Fundamentos de Radiopropagación

Influencia del Medio en la Propagación.

·         El Suelo:

– A frecuencias bajas y para antenas próximas al suelo se excita una onda de superficie.

– A frecuencias superiores, para antenas elevadas, el suelo produce reflexiones o  difracciones cuando obstaculiza a la onda.

·         La Atmósfera:

– Los gases de la troposfera curvan, por refracción, la trayectoria de los rayos de propagación.

– Además dependiendo de la frecuencia (en microondas) producen una atenuación adicional a la del espacio libre.

– En frecuencias de microondas, la presencia de lluvia, niebla y otros hidrometeoros produce también absorción, dispersión, y cierta despolarización de las ondas, dando lugar a atenuación adicional.

– La ionosfera produce fuertes refracciones -“reflexión ionosférica”- (a las frecuencias de MF y HF) que van acompañadas de atenuación, dispersión y rotación de polarización.

·         Modelo de Propagación en Espacio Libre (antenas aisladas situadas en el

Vacío)

–        Densidad de Potencia Incidente:

–        Campo Incidente sobre la Antena Receptora:   

–        Potencia Recibida: Fórmula de Friis:         

·         Modelo de Propagación en Espacio Real, con factor de atenuación que modela la influencia del medio.

–        Campo incidente:   

–        Densidad de Potencia:   

–        Potencia Recibida:   

 

Mecanismos de Propagación (VLF)

Onda guiada tierra-ionosfera

–        En VLF (3KHz-30KHz) el suelo y la ionosfera se comportan como buenos conductores.

–        Como la distancia h que los separan (60-100Km) es comparable con la longitud de onda en esta banda (100Km-10Km), la propagación se modela como una guía esférica con pérdidas.

–        Las antenas, verticales, son eléctricamente pequeñas aunque de dimensiones físicas muy grandes.

–        Las aplicaciones son telegrafía naval y submarina, ayudas a la navegación y poseen cobertura global.

Mecanismos de Propagación (LF, MF)

Onda de Tierra

–        En las bandas LF y MF aparece una onda de superficie que se propaga en la discontinuidad tierra-aire, adaptándose a la curvatura del terreno.

–        Las antenas habituales son monopolos verticales, apoyados en tierra, con alturas entre 50 y 200 m que producen polarización vertical.

–        El alcance es función de la potencia transmitida, la frecuencia, la humedad del terreno:

» LF: hasta 2000 km

» MF: hasta 300 km (100-150 km con 100 kW sobre tierra)

» HF: hasta 50 km

–        Se aplica en sistemas navales y en radiodifusión de onda media.

Mecanismos de Propagación  (MF, HF)

Onda Ionosférica

–        Las “reflexiones ionosféricas” (realmente refracciones) se producen en las bandas de MF y HF (0.3 MHz-30 MHz).

–        En HF se utilizan antenas elevadas con polarizaciones horizontales y verticales

(Abanicos logperiódicos, rómbicas, etc.).

–        El alcance para un solo salto varía entre:

» MF: 0 a 2000 km (noche)

» HF: 50 a 4000 km (día y noche)

–        Se aplica en radiodifusión y comunicaciones punto a punto.

Mecanismos de Propagación (VHF y superiores)

Onda de Espacio

–        Para las frecuencias de VHF y superiores, para las que la ionosfera se hace transparente, la propagación en espacio libre es modificada por el suelo (reflexión y difracción) y por la troposfera (refracción, atenuación y dispersión).

–        Se emplea antenas elevadas y directivas.

–        El alcance es muy variable: desde las decenas de km a los 36.000 km en comunicaciones por satélite y millones de km en comunicaciones de espacio profundo.

–         Este mecanismo se aplica en Telefonía móvil, enlaces fijos, radar, comunicaciones vía satélite, etc.

Modelo de Propagación de tierra plana

Este modelo simple supone una propagación de espacio libre afectada por un factor de atenuación de campo eléctrico Fe. Las antenas que se utilizan son monopolos sobre tierra, la cual se modela mediante un plano conductor.

Para este modelo, y a efectos prácticos, basta con conocer la directividad de las mismas, que depende de su longitud.

Cuando se propaga una onda en tierra plana causa lo que se llama “reflexión ionosférica”.

  

El ángulo de incidencia es:

La diferencia de trayectos se aproximan para:

 

 

La diferencia de fases en ambos trayectos es

 

Teniendo la siguiente ecuación: 

Modelo de Propagación de Tierra Curva

Se aplica este modelo para longitudes de enlaces tales que las flechas debidas a la curvatura terrestre son superiores a unos 5m.

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.

Para distancias largas es necesario contar con los fenómenos asociados a la difracción que produce la curvatura de la Tierra. Para ello la UIT-R proporciona gráficas que modelan la intensidad de campo producida por una antena transmisora, de tipo monopolo corto con potencia radiada de 1 kW, en función de la frecuencia, la distancia y el tipo de terreno.

Para otro tipo de antenas u otra potencia de transmisión hay que realizar una transformación de los valores leídos en la carta a valores reales de campo. Esta transformación pasa por la relación entre la PIRE realmente utilizada y la PIRE del caso de referencia. Este valor de PIRE de referencia es 3 kW (1 kW de potencia radiada por un monopolo corto, con directividad igual a 3).

Como la reflexión se produce sobre una superficie esférica convexa, el haz de rayos reflejados experimenta una divergencia, lo que equivale a una reducción aparente del coeficiente de reflexión. El coeficiente de reflexión pasa a ser:

 Donde R es el coeficiente de reflexión complejo y D es el llamado factor de divergencia.

Ahora bien, para reforzar el contenido anteriormemte expuesto, se han formulado algunas interrogantes de interés:

1. ¿Cómo se llama la Reflexión de la onda, cuando la propagación es en Tierra Plana?

2. ¿Se puede propagar en Tierra Curva y Tierra Plana en una misma distancia?

3. ¿El modo de propagación depende de la frecuencia de la onda?

   4. ¿Por qué se reduce el Coeficiente de Reflexión en la propagación de Tierra Curva?

   5. ¿Por qué la Ionosfera es buen conductor? 

   6. ¿Qué diferencia hay entre Modelo de Propagación en Espacio Libre y en el Espacio Real?