Propagación de ondas de radio

Ingeniería de Telecomunicación
Propagación de Ondas
Propagación de ondas de radio
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J. Alpuente
Hasta ahora se ha considerado la propagación de las ondas radioeléctricas
asumiendo condiciones de espacio libre. Denotaremos esta situación llamando E0
y P0 al campo eléctrico y la potencia recibidos en dicha condición de espacio
libre, respectivamente. Sin embargo, en condiciones distintas a las de espacio
libre, el campo eléctrico o la potencia recibidos tendrán valores diferentes,
generalmente menores, a los que llamaremos E y P, respectivamente
10.1. Enlace a través de un medio cualquiera.
Definiendo la atenuación de campo o atenuación en exceso como la razón al cuadrado
entre el campo eléctrico que se recibiría en espacio libre y el recibido efectivamente o
también como la razón entre la potencia que se recibiría en espacio libre y la recibida en
condiciones normales,
2
⎛E ⎞ ⎛P ⎞
AE = ⎜ 0 ⎟ = ⎜ 0 ⎟
⎝ E ⎠ ⎝P⎠
se pueden definir las pérdidas básicas, a partir de la atenuación en exceso, como el
producto de las pérdidas básicas en espacio libre por la atenuación en exceso, o bien, en
dB, utilizando unidades prácticas, como
Lb ( dB ) = Lbf ( dB ) + AE ( dB )
10.2. Bandas de frecuencias.
La tabla 10.1 muestra la designación de bandas realizada por la UIT-R y alguna de las
aplicaciones típicas de cada banda. Sin embargo, esta designación resulta demasiado
ambigua en muchos casos pues existe gran diferencia de frecuencias dentro de una
misma banda. Por este motivo se han establecido diferentes clasificaciones que,
realizadas por distintos organismos, han tenido mayor o menor aceptación como
estándares industriales.
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Propagación de Ondas
Frecuencias
Designación de la banda
3-30 kHz VLF (Very Low Frecuency)
30-300 kHz LF (Low Frecuency)
0,3-3 MHz MF (Medium Frecuency)
3-30 MHz
HF (High Frecuency)
30-300 MHz VHF (Very High Frecuency)
0, 3-3 GHz UHF (Ultra High Frecuency)
3-30 GHz
SHF (Super High Frecuency)
30-300 GHz EHF (Extreme High Frecuency)
0,3-3 THz
Servicios típicos
Navegación, Sonar
Radio guía, ayudas a la
navegación
Radiodifusión
AM,
Servicios marítimos.
Telefonía, telégrafo, banda
ciudadana,
comunicaciones mar tierra y mar – aire
Televisión, radiodifusión
FM, control de tráfico
aéreo, policía, ayudas a la
navegación
Televisión,
comunicaciones
por
satélite,
hornos
domésticos, radares de
vigilancia
Radares embarcados, de
policía de aeropuertos,
radioenlaces,
comunicaciones
por
satélite, CATV
Radar, localización de
misiles.
Luz Infrarroja
TABLA 10.1. Designación de las bandas de frecuencia de la UIT-R y algunas aplicaciones
en las mismas. [1].
A continuación se detallan los distintos mecanismos de propagación utilizados por las
ondas electromagnéticas en función de la frecuencia de la onda, basándose esta
clasificación en la establecida en la tabla anterior, aunque no coinciden exactamente los
márgenes de frecuencia. [2,3].
Las frecuencias por debajo de 30 kHz se emplean solamente en comunicaciones
marítimas debido al limitado ancho de banda y al gran tamaño de las antenas necesarias.
Sin embargo presentan la ventaja de la mínima atenuación. La propagación en estas
frecuencias se realiza por guiado entre la superficie de la tierra y la atmósfera,
comportándose como una guía de onda que confina modos TE y TM. Su atenuación es
del orden de 0,1 a 0,5 dB por cada 1000 km. Este tipo de ondas se utilizan para
comunicación con submarinos porque la atenuación de la onda en el agua es
proporcional a la frecuencia.
La propagación de las ondas de muy bajas y bajas frecuencias (de 10 a 100 kHz) se
realiza por onda de superficie hasta distancias de unos 1000 km sobre agua de mar,
variando la intensidad de campo de estas señales muy lentamente y teniendo un
comportamiento regular.
2 – Propagación de ondas de radio
Grupo de Electromagnetismo – Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones
La banda entre 100 y 500 kHz se emplea para ayudas a la navegación aérea y marítima
debido a su bajo ancho de banda. Las frecuencias medias (0,3 a 3 MHz) se caracterizan
por su propagación por onda de superficie en distancias cortas, por atenuarse más
rápidamente que las anteriores. Es una banda bastante útil para comunicaciones
ionosféricas, consiguiéndose distancias de 100 km a todas horas y distancias largas de
más de 500 km durante la noche, si bien en este último caso la señal está sujeta a
desvanecimientos.
Las banda de frecuencias comprendida entre 3 y 30 MHz se ha utilizado en
comunicaciones de larga distancia aprovechando su reflexión en la ionosfera (capa de la
atmósfera que se extiende desde los 50 hasta los 500 km de altura). Este tipo de
propagación permite, con relativamente bajas pérdidas, comunicaciones a escala
mundial. Suelen ser de banda estrecha (<10 kHz). Existe una máxima frecuencia
utilizable en función de la situación geográfica y la hora del día o la noche. En
distancias inferiores a los 100 km se propaga también por onda de superficie.
La propagación en la banda de frecuencias de 30 MHz a 3 GHz se realiza básicamente
mediante rayo directo (“visión directa de las antenas”), que permite alcances de
alrededor de los 50 km. Además, entre 30 y 2000 MHz puede darse otro tipo de
propagación conocida como dispersión troposférica. (La troposfera es la capa de la
atmósfera más próxima a la tierra de altura en torno a 10 km). La onda electromagnética
sufre difracciones debido a obstáculos minúsculos en su trayecto.
La propagación en frecuencias por encima de 3 GHz se realiza por el mecanismo de
rayo directo. Es necesario considerar los efectos de absorción y dispersión debidos a las
moléculas que componen la troposfera.
10.3. Resumen de los tipos de propagación.
Atendiendo a la forma de propagación de la onda electromagnética pueden clasificarse
los tipos de propagación que veremos a lo largo del curso de la siguiente manera:
9 Onda de superficie:
o Hasta pocos MHz
o Atenuaciones bajas
o Grandes alcances
o Escaso ancho de banda
9 Reflexión ionosférica:
o Hasta 20-30 MHz
o Depende de la hora del día.
o Largas distancias
9 Dispersión troposférica:
o Entre 30 MHz y 2 GHz
o Reducido ancho de banda
o Devanecimientos rápidos
9 Rayo directo o sky wave:
o A partir de 30 MHz:
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Propagación de Ondas
o Mayor atenuación y ancho de banda
o Necesita visión directa, problema de obstáculos
Referencias bibliográficas.
[1] UIT-R.- Recomendación V-431-7: Nomenclatura de las bandas de frecuencias y de
las longitudes de onda empleadas en telecomunicaciones.- Unión Internacional
de Telecomunicaciones, Ginebra (Suiza), 2000.- pp. 1-2.
[2] Hernando Rábanos, J.M. (1998).- Transmisión por radio. (3ª edición).- Editorial
Centro de Estudios Ramón Areces, S.A., pp. 21-41.
[3] Novillo, J.M. (1980).- Transmisión de la información. Parte I. Sistemas de
telecomunicación.- Dpto. Publicaciones EUITT-UPM, pp. 10-16
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