Revista radipropagacion

1. UNIVERSIDAD FERMIN TORO
VICERECTORADO ACADEMICO
DECANATO DE INGENIERIAS
ESCUELA DE TELECOMUNICACIONES
RADIOPROPAGACION
ERWINS ALZA
20.888.046

2. EDITORIAL
La propagación de las ondas a través de los medios reales puede estudiarse a partir
de las ecuaciones de Maxwell, analizando las soluciones compatibles con las
condiciones de contorno que imponga el medio. Cuando un transmisor y el receptor
están situados sobre la superficie de la tierra y existiendo línea de vista directa entre
ellos, la propagación en modelada mediante un rayo directo y otro reflejado sobre el
suelo, y dependiendo de la naturaleza del terreno, la frecuencia y la polarización de la
onda, puede obtenerse además de la onda incidente y la reflejada, componente de
onda de superficie. Para los próximos años está previsto un fuerte crecimiento en el
consumo de servicios multimedia en dispositivos móviles motivado por el creciente
éxito de este tipo de tecnología (teléfonos inteligentes, tabletas, etc.).
Paradójicamente, uno de los servicios multimedia que no ha conquistado de forma
masiva los teléfonos móviles es quizás el más común e importante de ellos: la
televisión digital. La televisión móvil es un factor clave para el desarrollo de la
sociedad de la Información, ya que permite el acceso universal, en cualquier
momento y lugar, a contenidos multimedia. Además, permite abrir nuevas vías de
negocio para los agentes de la industria audiovisual y de las telecomunicaciones.
La predicción del nivel de señal necesita tener en cuenta los mecanismos de reflexión,
difracción y scattering que sufre la señal desde el transmisor hasta el receptor. El
modelado de la propagación depende de muchos parámetros, como el entorno, la
altura de los transmisores, la frecuencia y la información disponible sobre el
escenario de despliegue. Generalmente, los modelos de propagación pueden
clasificarse en tres tipos: deterministas, empíricos y físico-estadísticos.
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3. MODELO DE PROPAGACIÓN RADIO DE XIA-BERTONI
Xia-Bertoni (Xia & Bertoni, 1992) es un modelo de propagación físico-estadístico
que describe la propagación de la señal en la banda UHF (opera desde 300 MHz a 3
GHz) en ciudades donde la altura de los transmisores es cercana a la altura media de
las azoteas. El modelo tiene en cuenta los perfiles del terreno y los edificios para
estimar las pérdidas de propagación. Para cada punto de cálculo el modelo de Xia-
Bertoni añade un término de pérdidas de difracción que depende en la media de la
altura de los edificios situados entre transmisor y receptor.
Para el modelo de propagación de Xia-Bertoni las fórmulas matemáticas que deben
ser ajustadas son las siguientes:
Donde d es la distancia entre el transmisor y el receptor en km, f es la frecuencia de
operación en MHz, b es la separación media entre edificios, hm es la altura del
receptor y w es la anchura media de las calles.
Modelo de propagación radio de Hata+Deygout
Hata (Okumura, Ohmori, Kawano, & Fukuda, 1968) es un modelo de propagación
empírico que toma la información de campo obtenida por Yoshihisa Okumura, y
desarrolla un conjunto de ecuaciones para las pérdidas de propagación. El modelo de
propagación es adecuado para frecuencias desde 150 a 1500 MHz, con alturas de la
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4. estación base de 30 a 200 m, y para distancias entre transmisor y receptor de 1 a 20
km.
Okumura-Hata es un modelo de propagación simple que no requiere de información
cartográfica para la estimación de las pérdidas de propagación. Por esta razón, una
de las limitaciones del modelo de Hata es que no tiene en cuenta la difracción
producida por los obstáculos situados en el camino de propagación entre transmisor
y receptor. Para solventar esta limitación, las pérdidas de difracción son calculadas y
añadidas a las pérdidas estimadas por el modelo de propagación de Hata. Estas
pérdidas por difracción son calculadas mediante el método de difracción de Deygout
(Deygout, 1966), que considera que los efectos producidos por los edificios pueden ser
aproximados por múltiples aristas de filo de cuchillo y estima las pérdidas
producidas por los obstáculos más altos entre transmisor y receptor. Cuando se usa el
modelo de Hata+Deygout, la siguiente fórmula permite realizar las predicciones:
Donde d es la distancia entre transmisor y receptor en km, f es la frecuencia de
operación en MHz, Diffraction es el término de difracción calculado con el método de
Deygout, y hb y hm son las alturas efectivas de transmisor y receptor en m,
respectivamente.
En consecuencia, la principal diferencia entre los modelos de propagación de Xia-
Bertoni y Hata+Deygout es que el primero de ellos hace una aproximación del perfil
de los edificios entre transmisor y receptor y el segundo toma en consideración el
perfil real de los edificios para realizar los cálculos.
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5. Ondas y Rangos de Frecuencia
El espectro de las ondas electro-magnéticas muestra las frecuencias hasta 1024 Hz.
Esta extensa y completa gama es subdivida en subgrupos para tener en cuenta las
propiedades físicas de las ondas que lo componen. La división de las frecuencias en
los distintos rangos fue determinada teniendo en cuenta criterios pasados, los cuales
surgieron históricamente y se fueron quedando obsoletos, entonces una nueva
división de las bandas de frecuencia que se utilizan a nivel internacional surgió
mientras tanto. El nombre tradicional de banda de frecuencias todavía se utiliza en
la literatura, sin embargo.
Rangos de ondas y de frecuencias utilizadas por el radar.
Ya que no se conoce la frecuencia correcta, una transformación no siempre es posible
en los nuevos rangos de ondas. A menudo, en los documentos de los fabricantes son
publicados los rangos de ondas tradicionales.
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6. Algunos radares y su banda de frecuencias
Los sistemas de radar trabajan en una amplia banda de frecuencias de transmisión.
Cuanto mayor sea la frecuencia de un sistema de radar, tanto más se ve afectada por
condiciones meteorológicas como la lluvia o las nubes. Pero entre mayor es la
frecuencia de transmisión, mejor es la precisión del sistema de radar.
Banda A y B (Banda Radar HF y VHF): Estas bandas de radar por debajo de 300
MHz tienen una larga tradición histórica, porque estas frecuencias representan la
frontera de la tecnología de radio en el tiempo durante la Segunda Guerra Mundial.
Hoy en día estas frecuencias se utilizan para los radares de alerta temprana llamados
radares sobre el horizonte (OTH). Utilizando estas frecuencias más bajas, es más
fácil obtener transmisores de alta potencia. La atenuación de estas ondas
electromagnéticas es más bajo que el uso de frecuencias más altas. Por otra parte, la
precisión es limitada, ya que una menor frecuencia requiere antenas físicamente muy
grandes, las cuales determinan el ángulo de precisión y el ángulo de resolución. Estas
bandas de frecuencia son utilizadas por otros sistemas de comunicaciones y por los
servicios de radiodifusión también, por lo tanto el ancho de banda de este radar es
limitado (a expensas de la precisión y la resolución).
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7. Banda C (Banda Radar UHF): Existen algunos conjuntos de radares especializados,
desarrollados para esta banda de frecuencia (300 MHz to1 GHz). Es una buena
frecuencia para el funcionamiento de los radares, para la detección y el seguimiento
de satélites y misiles balísticos cubriendo largas distancias. Estos radares funcionan
para alerta temprana y detección de objetivos como radar de vigilancia para el
Sistema de Defensa Aérea Extendida Media (Medium Extended Air Defense System,
MEADS). Para algunas aplicaciones como radar meteorológico, ejemplo: perfiladores
de viento trabajan con estas frecuencias ya que las ondas electromagnéticas son muy
poco afectadas por las nubes y la lluvia.
Banda D (Banda Radar L): Esta banda de frecuencias (1 a 2 GHz) es la preferida
para el funcionamiento de los radares de vigilancia aérea de largo alcance por encima
de 250 NM (≈400 km). Estos radares transmiten pulsos de alta potencia, ancho de
banda amplio y una modulación intrapulsada. Debido a la curvatura de la tierra, el
rango máximo alcanzable es limitado para los objetivos que vuelan con baja altitud.
Estos objetos desaparecen muy rápido tras el horizonte del radar. En el manejo del
tráfico aéreo (ATM), los radares de vigilancia de largo alcance como el radar de
vigilancia de ruta aéreas (ARSR) trabaja en esta banda de frecuencia. Acoplado con
un radar de vigilancia de mono pulso secundario (MSSR) que utilizan una
proporción relativamente grande, y muy lenta rotación de antena. Como una especie
de rima nemotécnica se puede recordar que los radares de banda L tienen antena de
gran tamaño o largo alcance.
Banda E/F (Banda Radar S): En la banda de frecuencia de 2 a 4 GHz la atenuación
atmosférica es ligeramente superior que en la Banda D. Los equipos de radar en esta
banda necesitan una potencia de transmisión mayor a la usada en los rangos más
bajos de frecuencia para lograr un alcance máximo bueno. Como ejemplo dado, el
radar de energía media (MPR), con una potencia de impulso de hasta 20 MW. En
este rango de frecuencia la influencia de las condiciones meteorológicas es mayor que
en la banda D. De cualquier modo, algunos radares meteorológicos trabajan esta
Banda E/F, pero sobre todo en condiciones climáticas subtropicales y tropicales,
porque es aquí donde el radar puede ver más allá de una fuerte tormenta.
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8. Banda G (Banda Radar C): En la banda de frecuencia G hay muchos sistemas
móviles de vigilancia usados en el campo de batalla militar, control de misiles y
conjuntos de radares de vigilancia con un corto o mediano alcance. El tamaño de las
antenas proporciona una excelente precisión y resolución, además que su tamaño no
es un inconveniente para un rápido traslado. La influencia de condiciones
meteorológicas adversas es muy alta. Por lo tanto los radares de vigilancia aérea son
en su mayoría equipados con antenas de polarización circular. Esta banda de
frecuencias está predeterminada para la mayoría de los tipos de radares
meteorológicos usados para localizar precipitaciones en zonas templadas como
Europa.
Banda I/J (Banda de Radar X & Ku): En esta banda de frecuencia (8 a 12 GHz) la
relación entre la longitud de onda utilizada y el tamaño de la antena es
considerablemente mejor que en las bandas de menor frecuencia. La Banda I/J- es
una banda de radar relativamente popular para aplicaciones militares como radares
aerotransportados para el ejercicio de las funciones de interceptor, caza y ataque de
combatientes enemigos y objetivos en tierra. El tamaño de la antena muy pequeña
proporciona un buen rendimiento. Sistemas de guía de misiles en la banda I/J son de
un tamaño conveniente y por tanto de interés para las aplicaciones donde la
movilidad y el peso ligero son importantes y el alcance lejano no es un
Banda K (Banda Radar K & Ka): Cuanta más alta es la frecuencia, más altas son la
absorción y la atenuación atmosféricas de las ondas. Por otra parte, la exactitud y la
resolución en distancia se incrementan también. Los usos del radar en esta banda de
frecuencia proporcionan muy poco cubrimiento en distancia, resolución muy alta y
datos de alta tasa de renovación. En el ATM estos sistemas de radar son llamados:
Radares de Movimiento en la Superficie (Surface Movement Radar, SMR) o Equipo
de detección en la superficie del aeropuerto (Airport Surface Detection Equipment,
ASDE). La utilización de pulsos de transmisión muy cortos de unos nanosegundos
permite una resolución en distancia que deja visualizar el contorno del avión en la
pantalla de los radares.
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9. Banda V: Debido a la dispersión molecular (En este caso se trata de la influencia de
la humedad del aire). Esta banda de frecuencia genera una alta atenuación. La
aplicación para los radares está limitada para una corta distancia de un par de
metros.
W-Band: Aquí aparecen dos fenómenos de atenuación atmosférica: un máximo de
atenuación de alrededor de unos 75 GHz y un mínimo relativo a unos 96 GHz Ambos
rangos de frecuencia prácticamente están en uso. En la ingeniería automotriz
pequeños dispositivos de radar que funcionan a 75…76 GHz para asistentes de
frenado y asistente de estacionamiento. La atenuación alta (aquí la influencia de las
moléculas de oxígeno O2) mejora la inmunidad a la injerencia de estos conjuntos de
radar.
PROPAGACIÓN TERRESTRE DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Toda aquella onda electromagnética que se propague dentro de la atmósfera terrestre
se le denomina onda terrestre y el proceso de comunicación entre dos o más puntos
de la tierra se conocen como radio comunicación terrestre. Toda onda
electromagnética terrestre es afectada por las condiciones atmosféricas y con ello se
puede decir que dependen de la clase de sistema y del ambiente propagándose en
diferentes formas viajando en línea recta o alterando su trayectoria.
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10. Modos de propagación de ondas electromagnéticas
Existen tres formas de propagación de las ondas electromagnéticas en la atmósfera
terrestre: onda terrestre, onda espacial (compuesta por ondas directas y ondas
reflejadas en el suelo) y ondas celestes o ionosféricas. Una de las características más
importantes de las ondas terrestres es que a frecuencias inferiores de 1.5MHz, las
ondas presentan mayor difusión y menor pérdida en el momento de su propagación.
Las ondas celestes son utilizadas para aplicaciones de alta frecuencia y las ondas
espaciales se utilizan para aplicaciones de muy alta frecuencia.
1. PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES
Se denomina onda terrestre a toda aquella onda electromagnética que viaje por la
superficie de la tierra denominadas también ondas superficiales. Una característica
de las ondas terrestres es que deben estar polarizadas verticalmente, ya que si el
campo eléctrico de este tipo de ondas se polariza horizontalmente quedaría en
paralelo de la superficie de la tierra generando un corto circuito debido a la
conductividad del suelo. El campo eléctrico generado por una onda terrestre induce
voltajes provocando la circulación de corrientes semejantes a las de una línea de
transmisión. Como toda onda sufre pérdidas o atenuaciones a medida que se
propagan debido a la resistencia ofrecida por el ambiente y por el medio de
transmisión; a mayor frecuencia de este tipo de ondas mayor es la cantidad de
pérdidas en la onda electromagnética. El uso de ondas terrestres es común en
aplicaciones de comunicación marítima y de radio navegación.
Dentro de las ventajas del uso de ondas terrestres en el momento de propagarse se
pueden considerar:
 Las ondas terrestres son poco afectadas por las condiciones variables de la
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atmósfera

11.  Se pueden realizar procesos de comunicación entre dos lugares cualesquiera
del mundo siempre y cuando se utilice la potencia suficiente de
transmisión
Las desventajas de la propagación de ondas terrestres son las siguientes:
 Las pérdidas en el terreno varían mucho de acuerdo con el material
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superficial y su composición
 Se limitan a frecuencias muy bajas, bajas e intermedias (VLF,LF y MF) y
requieren grandes antenas
 Requieren una potencia de transmisión relativamente alta
2. PROPAGACIÓN DE ONDAS ESPACIALES
Las ondas espaciales son todas aquellas ondas que incluyen las ondas directas, que
son aquellas que viajan en línea recta o a línea de vista entre las antenas
transmisoras y receptoras, las cuales pueden ser irradiadas por varios kilómetros. La
única restricción para este tipo de propagación, es que esta limitada por la curvatura
de la tierra.
Otro tipo de ondas espaciales son las ondas reflejadas en el suelo las cuales se forman
cuando son reflejadas por la superficie terrestre en el momento de la propagación de
la onda electromagnética entre antenas transmisoras y receptoras.

12. Propagación de Ondas Espaciales
La curvatura de la tierra tal como se menciona es un obstáculo para la propagación
de ondas espaciales, esta curvatura, presenta un horizonte de propagación dentro del
cual se pueden realizar procesos de comunicación a línea de vista denominado
horizonte de radio.
Debido a la refracción atmosférica el horizonte de radio esta más allá del horizonte
óptico para la atmósfera estándar común. Un cálculo común para determinar la
longitud del horizonte de radio es que es equivalente 4/3 del horizonte óptico. Dentro
de los métodos comunes para aumentar el tamaño del horizonte de radio consiste en
elevar las antenas de transmisión o recepción lo más alto posible ubicándolas en
torres, sitios montañosos o edificios altos.
Una forma para calcular el horizonte de radio en función de la altura de la antena es:
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13. 12

14. Ondas Espaciales y horizonte de Radio
3. PROPAGACIÓN POR ONDAS CELESTES
Las ondas electromagnéticas celestes son aquellas que se propagan con polarización
horizontal; en aplicaciones comunes, este tipo de ondas se irradia en una dirección
que forma un ángulo relativamente grande con la tierra.
Son ondas que se irradian directamente hacía el cielo en donde son reflejadas o
refractadas hacía la superficie terrestre por la ionosfera, por esta razón se le
denomina propagación ionosférica. La ionosfera, es la región del espacio que está
entre 50 y 400 kilómetros sobre la superficie terrestre; esta capa de la tierra es la
encargada de absorber grandes cantidades de energía solar ionizando moléculas de
aire formando con ello electrones libres.
Cuando una onda electromagnética atraviesa la ionosfera el campo eléctrico de la
onda ejerce una fuerza sobre los electrones libres colocándolos en un estado vibrante
provocando con ello la refracción de la onda electromagnética de nuevo hacia la
superficie terrestre, la densidad de la ionosfera está condicionada por el medio
ambiente y la temperatura.
Existen tres capas que componen la ionosfera la capa: d, e y f.
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15. Capas Ionosféricas
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