1. Propagación de las Ondas de Radio
Las ondas de radio enviadas por la antena de un transmisor, estas viajan
propagándose por el espacio y finalmente alcanza otra antena. El nivel de energía
de la señal descrece muy rápido con la distancia desde la antena transmisora. La
onda electromagnética también se ve afectada por objetos que encuentran en su
camino, como árboles edificios y otras estructuras grandes. Además, la trayectoria
que toma una señal electromagnética hasta una antena receptora depende de factores
como la frecuencia de la señal, las condiciones atmosféricas y la hora del día. Todos
estos factores pueden considerarse para predecir la propagación de las ondas de
radio desde el transmisor hasta el receptor.
Características ópticas de las ondas de radio
Las ondas electromagnéticas se comportan como las ondas de luz. Estas se reflejan,
refractan, difractan y enfocan a través de otros objetos.
Reflexión
Todos los objetos metálicos, reflejan las ondas de radio. Cualquier objeto metálico
en una trayectoria de transmisión, por ejemplo, un edificio de departamento, torres
de agua, automóviles, aviones y aun líneas de energías eléctricas, causan algunas
reflexiones. La reflexión también la producen otras superficies parcialmente
conductoras como la tierra y cuerpos de agua.
La reflexión de ondas de radio sigue los principios de la reflexión de onda de luz,
manteniéndose que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, ver la
figura 14-37.
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2. Un conductor perfecto causaría una reflexión total; toda la energía de la onda que
golpea la superficie sería reflejada. Dado que en el mundo real no hay conductores
perfectos, la reflexión nunca es completa, no obstante si la superficie reflectora es un
buen conductor, como el cobre o aluminio, y es lo bastante grande, la mayor parte de
la onda se reflejara. Los conductores más deficientes solo absorben parte de la
energía de la onda. En algunos casos la onda penetra la superficie reflejante por
completo. El proceso de reflexión invierte la polaridad de la onda. Esto equivale a
un desplazamiento de fase de 180º.
Reflexión
Este fenómeno representa el doblez de una onda debido a la composición física del
medio a través del cual pasa la onda. La velocidad de la onda de radio, al igual que
la velocidad de la luz es de 300,000,000 m/seg en el espacio libre, esto es, en el
vacío o en el aire. Cuando la luz pasa a través de otro medio, como agua o vidrio, se
retrasa. El retraso al entrar o salir la luz en un medio diferente provoca que la onda
de la luz se doblen.
Lo mismo ocurre a las ondas de radio, a medida que una onda de radio viaja a través
del espacio libre, se encuentra con aire de diferentes densidades, la densidad
depende del grado de ionización (causado por la ganancia o perdida global de
electrones). Este cambio de la densidad del aire causa que la onda se doble.
El grado de doblez depende del índice de refracción de un medio (n), el cual se
obtiene al dividir la velocidad de la onda de la luz (o de radio) en el vacío y la
velocidad de una onda de luz (o de radio) en el medio que causa la curva, entre la
onda de radio.
Como la velocidad de una onda en el vacío es casi la misma que la velocidad de la
onda en el aire, el índice de refracción para el aire es muy cercano a 1. El índice de
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3. refracción para cualquier otro medio será mayor que 1, determinando su magnitud
en función de la reducción de la velocidad de la onda.
En la figura 14-38 muestra como una onda se retracta. La onda incidente de un
transmisor viaja a través del aire, donde encuentra una región de aire ionizado que
causa que la velocidad de propagación se reduzca.
Dicha onda tiene un ángulo de θ 1 a una perpendicular en la línea de frontera entre
el aire y el aire ionizado.
La onda refractada curvada pasa a través del aire ionizado; sin embargo, ahora toma
una dirección, la cual tiene un ángulo θ 2 con respecto a la perpendicular.
La relación entre los ángulos y los índices de refracción esta dada por una formula
llamada ley de Snell:
N1 Sen θ 1 = N2 Sen θ 2
donde N1 = índice de refracción del medio inicial
N2 = índice de refracción del medio al cual pasa la onda
θ 1 = ángulo del incidencia
θ 2 = ángulo de refracción
Es importante señalar que también abra alguna reflexión de la frontera entre los dos
medios, ya que la ionización ocasiona que el aire sea un conductor parcial. Esta
reflexión no es total; buena parte de la energía pasa dentro de la región ionizada.
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4. Difracción
Las ondas de radios viajan en línea recta. Cuando aparece un obstáculo entre un
transmisor y un receptor, parte de la señal se bloquea produciéndose una zona de
sombra como podemos ver en la figura 14-39-a.
Un receptor en la zona de sombra no llega a recibir una señal completa. La parte de
la señal completa. La pare de la señal que pasa debido a fenómeno de sombra se
llama difracción, y siendo el doblez de las ondas alrededor de un objeto.
Cuando las ondas encuentran un obstáculo, lo rodean, por arriba de él y en cada
lado. Al pasar el objeto el frente de onda, las fuentes puntuales de ondas en la orilla
del obstáculo desarrollan ondas esféricas adicionales que penetran y llenan la zona
de sombra. Este fenómeno, llamado a veces difracción en borde, la cual podemos
verlo en la figura 14-39-b.
Propagación de Ondas de Radio a través del Espacio
Las ondas de radio tiene tres trayectorias básicas que son efectuadas a través del
espacio: onda de tierra, onda de cielo y onda de espacio.
La onda de tierra también se llama onda de superficie dejan una antena y
permanecen cerca de la tierra como se puede ver en la figura 14-40.
La onda de tierra sigue la curvatura de la tierra y pueden, por lo tanto viaja a
distancia más allá del horizonte.
Las ondas de la tierra deben tener polarización vertical para propagarse desde la
tierra. Cuando las ondas son polarizadas horizontalmente estas son absorbidas o
ponen en corto por la tierra.
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5. La propagación de las ondas de tierra es más fuerte en los intervalos de frecuencias
bajas y medias.
Las ondas de tierra son la trayectoria principal de la señal en el intervalo de 30KHz a
3MHz. Las señales llegan a propagarse por cientos y algunas veces miles de
kilómetros en estas frecuencias bajas. Por ejemplo las señales de radiodifusión de
AM se propagan principalmente por ondas de tierra durante el día y por ondas de
cielo en la noche.
Onda de Cielo
Las señales de onda de cielo son radiadas por la antena o la atmósfera superior,
donde se reflejan de regreso a la tierra. Este doblez o reflexión de señal lo produce
la refracción en una región de la atmósfera superior llamada Ionización. Esto lo
podemos ver en la figura 14-4-1.
La ionización se produce en la atmósfera por medio de la radiación de los rayos
ultravioletas del sol. Cuando la atmósfera se ioniza se carga de señales eléctricas.
En este caso los átomos toman o liberan electrones, convirtiéndose en iones
positivos o negativos. También ahí existe la presencia de electrones libres.
La ionosfera en su punto más bajo se encuentra a 50km sobre la tierra y se extiende
hasta unos 400km de la tierra.
La ionosfera se considera dividida en tres capas: capa D, capa E y capa F.
La capa F se divide en capa F1 y F2.
Las capas D y E son las mas alejadas del sol y están ligeramente ionizadas.
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6. Las capas F1 y F2 son las más cercanas al sol y están altamente cargadas, creando
mayor efecto positivo a las señales de radio. Las capas F existen en la noche y en el
día. El efecto principal de las capas F es causar refracción de las señales de radio
cuando éstas cruzan las fronteras entre capas de la ionosfera con diferentes niveles
de ionización hacen que la onda de radio se doble en forma gradual.
La dirección del doblez depende del ángulo al cual entra la onda de radio en la
ionosfera y de los diferentes grados de ionización de las capas, como lo determina a
ley de Snell.
Las VHF y UHF, y las de microondas pasan por la ionosfera y no se refractan a
menos que existan manchas solares u otro fenómeno electromagnético.
Ondas de Espacio
El tercer método de propagación de las señales de radio es por ondas directas u
ondas del espacio.
Las ondas directas viajan en línea recta de la antena de transmisión de la antena de
recepción. La comunicación por ondas de radio directas se denomina
comunicaciones por línea de vista.
Las ondas directas o de espacio no se refractan, ni siquiera la curvatura de la tierra.
Debido a su naturaleza de línea recta, viajan en forma horizontal desde la antena
transmisora hasta que alcanza el horizonte, donde son bloqueadas, como podemos
ver en la figura 14-42.
La distancia de transmisión práctica con ondas directas es una función de la altura de
las antenas transmisoras y la antena receptora.
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7. La formula es:
d= 2ht
Donde ht = altura de la antena transmisión en (pies).
d = distancia del transmisor al horizonte en (millas).
La distancia de transmisión se calcula:
D= 2ht + 2hr
Donde hR = altura de la antena receptora en (pies)
Ejemplo: Si una antena transmisora está en 350 pies de alto y la antena receptora a
25 pies la distancia práctica más larga de transmisión es:
D= 2( 350 ) + 2( 25) = 700 + 50 =
D = 26.46 + 7.07 = 33.53 millas
Las comunicaciones por líneas de vista son características para las transmisiones en
VHF, UHF, microondas y las señales de radio con una frecuencia arriba de los
30MHz.
Una estación repetidora podemos verla en la figura 14-43 y consiste en combinar el
receptor y un transmisor que opera en frecuencia separadas.
El receptor capta una señal de un transmisor remoto, la amplifica y las retransmite
(en otra frecuencia) a un receptor remoto.
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8. Por lo común la repetidora se ubica entre las estaciones transmisoras y receptora y;
por lo tanto incrementa la distancia de comunicaciones. Las repetidoras tienen
receptores de sensibilidad muy alta y transmisores de alta potencia, y sus antenas
están colocadas en puntos muy altos.
Las repetidoras se usan mucho para incrementar el alcance de las comunicaciones
para unidades móviles y portátiles de radio, para las cuales las antenas no están por
naturaleza, muy altas sobre la tierra. El alcance limitado de transmisión y recepción
de dichas transmisiones pueden de las unidades puede ampliarse en forma
considerable operándolas a través de una repetidora localizada en algún punto alto.
Las repetidoras se usan en sentido como podemos ver en la figura 14-44 donde cada
repetidora tiene un transmisor y un receptor. La señal original se capta, amplifica y
retransmite en una frecuencia diferente al segundo repetidor, el cual repite el
proceso. La distancia entre repetidoras por lo general está comprendida entre 32 a
casi 96km aparte, principalmente en sitios elevados para asegurarse de
comunicaciones confiable a distancia muy grandes.
Muchas compañías telefónicas emplean las estaciones relevadoras de microondas
para sus comunicaciones de larga distancia.
El último de los repetidores es, por su puesto un satélite de comunicación. La mayor
parte de los satélites se colocan en una orbita geoestacionaria a 36,200km sobre el
ecuador. Como a esa distancia toma exactamente 24 horas en dar una vuelta
alrededor de la tierra, las satélites de comunicaciones aparentan estar estacionarias.
Operan como estaciones repetidoras fijas. Las señales enviadas a un satélite se
amplifican y retransmiten de regreso a la tierra a grandes distancias.
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9. La combinación receptor-transmisor dentro del satélite se denomina transpondedor.
La mayoría de los satélites tienen muchos transpondedores, por lo cual es posible
retransmitir múltiples señales, logrando comunicaciones de alcance mundial en
frecuencias de microondas.
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