Radiopropagación (página 2)

La
transmisión de las ondas

Cualquier transmisión tanto de radio como de
televisión
se hace a través de las denominadas Ondas
electromagnéticas. Este tipo de ondas se caracterizan
porque están formadas, como su nombre indica por la
conjunción de un campo
eléctrico y otro magnético. La unión de
estos campos es la que permite que este tipo de ondas se pueda
transmitir por el espacio. Este tipo de ondas se propaga por el
espacio (independientemente de cuál sea su frecuencia) a
la velocidad de
la luz; a la
particularidad que tiene este tipo de ondas de viajar por el
espacio es a lo que se le denomina técnicamente como
propagación de las ondas
electromagnéticas.

Una onda electromagnética se define con tres
parámetros:

 a. La frecuencia: nos define el número de
ondas que se transmiten en un segundo.
 b. La velocidad: que como decíamos es siempre la
misma ya que es independiente de la frecuencia. Esta velocidad es
igual a la velocidad de la luz (300.000 kilómetros por
segundo).
 c. La longitud de onda: que es el resultado de dividir la
velocidad de propagación (la velocidad de la luz) por la
frecuencia. El resultado viene expresado en metros.

La siguiente tabla muestra la
clasificación de las ondas electromagnéticas a
tenor de los tres parámetros antes enunciados:
 

Podemos hacer otro tipo de clasificaciones, como la que
se suele hacer con las ondas de radio (Ondas largas, ondas cortas
y ondas medias), para no alargar el tema no entraremos en estas
clasificaciones.

La
transmisión de las ondas: principios

Una onda electromagnética la podemos crear y
transmitir, luego, con los aparatos adecuados, la podemos recibir
y utilizar. Para poner una onda electromagnética en el
espacio necesitamos una serie de elementos: vamos a poner como
ejemplo una emisora de radio (pero sería aplicable a
cualquier otro tipo de emisión), en este caso lo que
queremos transmitir es la voz; nuestra voz, al estar delante del
micrófono, se convierte en corrientes eléctricas
que un emisor se encarga de convertir en corrientes de Radio
Frecuencia (R.F.), estas corrientes se aplican a una antena de
emisión (que es la encargada de convertir las corrientes
del emisor en ondas electromagnéticas).

Estas ondas viajan por el espacio, si dentro del alcance
de estas ondas ponemos un receptor, la antena de este receptor se
encarga de convertir esas ondas electromagnéticas en
débiles corrientes eléctricas; estas corrientes el
receptor las amplifica y las trata de forma conveniente para que
sean capaces de excitar el altavoz.

El transmisor mas sencillo que podemos construir se
basaría en un circuito electrónico llamado
oscilador, que en este caso debería oscilar dentro de la
gama de las R.F.; esa R.F., aplicada a una antena,
generaría ondas electromagnéticas que se
propagarían por el espacio. Pero este sencillo transmisor
no nos serviría de mucho porque el receptor (dependiendo
del tipo de receptor que elijamos) o bien nos emite un pitido
constante o bien no emite ningún tipo de sonido. Vamos a
poner por caso que yo, de alguna manera, hago que la señal
de R.F. se corte durante unos instantes, a la antena
llegarán trenes de pulsos de R.F. que serán
irradiados.

Si yo tengo un receptor de los que emiten un pitido,
cuando está presente la señal de R.F.,
conseguiré "oir" las pulsaciones que alguien haga en el
manipulador de mi emisora; estamos en el principio de la
transmisión Morse por lo que puedo transmitir
mensajes.

Esta sencilla emisora Morse que acabo de diseñar
es muy probable que no me llegase a funcionar porque: por un
lado, al conectar el oscilador directamente a la antena, la
potencia de
salida sería muy pequeña y la potencia de salida va
a estar ligada íntimamente al alcance de la emisora: a mas
potencia mas alcance; por otro lado la antena absorbe una
potencia un poco grande lo que hará que el oscilador se
esté corriendo continuamente de frecuencia.

Para salvar estos inconvenientes, entre el oscilador y
la antena, se colocan una serie de amplificadores, especiales
para estos casos, que se llaman amplificadores de R.F. A cada
amplificador de R.F. se le denomina etapa, un emisor
tendrá tantas etapas como sean necesarias para dar su
potencia de salida. A la primera etapa, la que va inmediatamente
detrás del oscilador, se le denomina amplificador
separador o buffer; a las etapas que siguen la buffer se le va
denominando consecutivamente primera etapa de potencia, segunda
etapa de potencia, etc. Al amplificador final, el que va
conectado a la antena, se le denomina amplificador (o etapa)
final de potencia.

Una onda electromagnética la podemos crear y
transmitir, luego, con los aparatos adecuados, la podemos recibir
y utilizar. Para poner una onda electromagnética en el
espacio necesitamos una serie de elementos: vamos a poner como
ejemplo una emisora de radio (pero sería aplicable a
cualquier otro tipo de emisión), en este caso lo que
queremos transmitir es la voz; nuestra voz, al estar delante del
micrófono, se convierte en corrientes eléctricas
que un emisor se encarga de convertir en corrientes de Radio
Frecuencia (R.F.), estas corrientes se aplican a una antena de
emisión (que es la encargada de convertir las corrientes
del emisor en ondas electromagnéticas).

La
manipulación de las ondas de R.F.

En el ejemplo propuesto anteriormente del transmisor
Morse, nos debe quedar claro que la onda del oscilador en
sí no nos transmitiría nada; cuando manipulamos esa
onda es cuando conseguimos que se transmita información. A la onda que genera el
oscilador y que nos sirve para llevar la información es a
lo que se denomina onda portadora.

Decíamos antes que si pusiésemos solo la
onda portadora en la antena, en los receptores podía
ocurrir o que no se escuchase nada o que se oyese un pitido
(dependiendo del tipo de receptor).

Esto se produce porque en el receptor otro oscilador
está trabajando a la misma frecuencia que el oscilador del
transmisor, a esta adecuación de frecuencias es a lo que
se le conoce como sintonización del receptor. Cuando se
produce la sintonización, ambos osciladores están
en la misma frecuencia, en el receptor una de las etapas
amplificadoras se va a encargar te tratar la onda portadora, bien
anulándola (caso del receptor con sonido nulo), bien
amplificando solo la portadora que está sintonizada y
anulando el resto de las que llegan a la antena (receptor con el
pitido).

El transmisor que nos ha servido de ejemplo sería
el típico transmisor de onda continua, la
manipulación sobre la portadora se hace poniendo en antena
trozos mas o menos grandes de esta portadora. Este tipo de
transmisión se suele utilizar en comunicaciones
a largas distancias.

Una variante de este tipo de transmisión es la
transmisión por onda continua modulada, empleada
principalmente en comunicaciones de emergencia; la única
diferencia entre los dos estriba en que en este último
tipo se utilizan dos osciladores: el de R.F., que genera la
portadora, y el de Audio Frecuencia (A.F.). Las señales
de los osciladores, en este tipo de transmisores se mezclan de
forma que la señal de A.F. se monta sobre la señal
de R.F. (modulación).

Lo que se transmite son trozos de portadora
convenientemente modulada. En el dibujo se la
izquierda se ha intentado representar la señal que
tendríamos en la etapa final de R.F., donde
observaríamos "trozos de portadora (convenientemente
modulada) y espacios de silencio o ausencia de portadora (los
trazos grises y azul no se verían, se han representado
para que veamos como se modula la señal original, la
señal de salida sería únicamente el trazo
rojo; esto es aplicable también a los ejemplos
siguientes).

Para la transmisión del sonido y la imagen se
utilizan dos métodos :
la transmisión por modulación de amplitud y la
transmisión por modulación de frecuencia. La
transmisión por modulación de amplitud no difiere
de la transmisión por onda continua modulada, en este caso
el oscilador de A.F. se sustituye por los sonidos de este tipo
recogidos por un micrófono, un dispositivo de música, una
cámara, etc.

La señal captada por estos dispositivos se
amplifica convenientemente y se utilizar para modular la
portadora; si enganchásemos un osciloscopio
en la etapa final de R.F. veríamos una señal
parecida a la de la derecha, En este caso, en la
transmisión, siempre tenemos portadora, cuando el
micrófono capte un sonido, la portadora se modulará
(tramos mas estrechos) y en los silencios la portadora se
transmitirá con toda su amplitud.

La transmisión por modulación de
frecuencia consiste en modular la portadora de forma que la
señal de entrada le haga aumentar o disminuir su
frecuencia (no su amplitud como en el caso anterior). En este
caso, también, la portadora se está irradiando
continuamente por la antena: en los silencios la portadora
saldrá con la frecuencia del oscilador , cuando el
dispositivo de sonido o imagen capte una señal,
ésta modulará la portadora haciéndole variar
su frecuencia.

Un osciloscopio colocado en la etapa final de R.F.
vería "acortamientos y estiramientos continuos" de la
portadora.(EN este gráfico, el tramo azul, sí forma
parte de la señal, se ha representado así para
resaltar la modulación).

Zona de
Fresnel

Tanto en óptica
como en comunicaciones por
radio o
inalámbricas, la zona de
Fresnel es una zona de despeje adicional que hay que tener en
consideración además de haber una visibilidad
directa entre las dos antenas.

Este factor deriva de la teoría
de
ondas electromagnéticas respecto de
la expansión de las mismas al viajar en el espacio libre.
Esta expansión resulta en reflexiones y cambios de fase al
pasar sobre un obstáculo. El resultado es un aumento o
disminución en el nivel de intensidad de señal
recibido. Debiendo considerar la curvatura de la tierra(K),
que generalmente puede tomar valores de
K=2/3 (peor caso) y K=4/3(caso óptimo)

En la óptica y comunicaciones por radio, una zona
de Fresnel (pronunciada como zona FRA-nel, de origen
francés), nombrada en honor del físico

Auguste Jean Fresnel, es uno de los
elipsoides
de revolución
concéntricos teóricamente infinitos que definen
volúmenes en el patrón de radiación
de la abertura
circular (generalmente). Fresnel divide resultado en zonas
de la
difracción por la abertura
circular.

La sección transversal de la primera zona de
Fresnel es circular. Las zonas subsecuentes de Fresnel son
anulares en la sección transversal, y concéntricas
con las primeras. El concepto de las
zonas de Fresnel se puede también utilizar para analizar
interferencia por obstáculos cerca de la trayectoria de
una viga (antena) de radio. Esta zona se debe determinar primero,
para mantenerla libre de obstrucciones.

La obstrucción máxima permisible para
considerar que no hay obstrucción es el 40% de la primera
zona de Fresnel. La obstrucción máxima recomendada
es el 20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del
valor de K
(curvatura de la tierra)
considerando que para un K=4/3 la primera zona de fresnel debe
estra despejada al 100% mientras que para un estudio con K=2/3 se
debe tener despejado el 60% de la primera zona de
Fresnel.

Para establecer las zonas de Fresnel, primero debemos
determinar la línea de vista de RF ("RF LoS", en inglés), que en términos simples es
una línea recta entre la antena transmisora y la
receptora. Ahora la zona que rodea el RF LoS es la zona de
Fresnel. El radio de la sección transversal de la primera
zona de Fresnel tiene su máximo en el centro del enlace.
En este punto, el radio r se puede calcular como
sigue:

r = radio en metros (m).
d = distancia en kilómetros (km).
f = frecuencia transmitida en megahercios (MHz).
La fórmula genérica de cálculo de
las zonas de Fresnel es:

Donde:

rn = radio de la
enésima zona de Fresnel.
d1 = distancia desde el transmisor al objeto en
km.
d2 = distancia desde el objeto al receptor en
km.
d = distancia total del enlace en km.
f = frecuencia en MHz.

La Difracción de Fresnel

La condición de validez es algo débil y
permite que los parámetros de dimensión del
obstáculo tengan valores comparables: la apertura es
pequeña comparada con el
camino óptico. De esta forma es
interesante investigar en el comportamiento
del
campo eléctrico sólo en una
pequeña porción de área cercana al origen de
la fuente luminosa, es decir para valores de x e y
mucho más pequeños que z, en este caso se
puede asumir que ,
esto viene a significar que: .

De esta forma, al igual que la
difracción de Fraunhofer, la
difracción de Fresnel ocurre debido a la curvatura
del
frente de onda. Para la difracción
Fresnel el campo eléctrico en un punto ubicado en
(x,y,z) está dado por:

Esta es la integral de difracción de Fresnel; y
viene a significar que si la aproximación de Fresnel es
válida , el campo propagado es una
onda esférica, originada en la
apertura y moviéndose a lo largo del eje Z. La integral
modula la amplitud y la fase de una onda esférica. La
solución analítica de esta expresión es
sólo posible en casos muy raros.

PROPAGACIÓN TERRESTRE

Ondas aéreas

   Son aquellas que parten de la antena del
emisor y llegan hasta la antena del receptor a través del
propio aire pero sin
llegar a la ionosfera.  Según su trayectoria pueden
ser: Ondas directas, reflejadas y otras influenciadas por ciertos
efectos como son por refracción troposférica o por
difracción.

 Onda directa

Tocar terreno ni ionosfera. La atenuación es
mínima, siendo únicamente la que se produce por el
espacio abierto o agentes meteorológicos (lluvia,
nieve,… ) Es la típica de frecuencias superiores a 30MHz
(V-U-SHF).

    Un claro ejemplo lo tenemos en los
emisores de radiodifusión FM y TV, en los que para
conseguir máximas distancias es imprescindible tener la
antena emisora lo más alta posible (o ubicaciones de
repetidores o reemisores en cotas altas del terreno). Otro
ejemplo lo tenemos en los radioenlaces de microondas
(SHF o frecuencias >3GHz) en los que es imprescindible que
haya visión directa para establecerse la
comunicación.

Onda reflejada

     Llega al receptor
después de reflejarse en la tierra (o mar). Sufre gran
atenuación por la propia naturaleza del
terreno y depende mucho de éste. En ocasiones favorece el
establecimiento de la comunicación a largas
distancias.

Refracción
Troposférica

   Cuando una capa de aire frío se
encuentra entre dos capas de aire caliente, puede ocurrir que la
onda de refracte, esto es, que modifique su
trayectoria.

Difracción (filo de la
navaja)

Cuando entre el emisor y el receptor se encuentra una
montaña o cordillera, puede ocurrir que las ondas
modifiquen su trayectoria debido a la naturaleza del terreno
(temperatura,
humedad, etc) consiguiéndose incluso, niveles de ganancia,
en lugar de atenuaciones.

Ondas de radio u ondas
hertzianas.

 Las ondas de radio u ondas Hertzianas son
ondas electromagnéticas. Como una onda de radio es una
vibración, al cabo de un período, la onda
habrá recorrido una distancia llamada longitud de onda. La
longitud de onda es una característica esencial en el
estudio de la propagación; para una frecuencia dada
depende de la velocidad de propagación de la
onda.

El ámbito de las frecuencias de las ondas de
radio se extiende de algunas decenas de kiloherzios hasta los
límites
de los infrarrojos.

Las siguientes son abreviaciones para rangos de
frecuencias de radio: ELF (extremely low frequencies) de 30 a
3000 Hz, VLF (very low frequencies) de 3 a 30 KHz, LF (low
frequencies) de 30 a 300 kHz, MF (medium frequencies) de 0.3 a 3
MHz, HF (high frequencies) de 3 a 30 MHz, VHF (very high
frequencies) de 30 a 300 MHz, UHF (ultra high frequencies) por
arriba de los 300 Mhz, y por último, SHF y EHF

Formas de propagación.

Las ondas Hertzianas se propagan en dos
formas:

• En el espacio libre (por ejemplo, propagación
  irradiada alrededor de la tierra):

Las ondas causadas por la caída de una piedra
en la superficie de un estanque se propagan como
círculos concéntricos. La onda de radio emitida
por la antena isotrópica (es decir, radiante de manera
uniforme en todas las direcciones del espacio) puede ser
representada por una sucesión de esferas
concéntricas. Imagínese una burbuja que se infla
muy rápidamente, a la velocidad de la luz, muy cerca de
300,000 km por segundo. Al cabo de un segundo la esfera tiene
600,000 km de diámetro. Si el medio de
propagación no es isotrópico y homogéneo,
el frente de la onda no será una esfera.

• En líneas (propagación guiada, en un
  cable
  coaxial o en una guía de onda):

En espacio libre, cuanto más se aleje de la
antena, la intensidad del campo electromagnético irradiado
es más débil. Esta variación es regular en
un medio homogéneo, en el vacío, por ejemplo. En un
medio no homogéneo, como por ejemplo, en la superficie de
la Tierra , numerosos fenómenos contradicen esta norma: es
frecuente que la onda recibida interfiere directamente con un
reflejó de esta onda sobre el suelo, un
obstáculo o sobre una capa de la ionosfera.

Para una buena recepción, es necesario que el
campo eléctrico de la onda captada tenga un nivel
suficiente. El valor mínimo de este nivel depende de la
sensibilidad del receptor, de la ganancia de la antena y la
comodidad de escucha deseada. En el caso de las transmisiones
numéricas la comodidad de escucha es sustituida por el
nivel de fiabilidad requerido para la transmisión. La
intensidad del campo eléctrico se mide en
voltio/metro.

Propagación de las ondas de radio:
difusión, reflexión y
refracción.

Una onda de radio se distingue de una radiación
luminosa por su frecuencia: algunas decenas de kiloherz o
gigahertz para la primera, algunos centenares de térahertz
para el segundo. Obviamente la influencia de la frecuencia de la
onda es determinante para su propagación pero la
mayoría de los fenómenos de la óptica
geométrica (por ejemplo, la reflexión) se aplican
también en la propagación de las ondas
hertzianas.

En la práctica es frecuente que dos o varios
fenómenos se apliquen simultáneamente al trayecto
de una onda: reflexión y difusión, difusión
y refracción… Estos fenómenos aplicados a las
ondas radioeléctricas permiten a menudo establecer
conexiones entre puntos que no están en vista
directa.

Difusión.

El fenómeno de difusión puede producirse
cuando una onda encuentra un obstáculo cuya superficie no
es perfectamente plana y lisa. Es el caso de las capas ionizadas
de la atmósfera, de la superficie del suelo en
las regiones onduladas (para las longitudes de ondas más
grandes) o de la superficie de los obstáculos
(acantilados, bosques, construcciones…) para las ondas
ultracortas (sobre algunos centenares de megaherz). Como en la
óptica, la difusión depende de la relación
entre la longitud de onda y las dimensiones de los
obstáculos o irregularidades a la superficie de los
obstáculos reflejantes. Estos últimos pueden
también cambiar por las cortinas de lluvia (en
hiperfrecuencias) o las zonas ionizadas de la alta
atmósfera en las auroras polares (borealis y
australis, Northern and Southern Lights) .

Reflexión y refracción.

  La información necesaria para una
conexión que utiliza una reflexión sobre la capa E
de la ionosfera es:

      La potencia del
emisor;

      el diagrama de
radiación de la antena;

      la
posición geográfica de cada una de las dos
estaciones y también;

      la capacidad de
la capa E de la ionosfera para reflejar las ondas de
radio.

Es el SSN (el término histórico es
número de Wolf, que no depende de quien determina
el número de manchas solares, veremos esto en la parte II
de estas notas), y también la fecha y la hora del
día del intento de conexión que permitirá al
programa
informático calcular las posibilidades de
propagación ionosférica. Se conocerá la
probabilidad
de establecer la conexión en función de
la frecuencia para un reporte de señal sobre ruido
dado

La refracción es el cambio en la
dirección de propagación de una
onda, cuando pasa de un medio a otro en el que su velocidad es
distinta, o cuando hay una variación espacial de la
velocidad de la onda en el mismo medio.

El clima espacial
condiciona la ionización en las distintas capas de la
ionosfera, que cambia con la fecha y la hora. En el
capítulo sobre propagación y clima espacial
hablaremos de la refracción de las ondas de radio en la
ionosfera, capacidad de la ionosfera, que permite contactos DX,
de frecuencias máximas utilizables MUF y frecuencias
mínimas utilizables LUF, de SWF (atenuación o
pérdida de intensidad, también absorción, en
Onda Corta, short wave fade, en inglés). Hablaremos
también del número de Wolf.

Interferencia de dos ondas de radio

Es necesario distinguir la interferencia causada por dos
señales independientes, en frecuencias muy cercanas,
aparece el fenómeno de interferencia cuando la onda
directa irradiada por un emisor se recibe al mismo tiempo que una
onda reflejada. En este último caso, los tiempos de
recorrido de las dos ondas son diferentes y las dos
señales recibidas son defasadas. Pueden entonces
presentarse varios casos:

      defasamiento
igual a un múltiplo del período: las
señales están en fase y se refuerzan mutuamente.
Sus amplitudes se añaden.

      defasamiento de
un múltiplo de un semi-período: las
señales están en oposición de fase y la
amplitud de la más débil se deduce de más
fuerte. Si las dos señales tienen la misma amplitud, el
nivel de la señal resultante es nulo.

      defasamiento
cualquiera: la amplitud de la señal que resulta es
intermedia entre estos dos valores extremos.

Los fenómenos de interferencias pueden ser muy
molestos cuando el tiempo de recorrido de la onda indirecta
varía: la amplitud de la señal recibida
varía entonces a un ritmo más o menos
rápido. El fenómeno de interferencia se utiliza en
aplicaciones que cubren numerosos ámbitos: medida de
velocidad, radiogoniometría…

Propagación en función
de la gama de frecuencia

Ondas kilométricas

Se propagan principalmente muy a baja altitud, por onda
de suelo. Su gran longitud de onda permite el rodeo de los
obstáculos. Para una misma distancia del emisor, el nivel
de la señal recibida es muy estable. Este nivel disminuye
tanto más rápidamente cuanto más se eleve la
frecuencia. Las ondas de frecuencia muy baja penetran un poco
bajo la superficie del suelo o el mar, lo que permite comunicar
con submarinos en inmersión. Aplicaciones corrientes:
radiodifusión sobre Grandes Ondas (Francia-Inter,
RTL…), difusión de las señales horarias (relojes
de radiocontroladores)… La potencia de estos emisores es
enorme: a menudo varios megavatios para obtener un alcance que
puede llegar hasta 1000 km .

Ondas hectométricas

Las estaciones de radiodifusión sobre la banda de
las Pequeñas Ondas (entre 600 y 1500 kHz) tienen potencias
que pueden llegar hasta varios centenares de kilovatios. Apenas
utilizan la onda de suelo para cubrir una zona que no sobrepasa
una región francesa pero se benefician después de
la puesta del sol de los fenómenos de propagación
ionosférica

Ondas decamétricas

Las ondas cortas, bien conocidas por los
radioaficionados, permiten conexiones intercontinentales con
potencias de algunos milivatios si la propagación
ionosférica lo permite ya que la onda de suelo sobre 2
ó 3 MHz apenas lleva más allá de algunas
decenas kilómetros. Entre 1 y 30 MHz, la reflexión
de las ondas sobre las capas de la ionosfera permite liberarse
del problema del horizonte óptico y obtener con un
único salto un alcance de varios millares de
kilómetros.

Pero estos resultados son muy variables y
dependen de los métodos de propagación, el ciclo
solar, la hora del día o la temporada. Las ondas
decamétricas cedieron el paso a los satélites
aunque los cálculos de previsión de
propagación permitieran predecir con una buena fiabilidad
las horas de apertura, las frecuencias máximas utilizables
y el nivel de la señal que se recibirá.

Ondas métricas

  Las ondas métricas corresponden
a frecuencias incluidas entre 30 y 300 MHz que incluye la banda
de radiodifusión FM, las transmisiones VHF de los
aviones, la banda radioaficionado de los 2m, 6 m … se
propagan principalmente en línea recta pero consiguen
pasar los obstáculos de dimensiones que no superan
algunos metros. Se reflejan sobre las paredes, rocas,
vehículos y excepcionalmente sobre nubes ionizadas
situadas en la capa E, hacia 90 km de altitud lo que permite
conexiones por más 1000 km . En tiempo normal, el
alcance de una emisora de 10 vatios en una antena
omnidireccional es de algunas decenas de kilómetros pero
sucede también que el índice de refracción
para estas frecuencias haga curvarse hacia el suelo una onda
que se habría perdido en el espacio. Son entonces
posibles las conexiones con algunos centenares de
kilómetros

  Ondas decimétricas e
hiperfrecuencias

Mientras más aumenta su frecuencia, el
comportamiento de esta onda se asemeja al de un rayo luminoso.
Los haces hertzianos permiten conexiones a la vista, como el
Telégrafo de Casquillo, pero por todo el tiempo y con
producciones de información de los mil millones de vez
más elevado. Ningún obstáculo de
tamaño superior a algunos decímetros debe
encontrarse sobre el trayecto del haz.

Estas ondas se reflejan fácilmente sobre
obstáculos de algunos metros de dimensión; este
fenómeno es explotado por los radares, incluidos los
utilizados en los bordes de las carreteras. Y gracias a los
reflejos sobre los edificios es posible utilizar un teléfono portátil sin estar en vista
directa con la antena de enlace, pero las interferencias entre
ondas reflejadas dificulta la comunicación, obligando al
usuario a cambiar de lugar o a desplazarse simplemente de algunos
metros. Sobre 10 GHz con una potencia de algunos vatios y
antenas
parabólicas de menos de un metro de diámetro, es
posible efectuar conexiones a varios centenares de
kilómetros de distancia sirviéndose una elevada
montaña como reflector. Arriba de 10 gigahertz, el
fenómeno de difusión puede manifestarse sobre nubes
de lluvia, permitiendo a la onda alcanzar lugares situados
más allá del horizonte óptico

Previsiones de propagación

  El nivel de la señal emitida por una
estación de emisión (emisora y antena) en un punto
del espacio (o de la superficie de la Tierra ) puede calcularse
con una buena precisión si se conocen los principales
factores que determinan la transmisión. Como ejemplo
tomemos dos casos: conexión en vista directa en 100MHz y
conexión a gran distancia en 10MHz que utiliza una
reflexión sobre la capa E. No efectuaremos obviamente
aquí los cálculos.

Conexión directa sobre 100MHz

Se conoce:

      La potencia de
salida del emisor;

      El diagrama de
radiación de la antena de emisión y en particular
la ganancia de ésta en la dirección que nos
interesa y su altura con relación al suelo;

      El perfil del
terreno entre la estación de emisión y el punto
de recepción, teniendo en cuenta la redondez de la
Tierra ;

      La distancia
entre emisora y no de recepción;

Los programas
informáticos más o menos sofisticados permiten
hacer rápidamente esta clase de
cálculo que puede eventualmente tener en cuenta la
conductividad del suelo, las posibilidades de reflexión,
etc. Si se añaden las características de la
estación de recepción (antena + receptor), se
podrá entonces calcular el balance de la
conexión, que dará la diferencia de nivel entre
la señal útil y el ruido
radioeléctrico.

Propagación guiada

  Para transportar la energía de alta
frecuencia de un punto en otro, no se utiliza un añadido
eléctrico ordinario sino una línea de
transmisión con las características apropiadas.
Esta línea está formada por dos conductores
eléctricos paralelos separados por un dieléctrico,
muy buen aislante a las frecuencias utilizadas (aire,Teflon
polietileno…). Si uno de los conductores esta rodeado por otro,
hablamos entonces de línea coaxial.

  Ejemplos de
líneas de transmisión

 
      Del emisor a la
antena se utilizará un cable coaxial que podrá
soportar tensiones de varios centenares o millares de voltios
sin distensión eléctrica.

      Entre la
antena parabólica y el receptor de televisión por satélite las
señales de baja amplitud serán transportadas
por un cable coaxial que presentará escasas
pérdidas a muy alta frecuencia.

      La antena de
un radar utilizado para el control
aéreo se conecta a los equipos de detección con
ayuda de una guía de onda, sale de tubo
metálico dentro del cual se desplaza la
onda.

      Sobre ondas
cortas los radioaficionados utilizan a veces líneas de
dos hilos para alimentar su antena.

      Los circuitos
selectivos utilizados en los aparatos que funcionan a muy
alta frecuencia (superior a 300 MHz) son muy a menudo
líneas.

Formación de una onda en una
línea

Un generador conectado a cargo con ayuda de una
línea va a causar en cada uno de los dos conductores de la
línea la formación de una corriente
eléctrica y la formación de una onda que se
desplaza en el dieléctrico a una velocidad muy grande.
Esta velocidad es inferior a la velocidad de la luz pero
sobrepasa frecuentemente 200,000 km/s, lo que implica que, para
una frecuencia dada, la longitud de la onda en la línea es
más pequeña que en el espacio (longitud de onda =
velocidad en el medio/frecuencia)

Ondas progresivas

Cuando la línea se adapta perfectamente al
generador y a la carga, la condición se cumple cuando la
impedancia de salida del primero y la impedancia de entrada del
segundo son iguales a la impedancia característica de la
línea, este último es recorrido solamente por ondas
progresivas. En este caso ideal la diferencia de potencial entre
los conductores y la corriente que circula en éstos tienen
el mismo valor cualquiera que sea el lugar donde la medida se
efectúa en la línea. Tal línea no irradia,
el campo electromagnético producido por la onda progresiva
no es perceptible a alguna distancia de la
línea.

Ondas estacionarias

Si la condición mencionada anteriormente no se
cumple, si la impedancia de la carga es diferente de la
impedancia característica de la línea, la
línea va entonces a ser el sitio de ondas
estacionarias. La tensión medible entre los dos hilos
no será ya constante sobre toda la longitud de la
línea y van a aparecer:

      máximos
de tensión aún llamados vientres de
tensión correspondientes a nudos de
corriente

      de los
mínimos de tensión o nudos de
tensión asociados a máximos de corriente
(vientres de corriente).

      Este tipo de
funcionamiento generalmente se teme si el tipo de
ondas estacionarias es elevado. Las sobretensiones que
corresponden a los vientres de tensión pueden
dañar la emisora, o incluso la línea. Las
pérdidas en la línea son elevadas.

Pérdidas en la línea

La resistencia
eléctrica (no nula) de los conductores que constituyen la
línea y el aislamiento (no infinito) del
dieléctrico, causan un debilitamiento de la amplitud de la
onda progresiva recorriendo la línea.

Estas pérdidas tienen un doble
inconveniente:

      debilitamiento
de la señal recibida y disminución de la
sensibilidad del sistema de
recepción.

     
reducción de la potencia transmitida a la antena por el
emisor.

Las pérdidas en línea se expresan en dB/m
(decibel/metro de longitud) y dependen de numerosos
factores:

      naturaleza del
dieléctrico (materia,
forma…)

      tipo de
línea (de dos hilos, bifilar o coaxial)

      frecuencia de
trabajo

Ejemplo: un cable coaxial muy común (Ref. RG58A)
de una longitud de 30 metros presenta 6dB de pérdidas a
130MHz. Si se aplica una potencia de 100 vatios a la entrada de
esta línea se encontrarán 25 vatios a su salida En
6MHz la pérdida solo es de 1 decibel.

CONCLUSIONES

Las ondas electromagnéticas cubren un amplio
espectro de frecuencias. Dado que todas las ondas
electromagnéticas tienen igual velocidad c (velocidad de
la luz) que es una constante es decir no cambia, la
relación c= f* l (recordemos
que la explicación de velocidad de la onda era el espacio
recorrido dividido el tiempo para recorrerlo.

Cuando el espacio es una longitud de onda, el tiempo se
llama período "T" y la inversa del período es lo
que denominábamos frecuencia de la onda; de allí
surge la igualdad
anterior, dándole a la velocidad la notación que
corresponde por ser la velocidad de la luz) define todo el
espectro posible, abarcando desde las ondas de radio de baja
frecuencia y gran longitud de onda, las cuales son ondas
electromagnéticas producidas por cargas que oscilan en una
antena transmisora, las ondas de luz con frecuencias mayores
(cada color de la luz
blanca corresponde a una longitud de onda determinada) se
producen cuando determinados electrones oscilan dentro de los
sistemas
atómicos.

Las ondas electromagnéticas fuera del campo
visible como las ultravioletas, los rayos x, los
rayos g , rayos cósmicos, que
son vibraciones de otros electrones, o desaceleraciones de los
mismos.

Veamos cada una las diferentes ondas en orden
decreciente de su longitud de onda y por lo tanto, orden
creciente de su frecuencia, y como se producen:

        
Ondas de radio, son el resultado de la aceleración de
cargas a través de alambres conductores. Son generados
por dispositivos electrónicos.

        
Microondas que son ondas de radio de longitud corta
también generadas por dispositivos electrónicos,
se utilizan en sistemas de radar y para hornos a
microondas.

        
Ondas infrarrojas llamadas también térmicas,
llegan hasta la luz visible (el rojo del espectro), se producen
por la vibración de los electrones de las capas
superiores de ciertos elementos, estas ondas son absorbidas
fácilmente por la mayoría de los materiales.
La energía infrarroja que absorbe una sustancia aparece
como calor, ya
que la energía agita los átomos del cuerpo, e
incrementa su movimiento
de vibración o translación, lo cual da por
resultado un aumento de la temperatura.

        
Ondas visibles, son la parte del espectro
electro-magnético que puede percibir el ojo humano. La
luz se produce por la disposición que guardan los
electrones en los átomos y moléculas. Las
diferentes longitudes de onda se clasifican en colores que
varían desde el violeta el de menor longitud de onda
hasta el rojo el de mayor longitud de onda (de 4 a
7×10-7). La máxima percepción del ojo humano se produce en
la longitud de onda del amarillo-verdoso.

        
Ondas ultravioletas, que se producen por vibraciones de mayor
frecuencia, producidas por ejemplo en el
sol.

• Rayos X cuya fuente más común es la
  desaceleración de electrones que viajan a altas
  velocidades (alta energía) al chocar en un bombardeo de
  un blanco metálico.

Cabe aclarar que estas no son todas las conclusiones
obtenidas, pero si las mas importantes.

Ismael Escalona Reveron

República Bolivariana de Venezuela

Cátedra: Electrónica

Cúa, octubre de 2006