15.7 Propagación por línea de vista

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Capítulo 15 • Propagación de ondas de radio
Figura 15.23 Zona de silencio
diodifusores son la excepción, ya que suelen utilizar niveles de potencia muy grandes (en
el intervalo de los megawatts) en un intento por vencer a la competencia. Los radioaficionados lograron la comunicación mundial con niveles de potencia muy bajos, a veces
abajo de un 1 W.
Por otro lado, la comunicación de HF vía la ionosfera es ruidosa e incierta. También
es proclive al desplazamiento de fase y al desvanecimiento selectivo en frecuencia. Por
ejemplo, el desplazamiento de fase y la atenuación de señal podrían ser diferentes para
las bandas laterales superior e inferior de la misma señal. Esto imposibilita la transmisión
de música de alta fidelidad y restringe la transmisión de datos a tasas muy bajas, por lo
común abajo de 100 bits por segundo. Hay poca duda de que la propagación ionosférica
se siga utilizando, pero está siendo desplazada en muchas aplicaciones por otras tecnologías, por ejemplo, los satélites de comunicación y los cables de fibra óptica. Todavía se
utiliza hasta cierto límite para la telefonía y tiene un uso bastante amplio en las comunicaciones de barcos y aviones, servicios de noticias internacionales, enlaces de comunicación militares, comunicación con asentamientos distantes (en el norte lejano, por ejemplo)
y radioaficionados. Además, por supuesto, existe la radiodifusión de onda corta, que interesa sobre todo a aficionados de Norteamérica pero es una fuente importante de programación de información en gran parte del mundo.
PREGUNTA DE REPASO
DE LA SECCIÓN 15.6
¿Por qué la propagación de radio HF en largas distancia es mejor durante picos en el ciclo de
las manchas solares?
15.7 Propagación por línea de vista
Las señales en el intervalo de VHF y frecuencias superiores por lo general no son devueltas a la Tierra por la ionosfera, aunque durante los picos de actividad solar, las frecuencias en el intervalo bajo de VHF (incluso tan altas como el canal 2 de televisión (54 a
60 MHZ)) se propagan de esa manera. En la mayor parte de la comunicación terrestre
a estas frecuencias se utiliza radiación directa de la antena transmisora a la receptora. Podría haber reflexión desdfc la Tierra, pero es más probable que cause problemas a que
incremente la intensidad de la señal. A este tipo de propagación se le conoce como de
onda espacial (space-wave), por línea de vista (line-of-sight) o troposférica (debido a
que la capa más baja de la atmósfera se conoce como troposfera). La propagación por
línea de vista también es la base para la comunicación por satélite, que se analizará
con detalle en el capítulo 20.
Sección 15.7 « Propagación por línea de vista
La distancia de comunicación práctica para la propagación terrestre por línea de vista está limitada por la curvatura de la Tierra. A pesar del título de esta sección, la distancia máxima en realidad es mayor de lo que el ojo puede ver debido a que la refracción en
la atmósfera tiende a curvar ligeramente hacia la Tierra las ondas de radio. La constante
dieléctrica del aire por lo general disminuye al incrementarse la altura, debido a la reducción de presión, temperatura y humedad con el increrftento de la distancia desde la
Tierra. El efecto varía con las condiciones climáticas, pero en general posibilita las radiocomunicaciones en una distancia aproximadamente un tercio mayor que la visibilidad por línea de vista.
Así como una persona puede ver más desde un lugar alto, la altura arriba del terreno promedio de las antenas transmisora y receptora es muy importante para calcular la
distancia máxima para las radiocomunicaciones por línea de vista. Observe las diferencias entre la propagación por línea de vista y otros tipos de propagación estudiados hasta
el momento. Las antenas para la propagación de ondas superficiales por lo común son
arreglos polarizados verticalmente con un extremo fen el suelo. Para la propagación ionosféricas (sky-wave), la altura de la antena es importante sólo en la medida en que las
reflexiones desde la tierra pudieran cambiar el patrón de radiación de la antena. Sin embargo, con la propagación por línea de vista, es importante la altura con respecto al suelo, y mientras mayor sea la altura mejor. En la figura 15.24 se muestra la ventaja de una
mayor altura de la antena.
Figura 15.24
Propagación por línea de vista (se exagera mucho la altura de las antenas)
Un valor aproximado para la distancia máxima entre transmisor y receptor, sobre un
terreno razonablemente plano, está dado por la siguiente ecuación:
donde
d — distancia máxima en kilómetros
hT = altura de la antena transmisora en metros.
hR = altura de la antena receptora en metros
EJEMPLO 15.3 Una compañía de taxis utiliza un despachador central, con una
antena en la parte superior cié una torre de 15 m, para comunicarse con los taxis. Las
antenas de los taxis están sobre sus techos, más o menos a 1.5 m del suelo. Calcule la
distancia de comunicación máxima:
(a) entre el despachador y tm taxi
(b) entre dos taxis
Solución
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Capítulo 15 • Propagación de ondas de radio
A veces el alcance de línea de vista se amplía por la difracción, en particular si en el
camino hay un obstáculo relativamente afilado, como el pico de una montaña. Sin embargo, la difracción reduce mucho la intensidad de la señal requiriendo transmisores más
potentes y receptores más sensibles de los que se requieren para las comunicaciones por
línea de vista.
La atenuación del espacio libre, como se expresa mediante la ecuación (15.22), es
por lo general el factor más importante para determinar la potencia de la señal en el receptor. No obstante, otros factores surgen debido a que la propagación toma lugar cerca
de la Tierra y porque el medio real es aire.
Aunque en la propagación por línea de vista se utiliza una trayectoria directa del
transmisor al receptor, el receptor capta también señales reflejadas o difractadas. Por ejemplo, la señal puede reflejarse desde la Tierra, como se describió en la sección 15.5. Si el
suelo es desigual, la señal reflejada se dispersa y su intensidad es baja en alguna dirección. Si, por otro lado, la superficie reflectora es relativamente uniforme, un cuerpo de
agua, por ejemplo, la señal reflejada en el receptor puede tener una intensidad comparable con la de la onda incidente y se interfieren entre sí las dos señales. Si la interferencia
es constructiva o destructiva depende de la relación de fase entre las señales; si están en
fase, se incrementará la intensidad de la señal resultante, pero si están fuera de fase 180°,
habrá cancelación parcial. Cuando la superficie es muy reflectante, la reducción en la intensidad de la señal es de 20 dB o más. A este efecto se le conoce como desvanecimiento
(fading). La relación de fase exacta depende de la diferencia, expresada en longitudes de
onda, entre las longitudes de las trayectorias de transmisión de las señales directa y reflejada. Además, hay un cambio de fase de 180° en el punto de reflexión.
En una situación práctica donde las ubicaciones del transmisor y el receptor están
fijas, el efecto de las reflexiones se reduce inspeccionando cuidadosamente la ruta propuesta y ajustando las alturas de las antenas de transmisión y recepción para que cualquier
reflexión tenga lugar en áreas boscosas o terreno desigual; la reflexión será entonces difusa y débil. Si la mayor parte de la trayectoria está sobre una superficie reflectante como
un desierto o agua, el desvanecimiento se reduce mediante diversidad de frecuencia o diversidad espacial. En el primer método, hay más de una frecuencia disponible para su
empleo; la diferencia, en longitudes de onda, entre las longitudes de las trayectoria directa y reflejada es diferente para las dos frecuencias. Para la diversidad espacial, dos
antenas están montadas una sobre otra en la misma torre, así que la diferencia entre las
longitudes de las trayectoria directa y reflejada es diferente para las dos antenas.
La difracción por obstáculos en la trayectoria también es un problema para los radioenlaces por línea de vista. Ya se describieron los efectos benéficos de la difracción en
cuanto a permitir la recepción en el lado opuesto de una obstrucción. La difracción también causa problemas cuando la onda directa y la onda difractada tienen fase opuesta y
tienden a cancelarse, como se ilustra en la figura 15.25.
La solución del problema de interferencia debido a la difracción es arreglar las señales directa y refractada para que estén en fase. De nuevo, esto requiere una revisión
detallada de la ruta propuesta y el ajuste de las alturas de las antenas transmisora y receptora para lograr este resultado.
Sección 15.7 • Propagación por línea de vista
Figure 15.85 Desvanecimiento debido a la difracción
Los problemas también ocurren cuando la señal se refleja desde objetos grandes como colmas o edificios, como se ilustra en la figura 15.26. No sólo podría haber cancelación de fase, sino también diferencias de tiempo importantes entre las ondas directa y
reflejada. Éstas causan un tipo de distorsión llamada (sin que esto cause sorpresa alguna)
distorsión por multitrayectoria (multipath distortion) en la recepción de radio de FM.
Los "fantasmas" que aparecen en la recepción de televisión tienen la misma causa. Las
antenas receptoras direccionales puestas en la dirección de la señal directa reducen el
problema de las reflexiones para receptores fijos, aunque no son muy prácticas en los vehículos. En el caso de la radio móvil, la longitud de trayectoria cambia de forma constante, así que la potencia transmitida debe ser suficiente para lograr una intensidad de
señal utilizable en el receptor, incluso con cancelación debido a las reflexiones. La diversidad espacial, con dos o más antenas montadas en un vehículo, se usa de manera ocasional para reducir la distorsión multitrayectoria en la recepción de radio móvil.
La atmósfera absorbe también parte de la señal. A frecuencias abajo de 20 GHZ, esta absorción es bastante pequeña comparada con la atenuación de ley cuadrática de espacio libre.
Figure 15.B6 Recepción por multitrayectoria
¿Por qué es importante la altura de la antena para la propagación por línea de vista?
PREGUNTA DE REPASO
DE LA SECCIÓN 15.7