Revista gene nueva

COAXIAL magazine El espacio como medio de transmisión

Características de propagación de acuerdo a la banda utilizada

Aspectos importantes, ecuaciones y cuadro comparativo tierra plana y tierra curva.

Distancia de visibilidad radioeléctrica suma de las distancias de horizonte Elaborada por:

Génesis Alexandra Velazquez

1° edición Universidad Fermín Toro Cabudare edo-Lara

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El espacio como medio de transmisión Existen diferentes formas en que las ondas pueden propagarse en el espacio. Aunque las ondas electromagnéticas viajan en línea recta, su trayectoria rectilínea puede ser alterada por la tierra y la atmósfera. Existen tres formas de propagación de las ondas electromagnéticas en el espacio: ondas de tierra, ondas de espacio y ondas de cielo.

Ondas de cielo son ondas dirigidas sobre el nivel del horizonte. Generalmente se radian con ángulos grandes respecto a la tierra, reflejándose o refractándose en la ionosfera. La ionosfera es la región del espacio localizada aproximadamente entre los 50 y 400 km sobre la superficie terrestre y constituye la porción superior de la atmósfera.

Ondas de Tierras son ondas electromagnéticas que viajan a lo largo de la superficie de la tierra. Deben tener polarización vertical, ya que la tierra es un medio conductor, que desvanece la componente tangencia del campo. Producen flujos de corrientes muy similares a las producidas en las líneas de transmisión.

Características de propagación de acuerdo a la banda utilizada

Las ondas de tierra se usan normalmente para comunicación barco a barco o barco a costa, para radio de navegación y para comunicación marítimas móviles.

Ondas espaciales Las ondas espaciales concentran la energía radiada a pocos kilómetros de la superficie terrestre.

Tipos Onda directa (LDV): viajan en línea recta de la antena transmisora a la receptora. ∙ Onda reflejada generalmente degradan el rendimiento del sistema pues difiere en fase de la onda directa (debido a la diferencia de trayectoria).

Ya que debe haber visibilidad entre el transmisor y receptor, la propagación por ondas espaciales están limitadas por la curvatura de la tierra. Sin embargo, la comunicación se puede lograr usando ondas espaciales sin tener línea de vista directa, por medio de los fenómenos de difracción o dispersión.

Descripción de las bandas de frecuencia: ELF, VLF, LF y MF: 0-3 MHz ∙ Las ondas siguen la curvatura de la tierra. ∙ Poseen baja capacidad de información. ∙ La atenuación depende la conductividad del medio. ∙ Antenas grandes y en contacto con la superficie terrestre. ∙ Independencia de condiciones climatológicas. ∙ Reflexión nocturna en la ionosfera (para MF), lo que permite alcanzar grandes distancias.

HF: 3-30 MHz ∙ Propagación por onda superficial altamente atenuada. ∙ Propagación por reflexión en la ionosfera.

VHF, UHF, SHF y EHF: 30-300GHz ∙ Las ondas no son reflejadas por la ionosfera. ∙ La propagación superficial es despreciable. ∙ Las ondas se refractan en la troposfera.

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El espacio como medio de transmisión

Ondas de cielo son ondas dirigidas sobre el nivel Existen diferentes formas en que las ondas pueden propagarse en el espacio. Aunque las ondas del horizonte. Generalmente se radian con ángulos electromagnéticas viajan en línea recta, su trayectoria grandes respecto a la tierra, reflejándose o rectilínea puede ser alterada por la tierra y la refractándose en la ionosfera. La ionosfera es la región atmósfera. Existen tres formas de propagación de las del espacio localizada aproximadamente entre los 50 y ondas electromagnéticas en el espacio: ondas de 400 km sobre la superficie terrestre y constituye la porción superior de la atmósfera. tierra, ondas de espacio y ondas de cielo.

Ondas de Tierras son ondas electromagnéticas que viajan a lo largo de la superficie de la tierra. Deben tener polarización vertical, ya que la tierra es un medio conductor, que desvanece la componente tangencia del campo. Producen flujos de corrientes muy similares a las producidas en las líneas de transmisión.

Características de propagación de acuerdo a la banda utilizada

Las ondas de tierra se usan normalmente para comunicación barco a barco o barco a costa, para radio de navegación y para comunicación marítimas móviles.

Ondas espaciales Las ondas espaciales concentran la energía radiada a pocos kilómetros de la superficie terrestre.

Tipos Onda directa (LDV): viajan en línea recta de la antena transmisora a la receptora. ∙ Onda reflejada generalmente degradan el rendimiento del sistema pues difiere en fase de la onda directa (debido a la diferencia de trayectoria).

Ya que debe haber visibilidad entre el transmisor y receptor, la propagación por ondas espaciales están limitadas por la curvatura de la tierra. Sin embargo, la comunicación se puede lograr usando ondas espaciales sin tener línea de vista directa, por medio de los fenómenos de difracción o dispersión.

El espacio como medio de transmisión

Ondas electromagnéticas Las características de la atmósfera permiten la comunicación por diferentes sistemas, que clasificamos de acuerdo a sus características de propagación.

Los diferentes modos de transmisión de ondas electromagnéticas en la atmósfera terrestre son: 1. Propagación en el espacio libre.

2. Propagación por trayectorias curvas debido a la refracción en la atmósfera.

3. Propagación sobre el horizonte por difracción en la tierra.

4. Propagación sobre el horizonte por reflexión ionosférica.

5. Propagación sobre el horizonte usando las irregularidades de la troposfera.

Ionosfera Región superior de la atmósfera ∙ Sus características varían con la hora, día, estación y año. ∙ Su altura oscila entre los 50 y los 400 km. ∙ Es permeable para frecuencias mayores a 30 MHz. ∙ Absorbe grandes cantidades de energía solar, lo que ioniza las moléculas de aire, creando electrones libres que forman estratos de índice de refracción variable. ∙ A frecuencias superiores a cierto valor crítico, las ondas atraviesan la ionosfera. ∙ Para cada frecuencia crítica, existe un ángulo crítico (respecto a la normal) por encima del cual la energía para la ionosfera. ∙ La ionización depende de la radiación solar. ∙ Está estratificada y dividida en las siguientes capas: Capa D: Capa más baja (50 < h < 100 km). Hay poca ionización. Desaparece de noche. Tiene poco efecto en la desviación de las ondas, pero absorbe mucha energía.

Capa E: (100 < h < 140 km). Contribuye a la propagación en MF y HF. Desaparece de noche y es muy aleatoria de día.

Capa F: Compuesta de F1 y F2. (140 < h < 350 km).

Descripción de las bandas de frecuencia: ELF, VLF, LF y MF: 0-3 MHz · Las ondas siguen la curvatura de la tierra. · Poseen baja capacidad de información. · La atenuación depende la conductividad del medio. · Antenas grandes y en contacto con la superficie terrestre. · Independencia de condiciones climatológicas. · Reflexión nocturna en la ionosfera (para MF), lo que permite alcanzar grandes distancias.

HF: 3-30 MHz · Propagación por onda superficial altamente atenuada. · Propagación por reflexión en la ionosfera.

VHF, UHF, SHF y EHF: 30-300GHz · Las ondas no son reflejadas por la ionosfera. · La propagación superficial es despreciable. · Las ondas se refractan en la troposfera.

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El espacio como medio de transmisión Ionosfera: Región superior de la atmósfera ∙ Sus características varían con la hora, día, estación y año. ∙ Su altura oscila entre los 50 y los 400 km. ∙ Es permeable para frecuencias mayores a 30 MHz. ∙ Absorbe grandes cantidades de energía solar, lo que ioniza las moléculas de aire, creando electrones libres que forman estratos de índice de refracción variable. ∙ A frecuencias superiores a cierto valor crítico, las ondas atraviesan la ionosfera. ∙ Para cada frecuencia crítica, existe un ángulo crítico (respecto a la normal) por encima del cual la energía para la ionosfera. ∙ La ionización depende de la radiación solar. ∙ Está estratificada y dividida en las siguientes capas: Capa D: Capa más baja (50 < h < 100 km). Hay poca ionización. Desaparece de noche. Tiene poco efecto en la desviación de las ondas, pero absorbe mucha energía.

Capa E: (100 < h < 140 km). Contribuye a la propagación en MF y HF. Desaparece de noche y es muy aleatoria de día.

Capa F: Compuesta de F1 y F2. (140 < h < 350 km).

Aspectos importantes, ecuaciones y cuadro comparativo tierra plana y tierra curva.

Pérdida básica de propagación en el modelo de tierra plana:

∙ Se aplica para frecuencias inferiores a unos 150MHz. ∙ Se aplica para alturas de antenas reducidas y polarización vertical, hay que tener en cuenta, además de los rayos directos y reflejados, el efecto de la onda de superficie. ∙ El efecto de onda de superficie es dominante para frecuencias inferiores a 10MHz, polarización vertical (antena transmisora monopolo) y terreno buen conductor. ∙ En la mayoría de los casos prácticos, la altura de las antenas transmisora y receptora es mucho menor que la distancia entre ella y es válido asumir que RD RR y, además, el ángulo de reflexión es muy pequeño, con lo que también es válido suponer que la ganancia directiva de la antena transmisora es la misma en la dirección del rayo directo que en la dirección del rayo reflejado. ∙ La intensidad total del campo eléctrico en el receptor es la suma de las dos componentes: la debida al rayo directo y la debida al rayo reflejado

MODELO TIERRA PLANA PAT: potencia de entrada a la antena transmisora.

G1: Ganancia directiva en la dirección del rayo directo (RD). p: coeficiente de reflexión. ∙ El ángulo de incidencia es:

· Se supone una propagación en el Espacio Libre, pero en situaciones Reales, es afectada por el Factor de Atenuación de Campo “Fe” · Basta con conocer la directividad de los Monopolos Cortos, esto depende de la longitud de los mismos. · Fe se calcula con “p= distancia numérica”:

∙ La diferencia de trayectos se aproxima para:

∙ La diferencia de fases en ambos trayectos es:

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El espacio como medio de transmisión ∙ La validez de este modelo se extiende hasta la distancia en la que la difracción asociada a la curvatura de la Tierra cobra importancia

∙ Los coeficientes de reflexión dependen del tipo de suelo, del ángulo de incidencia y de la polarización de la onda. Cuando la distancia entre las antenas es muy grande comparada con la altura de las mismas (situación habitual) el ángulo de incidencia

tiende

a 0º. En ese caso los coeficientes de reflexión para ambas polarizaciones tiende a –1, que es el valor usual en tierra plana.

MODELO TIERRA CURVA

∙ Esto suele corresponder a longitudes de ondas del orden de la distancia de visibilidad radioeléctrica o mayor. ∙ Se considera una trayectoria rectilínea y una tierra ficticia de radio KRo. ∙ Se supone una Tierra lisa, como sucede en propagación sobre mar, grandes lagos o llanuras con terreno muy poco ondulado. ∙ ¿Cuándo deja de ser válido el modelo de tierra plana?: Si las protuberancias debidas a la curvatura terrestre son superiores a unos 5 m, el modelo de Tierra plana deja de ser válido, pasando a regir el modelo de Tierra curva.

Gráficamente

Donde: x: distancia del transmisor a un punto, (km) c(x): altura del terreno sobre el nivel del mar, (m) f(x): protuberancia de la tierra o flecha (m) z(x): altura del terreno sobre la base (m),

K es el Factor de modificación del radio terrestre Ro=Radio de la tierra 6370km yr(x): altura del rayo sobre la base (m) h(x): Altura del rayo directo sobre el terreno, en metros

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El espacio como medio de transmisión · Distancia de visibilidad radioeléctrica suma de las distancias de horizonte Para ello 1. Se calculan unas ht' y hr' Y calculamos el desfase 2. Se comprueba que la tierra no obstaculice el enlace 3. Se actualiza el coeficiente de reflexión R ∙ Con la divergencia ∙ Con la rugosidad del terreno 4. Se calculan las pérdidas ∙ Modelo de Reflexión, sobre tierra curva

Ejemplo:

Si asociamos T y 1 al de mayor altura

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El espacio como medio de transmisión Donde h (m), d (Km) Una vez calculadas Donde

Y es la desviación típica de las ondulaciones del terreno: Con todo esto es posible formular: Y el ángulo de incidencia en mili radianes

El límite sobre el cual se puede aplicar óptica geométrica: La pérdida básica de propagación

La diferencia de recorridos:

La diferencia de fases

La reflexión sobre superficie esférica convexa produce divergencia que se traduce en reducción aparente del coeficiente de reflexión,

Se puede además corregir el coeficiente de Reflexión introduciendo una atenuación (en el RR) debida a la rugosidad del terreno

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El espacio como medio de transmisi贸n Cuadro comparativo