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,

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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 reflejará. 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.

Refracción

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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refracción para cualquier otro medio será mayor que 1, determinando su magnitud

en función de la reducción de la velocidad de la onda.

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 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 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 1 = N2 Sen 2

donde N1 = índice de refracción del medio inicial

N2 = índice de refracción del medio al cual pasa la onda

1 = ángulo del incidencia

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.

Difracción

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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.

Un receptor en la zona de sombra no llega a recibir una señal completa. La parte de

la señal completa. La parte 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.

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.

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.

La propagación de las ondas de tierra es más fuerte en los intervalos de frecuencias

bajas y medias.

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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

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.

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

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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 a 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.

La distancia de transmisión práctica con ondas directas es una función de la altura de

las antenas transmisoras y la antena receptora.

La formula es:

d =

Donde ht = altura de la antena transmisión en (pies).

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d = distancia del transmisor al horizonte en (millas).

La distancia de transmisión se calcula:

D = +

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 = + = + =

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 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.

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.

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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 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.

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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