PropagacióN De Las Ondas De Radio

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PropagacióN De Las Ondas De Radio

  1. 1. Propagación de las Ondas de Radio Las ondas de radio enviadas por la antena de un transmisor, estas viajan propagándose por el espacio y finalmente alcanza otra antena. El nivel de energía de la señal descrece muy rápido con la distancia desde la antena transmisora. La onda electromagnética también se ve afectada por objetos que encuentran en su camino, como árboles edificios y otras estructuras grandes. Además, la trayectoria que toma una señal electromagnética hasta una antena receptora depende de factores como la frecuencia de la señal, las condiciones atmosféricas y la hora del día. Todos estos factores pueden considerarse para predecir la propagación de las ondas de radio desde el transmisor hasta el receptor. Características ópticas de las ondas de radio Las ondas electromagnéticas se comportan como las ondas de luz. Estas se reflejan, refractan, difractan y enfocan a través de otros objetos. Reflexión Todos los objetos metálicos, reflejan las ondas de radio. Cualquier objeto metálico en una trayectoria de transmisión, por ejemplo, un edificio de departamento, torres de agua, automóviles, aviones y aun líneas de energías eléctricas, causan algunas reflexiones. La reflexión también la producen otras superficies parcialmente conductoras como la tierra y cuerpos de agua. La reflexión de ondas de radio sigue los principios de la reflexión de onda de luz, manteniéndose que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, ver la figura 14-37. 1
  2. 2. Un conductor perfecto causaría una reflexión total; toda la energía de la onda que golpea la superficie sería reflejada. Dado que en el mundo real no hay conductores perfectos, la reflexión nunca es completa, no obstante si la superficie reflectora es un buen conductor, como el cobre o aluminio, y es lo bastante grande, la mayor parte de la onda se reflejara. Los conductores más deficientes solo absorben parte de la energía de la onda. En algunos casos la onda penetra la superficie reflejante por completo. El proceso de reflexión invierte la polaridad de la onda. Esto equivale a un desplazamiento de fase de 180º. Reflexión Este fenómeno representa el doblez de una onda debido a la composición física del medio a través del cual pasa la onda. La velocidad de la onda de radio, al igual que la velocidad de la luz es de 300,000,000 m/seg en el espacio libre, esto es, en el vacío o en el aire. Cuando la luz pasa a través de otro medio, como agua o vidrio, se retrasa. El retraso al entrar o salir la luz en un medio diferente provoca que la onda de la luz se doblen. Lo mismo ocurre a las ondas de radio, a medida que una onda de radio viaja a través del espacio libre, se encuentra con aire de diferentes densidades, la densidad depende del grado de ionización (causado por la ganancia o perdida global de electrones). Este cambio de la densidad del aire causa que la onda se doble. El grado de doblez depende del índice de refracción de un medio (n), el cual se obtiene al dividir la velocidad de la onda de la luz (o de radio) en el vacío y la velocidad de una onda de luz (o de radio) en el medio que causa la curva, entre la onda de radio. Como la velocidad de una onda en el vacío es casi la misma que la velocidad de la onda en el aire, el índice de refracción para el aire es muy cercano a 1. El índice de 2
  3. 3. refracción para cualquier otro medio será mayor que 1, determinando su magnitud en función de la reducción de la velocidad de la onda. En la figura 14-38 muestra como una onda se retracta. La onda incidente de un transmisor viaja a través del aire, donde encuentra una región de aire ionizado que causa que la velocidad de propagación se reduzca. Dicha onda tiene un ángulo de θ 1 a una perpendicular en la línea de frontera entre el aire y el aire ionizado. La onda refractada curvada pasa a través del aire ionizado; sin embargo, ahora toma una dirección, la cual tiene un ángulo θ 2 con respecto a la perpendicular. La relación entre los ángulos y los índices de refracción esta dada por una formula llamada ley de Snell: N1 Sen θ 1 = N2 Sen θ 2 donde N1 = índice de refracción del medio inicial N2 = índice de refracción del medio al cual pasa la onda θ 1 = ángulo del incidencia θ 2 = ángulo de refracción Es importante señalar que también abra alguna reflexión de la frontera entre los dos medios, ya que la ionización ocasiona que el aire sea un conductor parcial. Esta reflexión no es total; buena parte de la energía pasa dentro de la región ionizada. 3
  4. 4. Difracción Las ondas de radios viajan en línea recta. Cuando aparece un obstáculo entre un transmisor y un receptor, parte de la señal se bloquea produciéndose una zona de sombra como podemos ver en la figura 14-39-a. Un receptor en la zona de sombra no llega a recibir una señal completa. La parte de la señal completa. La pare de la señal que pasa debido a fenómeno de sombra se llama difracción, y siendo el doblez de las ondas alrededor de un objeto. Cuando las ondas encuentran un obstáculo, lo rodean, por arriba de él y en cada lado. Al pasar el objeto el frente de onda, las fuentes puntuales de ondas en la orilla del obstáculo desarrollan ondas esféricas adicionales que penetran y llenan la zona de sombra. Este fenómeno, llamado a veces difracción en borde, la cual podemos verlo en la figura 14-39-b. Propagación de Ondas de Radio a través del Espacio Las ondas de radio tiene tres trayectorias básicas que son efectuadas a través del espacio: onda de tierra, onda de cielo y onda de espacio. La onda de tierra también se llama onda de superficie dejan una antena y permanecen cerca de la tierra como se puede ver en la figura 14-40. La onda de tierra sigue la curvatura de la tierra y pueden, por lo tanto viaja a distancia más allá del horizonte. Las ondas de la tierra deben tener polarización vertical para propagarse desde la tierra. Cuando las ondas son polarizadas horizontalmente estas son absorbidas o ponen en corto por la tierra. 4
  5. 5. La propagación de las ondas de tierra es más fuerte en los intervalos de frecuencias bajas y medias. Las ondas de tierra son la trayectoria principal de la señal en el intervalo de 30KHz a 3MHz. Las señales llegan a propagarse por cientos y algunas veces miles de kilómetros en estas frecuencias bajas. Por ejemplo las señales de radiodifusión de AM se propagan principalmente por ondas de tierra durante el día y por ondas de cielo en la noche. Onda de Cielo Las señales de onda de cielo son radiadas por la antena o la atmósfera superior, donde se reflejan de regreso a la tierra. Este doblez o reflexión de señal lo produce la refracción en una región de la atmósfera superior llamada Ionización. Esto lo podemos ver en la figura 14-4-1. La ionización se produce en la atmósfera por medio de la radiación de los rayos ultravioletas del sol. Cuando la atmósfera se ioniza se carga de señales eléctricas. En este caso los átomos toman o liberan electrones, convirtiéndose en iones positivos o negativos. También ahí existe la presencia de electrones libres. La ionosfera en su punto más bajo se encuentra a 50km sobre la tierra y se extiende hasta unos 400km de la tierra. La ionosfera se considera dividida en tres capas: capa D, capa E y capa F. La capa F se divide en capa F1 y F2. Las capas D y E son las mas alejadas del sol y están ligeramente ionizadas. 5
  6. 6. Las capas F1 y F2 son las más cercanas al sol y están altamente cargadas, creando mayor efecto positivo a las señales de radio. Las capas F existen en la noche y en el día. El efecto principal de las capas F es causar refracción de las señales de radio cuando éstas cruzan las fronteras entre capas de la ionosfera con diferentes niveles de ionización hacen que la onda de radio se doble en forma gradual. La dirección del doblez depende del ángulo al cual entra la onda de radio en la ionosfera y de los diferentes grados de ionización de las capas, como lo determina a ley de Snell. Las VHF y UHF, y las de microondas pasan por la ionosfera y no se refractan a menos que existan manchas solares u otro fenómeno electromagnético. Ondas de Espacio El tercer método de propagación de las señales de radio es por ondas directas u ondas del espacio. Las ondas directas viajan en línea recta de la antena de transmisión de la antena de recepción. La comunicación por ondas de radio directas se denomina comunicaciones por línea de vista. Las ondas directas o de espacio no se refractan, ni siquiera la curvatura de la tierra. Debido a su naturaleza de línea recta, viajan en forma horizontal desde la antena transmisora hasta que alcanza el horizonte, donde son bloqueadas, como podemos ver en la figura 14-42. La distancia de transmisión práctica con ondas directas es una función de la altura de las antenas transmisoras y la antena receptora. 6
  7. 7. La formula es: d= 2ht Donde ht = altura de la antena transmisión en (pies). d = distancia del transmisor al horizonte en (millas). La distancia de transmisión se calcula: D= 2ht + 2hr Donde hR = altura de la antena receptora en (pies) Ejemplo: Si una antena transmisora está en 350 pies de alto y la antena receptora a 25 pies la distancia práctica más larga de transmisión es: D= 2( 350 ) + 2( 25) = 700 + 50 = D = 26.46 + 7.07 = 33.53 millas Las comunicaciones por líneas de vista son características para las transmisiones en VHF, UHF, microondas y las señales de radio con una frecuencia arriba de los 30MHz. Una estación repetidora podemos verla en la figura 14-43 y consiste en combinar el receptor y un transmisor que opera en frecuencia separadas. El receptor capta una señal de un transmisor remoto, la amplifica y las retransmite (en otra frecuencia) a un receptor remoto. 7
  8. 8. Por lo común la repetidora se ubica entre las estaciones transmisoras y receptora y; por lo tanto incrementa la distancia de comunicaciones. Las repetidoras tienen receptores de sensibilidad muy alta y transmisores de alta potencia, y sus antenas están colocadas en puntos muy altos. Las repetidoras se usan mucho para incrementar el alcance de las comunicaciones para unidades móviles y portátiles de radio, para las cuales las antenas no están por naturaleza, muy altas sobre la tierra. El alcance limitado de transmisión y recepción de dichas transmisiones pueden de las unidades puede ampliarse en forma considerable operándolas a través de una repetidora localizada en algún punto alto. Las repetidoras se usan en sentido como podemos ver en la figura 14-44 donde cada repetidora tiene un transmisor y un receptor. La señal original se capta, amplifica y retransmite en una frecuencia diferente al segundo repetidor, el cual repite el proceso. La distancia entre repetidoras por lo general está comprendida entre 32 a casi 96km aparte, principalmente en sitios elevados para asegurarse de comunicaciones confiable a distancia muy grandes. Muchas compañías telefónicas emplean las estaciones relevadoras de microondas para sus comunicaciones de larga distancia. El último de los repetidores es, por su puesto un satélite de comunicación. La mayor parte de los satélites se colocan en una orbita geoestacionaria a 36,200km sobre el ecuador. Como a esa distancia toma exactamente 24 horas en dar una vuelta alrededor de la tierra, las satélites de comunicaciones aparentan estar estacionarias. Operan como estaciones repetidoras fijas. Las señales enviadas a un satélite se amplifican y retransmiten de regreso a la tierra a grandes distancias. 8
  9. 9. La combinación receptor-transmisor dentro del satélite se denomina transpondedor. La mayoría de los satélites tienen muchos transpondedores, por lo cual es posible retransmitir múltiples señales, logrando comunicaciones de alcance mundial en frecuencias de microondas. 9

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