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Ingeniería de Telecomunicación Propagación de Ondas Propagación de ondas de radio

10J. 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,

20 0

EE PAE 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

)dB(A)dB(L)dB(L Ebfb +=

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.

Propagación de Ondas

2 – Propagación de ondas de radio

Frecuencias Designación de la banda Servicios típicos 3-30 kHz VLF (Very Low Frecuency) Navegación, Sonar

30-300 kHz LF (Low Frecuency) Radio guía, ayudas a la navegación

0,3-3 MHz MF (Medium Frecuency) Radiodifusión AM, Servicios marítimos.

3-30 MHz HF (High Frecuency) Telefonía, telégrafo, banda ciudadana, comunicaciones mar - tierra y mar – aire

30-300 MHz VHF (Very High Frecuency) Televisión, radiodifusión FM, control de tráfico aéreo, policía, ayudas a la navegación

0, 3-3 GHz UHF (Ultra High Frecuency) Televisión, comunicaciones por satélite, hornos domésticos, radares de vigilancia

3-30 GHz SHF (Super High Frecuency) Radares embarcados, de policía de aeropuertos, radioenlaces, comunicaciones por satélite, CATV

30-300 GHz EHF (Extreme High Frecuency) Radar, localización de misiles.

0,3-3 THz 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.

Grupo de Electromagnetismo – Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones

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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:

Onda de superficie: o Hasta pocos MHz o Atenuaciones bajas o Grandes alcances o Escaso ancho de banda

Reflexión ionosférica: o Hasta 20-30 MHz o Depende de la hora del día. o Largas distancias

Dispersión troposférica: o Entre 30 MHz y 2 GHz o Reducido ancho de banda o Devanecimientos rápidos

Rayo directo o sky wave: o A partir de 30 MHz:

Propagación de Ondas

4 – Propagación de ondas de radio

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