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TEMA 1: FUNDAMENTACIÓN TEORICA REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE ANTONIO JOSÉ DE SUCRE.

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1 TEMA 1: FUNDAMENTACIÓN TEORICA REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica Especialización en Telecomunicaciones Digitales SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES Sistemas de Radiocomunicaciones

2 Sumario 1.Introducción 2.Radiación y Características de las ondas 3.Espectro Electromagnético 4.Bandas de frecuencias de sistemas de radio 5.Densidad de Potencia, Intensidad de Campo 6.Impedancia Características 7.Rayos y frentes de ondas

3 Sumario 8.Atenuación y Absorción 9.Propiedades Ópticas de las Ondas 10. Clasificación de las Transmisiones 11. Zonas de Fresnel 12. Análisis del Enlace de Comunicaciones

4 INTRODUCCION Iniciamos este curso, brindándole varios conceptos útiles para el desarrollo de la materia

5 LA RADIOCOMUNICACION Justificación de su estudio

6 RADIACIÓN ELECTROMÁGNETICA Es la forma de propagarse las ondas a través del espacio libre. Es la forma de propagarse las ondas a través del espacio libre. Se forma con la coexistencia de un vector de campo eléctrico y un vector campo magnético ortogonales entre sí en todo momento. Sin uno de los dos, no existe la onda electromagnética. Se forma con la coexistencia de un vector de campo eléctrico y un vector campo magnético ortogonales entre sí en todo momento. Sin uno de los dos, no existe la onda electromagnética. Para una onda TEM la dirección de desplazamiento es perpendicular a la dirección de propagación. Para una onda TEM la dirección de desplazamiento es perpendicular a la dirección de propagación.

7 Vista espacial de una onda TEM TEM: Transverso Electro-Magnético RADIACIÓN ELECTROMÁGNETICA

8 CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Velocidad de la onda : las ondas viajan a diferentes velocidades en dependencia del tipo de onda y del medio de transmisión a través del cual se propaguen. a) Las ondas de sonido se propagan a 1100 pies/seg (330 m/seg) en la atmósfera normal. b) Las ondas electromagnéticas viajan mucho más rápido debido a que poseen mayor frecuencia. c) Si se considera el espacio libre (en el vacío), las ondas TEM viajan a la velocidad de la luz, es decir a 3x10 8 m/seg. d) Si se considera líneas de transmisión, las ondas electromagnéticas viajan mucho más lentas debido a las características físicas de la línea.

9 CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Frecuencia y longitud de onda : Las oscilaciones que están presentes en las ondas electromagnéticas son periódicas y repetitivas, por lo cual se caracterizan por una frecuencia. La distancia de un ciclo ocurriendo en el espacio, se llama la longitud de onda y se determina por la ecuación:

10 EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Espectro de Frecuencias Electromagnéticas Es el conjunto completo de todos los tipos de radiación electromagnética, cada tipo de radiación tiene una frecuencia y longitud de onda que la caracteriza.

11 Clasificación de las Bandas de Frecuencias de radio Designación de la BandaIntervalo de FrecuenciaIntervalo de longitud de onda. (espacio libre) ELF< 3 KHz> 100 km VLF3 a 30 KHz10 a 100 km LF30 a 300 KHz1 a 10 km MF300 KHz a 3 MHz100 m a 1 km HF3 a 30 MHz10 a 100 m VHF30 a 300 MHz1 a 10 m UHF300 MHz a 3 GHz10 cm a 1m SHF3 GHz a 30 GHz1 a 10 cm EHF30 a 300 GHz1 a 10 mm

12 Clasificación de las Bandas de Frecuencias de radio BandaAplicación VLF NAVEGACION, SONAR LF RADIOFAROS MF RADIO AM HF ONDA CORTA Y MOVIL MARITIMO VHF TELEVISION, RADIO FM Y RADIO MOVIL UHF TELEVISION Y TELEFONIA CELULAR SHF MICRONDAS, SATELITE, RADAR EHF RADAR EXPERIMENTAL

13 PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO LIBRE Se define idealmente como un medio homogéneo, sin corrientes o cargas conductoras presentes, y sin objetos que absorban o reflejen energía radioeléctrica. ¿Que es el espacio libre? ¿Cómo lo concebimos?

14 PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO LIBRE Las pérdidas o atenuación, se pueden calcular por la ecuación: Expresada en unidades de dB, se tiene: Con f en MHz y d en km

15 DENSIDAD DE POTENCIA Las ondas EM representan el flujo de energía en la dirección de propagación. La proporción en la cual la energía cruza por una superficie dada, en el espacio libre, se llama densidad espectral de potencia. La densidad de potencia es energía por unidad de tiempo por unidad de área, la cual normalmente se da en watts por metro cuadrado. Flujo de Energía Dirección de Propagación Área de Superficie Densidad Espectral de Potencia

16 INTENSIDAD DE CAMPO La intensidad de campo es la intensidad de los campos eléctricos y magnéticos de una onda electromagnética propagándose en el espacio libre. Las unidades de la intensidad de campo eléctrico normalmente son volts por metro y la intensidad de campo magnético en amper-vuelta por metro.

17 ECUACIÓN DE DENSIDAD DE POTENCIA La densidad de potencia se puede determinar por la ecuación: donde: P: densidad de potencia (W/m2) E: intensidad de campo eléctrico en rms (V/m) H: intensidad del campo magnético en rms (At/m)

18 IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA DEL ESPACIO LIBRE Las intensidades de los campos eléctrico y magnético de una onda magnética, en el espacio libre, se relacionan por la impedancia característica (resistencia) del espacio libre. en donde: Z s : impedancia característica del espacio libre (ohms) o : permeabilidad magnética del espacio libre (1.26x10 -6 H/m) o : permeabilidad magnética del espacio libre (1.26x10 -6 H/m) o : permitividad eléctrica del espacio libre (8.85x F/m) o : permitividad eléctrica del espacio libre (8.85x F/m)

19 IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA DEL ESPACIO LIBRE Reemplazando los valores en la ecuación anterior, se tiene que la impedancia del espacio libre es: La impedancia característica de un medio de transmisión sin pérdidas es igual a la raíz cuadrada de la relación de su permeabilidad magnética con su permisividad eléctrica y para el espacio libre vale 377 ohmios.

20 RAYOS Y FRENTES DE ONDAS Un rayo es una línea dibujada a lo largo de una dirección de propagación de la onda electromagnética. Los rayos se usan para mostrar la dirección relativa de la propagación de la onda electromagnética. Sin embargo, un rayo no necesariamente representa la propagación de una sola onda electromagnética. Rayo Rayo

21 FRENTES DE ONDAS 1. Un frente de onda muestra una superficie de fase constante de una onda. 2. Un frente de onda se forma cuando los puntos de igual fase sobre rayos propagados de la misma fuente se unen. Superficie de fase constante Frente de Onda

22 FRENTES DE ONDAS 1. Cuando la superficie es plana, su frente de onda es perpendicular a la dirección de propagación. 2. Entre más cerca esté a la fuente, más complicado se hace el frente de onda. Fuente

23 FRENTES DE ONDAS Una fuente puntual es una ubicación sencilla en la cual los rayos se propagan igualmente, en todas las direcciones (una fuente isotrópica). En el espacio libre y a una distancia suficiente de la fuente, los rayos dentro de un área pequeña de un frente de onda esférica, son casi paralelos. Por lo tanto, entre más lejos esté de la fuente, más parece la propagación de ondas como un frente de onda plana. Fuente Puntual Distancia muy grande Rayos Casi Paralelos

24 FRENTES DE ONDAS ESFERICO Pr = potencia total radiada (watts) R = radio de la esfera (el cual es igual a la distancia desde cualquier punto en la superficie de la esfera a la fuente) 4πR2 = área de la esfera La potencia a una distancia R de la fuente, se puede determinar por:

25 FRENTES DE ONDAS ESFERICO Ley inversa cuadrática Frente de onda esférica de una fuente isotrópica

26 FRENTES DE ONDAS ESFERICO Ley inversa cuadrática De la ecuación se deduce que conforme la distancia de la fuente se duplica la densidad de potencia disminuye por un factor de 2 2 o 4. ¿Físicamente como se explica este fenómeno?

27 ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS La reducción en la densidad de potencia con la distancia es equivalente a la pérdida de potencia y comúnmente se llama atenuación de onda, como se vió, se expresa así: La ecuación describe la reducción en la densidad de potencia con la distancia de la fuente. Conforme se aleja un frente de onda de la fuente, el campo electromagnético contínuo, que es radiado desde esa fuente, se dispersa.

28 ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS Generalmente se expresa como un logaritmo (pérdida en dB). Matemáticamente, la atenuación de la onda es: Recordemos nuevamente: Conforme se aleja un frente de onda de la fuente, el campo electromagnético contínuo, que es radiado desde esa fuente, se dispersa.

29 ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS Causas : La atmósfera se compone de átomos y moléculas de varias sustancias, tales como gases, líquidos y sólidos. Algunos de estos materiales son capaces de absorber las ondas electromagnéticas. Onda Incidente Onda Atenuada Átomos y moléculas de la atmósfera Consecuencias

30 ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS Comparación de la atenuación de la onda para dos medios: con vapor de agua y con oxigeno.

31 PROPIEDADES ÓPTICAS DE LAS ONDAS DE RADIO En la atmósfera de la Tierra, la propagación del frente de onda-rayo puede alterarse por el comportamiento del espacio libre por efectos ópticos como: La refracción La refracción, puede describirse como un doblamiento La refracción La reflexión La reflexión, como un salto La reflexión La difracción La difracción, como esparcimiento La difracción La interferencia La interferencia, como una colisión La interferencia Se llaman propiedades ópticas, porque fueron observadas primero en la ciencia de la óptica.

32 ¿Como viajan las ondas electromagnéticas de un lugar a otro para llevar sus mensajes? Propagación de Ondas

33 PROPAGACIÓN DE ONDAS Hay tres formas de propagación de las ondas electromagnéticas: a) Ondas de tierra b) Ondas espaciales (que incluyen tanto ondas directas como ondas reflejadas a tierra) c) Propagación de onda del cielo.

34 La figura muestra los modos normales de propagación entre dos antenas de radio PROCESO DE PROPAGACIÓN DE ONDAS Lin k Lin k Lin k

35 Estrategias de propagación útiles para ampliar cobertura, aumentar niveles de señal en el receptor, etc. PROCESO DE PROPAGACIÓN DE ONDAS

36 CLASIFICACIÓN DE TRANSMISORES Los transmisores se clasifican según el ancho de banda, tipo de modulación y tipo de información modulante que emplean. Esta clasificación es establecida por la FCC. Se identifican por un código de tres símbolos, los cuales incluyen letras y números.

37 1er. Símbolo: es una letra e indica tipo de modulación empleada. Ejemplo: amplitud, frecuencia, fase, pulso, ninguna. 2do. Símbolo: es un número que indica tipo de emisión. Ejemplo: analógica, digital, etc. CLASIFICACIÓN DE TRANSMISORES

38 3er. Símbolo: letra que indica el tipo de modulante transmitida. Ejemplo: datos, telefonía, etc. Ejemplos: 1) J3E2) A3E 3) C3F4) H3D VER TABLA DE CLASIFICACIONES VER TABLA DE CLASIFICACIONES CLASIFICACIÓN DE TRANSMISORES

39 La zona de Fresnel es una zona de despeje adicional que hay que tener en consideración en un enlace microonda punto a punto, además de la visibilidad directa entre las dos antenas. Este factor deriva de la teoría de ondas electromagnéticas, respecto de la expansión de las mismas al viajar en el espacio libre. ZONAS DE FRESNEL

40 Esta expansión resulta en reflexiones y cambios de fase al pasar sobre un obstáculo. El resultado es un aumento o disminución en el nivel de intensidad de la señal recibida. ZONAS DE FRESNEL

41 CONSIDERACIONES PRACTICAS: a) La obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción, es el 40% de la primera zona de Fresnel. b) La obstrucción máxima recomendada es el 20%. ZONAS DE FRESNEL

42 VISUALIZACION DE LAS ZONAS DE FRESNEL. Para establecer las zonas de Fresnel primero debemos determinar la línea de vista, que en términos simples es una línea recta entre la antena transmisora y la receptora. Ahora la zona que rodea el LOS son las zonas de Fresnel. ZONAS DE FRESNEL

43 CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel es: Donde: rn es el radio de la enésima zona de Fresnel [m]. d1 es la distancia desde el transmisor al objeto en [Km]. d2 es la distancia desde el objeto al receptor en [Km]. d es la distancia total del enlace en [Km]. f es la frecuencia en [MHz]. ZONAS DE FRESNEL

44 Si se considera d1=d2, la fórmula queda como: CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL

45 Si se considera d1=d2, la fórmula permite determinar el radio de la primera zona de Fresnel CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL

46 Realice los cálculos en cada una de las siguientes situaciones. Establezca conclusiones para cada caso. ZONAS DE FRESNEL

47 Análisis del Enlace de Comunicación Sistema Analógico En un sistema analógico, en el cual el ancho de banda del ruido suele ser mayor que el ancho de banda de la señal, a menudo se recurre a la razón promedio de potencia sobre ruido de la portadora, o (Pr/N), como el SNR de interés particular.

48 Análisis del Enlace de Comunicación Sistema Analógico Modelo simplificado de un Enlace de Comunicaciones

49 Análisis del Enlace de Comunicación La potencia se puede calcular como:

50 Análisis del Enlace de Comunicación Pr= potencia de señal recibida en la entrada del detector, W N = KTeB = potencia del ruido térmico a la entrada del detector, W K = constante de Boltzmann, 1.38x10-23 J/K Te = temperatura de ruido equivalente del sistema, K B = ancho de banda a la entrada del detector, Hz EIRP = Pt Gt = potencia radiada isotropicamente equivalente, W Pt= potencia transmitida, W Gt= ganancia de la antena de transmisión, adimensional. Gr= ganancia de la antena de recepción, adimensional. Gr/Te = factor de merito, razón de ganancia sobre temperatura de ruido equivalente del sistema, K-1 Lp= (4πd/λ)2 = perdida de espacio libre, ya definida. Loe= otras perdidas externas = perdidas atmosféricas + perdida por polarización de antena + perdida por direccionamiento de antena. Loi= otras perdidas internas = perdida del circuito de transmisión + perdida del circuito de recepción + perdida por ruido de intermodulación.

51 Análisis del Enlace de Comunicación Sistema Digital En un sistema digital en el que el ancho de banda de la señal se considera igual al ancho de banda del ruido, el rendimiento del enlace se expresa en términos de la razón de potencia de señal recibida sobre densidad espectral de ruido (Pr/No)

52 Análisis del Enlace de Comunicación Sistema Digital Si se supone que toda la potencia recibida proviene de la señal de modulación (portadora suprimida), entonces es posible evaluar el rendimiento del enlace en términos de la razón de densidad espectral del ruido sobre energía en los bits. Puede expresarse:

53 Análisis del Enlace de Comunicación Sistema Digital Igualando las dos ecuaciones previas, se tiene:

54 REGIONES DE LA UIT Con el fin de planificar, atribuir y asignar las bandas de frecuencias del espectro radioeléctrico, de manera tal que todos los países puedan compartir este recurso limitado en forma adecuada, la UIT ha dividido al mundo en tres Regiones.

55 REGIONES DE LA UIT Basándose en esa división, el "Cuadro" consta de tres columnas, denominadas: Región 1, Región 2 y Región 3, respectivamente.

56 Dichas regiones se refieren a distintas zonas geográficas, como se indica a continuación: REGIONES DE LA UIT

57 Final del Tema I GRACIAS

58 ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS Cuando una onda electromagnética se propaga por la atmósfera de la Tierra, la energía es transferida de la onda a los átomos y las moléculas de la atmósfera. La absorción de ondas por la atmósfera es análoga a una pérdida de potencia I 2 R. Una vez absorbida, la energía se pierde para siempre, y ocasiona una atenuación en el voltaje e intensidades del campo magnético y una reducción correspondiente en la densidad de potencia.

59 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFRACCIÓN La refracción electromagnética es el cambio de dirección de un rayo conforme pasa oblicuamente, de un medio a otro, con diferentes velocidades de propagación. Angulo incidente

60 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFRACCIÓN Refracción de frente de onda en un medio de gradiente

61 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFRACCIÓN n = índice de refracción (sin unidades) c = velocidad de la luz en el espacio libre (3 x 10 8 m/s) v = velocidad de la luz en un material dado (m/s) Matemáticamente, el índice de refracción es:

62 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFRACCIÓN n1 = índice de refracción del material 1, n2 = índice de refracción del material 2 1 = ángulo de incidencia (grados), 2 = ángulo de refracción (grados) La ley de Snell establece que: r1 = constante dieléctrica del medio 1 r2 = constante dieléctrica del medio 2 Se puede expresar también como:

63 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN La reflexión electromagnética ocurre cuando una onda incidente choca con una barrera de dos medios y algo o todo de la potencia incidente no entra al segundo material. Las ondas que no penetran al segundo medio se reflejan.

64 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN En la reflexión DIFUSA la reflexión se dispersa al azar en muchas direcciones y se produce en una superficie áspera. En la reflexión ESPECULAR la reflexión se produce en una superficie lisa. Las superficies que se encuentran entre superficies lisas y ásperas se conocen como semi-ásperas. Producen una mezcla de reflexión difusa y especular.

65 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN La reflexión de ondas en superficies semiásperas

66 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN Criterio de Rayleigh: Una superficie semi-aspera refleja como si fuera una superficie lisa siempre que D es la profundidad de la irregularidad de la superficie. Lamda es la longitud de la onda incidente

67 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN Debido a que todas las ondas reflejadas permanecen en el medio 1, las velocidades de las ondas reflejadas e incidentes son iguales. Consecuentemente, el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia ( i = r). La intensidad del campo de voltaje reflejado es menor que la intensidad del campo de voltaje incidente. La relación de las intensidades de voltaje reflejado a incidente se llama coeficiente de reflexión, La relación de las intensidades de voltaje reflejado a incidente se llama coeficiente de reflexión,

68 PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN Matemáticamente, el coeficiente de reflexión es: en donde : coeficiente de reflexión (sin unidades) Ei = intensidad del voltaje incidente (volts) Er = intensidad del voltaje reflejado (volts) i = fase incidente (grados) r = fase reflejada (grados)

69 PROPIEDADES ÓPTICAS: DIFRACCIÓN Se define como la redistribución de energía, dentro de un frente de onda, cuando pasa cerca del extremo de un objeto opaco. La difracción es el fenómeno que permite que las ondas de luz o de radio se propaguen (se asomen) a la vuelta de las esquinas. Frente de Onda Objeto con esquina Difracción de la Onda

70 PROPIEDADES ÓPTICAS: DIFRACCIÓN El principio de Huygens El principio de Huygens indica que cada punto de un frente de onda esférica determinado se puede considerar como una fuente secundaria de puntos de ondas electromagnéticas, desde donde se irradian hacia afuera otras ondas secundarias (ondas pequeñas). Veamos los ejemplos siguientes:

71 PROPIEDADES ÓPTICAS: DIFRACCIÓN El principio de Huygens Caso para un frente de onda plano Casos para un frente de onda finita a través de una ranura y del otro lado de un extremo (esquina).

72 PROPIEDADES ÓPTICAS: INTERFERENCIA 1.Ocurre cuando dos o más ondas electromagnéticas se combinan de tal forma que el funcionamiento del sistema se degrada. 2.Por otro lado, la interferencia se sujeta al principio de superposición lineal de ondas electromagnéticas y ocurre cada vez que dos o más ondas ocupan, simultáneamente, el mismo punto en el espacio. 3.El principio de superposición lineal indica que la intensidad total de voltaje, en un punto determinado en el espacio, es la suma de los vectores de ondas individuales.

73 PROPIEDADES ÓPTICAS: INTERFERENCIA Suma lineal de dos vectores con diferentes ángulos de fase. Interferencia de onda electromagnética.

74 PROPAGACIÓN DE ONDAS CAPA D 1. Es la capa inferior de la ionosfera y se localiza entre 30 y 60 millas (50 a 100 kilómetros) arriba de la superficie de la Tierra. 2. Es la capa más lejana del sol, hay muy poca ionización en esta capa, tiene muy poco efecto en la dirección de propagación de las ondas de radio.

75 PROPAGACIÓN DE ONDAS CAPA D 3. La capa D puede absorber cantidades apreciables de energía electromagnética. 4. La cantidad de ionización en la capa D depende de la altitud del sol sobre el horizonte. Por consiguiente, desaparece de noche. La capa D refleja ondas VLF y LF y absorbe ondas MF y HF.

76 PROPAGACIÓN DE ONDAS CAPA E 1. Se localiza, entre 60 y 85 millas (de 100 a 140 kilómetros), arriba de la superficie de la Tierra. 2. La capa E tiene su mayor densidad a mediodía, aproximadamente a 70 millas, cuando el sol se encuentra en su punto máximo. Así como la capa D, la capa E casi desaparece totalmente de noche. 3. La capa E auxilia la propagación de ondas de superficie MF y refleja ondas HF un poco durante el día.

77 PROPAGACIÓN DE ONDAS CAPA E 4. La parte superior de la capa E a veces se considera por separado y se llama la capa E esporádica porque parece que va y viene en forma imprevisible. 5. La capa E esporádica la causan la actividad de las manchas solares y estallidos solares. La capa E esporádica es una capa delgada con una densidad de ionización muy alta.

78 PROPAGACIÓN DE ONDAS CAPA F 1. Está hecha realmente de dos capas, las capas F1 y F2. 2. Durante el día, la capa F1 se localiza entre 85 y 155 millas (de 140 a 250 kilómetros), arriba de la superficie de la Tierra, 3. La capa F2 se localiza de 85 a 155 millas (de 140 a 300 kilómetros) arriba de la superficie de la tierra, durante el invierno y de 155 a 220 millas (de 250 a 350 kilómetros), en el verano.

79 PROPAGACIÓN DE ONDAS CAPA F 4. La capa F1 absorbe y atenúa algunas ondas HF, aunque la mayoría de las ondas pasan a través de la capa F2 cuando se refractan nuevamente a la Tierra.

80 PROPAGACIÓN DE ONDAS ONDA DE TIERRA 1. Es una onda electromagnética que viaja por la superficie de la tierra, a veces se llaman ondas superficiales. 2. Deben estar polarizadas verticalmente. 3. Sus pérdidas se incrementan rápidamente con la frecuencia. Por lo tanto, la propagación de ondas de tierra se limita generalmente a frecuencias por abajo de los 2 MHz.

81 ONDA DE TIERRA: su atenuación Debido a que la tierra es un conductor imperfecto, las ondas de radio penetran algo en su superficie, su intensidad de campo disminuye rápidamente con la profundidad y se propagan más lentamente que en el aire. Esto origina un efecto de onda superficial que provoca que, justo por encima de la superficie, la onda siga la curvatura de la tierra. Este proceso es inherentemente disipativo, y es de utilidad solo para frecuencias relativamente bajas y para comunicación transhorizonte a distancias relativamente cortas del orden de 200 Km para sistemas de HF y de 2000 Km para LF y VLF. PROPAGACIÓN DE ONDAS

82 ONDA DE TIERRA: Ventajas Las ventajas de la propagación de ondas de tierra son las siguientes: 1. Dan suficiente potencia de transmisión, las ondas de tierra se pueden utilizar para comunicarse entre dos ubicaciones cualesquiera en el mundo. 2. Las ondas de tierra no se ven relativamente afectadas por los cambios en las condiciones atmosféricas. PROPAGACIÓN DE ONDAS

83 ONDA DE TIERRA: Desventajas Las desventajas de la propagación de ondas de tierra son las siguientes: 1. Las ondas de tierra requieren de una potencia relativamente alta para transmisión. 2. Las ondas de tierra están limitadas a frecuencias, muy bajas, bajas y medias (VLF, LF y MF) que requieren de antenas grandes, según los criterios de fabricación de antenas. 3. Las pérdidas por tierra varían considerablemente con el material de la superficie. PROPAGACIÓN DE ONDAS

84 Propagación de ondas de tierra y la modificación del frente de onda Si el frente de onda se inclina demasiado, la onda desaparece. PROPAGACIÓN DE ONDAS

85 PROCESO DE PROPAGACIÓN DE ONDAS EN LÍNEA RECTA Un canal de línea recta o de trayectoria óptica directa (LOS, del ingles line of sight), puede establecerse siempre que una trayectoria en línea recta entre el transmisor y el receptor se encuentre libre de obstrucciones importantes.

86 ONDA ESPACIAL 1. Incluye energía radiada que viaja unas cuantas millas, en la parte inferior de la atmósfera de la Tierra. 2. Incluyen ondas directas y reflejadas de tierra. 3. Las ondas directas viajan esencialmente en línea recta, entre las antenas transmisora y receptora, la propagación de ondas espaciales se limita por la curvatura de la tierra. PROPAGACIÓN DE ONDAS

87 Propagación de ondas espaciales

88 PROPAGACIÓN DE ONDAS Ondas Espaciales y radio horizonte d= distancia a radio horizonte (km) h = a la altura de la antena sobre el nivel del mar (km) Cálculo de la distancia de radio horizonte (una antena):

89 h r r d A B O Considerando el triangulo AOB, se tiene: Donde r es el radio terrestre en kilometro (6371 km), h la altura de la entena en kilometro. PROPAGACIÓN DE ONDAS Ondas Espaciales y radio horizonte

90 PROPAGACIÓN DE ONDAS Ondas Espaciales y radio horizonte d= distancia a radio horizonte en km, h y r en km Cálculo de la distancia de radio horizonte (dos antenas):

91 PROPAGACIÓN DE ONDAS Ondas Espaciales y radio horizonte, otro ejemplo Alcance de radio horizonte con una antena TX en torre de 200 m. el alcance es de aproximadamente 50 km.

92 PROPAGACIÓN DE ONDAS Ondas Espaciales y radio horizonte, otro ejemplo Alcance de radio horizonte con una antena TX en torre de 200 m y antena RX en torre de 300 m el alcance es de aproximadamente 100 km.

93 PROPAGACIÓN DE ONDAS Propagación de ducto. Se produce una condición especial que permite aumentar la distancia de propagación de la señal de radio, es la propagación de ducto. Ondas Espaciales y radio horizonte

94 PROPAGACIÓN DE ONDAS ONDA IONOSFÉRICA Las partículas ionizadas vibran físicamente en respuesta a la presencia de un campo de radiofrecuencia, y la absorción de la energía resultante de las colisiones de los iones produce atenuación en la onda de radio. Esta absorción alcanza su máxima anchura a una frecuencia resonante específica para cada especie molecular, por lo general a frecuencias por debajo de 1 kHz para los gases atmosféricos, es decir la banda de ELF

95 PROPAGACIÓN DE ONDAS ONDA IONOSFÉRICA 1.La ionosfera es una región de la atmósfera superior que contiene capas de gases atmosféricos cargados eléctricamente. La ionización de los gases se debe a la acción de la radiación solar. 2.La ionosfera es la región de espacio localizada aproximadamente de 50 a 400 km (30 a 250 millas) arriba de la superficie de la Tierra. La ionosfera, es la porción más alta de la atmósfera de la tierra.

96 PROPAGACIÓN DE ONDAS ONDA IONOSFÉRICA La ionosfera se descompone en capas, las cuales se denominan: 1. Capa D Capa DCapa D 2. Capa E Capa ECapa E 3. Capa F, (sub-capa F1 y sub-capa F2) Capa F, (sub-capa F1 y sub-capa F2)Capa F, (sub-capa F1 y sub-capa F2) Durante la noche desaparece la capa D y se presenta la capa F.

97 PROPAGACIÓN DE ONDAS Capas Ionosféricas.

98 PROPAGACIÓN DE ONDAS Resumen de la utilidad de las capas La Capa D refleja las ondas largas. La Capa E las frecuencias medias. La Capa F las ondas cortas y los satélites permiten transmitir las ondas ultracortas.

99 PROPAGACIÓN DE ONDAS

100 FRECUENCIA CRITICA Se define como la frecuencia más alta que puede propagarse directamente hacia arriba y todavía ser regresada a la Tierra por la ionosfera. Depende de la densidad de ionización y por lo tanto varía con la hora del día y de la estación del año.

101 FRECUENCIA MAXIMA UTILIZABLE Existe una frecuencia máxima utilizable (MUF), denominada de esa forma debido a que un valor mayor que ella ocasiona que la onda no rebote en la ionosfera sino que siga su camino fuera de la atmósfera terrestre.

102 ANGULO CRITICO Cada frecuencia tiene un ángulo vertical máximo en el cual se puede propagar y todavía ser refractada nuevamente por la ionosfera y se llama ángulo crítico, denotado θc. Transmisor Receptor

103 ANGULO CRITICO

104 ALTURA VIRTUAL APARENTE La altura virtual, es la altura arriba de la superficie de la Tierra, desde donde parece que una onda refractada ha sido reflejada

105 DISTANCIA DE SALTO La distancia de salto (d s ) es la distancia mínima, desde la antena transmisora, en que se regresará a Tierra una onda del cielo de cierta frecuencia (que debe ser menor que la MUF). Esto permite estimar la distancia hasta la cual llegará una onda transmitida.

106 DISTANCIA DE SALTO Mientras más alta sea la capa donde rebote la onda, mayor será la distancia de salto.


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