UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO
INTEGRANTES: EDISSON IBARRA CRISTHIAN MERINO DIEGO PEREZ JAVIER JA VIER TIBANQUIZA •
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La Troposfera Es la capa de la atmosfera mas próxima a la tierra. Tiene una altura media de aproximadamente 12 kilómetros; 9 kilómetros en los polos y aproximadamente 17 en el ecuador. En ella se desarrollan los fenómenos meteorológicos aéreos y acuosos, disminuyendo su temperatura a medida que aumenta la altitud.
Su comportamiento tiene importancia en las comunicaciones terrestres, las cuales la emplean como medio de propagación.
Troposfera Debido a las condiciones climáticas pueden presentarse dos situaciones troposféricas, llamadas atmosfera clara y atmosfera en presencia de partículas
Atmosfera clara En este caso los efectos intrínsecos en la propagación en la atmosfera se agrupan en:
Inhomogeneidades del índice de refracción Absorción molecular
Inhomogeneidades del índice de refracción Las variaciones de la atmosfera son mínimas en sentido longitudinal, predominando el efecto de variación con la altura, de manera que es posible considerar la atmosfera como un dieléctrico cuyas propiedades varían con la altura.
Absorción molecular Los gases que forman la atmosfera, al retronar a determinadas frecuencias, del orden de los GHz, absorben parte de la energía transmitida a estas frecuencias.
Distribución de los efectos troposfericos con la frecuencia
Índice de refracción en la troposfera Las ondas de radio que se propagan en la troposfera sufren refracción y dispersión, debidos a las variaciones del índice de refracción, que a su vez obedecen a variaciones tanto espaciales como temporales de la temperatura, presión y contenido de vapor de agua. El índice de refracción por definición es la raíz cuadrada de la constante dieléctrica pero se puede calcular mediante: = 1+
ℎ
∗ 106
Donde: n : índice de refracción, h: altura sobre la superficie terrestre (metros) r = 6.37 106 m radio medio de la tierra.
Propagación de ondas en la troposfera La troposfera puede considerarse como un medio de características eléctricas constantes con distancia y variable con la altura; se trata de un medio dieléctrico formado por estratos o capas.
Se analiza la propagación troposférica debido a que cuando en una transmisión se sobrepasa una frecuencia de 150 MHz, ejemplo en modulaciones VHF, UHF y superiores, los modos de propagación por superficie e ionosfera ya no son útiles.
Las antenas que se deben utilizar para estas transmisiones deben tener alturas mucho mayores con respecto a la longitud de onda, es decir se debe cumplir que h>> trayectorias de onda.
Propagación de ondas en la troposfera •
Aplicando la ley de Snell para la refracción en las interfaces dieléctricas, se obtiene la relación: n.sen = cte
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Puesto que el seno de un ángulo es igual al coseno de su complementario, la ecuación anterior puede ponerse como: n.Sen = n.cos = cte
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Siendo el ángulo formado por la interfaz y la trayectoria del rayo en la capa analizada. Derivando la última expresión obtenida con respecto a la distancia queda: ∅ ∅ ∅ =0
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Y sabiendo que: =
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ℎ
;
∅
=
∅
Se obtiene: 1
=
∅
ℎ
Por tanto, un haz radioeléctrico que atraviese una porción no ionizada de la atmósfera experimenta una curvatura debida a las variaciones del índice de refracción.
Radioenlaces horizontales Para el caso de radioenlaces horizontales, en los que se cumple que el ángulo ∅ tiende a cero y por tanto su coseno a la unidad, como el índice de refracción de la atmósfera es aproximadamente igual a uno, el radio de curvatura del rayo se puede expresar como: 1
=
ℎ Introduciendo el coindice de refracción, la expresión anterior se puede escribir como: 1
=
ℎ
∗ 106
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Radioenlaces horizontales En condiciones de atmósfera estándar la variación del coindice de refracción con la altura es de aproximadamente 40−, resultando el valor del radio de curvatura en este caso de 25641 km. En caso de suponer la atmósfera homogénea, por lo que el radio de curvatura es infinito, la trayectoria de los rayos puede asumirse recta. De igual forma, si la variación del coindice de refracción con la altura es igual a -157, el radio de curvatura de los rayos es igual al de la tierra, de valor 6370 km. En general: si la variación del coindice de refracción es positiva (aumenta con la altura) la trayectoria de los rayos es cóncava, mientras que la trayectoria será convexa si la variación del
Atmósfera estándar
Atmósfera infra refractiva
Tipos de atmósfera
Atmósfera supe refractiva
Atmósfera supe estándar
Atmósfera conductiva
Atmósfera estándar . También llamada atmósfera de referencia, es aquella en la que la variación del coíndice de refracción con la altura es aproximadamente de -40 km -1, lo que da lugar a un factor K de valor 4/3. Atmósfera infra refractiva. Es aquella para la cual el valor de la variación del índice de refracción con la altura es mayor que para la atmósfera estándar, siendo por tanto el valor de K menor de 4/3. Atmósfera supe refractiva. Esta es la atmósfera para la cual la variación con la altura del índice de refracción es menor que para la atmósfera estándar, lo que hace que el valor de K sea mayor de 4/3. Atmósfera supe estándar . Este es el caso de atmósfera para la cual el valor del factor K es infinito. Atmósfera conductiva. Este tipo de atmósfera presenta valores de K negativos. Sus propiedades facilitan el que pueda producirse el fenómeno anómalo de propagación denominado conducto, cuyo estudio se realiza en el siguiente capítulo.
Conductos troposféricos Al fenómeno que da lugar a la propagación de las ondas de radio confinadas dentro de un margen de altura se le llama conducto troposférico. Aunque no se trata de un mecanismo estable como para poder establecer sistemas basados en ella, la propagación por conductos constituye una fuente de interferencias más allá del horizonte radioeléctrico de la antena y de desvanecimientos en radioenlaces con visión directa.
Capa de aire caliente Capa de aire fresco
Transmisor
Receptor Tierra
Para la formación de un conducto es condición necesaria que : ℎ
< 157 −
Ó, de manera equivalente ℎ
<0
Además, el espesor del conducto debe ser suficiente para cumplir las condiciones del guiado, en términos de la longitud de onda de la señal radiada. Los espesores de los conductos pueden variar desde valores en torno a 1 metro hasta centenares de metros.
Conductos superficiales
Conductos elevados
Clasificación de los conductos
Conductos de evaporación de agua Conductos de advección Conductos por inversión de temperatura Otros mecanismos de formación de conductos
Conductos superficiales: son aquellos que se producen en la atmósfera sobre la superficie de la tierra. Conductos elevados: son los que se producen a una determinada altura sobre la superficie de la tierra, pudiendo llegar éstas hasta los 1700 m. •
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Por su formación, los conductos se clasifican en:
Conductos de evaporación de agua: son conductos superficiales estrechos que existen sobre cualquier superficie de agua de extensión suficiente, en particular sobre el mar, durante un elevado porcentaje de tiempo. Los conductos tienden a ser más altos cuanto más al ecuador se encuentre el mar. •
Conductos por inversión de temperatura: El enfriamiento de la tierra después de la puesta del sol, combinado con la presencia de vientos flojos que puedan mezclar el aire cálido próximo a la tierra con otro más elevado y frío da lugar al fenómeno de inversión de temperatura. La vida de estos conductos es corta. Suelen ser eminentemente nocturnos. •
Reflexión en las capas de la troposfera Las discontinuidades abruptas en el índice de refracción de la atmósfera da lugar a fenómenos de reflexión parcial de la onda electromagnética.
El modelo mas sencillo para el análisis de la reflexión en la troposfera está basado en los coeficientes de
La presencia de capas reflectoras en la atmósfera da lugar a la existencia de multitrayectos en los radioenlaces.
