martes, 13 de noviembre de 2012

PRÓLOGO (Leer antes de comenzar)

Bienvenidos a todos los estudiantes de la Clase de Comunicaciones I de la Universidad de la Costa, CUC y al Ingeniero Docente Ronald Zamora. Éste es nuestro blog acerca de La Propagación de Ondas, basados en el capitulo 9 del libro de Sistemas de Comunicaciones de Wayne Tomassi. 

Utilizamos herramientas didácticas en este blog como Youtube para la visualización de videos referentes al tema, el programa para el diseño de animaciones Crazytalk animator, El libro de Sistemas de Comunicaciones de Wayne Tomassi como referencia, páginas y blog referenciados al final de las entradas, la web Blogger para el diseño del blog y herramientas básicas de la informática (Paint, Word, etc...)
Por leyes de Blogger, en cuánto a su estructura, las entradas aparecen desde la más reciente hasta la publicación mas antígua en el inicio del blog, por consiguiente les recomendamos que señalen el tema deseado en el MENÚ que se encuentra en la parte DERECHA DEL BLOG (TEMAS), las cuales aparecen en el orden correspondiente de acuerdo con los temas señalados en el libro.

Pueden REALIZAR COMENTARIOS en todos los temas que deseen, pero les recomendamos que si quieren realizar comentarios generales del blog, nos acerquemos a la Opción ANIMACIONES Y COMENTARIOS GENERALES, la cual se encuentran todas las definiciones de los temas señalados a través de divertidas animaciones.

Esperamos que este blog sea de su agrado y alimenten mas sus conocimientos acerca de la Propagación de Ondas!!!

Sus comentarios son muy importantes para Nosotros!!, Contamos con tu opinión!!

Los Autores

<script data-ad-client="ca-pub-8206162867577023" async src="https://pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script>

lunes, 12 de noviembre de 2012

MARGEN DE DESVANECIMIENTO

En cualquier tipo de comunicación a larga distancia ya sea aquí mismo en nuestro planeta tierra o de la tierra a satélites en el espacio, se necesitan de la propagación de señales electromagnéticas.

Los humanos nos hemos encargado desde hace mucho tiempo de propagar ondas electromagnéticas por la atmosfera terrestre y como todos sabemos todo ese conjunto tan grande de señales van a sufrir de perdidas. Estas pérdidas se deben a distintos fenómenos que tienen efectos tanto a corto como a largo plazo. Esta variación de pérdida de señal se le llama desvanecimiento, a su vez esta pérdida se debe a un sin número de fenómenos naturales como la lluvia, la nieve, el granizo, etc.

Si definimos la señal puesta sobre los bordes de receptor y la sensibilidad del mismo. Entonces podemos definir el margen de desvanecimiento como la diferencia entre ambos valores. Todo esto se cumple en caso ideal, donde no hay obstrucciones, donde la atmosfera se mantiene en los valores ideales previstos, donde no hay lluvia o granizo, polvo, arena donde no hay tormentas eléctricas ni otros factores climáticos que perturben al enlace. Pero realmente esto no se da y además existen otro tipo de estaciones que nos producen interferencia, tanto en nuestro canal, como en los canales adyacentes y que tienden a enmascarar nuestra señal.

Es por esto que una señal nunca llega igual a como la enviamos por todos estos factores que nombramos, de todo esto es necesario establecer un Margen de Desvanecimiento que permita hacer frente a estos factores.(1)



Matemáticamente se define como:


Donde:





Referencias:

(1).. Sistemas de Comunicaciones - Wayne Tomassi. Pag 367 - 368


PÉRDIDAS DE TRAYECTORIA POR EL ESPACIO LIBRE

La perdida de trayectoria en espacio libre usualmente se define como la perdida a la que es sometida una onda electromagnética cuando esta se irradia en línea recta por el espacio libre, esta no sufre de algún otro fenómeno como la reflexión o absorción. Esta es una mala definición, esta en realidad es la cantidad técnica artificial que se obtiene mediante la manipulación de diferentes ecuaciones en enlaces de comunicaciones, teniendo muy en cuenta la ganancia de la antena transmisora.(1)

En esta pérdida de trayectoria por el espacio libre en realidad no se pierde energía alguna, simplemente que esta energía se dispersa alejándose de la fuente principal. Por eso este fenómeno es mejor definirlo como perdida por dispersión. Dicho fenómeno está definido por la ley de cuadro inverso y su ecuación es:




Pero para entender un poco mejor definamos la dispersión en términos de las comunicaciones como un efecto que ocurre cuando las ondas de radio atraviesan alguna masa de electrones o pequeñas gotas de agua en grandes superficies. Y en comunicaciones es muy importante resaltar la dispersión de la señal generada por la lluvia, esta depende de la comparación del tamaño de la longitud de onda de la señal y el diámetro de la gota de lluvia.
La reflexión la podemos entender cuando las ondas de radio atraviesan las diversas capas de la atmosfera, desde la troposfera hasta la ionosfera y los índices de refractividad de cada una de estas etapas son muy diferentes. Estos distintos índices pueden llegar a producir reflexión total, siendo las frecuencias VHF y superiores las más propensas a esta desviación de trayectoria.

La refracción la podemos apreciar ya que las distintas ondas de radio están expuestas a sufrir una desviación en su trayectoria cuando atraviesan de un medio a otro con densidad distinta, en comunicaciones este efecto sucede cuando las ondas electromagnéticas atraviesan las distintas capas de la atmosfera variando su trayectoria en cierto ángulo.

Gracias a todos estos fenómenos se pueden realizar las comunicaciones inalámbricas, a continuación veremos distintas formas de comunicación a partir de dichos fenómenos. La ecuación característica es la siguiente: (2)

Referencias:

(1).. Sistemas de Comunicaciones - Wayne Tomassi. Pag 366 - 367
(2).. Sistemas de Comunicaciones - Wayne Tomassi. Pag 366 - 367

TERMINOS Y DEFINICIONES DE PROPAGACIÓN



En esta entrada definiremos los principios de los términos y definiciones de Propagación. Primeramente definiremos lo siguiente:

Frecuencia crítica.
Conforme la frecuencia se incrementa más allá de la frecuencia crítica, la onda debe entrar a la ionósfera a ángulos progresivamente menores para que esta sea rebotada hacia la tierra. A ángulos verdaderamente bajos la trasmisión de larga distancia es posible a frecuencias de hasta 2.5 veces la frecuencia crítica. Así, la frecuencia crítica es la medida de la habilidad de la ionósfera de regresar las ondas a la tierra.
Debido a que la onda refractada actúa como si fuera reflejada por un espejo en la altura virtual, es comúnmente usual emplear el término "reflexión" y "refracción" indistintamente en relación con la propagación ionosferica. En la mayoría de los casos el proceso actual es refracción. Sin embargo, es posible que la refracción verdadera ocurra si el límite de la capa está perfectamente definido y la onda llegue a un ángulo lo suficientemente bajo.

Las alturas virtuales, por supuesto, dependen de la altura de la región ionizada. La frecuencia crítica varía con la intensidad de ionización en las capas, siendo mayor cuando la ionización se incrementa. Dado que la ionización es mayor durante los picos del ciclo solar, las frecuencias críticas son mayores para las capas E y F2 durante este período. A la inversa, son menores durante los valles del ciclo solar. Los rangos de frecuencia crítica para la capa E son de 1 a 4 MHz, dependiendo de periodo del ciclo solar y de la hora del día. La frecuencia crítica para la capa F2 varía con la hora del día, la estación del año y el ciclo solar, teniendo un rango de 2 a 3 MHz por las noches y un rango alto de 12 o 13 MHz por las mañanas durante el período máximo del ciclo solar.(1)

Altura Virtual
la altura virtual es la altura, sobre la superficie terrestre desde la que parece reflejarse una onda refractada. La onda irradiada se refracta y regresa a la tierra, describiendo la trayectoria B. La altura real que alcanzó la onda. Sin embargo, la trayectoria A muestra la trayectoria proyectada que podría haber tomado la onda reflejada y ser regresada a la tierra hacia el mismo lugar. la altura máxima que habría alcanzado esta onda reflejada hipotética es la altura virtual. (2)

Frecuencia máxima utilizable (UMF)
De más interés, desde el punto de vista práctico, que la frecuencia crítica es el rango de frecuencias sobre la cual la comunicación puede ser transportada por cualquiera de las dos capas de un lado a otro. En particular, es útil conocer la frecuencia máxima utilizable (abreviada UMF) para una frecuencia y hora del día en particular en la que se desea tener una comunicación. Es siempre conveniente usar la frecuencia más alta posible porque la absorción es menor a altas frecuencias. Por eso la u.m.f. siempre tiene la máxima intensidad de señal en el punto receptor para una potencia de trasmisión.
La u.m.f. depende de la frecuencia crítica y por lo tanto está sujeta a las variaciones de las estaciones y también a los cambios durante el día. Para emplear la u.m.f. se requiere que el sistema de antena radie también a ángulos muy bajos, porque a la u.m.f., el ángulo crítico es prácticamente horizontal.
Observaciones regulares de la ionósfera, y correlación de las señales observadas desde varias distancias en diferentes trayectorias, han hecho posible con un buen grado de precisión la frecuencia máxima utilizable esperada en períodos de varios meses. Estas predicciones, para las capas E y F2, son proporcionadas por el Laboratorio Central de Propagación de Radio por el comité Nacional de Estándares en forma de carts mensualmente mostrando la u.m.f. para tres meses. Estas cartas, conocidas como CRPL-D, están disponibles en el Departamento de Superintendencia de Documentos del Gobierno de los Estados Unidos.
Conforme la frecuencia se decrementa por abajo de la u.m.f; la intensidad de señal también decrece debido a que la absorción es mayor. Eventualmente, conforme la frecuencia continua bajándose, la señal desaparecerá en un fondo de ruido que siempre está presente. Por eso hay un límite de frecuencia, bajo ciertas condiciones de la ionósfera dada, así como un límite para la alta frecuencia para el rango de frecuencias que pueden ser usadas para una distancia dada. La "frecuencia alta más baja utilizable" (abreviada l.uh.f) depende considerablemente de la potencia del trasmisor, ya que la alta potencia impulsará la señal a través de ruido donde la baja potencia falla. Pero cuando la frecuencia está cerca de la u.m.f., aún señales de baja potencia darán intensidad de señal sorprendente a largas distancias. La ecuación correspondiente se define a continuación:

En comunicación comercial es considerada buena práctica en una frecuencia alrededor del 15% abajo de la u.m.f. Esto permite variaciones de la ionósfera y por el hecho de que el ángulo de radiación de la antena sea verdaderamente horizontal en la parte alta de la frecuencia del espectro. Esta porción de frecuencias es conocida como frecuencia de trabajo óptimo (f.t.o.) . Debido a que las estaciones de trabajo de los radioaficionados están en bandas fijas, no es posible seleccionar la u.m.f. o f.t.o. En su lugar se hace uso de las cartas de predicción, la hora del día en la cual las condiciones son óptimas para una distancia dada en una banda en particular deberán ser determinadas. (3)

Fig.1. Altura virual y altura real.

 Distancia de salto:
Es la distancia mínima desde una antena de transmisión am la que regresará a la tierra una onda celeste de determinada frecuencia (que debe ser menios que la MUF). En la fig. 2 se muestra varios rayos con distintos angulos de elevación, irradiados desde el mismo punto sobre la tierra. Se aprecia que el punto en el que regresa la ondaa la tierra se acerca al transmisor a medida que aumenta el angulo de elevación. (4)

Propagación dutante el dia y durante la noche.


Referencias:

(1).. Radiocomunicación.com<<http://www.radiocomunicacion.com/ep/tit_b.htm>>
(2).. Sistemas de Comunicaciones - Wayne Tomassi. Pag 364 - 366
(3)..   Radiocomunicación.com<<http://www.radiocomunicacion.com/ep/tit_b.htm>>
(4).. Sistemas de Comunicaciones - Wayne Tomassi. Pag 364 - 366

PROPAGACIÓN TERRESTRE DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Así como se sabe que las ondas electromagnéticas de radio viajan dentro de la atmosfera terrestre y se le llaman ondas terrestres, la comunicación que hay entre dos o más puntos en la tierra se denominan radio comunicaciones terrestres, de igual manera conocemos que las ondas de terrestres se ven influidas por la atmosfera y por la tierra misma.

Las ondas se pueden propagar de varias formas, que dependen de la clase del sistema y del ambiente.
Las ondas electromagnéticas también viajan en línea recta, excepto cuando la tierra y su atmosfera alteran sus trayectorias.

En esencia,  hay tres formas de propagación de onda electromagnética dentro de la atmosfera terrestre: 


  • onda terrestre
  • onda espacial  
  • onda celeste o ionósfera.


Ondas Terrestres:

Las ondas terrestres son las ondas que viajan por la superficie de la tierra, estas deben de estar polarizadas verticalmente debido a que el campo eléctrico en una onda polarizada horizontalmente seria paralelo a la superficie de la tierra y se pondría en corto por la conductividad del suelo.

En las ondas terrestres el  campo eléctrico variable induce voltajes en la superficie terrestre que hacen circular corrientes muy parecidas a las de una línea de transmisión.


Ondas Espaciales:


Esta clase de propagación corresponde a la energía irradiada que viaja en los kilómetros inferiores de la atmosfera terrestre. Las ondas espaciales son todas las ondas directas y reflejadas en el suelo.

Las ondas directas viajan esencialmente en línea recta de la antena transmisora a la receptora.
Esta transmisión se le llama transmisión de línea de vista. Esta transmisión se encuentra limitada principalmente por la curvatura de la tierra. La curvatura de la tierra presenta un horizonte en la propagación de las ondas espaciales, que se suele llamar el horizonte de radio. Este horizonte se encuentra más lejano que el horizonte óptico para la atmosfera común.


Ondas celestes o ionósfera (reflejadas):

Son las que se dirigen hacia la Atmósfera y se reflejan en la zona ionizada de la misma (capa Heaviside) volviendo nuevamente a la Tierra; son ondas hectométricas (OC) de 300 KHz. a 30 MHz. y que constituyen las llamadas ondas de alta frecuencia; propagándose por la superficie llegan a unas 644 kilómetros, pero reflejadas a unas 12874,7 kilómetros. 


Las bajas frecuencias u ondas milimétricas de 3 a 30 KHz. llegan a grandes distancias por reflexión pero su alcance es muy limitado por propagación directa. 

Puede ser que una misma onda llegue directamente a la antena y luego, nuevamente, por reflexión; a dicho lapso de tiempo le llamamos "fading".