de 15 a 300 kHz, lo que supone una longitud de onda a partir de 1.000 m en adelante. A partir de 3 MHz, la onda terrestre sufre una atenuación tan grande que no es utilizable para distancias superiores a 30 km, lo que fija el límite de su empleo en la práctica, debiendo emplearse otros métodos de propagación para frecuencias mayores a distancias importantes.
IV.- MODELOS DE PROPAGACIÓN Los modelos de Propagación han puesto su mayor interés en predecir la potencia por medio de una señal recibida a una distancia determinada del transmisor, así como las variaciones de potencia de la señal en la cercanía de un punto de interés. Los modelos de propagación que predicen al potencia de la señal para cualquier distancia de separación entre el transmisor y el receptor son conocidos como modelos de propagación LARGE SCALE y son de gran utilidad para el área de cobertura. Los modelos que predicen los cambios rápidos en la intensidad de la señal recibida en distancias pequeñas de una s cuantas longitudes de onda se las conoce como modelos SMALL SCALE MODELOS DE PROPAGACIÓN PARA AMBIENTES ABIERTOS Los modelos de propagación de radiofrecuencia surgen por la necesidad de modelar una zona geográfica de terreno irregular par así predecir las pérdidas a través del camino hacia le móvil existen una gran variedad de factores que se deben tener en cuenta como son: 1. Un perfil del terreno de la zona a modelar (zona de cobertura) 2. Presencia de obstáculos como edificios, árboles etc. •
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MODELOS DE PROPAGACIÓN EN ESPACIO LIBRE
Este modelo es utilizado para predecir la potencia de la señal cuando entre el transmisor y el receptor existe una clara línea de vista. Los Sistemas de Comunicación Satelital y los en laces microondas se pueden modelar como propagación en el espacio libre. El modelo del espacio libre predice que la potencia recibida decae como función de la distancia de separación entre el transmisor y receptor elevada a alguna potencia.
V CONCLUSIONES : VII BIBLIOGRAFÍA: • • • • • • • •
Sistemas de comunicaciones Electrónicas. Wayne Tomasi. Sgda Ed. http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/ezuazua/informweb/notas.pdf http://espanol.geocities.com/elradioaficionado/antenas/propagacion02.htm http://www.fmre.org.mx/propagacion1.htm http://www.e-oss.net/portuwireless/taller-nodos/antenas.pdf http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/ant.htm http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/pdeaza/html/campos2.html http://www.inicia.es/de/canal20fm/propagac.htm
