Propagación de radio

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Antenas
Tipos comunes Dipolo Fractal Círculo Monopolo Antena parabólica Televisión Látigo
Componentes Balun Bloquear convertidor Cable coaxial Contrapeso (sistema de tierra) Alimentar Linea de alimentación Convertidor reductor de bloque de bajo ruido Radiador pasivo Receptor Rotador Talón Transmisor Sintonizador Doble derivación
Sistemas Granja de antenas Radioaficionado Red celular Hotspot Red inalámbrica municipal Radio Mástiles y torres de radio Wifi Inalámbrico
Seguridad y regulación Radiación y salud de los teléfonos móviles Dispositivos electrónicos inalámbricos y salud Unión Internacional de Telecomunicaciones ( Reglamento de Radiocomunicaciones ) Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones
Regiones / fuentes de radiación Boresight Nube focal Plano terrestre Lóbulo principal Campo cercano y lejano Lóbulo lateral Plano vertical
Caracteristicas Ganancia de matriz Directividad Eficiencia Longitud electrica Radio equivalente Factor Ecuación de transmisión de viernes Ganar Altura Patrón de radiación Resistencia a la radiación Propagación de radio Espectro de radio Relación señal-ruido Emisión espuria
Técnicas Dirección de haz Inclinación de la viga Beamforming Celda pequeña Bell Laboratories Layered Space-Time (BLAST) Massive Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Reconfiguración Espectro ensanchado Acceso múltiple por división de espacio de banda ancha (WSDMA)
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La propagación de radio es el comportamiento de las ondas de radio a medida que viajan, o se propagan , de un punto a otro, o en varias partes de la atmósfera . ^{[1] ( p26‑1 )} Como forma de radiación electromagnética , como las ondas de luz, las ondas de radio se ven afectadas por los fenómenos de reflexión , refracción , difracción , absorción , polarización y dispersión . ^[2]La comprensión de los efectos de las condiciones variables de propagación de radio tiene muchas aplicaciones prácticas, desde la elección de frecuencias para internacionales de onda corta las emisoras , a diseñar fiables de telefonía móvil sistemas, a la navegación de radio , a la operación del radar sistemas.

En los sistemas prácticos de transmisión por radio se utilizan varios tipos diferentes de propagación. Propagación con visibilidad directa: ondas de radio que viajan en línea recta desde la antena transmisora ​​a la antena receptora. La transmisión de línea de visión se utiliza para la transmisión de radio de media distancia, como teléfonos celulares , teléfonos inalámbricos , walkie-talkies , redes inalámbricas , radio FM , transmisión de televisión , radar y comunicación por satélite (como televisión por satélite). La transmisión de la línea de visión en la superficie de la Tierra se limita a la distancia al horizonte visual, que depende de la altura de las antenas transmisoras y receptoras. Es el único método de propagación posible a frecuencias de microondas y superiores. ^[a]

A frecuencias más bajas en las bandas MF , LF y VLF , la difracción permite que las ondas de radio se doblen sobre colinas y otros obstáculos y viajen más allá del horizonte, siguiendo el contorno de la Tierra. Estos se denominan ondas superficiales o propagación de ondas terrestres . Las estaciones de transmisión de AM utilizan ondas terrestres para cubrir sus áreas de escucha. A medida que la frecuencia disminuye, la atenuación con la distancia disminuye, por lo que la frecuencia muy baja (VLF) y la frecuencia extremadamente baja(ELF) las ondas de tierra se pueden utilizar para comunicarse en todo el mundo. Las ondas VLF y ELF pueden penetrar distancias significativas a través del agua y la tierra, y estas frecuencias se utilizan para comunicaciones de minas y comunicaciones militares con submarinos sumergidos .

En frecuencias de onda media y onda corta ( bandas MF y HF ), las ondas de radio pueden refractarse de la ionosfera . ^[b] Esto significa que las ondas de radio medianas y cortas transmitidas en ángulo hacia el cielo pueden refractarse de regreso a la Tierra a grandes distancias más allá del horizonte, incluso distancias transcontinentales. A esto se le llama propagación de ondas celestes . Lo utilizan los operadores de radioaficionados para comunicarse con operadores en países distantes y las estaciones de transmisión de onda corta para transmitir internacionalmente. ^[C]

Además, existen varios mecanismos de propagación de radio menos comunes, como la dispersión troposférica ( dispersión troposférica ), los conductos troposféricos (conductos) y la onda celeste de incidencia casi vertical (NVIS) que se utilizan en sistemas de comunicación especializados.

Dependencia de la frecuencia

A diferentes frecuencias, las ondas de radio viajan a través de la atmósfera mediante diferentes mecanismos o modos: ^[3]

Radiofrecuencias y su modo principal de propagación.

Banda		Frecuencia	Longitud de onda	Propagación vía
DUENDE	Frecuencia extremadamente baja	3-30 Hz	100.000–10.000 km	Guiado entre la Tierra y la capa D de la ionosfera.
SLF	Frecuencia superbaja	30–300 Hz	10,000-1,000 km	Guiado entre la Tierra y la ionosfera .
ULF	Frecuencia ultrabaja	0,3 a 3 kHz (300 a 3000 Hz)	1000-100 km	Guiado entre la Tierra y la ionosfera .
VLF	Muy baja frecuencia	3–30 kHz (3.000–30.000 Hz)	100-10 km	Guiado entre la Tierra y la ionosfera .
LF	Baja frecuencia	30–300 kHz (30,000–300,000 Hz)	10-1 km	Guiado entre la Tierra y la ionosfera. Ondas terrestres .
MF	Frecuencia media	300–3000 kHz (300,000–3,000,000 Hz)	1000-100 m	Ondas terrestres . Refracción ionosférica de la capa E, F por la noche, cuando la absorción de la capa D se debilita.
HF	Alta frecuencia ( onda corta )	3–30 MHz (3.000.000–30.000.000 Hz)	100-10 m	Refracción ionosférica de la capa E. Refracción ionosférica de la capa F1, F2 .
VHF	Muy alta frecuencia	30–300 MHz (30,000,000–     300,000,000 Hz)	10-1 m	Propagación en línea de visión . Infrecuentes E de la ionosfera (E s ) refracción . Con poca frecuencia, refracción ionosférica de la capa F2 durante una alta actividad de manchas solares hasta 50 MHz y rara vez hasta 80 MHz. A veces, conductos troposféricos o dispersión de meteoritos
UHF	Frecuencia ultra alta	300–3000 MHz (300,000,000–     3,000,000,000 Hz)	100-10 cm	Propagación en línea de visión . A veces, conductos troposféricos .
SHF	Super alta frecuencia	3–30 GHz (3.000.000.000–     30.000.000.000 Hz)	10-1 cm	Propagación en línea de visión . A veces, la lluvia se dispersa .
EHF	Frecuencia extremadamente alta	30–300 GHz (30,000,000,000–     300,000,000,000 Hz)	10-1 mm	Propagación en la línea de visión , limitada por la absorción atmosférica a unos pocos kilómetros.
THF	Tremendamente alta frecuencia	0,3–3 THz (300,000,000,000–     3,000,000,000,000 Hz)	1–0,1 mm	Propagación en línea de visión .

Propagación del espacio libre

En el espacio libre , todas las ondas electromagnéticas (radio, luz, rayos X, etc.) obedecen a la ley del inverso del cuadrado que establece que la densidad de potencia de una onda electromagnética es proporcional al inverso del cuadrado de la distancia desde una fuente puntual. ^{[1] ( p . 26-19 )} o:${\displaystyle \rho \,}$${\displaystyle r\,}$

${\displaystyle \rho \propto {\frac {1}{r^{2}}}~.}$

A distancias de comunicación típicas de un transmisor, la antena transmisora ​​generalmente se puede aproximar mediante una fuente puntual. Duplicar la distancia de un receptor a un transmisor significa que la densidad de potencia de la onda radiada en esa nueva ubicación se reduce a una cuarta parte de su valor anterior.

La densidad de potencia por unidad de superficie es proporcional al producto de las intensidades del campo eléctrico y magnético. Por lo tanto, duplicar la distancia de la ruta de propagación desde el transmisor reduce a la mitad cada una de estas intensidades de campo recibidas en una ruta de espacio libre.

Las ondas de radio en el vacío viajan a la velocidad de la luz . La atmósfera de la Tierra es lo suficientemente delgada como para que las ondas de radio en la atmósfera viajen muy cerca de la velocidad de la luz, pero las variaciones en la densidad y la temperatura pueden causar una ligera refracción (flexión) de las ondas a lo largo de las distancias.

Modos directos (línea de visión)

La línea de visión se refiere a las ondas de radio que viajan directamente en línea desde la antena transmisora ​​a la antena receptora. No requiere necesariamente una trayectoria visual despejada; a frecuencias más bajas, las ondas de radio pueden atravesar edificios, follaje y otras obstrucciones. Este es el modo de propagación más común en VHF y superiores, y el único modo posible en frecuencias de microondas y superiores. En la superficie de la Tierra, la propagación de la línea de visión está limitada por el horizonte visual a unas 40 millas (64 km). Este es el método que utilizan los teléfonos móviles , ^[d] teléfonos inalámbricos , walkie-talkies , redes inalámbricas , punto a punto.enlaces de retransmisión de radio por microondas, radiodifusión de FM y televisión y radar . La comunicación por satélite utiliza trayectos de visibilidad directa más largos; por ejemplo, las antenas parabólicas domésticas reciben señales de satélites de comunicación a 22.000 millas (35.000 km) sobre la Tierra, y las estaciones terrestres pueden comunicarse con naves espaciales a miles de millones de millas de la Tierra.

Los efectos de reflexión del plano de tierra son un factor importante en la propagación de la línea de visión de VHF. La interferencia entre el haz directo de línea de visión y el haz de tierra se refleja a menudo conduce a una inversa-cuarto-poder efectivo ( ¹ / _{distancia ⁴} ) ley de radiación limitado plano de tierra. ^{[ cita requerida ]}

Modos de superficie (onda terrestre)

Artículo principal: Onda de superficie

Propagación de ondas de tierra

Las ondas de radio polarizadas verticalmente de baja frecuencia (entre 30 y 3000 kHz) pueden viajar como ondas superficiales siguiendo el contorno de la Tierra; esto se llama propagación de ondas terrestres .

En este modo, la onda de radio se propaga al interactuar con la superficie conductora de la Tierra. La onda "se adhiere" a la superficie y, por lo tanto, sigue la curvatura de la Tierra, por lo que las ondas terrestres pueden viajar sobre las montañas y más allá del horizonte. Las ondas terrestres se propagan en polarización vertical, por lo que se requieren antenas verticales ( monopolos ). Dado que la tierra no es un conductor eléctrico perfecto, las ondas de tierra se atenúan a medida que siguen la superficie de la Tierra. La atenuación es proporcional a la frecuencia, por lo que las ondas terrestres son el principal modo de propagación a frecuencias más bajas, en las bandas MF , LF y VLF . Las ondas terrestres son utilizadas por la radiodifusión.estaciones en las bandas de ondas hectométricas y kilométricas, y para señales horarias y sistemas de radionavegación .

A frecuencias aún más bajas, en las bandas VLF a ELF , un mecanismo de guía de ondas Tierra-ionosfera permite una transmisión de rango aún más largo. Estas frecuencias se utilizan para comunicaciones militares seguras . También pueden penetrar a una profundidad significativa en el agua de mar, por lo que se utilizan para comunicaciones militares unidireccionales con submarinos sumergidos.

Las primeras comunicaciones por radio de larga distancia ( telegrafía inalámbrica ) antes de mediados de la década de 1920 usaban bajas frecuencias en las bandas de onda larga y se basaban exclusivamente en la propagación de ondas terrestres. Las frecuencias superiores a 3 MHz se consideraron inútiles y se dieron a los aficionados ( radioaficionados ). El descubrimiento alrededor de 1920 del mecanismo de reflexión ionosférica o de onda del cielo hizo que las frecuencias de onda media y onda corta fueran útiles para la comunicación a larga distancia y se asignaron a usuarios comerciales y militares. ^[4]

Modos sin línea de visión

Artículo principal: propagación sin visibilidad directa

Modos ionosféricos (skywave)

Artículo principal: Skywave

Propagación de la onda del cielo

La propagación de ondas del cielo , también conocida como salto , es cualquiera de los modos que se basan en la reflexión y refracción de las ondas de radio de la ionosfera . La ionosfera es una región de la atmósfera de aproximadamente 60 a 500 km (37 a 311 millas) que contiene capas de partículas cargadas ( iones ) que pueden refractar una onda de radio hacia la Tierra. Una onda de radio dirigida en ángulo hacia el cielo puede ser reflejada hacia la Tierra más allá del horizonte por estas capas, lo que permite la transmisión de radio a larga distancia. La capa F2es la capa ionosférica más importante para la propagación de HF de múltiples saltos a larga distancia, aunque las capas F1, E y D también juegan un papel importante. La capa D, cuando está presente durante los períodos de luz solar, causa una cantidad significativa de pérdida de señal, al igual que la capa E, cuya frecuencia máxima utilizable puede aumentar a 4 MHz o más y, por lo tanto, bloquear las señales de frecuencia más alta para que no lleguen a la capa F2. Las capas, o más apropiadamente "regiones", se ven directamente afectadas por el sol en un ciclo diurno diario , un ciclo estacional y el ciclo de manchas solares de 11 años y determinan la utilidad de estos modos. Durante los máximos solares, o máximos y picos de manchas solares, se puede utilizar todo el rango de HF hasta 30 MHz generalmente las 24 horas del día y la propagación F2 hasta 50 MHz se observa con frecuencia dependiendo devalores diarios de flujo solar . Durante los mínimos solares , o la cuenta regresiva mínima de manchas solares hasta cero, la propagación de frecuencias por encima de 15 MHz generalmente no está disponible.

Aunque comúnmente se afirma que la propagación bidireccional de ondas decamétricas a lo largo de una ruta dada es recíproca, es decir, si la señal de la ubicación A llega a la ubicación B con una buena intensidad, la señal de la ubicación B será similar en la estación A porque la misma El camino se recorre en ambas direcciones. Sin embargo, la ionosfera es demasiado compleja y cambia constantemente para apoyar el teorema de reciprocidad. El camino nunca es exactamente el mismo en ambas direcciones. ^[5] En resumen, las condiciones en los dos puntos finales de una trayectoria generalmente causan cambios de polarización diferentes, por lo tanto, divisiones diferentes en rayos ordinarios y rayos extraordinarios ( rayos de Pedersen) que tienen diferentes características de propagación debido a las diferencias en la densidad de ionización, los ángulos cenitales cambiantes, los efectos de los contornos del dipolo magnético de la Tierra, los patrones de radiación de la antena, las condiciones del suelo y otras variables.

La predicción de los modos de onda del cielo es de considerable interés para los radioaficionados y las comunicaciones comerciales marítimas y aéreas , y también para las emisoras de onda corta . La propagación en tiempo real se puede evaluar escuchando las transmisiones de transmisores de balizas específicos .

Dispersión de meteoritos

La dispersión de meteoros se basa en reflejar las ondas de radio de las columnas de aire intensamente ionizadas generadas por los meteoros . Si bien este modo es de muy corta duración, a menudo solo de una fracción de segundo a un par de segundos por evento, las comunicaciones digitales de ráfagas de meteoros permiten que las estaciones remotas se comuniquen con una estación que puede estar a cientos de millas hasta más de 1,000 millas (1,600 km) de distancia. , sin el gasto requerido para un enlace satelital. Este modo es generalmente útil en frecuencias VHF entre 30 y 250 MHz.

Retrodispersión auroral

Intensas columnas de ionización auroral a altitudes de 100 km dentro de las ondas de radio de retrodispersión ovaladas aurorales , incluidas las de HF y VHF. La retrodispersión es sensible al ángulo: la línea del rayo incidente frente al campo magnético de la columna debe estar muy cerca del ángulo recto. Los movimientos aleatorios de electrones que giran en espiral alrededor de las líneas de campo crean una dispersión Doppler que amplía los espectros de la emisión a más o menos ruido, dependiendo de qué tan alta se use la radiofrecuencia. Las radioauroras se observan principalmente en latitudes altas y rara vez se extienden hasta latitudes medias. La aparición de radioauroras depende de la actividad solar ( llamaradas , agujeros coronales , CME) y anualmente los eventos son más numerosos durante los máximos del ciclo solar. La aurora de radio incluye la llamada aurora de radio de la tarde que produce señales más fuertes pero más distorsionadas y, después de los mínimos de Harang, la aurora de radio nocturna (fase de sub-tormenta) regresa con intensidad de señal variable y menor propagación Doppler. El rango de propagación para este modo predominantemente de retrodispersión se extiende hasta unos 2000 km en el plano este-oeste, pero las señales más fuertes se observan con mayor frecuencia desde el norte en sitios cercanos en las mismas latitudes.

En raras ocasiones, una fuerte radioaurora es seguida por Auroral-E, que se parece a ambos tipos de propagación de alguna manera.

Propagación esporádica-E

Artículo principal: Propagación esporádica de E

La propagación esporádica de E (Es) se produce en las bandas de ondas decamétricas y de ondas métricas. ^[6] No debe confundirse con la propagación ordinaria de la capa E en ondas decamétricas. El E esporádico en latitudes medias ocurre principalmente durante la temporada de verano, de mayo a agosto en el hemisferio norte y de noviembre a febrero en el hemisferio sur. No hay una causa única para este misterioso modo de propagación. La reflexión se produce en una fina capa de ionización de unos 90 km de altura. Los parches de ionización se desplazan hacia el oeste a velocidades de unos pocos cientos de kilómetros por hora. Se observa una periodicidad débil durante la temporada y, por lo general, la E se observa de 1 a 3 días sucesivos y permanece ausente durante unos días para volver a ocurrir. Es no ocurren durante las horas de la madrugada; los eventos suelen comenzar al amanecer, y hay un pico en la tarde y un segundo pico en la noche.^{[7] La} propagación de Es generalmente desaparece a la medianoche local.

La observación de balizas de propagación de radio que funcionan alrededor de 28,2 MHz, 50 MHz y 70 MHz, indica que la frecuencia máxima observada (MOF) para Es se encuentra al acecho alrededor de 30 MHz la mayoría de los días durante la temporada de verano, pero a veces el MOF puede dispararse hasta 100 MHz o incluso más en diez minutos para disminuir lentamente durante las próximas horas. La fase de pico incluye la oscilación de MOF con una periodicidad de aproximadamente 5 ... 10 minutos. El rango de propagación para Es de un solo salto es típicamente de 1000 a 2000 km, pero con múltiples saltos, se observa un rango doble. Las señales son muy fuertes pero también con un lento y profundo desvanecimiento.

Modos troposféricos

Las ondas de radio en las bandas de VHF y UHF pueden viajar algo más allá del horizonte visual debido a la refracción en la troposfera , la capa inferior de la atmósfera por debajo de los 20 km. ^{[8] [3]} Esto se debe a cambios en el índice de refracción del aire con la temperatura y la presión. El retraso troposférico es una fuente de error en las técnicas de telemetría, como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). ^[9] Además, las condiciones inusuales a veces pueden permitir la propagación a mayores distancias:

Conductos troposféricos

Artículo principal: Conductos troposféricos

Los cambios repentinos en el contenido de humedad vertical y los perfiles de temperatura de la atmósfera pueden, en ocasiones aleatorias, hacer que las señales de UHF , VHF y microondas se propaguen cientos de kilómetros hasta unos 2.000 kilómetros (1.200 millas), y para el modo de conducción incluso más lejos, más allá del radiohorizonte normal. La capa de inversiónse observa principalmente en regiones de alta presión, pero hay varias condiciones meteorológicas troposféricas que crean estos modos de propagación que ocurren aleatoriamente. La altitud de la capa de inversión para no conductos se encuentra típicamente entre 100 y 1,000 metros (330 y 3,280 pies) y para conductos entre 500 y 3,000 metros (1,600 a 9,800 pies), y la duración de los eventos es típicamente de varias horas a varias horas. días. Las frecuencias más altas experimentan el aumento más dramático de la intensidad de la señal, mientras que en VHF y HF bajos el efecto es insignificante. La atenuación del trayecto de propagación puede estar por debajo de la pérdida en el espacio libre. Algunos de los tipos de inversión menores relacionados con el suelo cálido y el contenido de humedad del aire más frío ocurren regularmente en ciertas épocas del año y del día. Un ejemplo típico podría ser el final del verano,Mejoras troposféricas a primera hora de la mañana que traen señales desde distancias de hasta unos pocos cientos de kilómetros durante un par de horas, hasta que el efecto de calentamiento del Sol las deshace.

Dispersión troposférica (dispersión troposférica)

Artículo principal: dispersión troposférica

En VHF y frecuencias más altas, pequeñas variaciones (turbulencias) en la densidad de la atmósfera a una altura de alrededor de 6 millas (9,7 km) pueden dispersar parte del haz de energía de radiofrecuencia que normalmente se encuentra en la línea de visión hacia el suelo. En los sistemas de comunicación de dispersión troposférica (troposcatter) se apunta un potente haz de microondas sobre el horizonte, y una antena de alta ganancia sobre el horizonte dirigida a la sección de la troposfera por donde pasa el haz recibe la pequeña señal dispersa. Los sistemas Troposcatter pueden lograr comunicación sobre el horizonte entre estaciones a 500 millas (800 km) de distancia, y el ejército desarrolló redes como el Sistema de Comunicaciones White Alice que cubría toda Alaska antes de la década de 1960, cuandolos satélites de comunicación los reemplazaron en gran medida.

Lluvia dispersa

La dispersión de lluvia es puramente un modo de propagación de microondas y se observa mejor alrededor de 10 GHz, pero se extiende hasta unos pocos gigahercios ; el límite es el tamaño del tamaño de las partículas de dispersión frente a la longitud de onda . Este modo dispersa las señales principalmente hacia adelante y hacia atrás cuando se usa polarización horizontal y dispersión lateral con polarización vertical.. La dispersión hacia adelante normalmente produce rangos de propagación de 800 km. También se produce la dispersión de copos de nieve y gránulos de hielo, pero la dispersión de hielo sin una superficie acuosa es menos eficaz. La aplicación más común de este fenómeno es el radar de lluvia de microondas, pero la propagación de la dispersión de la lluvia puede ser una molestia y provocar que señales no deseadas se propaguen de forma intermitente donde no se anticipan o no se desean. También pueden producirse reflejos similares de insectos, aunque en altitudes más bajas y distancias más cortas. La lluvia también provoca la atenuación de los enlaces de microondas de punto a punto y satélite. Se han observado valores de atenuación de hasta 30 dB en 30 GHz durante lluvias tropicales intensas.

Dispersión de avión

Artículo principal: Dispersión del avión

La dispersión del avión (o más a menudo la reflexión) se observa en VHF a través de microondas y, además de la retrodispersión, produce una propagación momentánea de hasta 500 km incluso en terrenos montañosos. Las aplicaciones de retrodispersión más comunes son el radar de tráfico aéreo, el misil guiado biestático de dispersión delantera y el radar de cable de detección de aviones y el radar espacial de EE. UU.

Dispersión de rayos

En ocasiones, se ha observado la dispersión de rayos en VHF y UHF a distancias de unos 500 km. El canal de rayos calientes dispersa las ondas de radio durante una fracción de segundo. La explosión de ruido de RF del rayo inutiliza la parte inicial del canal abierto y la ionización desaparece rápidamente debido a la recombinación a baja altitud y alta presión atmosférica. Aunque el canal de rayos calientes se puede observar brevemente con un radar de microondas, no se ha encontrado ningún uso práctico para este modo en las comunicaciones.

Otros efectos

Difracción

La difracción de filo de cuchillo es el modo de propagación en el que las ondas de radio se doblan alrededor de bordes afilados. Por ejemplo, este modo se utiliza para enviar señales de radio sobre una cadena montañosa cuando no hay una ruta de visibilidad directa disponible. Sin embargo, el ángulo no puede ser demasiado nítido o la señal no se difractará. El modo de difracción requiere una mayor intensidad de la señal, por lo que se necesitará una mayor potencia o mejores antenas que para una trayectoria de línea de visión equivalente.

La difracción depende de la relación entre la longitud de onda y el tamaño del obstáculo. En otras palabras, el tamaño del obstáculo en longitudes de onda. Las frecuencias más bajas se difractan alrededor de obstáculos grandes y suaves, como colinas, con mayor facilidad. Por ejemplo, en muchos casos donde la comunicación VHF (o frecuencia más alta) no es posible debido a la sombra de una colina, todavía es posible comunicarse usando la parte superior de la banda HF donde la onda de superficie es de poca utilidad.

Los fenómenos de difracción por pequeños obstáculos también son importantes a altas frecuencias. Las señales para telefonía celular urbana tienden a estar dominadas por efectos de plano de tierra cuando viajan sobre los tejados del entorno urbano. Luego se difractan sobre los bordes del techo hacia la calle, donde dominan los fenómenos de propagación , absorción y difracción por trayectos múltiples .

Absorción

Las ondas de radio de baja frecuencia viajan fácilmente a través del ladrillo y la piedra y el VLF incluso penetra en el agua del mar. A medida que aumenta la frecuencia, los efectos de absorción se vuelven más importantes. En microondas o frecuencias más altas, la absorción por resonancias moleculares en la atmósfera (principalmente de agua, H ₂ O y oxígeno, O ₂ ) es un factor importante en la propagación de radio. Por ejemplo, en la banda de 58 a 60 GHz, hay un pico de absorción importante que hace que esta banda sea inútil para el uso a larga distancia. Este fenómeno se descubrió por primera vez durante la investigación de radares en la Segunda Guerra Mundial.. Por encima de unos 400 GHz, la atmósfera de la Tierra bloquea la mayor parte del espectro mientras sigue pasando algo, hasta la luz ultravioleta, que está bloqueada por el ozono, pero se transmite la luz visible y parte del infrarrojo cercano. Las fuertes lluvias y la nieve que caen también afectan la absorción de microondas.

Medición de la propagación de HF

Las condiciones de propagación de HF se pueden simular utilizando modelos de propagación de radio , como el Programa de análisis de cobertura Voice of America , y se pueden realizar mediciones en tiempo real utilizando transmisores chirp . Para los radioaficionados, el modo WSPR proporciona mapas con condiciones de propagación en tiempo real entre una red de transmisores y receptores. ^[10] Incluso sin balizas especiales, se pueden medir las condiciones de propagación en tiempo real: una red mundial de receptores decodifica señales de código morse en frecuencias de radioaficionados en tiempo real y proporciona funciones de búsqueda sofisticadas y mapas de propagación para cada estación recibida. ^[11]

Efectos prácticos

La persona promedio puede notar los efectos de los cambios en la propagación de radio de varias formas.

En la transmisión AM , los dramáticos cambios ionosféricos que ocurren durante la noche en la banda de onda media impulsan un esquema de licencia de transmisión único , con niveles de salida de potencia del transmisor y patrones de antena direccionales completamente diferentes para hacer frente a la propagación de la onda del cielo durante la noche. A muy pocas estaciones se les permite funcionar sin modificaciones durante las horas oscuras, generalmente solo aquellas en canales despejados en América del Norte . ^[12] Muchas estaciones no tienen autorización para funcionar fuera de las horas del día. De lo contrario, no habría nada más que interferencia en toda la banda de transmisión desde el anochecer hasta el amanecer sin estas modificaciones.

Para la transmisión de FM (y las pocas estaciones de TV de banda baja que quedan ), el clima es la causa principal de los cambios en la propagación de VHF, junto con algunos cambios diurnos cuando el cielo está mayormente sin nubes . ^[13] Estos cambios son más obvios durante las inversiones de temperatura, como en las últimas horas de la noche y temprano en la mañana cuando está despejado, lo que permite que el suelo y el aire cercano se enfríen más rápidamente. Esto no solo causa rocío , escarcha o niebla, pero también causa un ligero "arrastre" en la parte inferior de las ondas de radio, doblando las señales hacia abajo de modo que puedan seguir la curvatura de la Tierra sobre el horizonte de radio normal. El resultado suele ser que se escuchan varias estaciones de otro mercado de medios , generalmente uno vecino, pero a veces desde unos cientos de kilómetros de distancia. Las tormentas de hielo también son el resultado de inversiones, pero estas normalmente causan una propagación omnidireccional más dispersa, lo que resulta principalmente en interferencias, a menudo entre estaciones de radio meteorológicas . A finales de la primavera y principios del verano, una combinación de otros factores atmosféricos puede ocasionar saltos que conduzcan señales de alta potencia a lugares a más de 1000 km de distancia.

Las señales que no son de transmisión también se ven afectadas. Las señales de los teléfonos móviles están en la banda UHF, que van desde 700 hasta más de 2600 MHz, un rango que las hace aún más propensas a los cambios de propagación inducidos por el clima. En áreas urbanas (y en cierta medida suburbanas ) con una alta densidad de población , esto se compensa en parte con el uso de celdas más pequeñas, que utilizan una menor potencia radiada efectiva y una inclinación del haz para reducir la interferencia y, por lo tanto, aumentar la reutilización de frecuencias y la capacidad del usuario. Sin embargo, dado que esto no sería muy rentable en zonas más rurales áreas, estas celdas son más grandes y, por lo tanto, es más probable que causen interferencias en distancias más largas cuando las condiciones de propagación lo permitan.

Si bien esto es generalmente transparente para el usuario gracias a la forma en que las redes celulares manejan los traspasos de celda a celda , cuando están involucradas señales transfronterizas , pueden ocurrir cargos inesperados por roaming internacional a pesar de no haber salido del país en absoluto. Esto ocurre a menudo entre el sur de San Diego y el norte de Tijuana en el extremo occidental de la frontera entre Estados Unidos y México , y entre el este de Detroit y el oeste de Windsor a lo largo de la frontera entre Estados Unidos y Canadá . Dado que las señales pueden viajar sin obstáculos sobre un cuerpo de agua mucho más grande que el río Detroit, y las temperaturas frías del agua también causan inversiones en el aire de la superficie, este "vagabundeo marginal" ocurre a veces a través de los Grandes Lagos y entre islas en el Caribe . Las señales pueden saltar desde República Dominicana hasta la ladera de una montaña en Puerto Rico y viceversa, o entre los Estados Unidos y las Islas Vírgenes Británicas , entre otros. Si bien los sistemas de facturación de las empresas de telefonía móvil eliminan automáticamente la itinerancia transfronteriza no intencionada, la itinerancia entre islas no suele ser así.

Modelos empíricos

Un modelo de propagación de radio , también conocido como modelo de propagación de ondas de radio o modelo de propagación de radiofrecuencia , es una formulación matemática empírica para la caracterización de la propagación de ondas de radio en función de la frecuencia , la distancia y otras condiciones. Por lo general, se desarrolla un modelo único para predecir el comportamiento de propagación de todos los enlaces similares bajo restricciones similares. Creados con el objetivo de formalizar la forma en que las ondas de radio se propagan de un lugar a otro, estos modelos suelen predecir la pérdida de ruta a lo largo de un enlace o el área de cobertura efectiva de un transmisor .

Dado que la pérdida de trayecto encontrada a lo largo de cualquier enlace de radio sirve como factor dominante para la caracterización de la propagación del enlace, los modelos de propagación de radio suelen centrarse en la realización de la pérdida de trayecto con la tarea auxiliar de predecir el área de cobertura de un transmisor o modelar la distribución. de señales en diferentes regiones

Debido a que cada enlace de telecomunicaciones individual tiene que encontrar diferentes terrenos, trayectorias, obstrucciones, condiciones atmosféricas y otros fenómenos, es imposible formular la pérdida exacta para todos los sistemas de telecomunicaciones en una única ecuación matemática. Como resultado, existen diferentes modelos para diferentes tipos de enlaces de radio en diferentes condiciones. Los modelos se basan en calcular la pérdida de ruta mediana para un enlace con una cierta probabilidad de que ocurran las condiciones consideradas.

Los modelos de propagación de radio son de naturaleza empírica, lo que significa que se desarrollan sobre la base de grandes colecciones de datos recopilados para el escenario específico. Para cualquier modelo, la recopilación de datos debe ser lo suficientemente grande como para proporcionar suficiente probabilidad (o suficiente alcance) para todo tipo de situaciones que pueden ocurrir en ese escenario específico. Como todos los modelos empíricos, los modelos de propagación de radio no señalan el comportamiento exacto de un enlace, sino que predicen el comportamiento más probable que el enlace puede exhibir en las condiciones especificadas.

Se han desarrollado diferentes modelos para satisfacer las necesidades de realizar el comportamiento de propagación en diferentes condiciones. Los tipos de modelos para la propagación por radio incluyen:

Modelos para atenuación del espacio libre

• Pérdida de trayectoria de espacio libre
• Intensidad de campo dipolo en espacio libre
• Ecuación de transmisión de viernes

Modelos para atenuación en exteriores

• Modelos de terreno
  • Modelo de terreno de la UIT
  • Modelo Egli
  • Modelo de reflexión del suelo de dos rayos
• Modelos de ciudad
  • Modelo Okumura
  • Modelo hata para áreas urbanas
  • Modelo hata para áreas suburbanas
  • Modelo hata para espacios abiertos
  • COSTE modelo Hata

Modelos para atenuación en interiores

• Modelo ITU para atenuación en interiores
• Modelo de pérdida de trayectoria de distancia logarítmica

Ver también

Artículo principal: Lista de términos de propagación de radio

• Propagación anómala
• Modelo de canal
• Cálculo de la atenuación de ondas de radio en la atmósfera.
• Frecuencia critica
• Esquema de diversidad
• Abultamiento de la tierra
• Guía de ondas Tierra-ionosfera
• Radiación electromagnética
• Propagación F2
• Desvanecimiento
• Espacio libre
• Zona de Fresnel
• Inversión (meteorología)
• Capa Kennelly – Heaviside
• Presupuesto de enlace
• Modelo de movilidad
• Nakagami se desvanece
• Campo cercano y lejano
• Atmósfera de radio
• Frecuencia de radio
• Horizonte de radio
• Gestión de recursos de radio
• Trazado de rayos (física)
• Rayleigh desvaneciéndose
• Resonancia de Schumann
• Saltar (radio)
• Zona de salto
• Onda ionosférica
• TV y FM DX
• Modelo de generación de tráfico
• Propagación troposférica
• Desvanecer
• VOACAP : software profesional gratuito de predicción de propagación de HF
• Vertical y horizontal (propagación por radio)

Notas al pie

1. A frecuencias de microondas, la humedad en la atmósfera ( atenuación por lluvia ) puede degradar la transmisión.
2. La ionosfera es una capa de partículas cargadas ( iones ) en lo alto de la atmósfera.
3. La comunicación de la onda del cielo es variable: depende de las condiciones de la ionosfera . La transmisión de onda corta a larga distancia es más confiable durante la noche y durante el invierno. Desde el advenimiento de los satélites de comunicación en la década de 1960, muchas necesidades de comunicación de largo alcance que antes utilizaban ondas celestes ahora utilizan satélites y cables sumergidos para evitar la dependencia del rendimiento errático de las comunicaciones por ondas celestes.
4. redes celulares funcionan incluso sin una sola línea de visión clara al transmitir señales a lo largo de múltiples rutas de línea de vista a través de torres de telefonía celular.

Referencias

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Lectura adicional

• Boithais, Lucien (1987). Propagación de ondas de radio . Nueva York, NY: McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-006433-4.
• Rawer, Karl (1993). Propagación de ondas en la ionosfera . Dordrecht, NL: Kluwer Acad. Publ. ISBN 0-7923-0775-5.
• Pocock, Emil (2010). "Propagación de señales de radio". En Silver, H. Ward y Wilson, Mark J. (eds.). The ARRL Handbook for Radio Communications (88a ed.). Newington, CT: Liga de retransmisiones de radio estadounidense. Capítulo 19. ISBN 0-87259-095-X.
• Blanarovich, Yuri (VE3BMV, K3BU) (junio de 1980). "Propagación de ondas electromagnéticas por conducción" . Revista CQ . pag. 44.
• Ghasemi, Adbollah; Abedi, Ali; y Ghasemi, Farshid (2016). Ingeniería de propagación en comunicación inalámbrica (2ª ed.). ISBN 978-3-319-32783-9.

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la propagación por radio .

• Widget solar Widget de propagación basado en datos de NOAA. También disponible como complemento de WordPress.
• Página de propagación de ARRL La página de la American Radio Relay League sobre propagación de radio.
• Servicio de predicción ionosférica y radioeléctrica de ondas decamétricas - Australia ^{[ enlace muerto ]}
• Centro de acción del clima espacial de la NASA
• Herramientas de propagación en línea, datos solares de alta frecuencia y tutoriales de propagación de alta frecuencia
• Propagación ionosférica de ondas decamétricas varias páginas