Este documento presenta un resumen de los principales mecanismos de propagación de ondas de radio. Explica que la propagación depende de la frecuencia y del medio por el que viaja la onda, ya sea el suelo, la ionosfera o la troposfera. Describe los diferentes modos de propagación como onda guiada, onda de superficie, onda de ionosfera y onda de espacio. También analiza la influencia del terreno en la propagación y presenta ecuaciones para calcular el coeficiente de reflexión y la atenuación excesiva
Describe el proceso mediante el cual se evalúa la viabilidad de un radioenlace, para ello se deben calcular las pérdidas en el trayecto y conocer las características del equipamiento y de las antenas.
Propagación de Ondas (2017)
- Modelo de propagación en espacio libre
- Modelo de Tierra Plana (MTP)
- Propagación por onda de superficie
- Modelo de tierra curva
- Difracción
- Dispersión
- Propagación en entorno urbano
- Análisis del presupuesto del enlace
Describe el proceso mediante el cual se evalúa la viabilidad de un radioenlace, para ello se deben calcular las pérdidas en el trayecto y conocer las características del equipamiento y de las antenas.
Propagación de Ondas (2017)
- Modelo de propagación en espacio libre
- Modelo de Tierra Plana (MTP)
- Propagación por onda de superficie
- Modelo de tierra curva
- Difracción
- Dispersión
- Propagación en entorno urbano
- Análisis del presupuesto del enlace
Comunicaciones inalámbricas e IoT, Maestría en Ciencias de la Computación, UTPL, 2019.
- Modelo de propagación en espacio libre
- Modelo de tierra plana
- Difracción
- Dispersión
- Propagación en entorno urbano
- Análisis del presupuesto del enlace
Describir los tipos más comunes de antenas, clasificados según su longitud eléctrica, el ancho de banda de frecuencias en el que operan y su inteligencia.
Apuntes de clases. Calcular el claro que requiere una trayectoria de microondas y la potencia en el receptor para diversas configuraciones de transmisor, antena y terreno.
Radioenlaces por microondas.
Caracteristicas, ventajas e inconvenientes, etructura general de un rarioenlace, canalizacion, planificacion de radioenlaces, traado de perfiles, equipos de radioenlaces, lineas de transmision y antenas, potencia, ruido, interferencia, desvanecimiento, técnicas de diversidad,
Comunicaciones inalámbricas e IoT, Maestría en Ciencias de la Computación, UTPL, 2019.
- Modelo de propagación en espacio libre
- Modelo de tierra plana
- Difracción
- Dispersión
- Propagación en entorno urbano
- Análisis del presupuesto del enlace
Describir los tipos más comunes de antenas, clasificados según su longitud eléctrica, el ancho de banda de frecuencias en el que operan y su inteligencia.
Apuntes de clases. Calcular el claro que requiere una trayectoria de microondas y la potencia en el receptor para diversas configuraciones de transmisor, antena y terreno.
Radioenlaces por microondas.
Caracteristicas, ventajas e inconvenientes, etructura general de un rarioenlace, canalizacion, planificacion de radioenlaces, traado de perfiles, equipos de radioenlaces, lineas de transmision y antenas, potencia, ruido, interferencia, desvanecimiento, técnicas de diversidad,
Aletas de Transferencia de Calor o Superficies Extendidas.pdfJuanAlbertoLugoMadri
Se hablara de las aletas de transferencia de calor y superficies extendidas ya que son muy importantes debido a que son estructuras diseñadas para aumentar el calor entre un fluido, un sólido y en qué sitio son utilizados estos materiales en la vida cotidiana
Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que funcionan con alimentación eléctrica en corriente alterna. Un motor es una máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energía en energía mecánica de rotación o par.
1. Propagaci´on de Ondas
Cap 3 Mecanismos B´asicos de Propagaci´on(1ra Parte)
Javier Mart´ınez1
1 Universidad T´ecnica Particular de Loja
Loja, Ecuador
1jfmartinez1@utpl.edu.ec
17 de abril de 2019
Javier Mart´ınez (UTPL) Propagaci´on de Ondas 17 de abril de 2019 1 / 37
2. ´Indice
1 Mecanismos de Propagaci´on
Introducci´on
Mecanismos de propagaci´on
Influencia del Terreno
Influencia Troposf´erica
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3. Mecanismos de Propagaci´on
´Indice
1 Mecanismos de Propagaci´on
Introducci´on
Mecanismos de propagaci´on
Influencia del Terreno
Influencia Troposf´erica
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4. Mecanismos de Propagaci´on Introducci´on
´Indice
1 Mecanismos de Propagaci´on
Introducci´on
Mecanismos de propagaci´on
Influencia del Terreno
Influencia Troposf´erica
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5. Mecanismos de Propagaci´on Introducci´on
An´alisis de un radioenlace
Para analizar un radio enlace se puede usar:
Ecuaciones Maxwell (complejo)
´Optica Geom´etrica (Modelos de rayos)
Modelos emp´ıricos y curvas de propagaci´on normalizada
Las caracter´ısticas de propagaci´on dependen:
Obst´aculos (Suelo, edificios, colinas,vegetaci´on)
Caracter´ısticas el´ectricas del terreno(constante diel´ectrica,
conductividad)
Propiedades del medio (gases atmosf´ericos,hidrometeoros, vapor de
agua)
Se revisar´a los modos de propagaci´on de acuerdo al medio de
propagaci´on y frecuencia [1]
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6. Mecanismos de Propagaci´on Introducci´on
An´alisis de un radioenlace
Medios :
Suelo
Troposfera
Ionosfera
Bajas Frecuencias:(inferiores a MF)
Tierra - buen conductor
Onda de superficie viaja- no visibilidad directa
Ondas siguen el contorno del terreno
Altas frecuencias :
Antenas elevadas con respecto al suelo
La propagaci´on se realiza por Onda directa OD + Onda Reflejada OR
Estas ondas se interfieren entre s´ı
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7. Mecanismos de Propagaci´on Introducci´on
An´alisis de un radioenlace
Potencia de recepci´on:
No se puede evaluar ´unicamente con la Ecuaci´on de Friis
factor de correcci´on depende del mecanismo de propagaci´on
Densidad de potencia: S
S =
Pt.Gt
4πd2
(1)
La densidad de potencia en funci´on del campo el´ectrico es:
S =
E2
240π
(2)
Igualando las dos ecuaciones:
Pt.Gt
4πd2
=
E2
240π
(3)
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8. Mecanismos de Propagaci´on Introducci´on
An´alisis de un radioenlace
Potencia de recepci´on:
E =
√
60Pt.Gt
d
(4)
El campo de recepci´on en la pr´actica se aplica un factor de correcci´on de
campo FE
E =
√
60Pt.Gt
d
xFE (5)
La potencia de recepci´on se obtiene a partir de la Ec. de Friis y se a˜nade
un factor de correcci´on de la potencia.Fp
S =
Pt.Gt
4πd2
xFp (6)
Donde Fp = |FE |2
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9. Mecanismos de Propagaci´on Mecanismos de propagaci´on
´Indice
1 Mecanismos de Propagaci´on
Introducci´on
Mecanismos de propagaci´on
Influencia del Terreno
Influencia Troposf´erica
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10. Mecanismos de Propagaci´on Mecanismos de propagaci´on
Mecanismos Propagaci´on en VLF
ONDA GUIADA TIERRA IONOSFERA
VLF (3 kHz - 30 kHz) tierra e ionosfera son buenos conductores
Distancia Tierra - Ionosfera ≈ 60 - 100 Km
λ = 10 - 100 Km
Tierra - Ionosfera (Gu´ıa de Onda Esf´erica)
Antenas Verticales: el´ectricamente peque˜nas y f´ısicamente grandes
Aplicaciones : Telegraf´ıa Naval y Submarina [1]
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11. Mecanismos de Propagaci´on Mecanismos de propagaci´on
Mecanismos Propagaci´on en HF,MF y HF
ONDA DE SUPERFICIE
Bandas LF,MF,HF (10 kHz y 10 MHz)
Monopolos Verticales 50 y 200 metros
Polarizaci´on Vertical
Alcance var´ıa dependiendo de frecuencia y potencia
LF: 1000 a 5000 km, MF: 100 a 1000 km, HF menos de 100 km
Aplicaciones : Sistemas Navales y Radiodifusi´on [1]
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12. Mecanismos de Propagaci´on Mecanismos de propagaci´on
Mecanismos Propagaci´on en MF - HF
ONDA DE IONOSFERA
Bandas MF,HF (30 kHz y 30 MHz)
Monopolos Verticales 50 y 200 metros
Polarizaci´on Vertical y Horizontal
Alcance de un solo salto
MF: 0 a 2000 km, HF 50 a 4000 km
Aplicaciones : Radiodifusi´on, comunicaci´on punto a punto [1]
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13. Mecanismos de Propagaci´on Mecanismos de propagaci´on
Mecanismos Propagaci´on en MF - HF
ONDA DE IONOSFERA
Capa D : 60 y 90 Km altura (Noche)
Capa E : 90 y 130 km altura (D´ıa)
Capa F : 150 a 400 km altura (Todas horas): subcapas F1 y F2
[1]
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14. Mecanismos de Propagaci´on Mecanismos de propagaci´on
Mecanismos Propagaci´on VHF y superiores
ONDA DE ESPACIO Y TROPOSF´ERICA
Bandas VHF y superiores
La ionosfera se vuelve transparente
Suelo(Difracci´on y Reflexi´on)
Troposfera (refracci´on, atenuaci´on y dispersi´on)
MF: 0 a 2000 km, HF 50 a 4000 km
Aplicaciones : Radiodifusi´on, comunicaci´on punto a punto, enlaces
satelitales, com. espacio profundo [1]
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15. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
´Indice
1 Mecanismos de Propagaci´on
Introducci´on
Mecanismos de propagaci´on
Influencia del Terreno
Influencia Troposf´erica
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16. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
ECUACI´ON GENERAL DE LA PROPAGACI´ON
Se modela mediante dos rayos
Rayo directo RD y rayo reflejado RR
Suelo(Difracci´on y Reflexi´on)
Puede haber una componente de onda de superficie [1]
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17. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
ECUACI´ON GENERAL DE LA PROPAGACI´ON
Sea:
e = e0
1
RD
+ R.exp(−j∆)R
RR
+ (1 − R)A.exp(−j∆)
O.Superfice
(7)
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18. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
ECUACI´ON GENERAL DE LA PROPAGACI´ON
e = e0
1
RD
+ R.exp(−j∆)R
RR
+ (1 − R)A.exp(−j∆)
O.Superfice
(8)
Donde :
e es el campo recibido en condiciones reales
e0 campo recibido en condiciones espacio libre.
R es el coeficiente de reflexi´on del suelo
A es un t´ermino de atenuaci´on de la onda de superficie
∆ desfasamiento entre rayo directo y reflejado [1]
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19. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
ECUACI´ON GENERAL DE LA PROPAGACI´ON
La atenuaci´on por exceso ser´a:
Lex = 20 log
e0
|e|
= 20 log
1
|1 + (R + (1 − R)A)exp(−j∆)|
(9)
El ´angulo ∆ es:
∆ =
2π∆l
λ
(10)
La atenuaci´on es compleja, as´ı como R = |R| exp(−jβ) Para distancia
largas ψ = 0 , por lo que β = π y ∆l = 0, entonces R=-1.
Por lo que, RD y RR se cancelan entre s´ı y solo obtenemos la onda de
superficie.
Para frecuencias ≥ 10 Mhz , factor A es elevado por lo que el RR tiene
mayor influencia [1]
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20. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
COEFICIENTE DE REFLEXI´ON DEL TERRENO
Par´ametros el´ectricos terreno:
r constante diel´ectrica relativa
σ (mhos/m) la conductividad del terreno
Recomendaci´on ITUR P.527 (Valores distintos tipos de terreno)
La permitividad compleja del terreno es:
0 = r − j60σλ (11)
R = |R| exp(−jβ) = f ( , ψ)
Se tiene que, en polarizaci´on vertical:
RV =
0 sin ψ − 0 − cos2 ψ
0 sin ψ + 0 − cos2 ψ
(12)
Referencia : (Hernando,2013)
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21. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
COEFICIENTE DE REFLEXI´ON DEL TERRENO
Valores t´ıpicos de terreno
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22. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
COEFICIENTE DE REFLEXI´ON DEL TERRENO
Y para polarizaci´on vertical:
RH =
sin ψ − 0 − cos2 ψ
sin ψ + 0 − cos2 ψ
(13)
A menor angulo de incidencia ψ R tiende a -1
Para propagaci´on sobre conductor perfecto R es igual a 1
Referencia : (Hernando,2013)
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23. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
MODELO DE TIERRA PLANA
Aplicable para distancias cortas y terrenos lisos:
Angulo de incidencia:
ψ = tanh
ht + hr
d
(14)
Diferencia de trayectos:
∆l = TPR − TR = d2 + (ht + hr )2 − d2 + (ht − hr )2 ≈
2hthr
d
(15)
Referencia : (Hernando,2013)
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24. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
MODELO DE TIERRA PLANA
Aplicable para distancias cortas y terrenos lisos:
Diferencia de fase:
∆ =
4πhthr
λd
(16)
Si e es el m´odulo de campo:
e = e0|{1 + |R|(1 − A) exp(−j(∆ + β)) + A exp(−j∆)}| (17)
Referencia : (Hernando,2003)
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25. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
MODELO DE TIERRA PLANA
Aplicable para distancias cortas y terrenos lisos:
Si se prescinde de la onda de superficie,es decir A=0:
e
e0
= |1 + |R|e−j(∆+β)
| = 1 + |R|2 + 2|R| cos(∆ + β) (18)
La p´erdida de propagaci´on:
lb =
et
e0
e0
e
=
4πd
λ
2
1 + |R|2 + 2|R| cos(∆ + β)
(19)
Referencia : (Hernando,2003)
Javier Mart´ınez (UTPL) Propagaci´on de Ondas 17 de abril de 2019 25 / 37
26. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
MODELO DE TIERRA PLANA
Dado que ψ ≈ 0, ya que d ht,hr , entonces |R| → 1 y β → π, luego:
|e|
|e0|
= 2 + 2|R| cos(∆ + β) = 2 sin
∆
2
(20)
Reemplazando ∆:
|e|
|e0|
= 2 sin
2πhthr
λd
≈
4πhthr
λd
(21)
Luego, de acuerdo a la ecuaci´on 13:
lb =
d4
(hthr )2
(22)
Independiente de la frecuencia, y proporcional a la distancia
Referencia : (Hernando,2003)
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27. Mecanismos de Propagaci´on Influencia del Terreno
Influencia del terreno
MODELO DE TIERRA PLANA
Para incluir el efecto de la onda de superficie, se usa altura ficticias ht y
hr , para sustituir a ht y hr :
ht = h2
t + h2
0 (23)
hr = h2
r + h2
0 (24)
Donde h0 es igual:
h0 =
λ
2π
( r − 1)2
+ (60σλ)2
−
1
4 (Pol Horizontal) (25)
h0 =
λ
2π
( r − 1)2
+ (60σλ)2
1
4 (Pol Vertical) (26)
Luego :
lb =
d4
(hthr )2
(27)
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28. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
´Indice
1 Mecanismos de Propagaci´on
Introducci´on
Mecanismos de propagaci´on
Influencia del Terreno
Influencia Troposf´erica
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29. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
Influencia Troposf´erica
PROPAGACI´ON TROPOSF´ERICA
Para f mayores a 150 MHz (VHF,UHF,etc..) no se usan los m´etodos
de propagaci´on por superficie y ionosfera
Onda troposf´erica: capas bajas de la atm´osfera
Modos de propagaci´on : difracci´on, multitrayecto y refracci´on
Condiciones atmosf´ericas producen atenuaci´on, depolarizaci´on,
temperatura.
Ventajas:
Rayo curvo permite mayores alcances
rayo se curva debido al efecto de la atm´osfera
Desventajas:
Al ser el rayo curvo dificulta c´alculo de atenuaci´on
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30. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
Influencia Troposf´erica
PROPAGACI´ON TROPOSF´ERICA
Para lo cual se sustituye:
Se sustituye el radio real de la tierra por un radio tal que el rayo sea recto
Se tiene que calcular el nuevo radio usando el indice de refracci´on
atmosf´erico Referencia:(Murillo,2008)
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31. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
Influencia troposf´erica
Indice de refracci´on atmosf´erico
Sea la refractividad N y el ´ındice de refracci´on n:
N = (n − 1)106
(28)
De acuerdo a la ITU.R P.453:
N =
77, 6
T
p + 4810
e
T
(29)
Condiciones normales:
presi´on atmosf´erica p = 1.013 mb
presi´on vapor de agua 10,2 mb
temperatura absoluta T=290◦ K
Luego : N= 316 y n= 1.000316
Referencia:(Hernando,2003)
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32. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
Influencia troposf´erica
Indice de refracci´on atmosf´erico
Seg´un la ITU.R P.369, el indice de refracci´on en funci´on de la altura h:
n(h) = 1 + 315x10−6
e−0,136h
(30)
Donde h es la altura en km sobre el suelo. La refractividad N ser´a:
N(h) = 315e−0,136h
(31)
Para altura de hasta 2 km:
N(h) = Ns(1 − 0, 136h) (32)
Donde Ns el valor del co´ındice N a nivel de superficie
Ns = N0(1 − 0, 136hs) (33)
Donde hs altura con respecto al nivel del mar,N0 es dado por mapas en
ITU.R P.453 Referencia:(Hernando,2003)
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33. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
Influencia troposf´erica
Trayectoria de los rayos
Los rayos se curvan debido:
Disminuci´on del ´ındice de refracci´on con la altura
Se aplica la Ley de Snell
Si n2 < n1 → sin ψ2 > sin ψ1
Referencia:(Hernando,2003)
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34. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
Influencia troposf´erica
Factor de radio efectivo K
El radio de la tierra ficticia ser´a :
R0 = KR0, donde :
K =
157
157 + dN
dh
(34)
Donde : dN
dh se conoce como el gradiente de refracci´on. El valor medio es K
= 4/3, por lo que:
R0 = KR0 = 4
3(6370 km) = 8493km
Referencia: [2]
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35. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
Influencia troposf´erica
GRADIENTE DE REFRACCI´ON dN
dh o ∆N
Referencia:Rec. ITU-R P.453-13
Javier Mart´ınez (UTPL) Propagaci´on de Ondas 17 de abril de 2019 35 / 37
36. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
Influencia troposf´erica
Factor de radio efectivo K
Si 1 < k < 4
3, k = 4/3 valor medio, Normal:
Si 0 < k < 1, subrrefractiva intensa:
Si k < 0 troposfera conductiva, k > 4/3 superrefractiva.
Referencia: [2]
Javier Mart´ınez (UTPL) Propagaci´on de Ondas 17 de abril de 2019 36 / 37
37. Mecanismos de Propagaci´on Influencia Troposf´erica
Bibliograf´ıa)
J. M. Hernando, Transmisi´on por Radio. 7ma Edici´on, 7th ed.
Editorial Universitaria Ram´on Aceres, 2013. [Online]. Available:
https://www.ebook.de/de/product/20513137/
jose maria hernando rabanos luis mendo tomas jose manuel riera
salis transmision por radio.html
J. J. Murillo. (2008) Apuntes de materia radiopropagaci´on. [Online].
Available: http:
//personal.us.es/murillo/docente/radio/documentos/tema7.pdf
Javier Mart´ınez (UTPL) Propagaci´on de Ondas 17 de abril de 2019 37 / 37