Post on 28-Jun-2015
Propagación de ondas electromagnéticas
Line Yasmín Becerra S.
Propagación de Ondas Electromagnéticas
Propagación de ondas de tierra
Es una onda electromagnética que viaja por la superficie de la
tierra.”Ondas Superficiales” Deben estar polarizadas verticalmente. La superficie de la tierra también tiene resistencia y pérdidas
dieléctricas. Por tanto se atenúan a medida que se propagan. Las ondas de tierra se propagan mejor sobre superficies buenas
conductoras como agua salada y áreas desérticas muy áridas. La propagación se limita a frecuencias por debajo de 2 MHz. Aplicaciones en comunicaciones de barco a barco o a tierra,
radionavegación, marítimas móviles. Se utilizan a frecuencias tan bajas como 15 Khz.
Propagación de ondas de tierra
Desventajas: Requieren potencia alta para la transmisión. Las ondas de tierra están limitadas a frecuencias, muy bajas, bajas y
medias (VLF, LF y MF), requieren antenas grandes Las pérdidas por tierra varían considerablemente con el material de la
superficie.
Ventajas: Dando suficiente potencia de transmisión , las ondas de tierra se
pueden utilizar para comunicarse entre dos ubicaciones cualquiera. No se ven relativamente afectadas por los cambios en las condiciones
atmósfericas.
Propagación de ondas Espaciales
Propagación de ondas Espaciales
Incluye ondas directas ( transmisión de línea de vista LOS) y reflejadas.
Las ondas espaciales se limita por la curvatura de la tierra. La curvatura de la tierra presenta un horizonte para la propagación de
ondas espaciales comúnmente llamado radio horizonte. Debido a la refracción de la atmósfera , el radio horizonte se extiende
más allá del horizonte óptico por un factor de cuatro tercios. El horizonte puede alargarse simplemente elevando las antenas,
transmisora o receptora o ambas, por arriba de la superficie de la tierra, con torres o colorándolas en edificios altos.
Propagación de ondas Espaciales
En donde dt y dr son distancias en Km y ht y hr en metros
Propagación de ondas de cielo
Ondas que se dirigen por encima del nivel horizonte. Producen un Angulo relativamente grande con la tierra. Se envían al cielo donde son reflejadas o refractadas
nuevamente a tierra por la ionosfera(50-400km arriba de la tierra).
La ionosfera esta compuesta por tres capas (DEF) las tres varían en ubicación y en densidad de ionización con la hora del día. Fluctúan en un patrón cíclico todo el ano. La ionosfera es más densa en las horas de máxima luz solar.
Propagación de ondas de cielo
Propagación de ondas de cielo
CAPA D
Capa D. Capa inferior se localiza (50-100Km) arriba de la superficie de la tierra. Como es la más lejana al sol tiene poca ionización.
Tiene muy poco efecto en la dirección de propagación de las ondas de radio. Pero lo iones de la capa D pueden absorber cantidades apreciables de energía electromagnética.
La cantidad de ionización en la capa D depende de la altitud del sobre el horizonte. Por lo tanto desaparece en la noche.
Refleja ondas VLF y LF y absorbe ondas de MF y HF.
Propagación de ondas de Cielo
CAPA E Se localiza de 100-140Km. Se llama a veces Capa Kennelly-Heaviside. Tiene su mayor densidad a medio día aproximadamente a 70 millas
cuando el sol se encuentra en su punto máximo. Al igual que la D desaparece en la noche. Auxilia la propagación de ondas de superficie de MF y refleja ondas de
HF un poco durante el día. Se denomina capa E esporádica porque parece que va y viene en
forma imprevisible (causada por manchas solares y estallidos solares). Es delgada con densidad de ionización muy alta. Cuando aparece por lo general hay una mejora inesperada en las transmisiones de radio de larga distancia.
Propagación de ondas de Cielo
CAPA F
Esta hecha de dos capas F1 y F2. Durante el día la capa F1 se localiza entre 140-250Km arriba de la tierra. Y la F2 de 140 a 300Km en invierno y 250 y 350 Km en verano.
Durante la noche la capa F1 se combina con F2 forman una sola capa
F1 absorbe y atenúa algunas ondas HF, aunque la mayoria de las ondas pasan a través de la capa F2, cuando se refractan nuevamente a la tierra.
Frecuencia crítica y ángulo crítico
Frecuencia crítica (fc), se define como la frecuencia más alta que puede propagarse directamente hacia arriba y todavía ser regresadas a la tierra por la ionosfera.
Depende de la ionización y por tanto varia con la hora del día y de la estación del año.
Angulo Crítico Өc: Cada frecuencia tiene un Angulo vertical máximo en el cual se puede propagar y todavía ser refractada nuevamente por la ionosfera.
Altura Virtual
Es la altura arriba de la superficie de la tierra desde donde parece que una onda refractada ha sido reflejada.
Frecuencia máxima utilizable (MUF)
Es la frecuencia más alta que puede utilizarse para la propagación de ondas del cielo, entre dos puntos específicos de la superficie de la Tierra. Es una frecuencia limitante para las ondas de cielo. Es para un ángulo especifico de incidencia.
Ө es el ángulo de incidencia
Ley del secante. Supone que la tierra es plana y la capa reflejante es plana, lo que jamás puede existir. Por tanto MUF se utiliza para hacer cálculos preliminares.
Distancia de salto
ds, es la distancia mínima, desde la antena transmisora, en que se regresará a tierra una onda de cierta frecuencia ( que debe ser menor que la MUF).
Ejercicios
La frecuencia crítica en un instante particular es 11.6 MHz. Cuál es la MUF para una estación transmisora si el ángulo de incidencia requerido para propagación a un destino deseado es 70 grados?
Una compañía de taxis utiliza un despachador central, con una antena en la parte superior de 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 un taxi.
b. entre dos taxis.
Frecuencia de transmisión
Espectro de la longitud de onda electromagnética.
Designaciones de la banda CCIR
Servicio fijo, móvil,
Radioaficionados,
Onda corta
100 m –
10 m
3 MHz –
30 MHz
Ondas decamétricas
HF
Radiodifusión (AM)
Comunicaciones entre barcos, aviones
1 Km –
100 m
300 KHz -
3 MHz
Ondas hectométricas
MF
Radiocomunicación de larga distancia, onda larga
Radionavegación
10 Km –
1 Km
30 KHz –
300 KHz
Ondas kilométricas
LF
Radionavegación
Servicio móvil marítimo
100 Km –
10 Km
3 KHz –
30 KHz
Ondas miriamétricas
VLF
ServicioFrec.Denominación
Distribución del espectro electromagnético según la ITU-R
Comunicaciones ópticas1 mm –
0.1 mm
300 GHz –
3000 GHz
Ondas decimilimétricas
Ópticas
Enlaces con línea de vista (microondas) terrestres y satelitales, experimentación
1 Cm –
1 mm
30 GHz –
300 GHz
Ondas milimétricas
EHF
Radar, Comunicaciones
por satélite, enlaces en microondas
10 Cm –
1 Cm
3 GHz –
30 GHz
Ondas centimétricas
SHF
Televisión, Radar,
Comunicaciones a distancia corta, Comunicaciones móviles
1 m –
10 Cm
300 MHz -
3 GHz
Ondas decimétricas
UHF
Televisión, teléfonos analógicos inalámbricos,
Radiodifusión FM, radares
10 m –
1 m
30 MHz –
300 MHz
Ondas métricas
VHF
Distribución del espectro electromagnético (Cont.)
Visión directa 40 KmOnda espacial (troposférica)SHF
Visión directa 40 Km
600 Km
Onda espacial (troposférica)
Disp. Ionosférica f>500 MHz
UHF
Visión directa 50 Km
2000 Km
Onda espacial (troposférica)
Disp. Ionosférica f < 50 MHz
VHF
< 300 Km
> 500 Km
Distancias cortas < 100 Km
Onda ionosférica
(3 – 8MHz)
(3 – 25 MHz)
Onda superficial
(3 – 30 MHz)
HF
Distancias cortas 100 Km
Distancias largas > 500 Km
Onda superficial
Onda ionosférica
MF
> 1000 Km (sobre agua)Onda superficialLF
Guiaondas tierra ionosferaVLF
Alcance típicoModos propagaciónBanda
Propagation path for different frequency bands
Las zonas de Fresnel están formadas por un conjunto de elipsoides concéntricos, cuyo eje mayor es la línea recta que enlaza las antenas transmisora y receptora, cuyos focos de radiación (R y T) coinciden con los focos de los elipsoides.
Se definen zonas Fresnel como aquellos puntos del espacio que cumplen:
(r1+r2)- R = nλ/2
Zonas Fresnel
B
RT
P
A
Zonas fresnel
r1r2
B
RTA
RF
d1 d2
D
21
21
dd
dndRF +
Zonas Fresnel
Zonas de fresnel
Constructiveinterference
Destructiveinterference
Front view
RF1
RF2
RF3
Se define como la superficie de un elipsoide de revolución con las antenas emisora y receptora situadas en los puntos focales en los que una onda reflejada tiene un camino indirecto media longitud de onda más largo que el camino directo entre las dos antenas. El primer elipsoide de fresnel (n=1), corresponde a la región del espacio por la que viaja mas energía (2/3 de campo), y por lo tanto, la región que necesita estar libre de obstáculos para garantizar un buen nivel de recepción.
Primera zona fresnel
Primera zona fresnel
El radio de la primera zona fresnel permite definir la condición de visibilidad entre las antenas de forma que mientras no existe un obstáculo dentro de la primera zona de Fresnel se considera que la trayectoria no ha sido obstruida. Por el contrario cuando el obstáculo se encuentra dentro de la primera zona de Fresnel existirá una disminución apreciable en la potencia recibida, por lo que se considera que la trayectoria ha sido obstruida y deberá considerarse el efecto de difracción.
Zonas fresnel
Desvanecimientos
IntroducciónDesvanecimiento es la disminución o variación de intensidad con que llegan las señales al receptor, se debe normalmente a las condiciones atmosféricas adversas y a las reflexiones del trayecto de propagación al encontrar superficies terrestres o acuáticas. La intensidad del desvanecimiento aumenta en general con la frecuencia y la longitud del trayecto.
Desvanecimientos
Profundidad y duración
Profundidad de desvanecimiento: diferencia entre el nivel medio y el nivel recibido en condiciones de desvanecimiento.(en dB)
F1=Po-P1 Duración de desvanecimiento: Intervalo de tiempo
que transcurre entre la disminución y la resuperación del nivel nominal.
tm=t2-t1
Desvanecimientos
Introducción a los desvanecimientosTipos de desvanecimiento
Característica Tipo de desvanecimiento
Profundidad Profundo Muy profundo
Duración Lento Rápido
Característica espectral Plano Selectivo
Mecanismo de producción Factor K Multitrayecto
Dependencia Temporal Continuado Puntual
Técnicas para reducir el Desvanecimiento
Sin emplear Diversidad
Con diversidad
• Según los parámetros del camino radioeléctrico
• Según el procesamiento de la señal
• Espacio• Frecuencia• Angulo• Polarización• Trayecto
• Conmutación• Combinación
Técnicas sin diversidad
Sobredimensionar el enlace
Aumento de inclinación del trayecto
• Antenas más grandes. G
• Mejores receptores. S
•Mayor potencia transmitida
•Reubicación de las estaciones utilizando trayectos más cortos
Técnicas sin diversidad
Reducción del efecto de las reflexiones en superficies
Reducción del despejamiento
• Apantallamiento del punto de reflexión
• Traslado del punto de reflexión a una superficie menos reflectora
•Elección de polarización vertical
Técnicas de contramedida(Diversidad)
Cuando se produce desvanecimiento o se averían los equipos de un radioenlace se emplea la diversidad que consiste en una serie de esquemas o alternativas que permiten transferir la señal a otros canales de reserva aumentando así la confiabilidad del sistema, aun bajo las peores condiciones de degradación del canal de transmisión
El margen de desvanecimientos selectivos no se contrarresta aumentando la potencia de transmisión debido a que éstos no afectan el margen de desvanecimiento plano sino el desempeño del enlace (en términos de BER). Por lo tanto, se requieren de técnicas de contramedida para contrarrestarlo (que también sirven para el desvanecimiento por multitrayectos).
Diversidad en espacio
Diversidad en espacio
Dos trayectos radioeléctricos. - Un transmisor. - Dos antenas receptoras. - No es probable un desva- necimiento simultáneo. Ventaja: Usa una sola frecuencia. Inconveniente: En caso de avería del TX se rompe el enlace.
Transmisormicroondas
BPFse
para
do
r d
e c
an
al
co
mb
inad
or
de c
an
al
ReceptormicroondasBPFSalida y Entrada
De RF
Entrada De IF
Salida De IF
Transmisormicroondas
BPFse
para
do
r d
e c
an
al
co
mb
inad
or
de c
an
al
ReceptormicroondasBPFSalida y Entrada
De RF
Entrada De IF
Salida De IF
Separación entre antenashl: Altura de la antena TX
1504 1h
dh
Diversidad de FrecuenciaBPF
ATransmisor
frecuencia A
Com
bina
dor
de c
anal
BPFB
Transmisorfrecuencia B
Divisor de potencia
A
B
SalidaDe RF
EntradaIF
BPFA
Transmisorfrecuencia A
Com
bina
dor
de c
anal
BPFB
Transmisorfrecuencia B
Divisor de potencia
A
B
SalidaDe RF
EntradaIF
BPFA
Transmisorfrecuencia A
Com
bina
dor
de c
anal
BPFB
Transmisorfrecuencia B
Divisor de potencia
A
B
SalidaDe RF
EntradaIF
Factor de mejora por diversidad de frecuencia (Ifd) es :
Ifd = 0.8f d
ff
10Fm/10f = frecuencia central de la banda (GHz)d = longitude del enlace (km)f = separación entre frecuencias utilizadas para la diversidadFm = margen de desvanecimiento (dB)
Diversidad en frecuencia
Diversidad de Polarización - Una señal se transmite con dos diferentes
polarizaciones electromagnéticas (vertical horizontal). Diversidad de Angulo Antenas con dos o más haces separados por pequenos
angulos en el plano vertical o bien antenas separadas apuntando con angulos diferentes.
Puede utilizarse en situaciones en las que no sea posible la diversidad de espacio o para reducir la altura de las torres.
Diversidad de polarización
Es un factor de protección en donde se consideran las características no ideales y menos predecibles de la propagación de las ondas, como la propagación de múltiples trayectorias, sensibilidad a superficie rocosas y objetivos de confiabilidad del sistema.
Margen de desvanecimiento (Fm)
Margen de desvanecimiento
PRx
Nu
No Selectivo
Selectivot
TFS2TFS1
Margen de Desvanecimiento
P
PRx
Nu
No Selectivo
Selectivot
TFS2TFS1
Margen de Desvanecimiento
P