Download Diapositiva 1 - Sistemas de Comunicaciones Electrónicas y sus

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
Radiocomunicaciones
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
Departamento de Ingeniería Electrónica
TEMA 1:
FUNDAMENTACIÓN
TEORICA
SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES
Sumario
Introducción
Radiación y Características de las ondas
Espectro Electromagnético
Bandas de frecuencias de sistemas de
radio
5. Densidad de Potencia, Intensidad de
Campo
6. Impedancia Características
7. Rayos y frentes de ondas
1.
2.
3.
4.
Sumario
8. Atenuación y Absorción
9. Propiedades Ópticas de las Ondas
10. Clasificación de las Transmisiones
11. Zonas de Fresnel
12. Análisis del Enlace de Comunicaciones
INTRODUCCION
¿Cuál es el objetivo de este curso?
¿Tiene Ud. alguna expectativa formada?
¿Que le gustaría aprender en este curso?
INTRODUCCION
Supongamos que se desea establecer un
enlace de comunicaciones entre la UNEXPO
V/R PUERTO ORDAZ y la sede del
RECTORADO en BARQUISIMETO
¿Qué aspectos técnicos deben ser
tomados en cuenta para el diseño de
este sistema?
INTRODUCCION
Iniciamos este curso,
brindándole varios conceptos
útiles para el desarrollo de la
materia
LA RADIOCOMUNICACION
Justificación de su estudio
RADIACIÓN ELECTROMÁGNETICA
• Es la forma de propagarse las ondas a través del
espacio libre.
• Se forma con la coexistencia de un vector de
campo eléctrico y un vector campo magnético
ortogonales entre sí en todo momento. Sin uno de
los dos, no existe la onda electromagnética.
• Para una onda TEM la dirección de
desplazamiento es perpendicular a la dirección de
propagación.
RADIACIÓN ELECTROMÁGNETICA
Vista espacial de una onda TEM
TEM: Transverso Electro-Magnético
RADIACIÓN ELECTROMÁGNETICA
Hilo Conductor
Vista transversal de los campos E y H para
dos líneas de transmisión dadas.
CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
Velocidad de la onda:
las ondas viajan a
diferentes velocidades en dependencia del tipo de onda y
del medio de transmisión a través del cual se propaguen.
a) Las ondas de sonido se propagan a 1100 pies/seg (330
m/seg) en la atmósfera normal.
b) Las ondas electromagnéticas viajan mucho más
rápido debido a que poseen mayor frecuencia.
c) Si se considera el espacio libre (en el vacío), las ondas
TEM viajan a la velocidad de la luz, es decir a 3x108
m/seg.
d) Si se considera líneas de transmisión, las ondas
electromagnéticas viajan mucho más lentas debido a las
características físicas de la línea.
CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
Frecuencia y longitud de onda:
Las oscilaciones que están presentes en las ondas
electromagnéticas son periódicas y repetitivas, por lo cual
se caracterizan por una frecuencia.
La distancia de un ciclo ocurriendo en el espacio, se
llama la longitud de onda y se determina por la ecuación:
c 3x10 8 [m / s] 3x10 8 [m]
 

f
f [ciclos / s] f [ciclos ]
CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
La onda se
desplaza
conforme pasa el
tiempo.
EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Es el conjunto completo de todos los tipos de
radiación electromagnética, cada tipo de radiación
tiene una frecuencia y longitud de onda que la
caracteriza.
El espectro abarca: los rayos gamma, los rayos x, la
luz ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las
ondas de radio.
Espectro de Frecuencias Electromagnéticas
EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Espectro de la Longitud de Onda Electromagnética
EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Clasificación de las Bandas de Frecuencias
de radio
Designación de la Banda
Intervalo de Frecuencia
Intervalo de longitud de
onda. (espacio libre)
ELF
< 3 KHz
> 100 km
VLF
3 a 30 KHz
10 a 100 km
LF
30 a 300 KHz
1 a 10 km
MF
300 KHz a 3 MHz
100 m a 1 km
HF
3 a 30 MHz
10 a 100 m
VHF
30 a 300 MHz
1 a 10 m
UHF
300 MHz a 3 GHz
10 cm a 1m
SHF
3 GHz a 30 GHz
1 a 10 cm
EHF
30 a 300 GHz
1 a 10 mm
INFRARROJO
8*1011 a 4*1014 Hz
80 a 400 um
LUZ VISIBLE
4*1014 a 7.5*1014 Hz
40 a 80 um
LUZ ULTRAVIOLETA
7.5*1014 a 1016 Hz
1.2 a 40 um
RAYOS X, RAYOS GAMMA
1016 a 1020 Hz
0.6 a 1.2 um
RAYOS COSMICOS
> 1020 Hz
< 0.6 um
Clasificación de las Bandas de Frecuencias
de radio
Banda
VLF
Aplicación
NAVEGACION, SONAR
LF
RADIOFAROS
MF
RADIO AM
HF
VHF
UHF
SHF
EHF
ONDA CORTA Y MOVIL
MARITIMO
TELEVISION, RADIO
FM Y RADIO MOVIL
TELEVISION Y
TELEFONIA CELULAR
MICRONDAS,
SATELITE, RADAR
RADAR
EXPERIMENTAL
PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO
LIBRE
¿Que es el espacio libre?
¿Cómo lo concebimos?
Se define idealmente como un medio
homogéneo, sin corrientes o cargas
conductoras presentes, y sin objetos que
absorban o reflejen energía radioeléctrica.
PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO
LIBRE
Las pérdidas o atenuación, se pueden
calcular por la ecuación:
 4 d 
Lp  

  
2
Expresada en unidades de dB, se tiene:
Lp
dB
 32.5  20 log( f )  20 log( d )
Con f en MHz y d en km
DENSIDAD DE POTENCIA
Las ondas EM representan el flujo de energía en
la dirección de propagación.
La proporción en la cual la energía cruza por una
superficie dada, en el espacio libre, se llama densidad
espectral de potencia.
La densidad de potencia es energía por unidad de
tiempo por unidad de área, la cual normalmente se da
en watts por metro cuadrado.
Área de
Superficie
Densidad
Espectral de
Potencia
Flujo de Energía
Dirección de Propagación
INTENSIDAD DE CAMPO
La intensidad de campo es la intensidad de los
campos eléctricos y magnéticos de una onda
electromagnética propagándose en el espacio
libre.
 Intensidad Campo Magnetico 
Intensidad de Campo  

 Intensidad Campo Electrico 
Las unidades de la intensidad de campo
eléctrico normalmente son volts por metro y la
intensidad de campo magnético en amper-vuelta
por metro.
ECUACIÓN DE DENSIDAD DE
POTENCIA
La densidad de potencia se puede determinar
por la ecuación:
P  E*H
[watts por metro cuadrado]
donde:
P: densidad de potencia (W/m2)
E: intensidad de campo eléctrico en rms (V/m)
H: intensidad del campo magnético en rms (At/m)
IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA DEL
ESPACIO LIBRE
Las intensidades de los campos eléctrico y
magnético de una onda magnética, en el espacio
libre, se relacionan por la impedancia
característica (resistencia) del espacio libre.
o
Zs 
o
en donde:
Zs: impedancia característica del espacio libre (ohms)
o: permeabilidad magnética del espacio libre (1.26x10-6 H/m)
o: permitividad eléctrica del espacio libre (8.85x10-12 F/m)
IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA DEL
ESPACIO LIBRE
Reemplazando los valores en la ecuación
anterior, se tiene que la impedancia del espacio
libre es:
1.26 x10 6
Zs 
 377 
12
8.85 x10
La impedancia característica de un medio de transmisión
sin pérdidas es igual a la raíz cuadrada de la relación de
su permeabilidad magnética con su permisividad
eléctrica y para el espacio libre vale 377 ohmios.
RAYOS Y FRENTES DE ONDAS
Un rayo es una línea dibujada a lo largo de una dirección
de propagación de la onda electromagnética.
Los rayos se usan para mostrar la dirección relativa de la
propagación de la onda electromagnética.
Sin embargo, un rayo no necesariamente representa la
propagación de una sola onda electromagnética.
Rayo
Rayo
FRENTES DE ONDAS
1. Un frente de onda muestra una superficie de
fase constante de una onda.
2. Un frente de onda se forma cuando los puntos
de igual fase sobre rayos propagados de la
misma fuente se unen.
Superficie de
fase constante
Frente de Onda
FRENTES DE ONDAS
1. Cuando la superficie es plana, su frente de
onda es perpendicular a la dirección de
propagación.
2. Entre más cerca esté a la fuente, más
complicado se hace el frente de onda.
Fuente
FRENTES DE ONDAS
Una fuente puntual es una ubicación sencilla en la cual
los rayos se propagan igualmente, en todas las
direcciones (una fuente isotrópica).
En el espacio libre y a una distancia suficiente de la
fuente, los rayos dentro de un área pequeña de un frente
de onda esférica, son casi paralelos. Por lo tanto, entre
mas lejos esté de la fuente, más parece la propagación
de ondas como un frente de onda plana.
Radio R
Fuente Puntual
Fuente puntual
FRENTES DE ONDAS ESFERICO
La potencia a una distancia R de la fuente,
se puede determinar por:
Pr
Pr 
2
4R
Pr = potencia total radiada (watts)
R = radio de la esfera (el cual es igual a la distancia desde
cualquier punto en la superficie de la esfera a la fuente)
4πR2 = área de la esfera
FRENTES DE ONDAS ESFERICO
Ley inversa cuadrática
Pr
P2 
2
4R2
Pr
P1 
2
4R1
 R1 
P2 R1
 2   
P1 R2
 R2 
2
Frente de onda esférica de una fuente isotrópica
2
FRENTES DE ONDAS ESFERICO
Ley inversa cuadrática
 R1 
P2 R1
 2   
P1 R2
 R2 
2
2
De la ecuación se deduce que conforme
la distancia de la fuente se duplica la
densidad de potencia disminuye por un
factor de 22 o 4.
¿Físicamente como se explica este
fenómeno?
ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS
La reducción en la densidad de potencia con la distancia
es equivalente a la pérdida de potencia y comúnmente se
llama atenuación de onda, como se vió, se expresa así:
P 2  R1 
  
P1  R2 
2
La ecuación describe la reducción en la densidad de
potencia con la distancia de la fuente.
Conforme se aleja un frente de onda de la fuente, el
campo electromagnético contínuo, que es radiado desde
esa fuente, se dispersa.
ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS
Generalmente se expresa como un logaritmo (pérdida en
dB). Matemáticamente, la atenuación de la onda es:
 P1 
 a  10 log  
 P2 
Recordemos nuevamente: Conforme se aleja un frente de
onda de la fuente, el campo electromagnético contínuo,
que es radiado desde esa fuente, se dispersa.
ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS
La atmósfera se compone de átomos y moléculas de
varias sustancias, tales como gases, líquidos y sólidos.
Algunos de estos materiales son capaces de absorber las
ondas electromagnéticas.
Consecuencias
Onda Incidente
Átomos y
moléculas de la
atmósfera
Onda Atenuada
ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS
Comparación
de la
atenuación de
la onda para
dos medios:
con vapor de
agua y con
oxigeno.
PROPIEDADES ÓPTICAS DE LAS
ONDAS DE RADIO
En la atmósfera de la Tierra, la propagación del frente de
onda-rayo puede alterarse por el comportamiento del
espacio libre por efectos ópticos como:
La refracción, puede describirse como un doblamiento
La reflexión, como un salto
La difracción, como esparcimiento
La interferencia, como una colisión
Se llaman propiedades ópticas, porque fueron observadas
primero en la ciencia de la óptica.
PASOS DEL PROCESO DE COMUNICACIÓN
Veamos algunos pasos simples que deben cumplirse
en el proceso de comunicación eléctrica a través de
señales de radio frecuencia.
PASOS DEL PROCESO DE COMUNICACIÓN
Paso uno: Consiste en la modulación de la
portadora en la fuente por la señal de información.
Esta función es realizada por el transmisor.
Paso dos: Implica la traducción de la portadora
modulada en la onda electromagnética de
propagación por la antena transmisora.
Paso tres: Consiste en la propagación de la onda
electromagnética a través de la atmósfera hasta que
llega al destino deseado.
PASOS DEL PROCESO DE COMUNICACIÓN
Paso cuatro: La antena receptora convierte la onda
electromagnética recibida en el destino en una señal
portadora modulada.
Paso cinco: Consiste en la demodulación o
extracción de la información contenida en la
portadora modulada una vez que se ha amplificado
lo suficiente.
¿Como viajan las ondas
electromagnéticas de un lugar a
otro para llevar sus mensajes?
PROPAGACIÓN DE ONDAS
En los sistemas de comunicación de radio, las ondas
se pueden propagar de varias formas. Hay tres
formas de propagación de las ondas
electromagnéticas:
a) Ondas de tierra
b) Ondas espaciales (que incluyen tanto ondas
directas como ondas reflejadas a tierra)
c) Propagación de onda del cielo.
PROCESO DE PROPAGACIÓN DE
ONDAS
Lin
k
Lin
k
Lin
k
La figura muestra los modos normales de propagación
entre dos antenas de radio
PROCESO DE PROPAGACIÓN DE
ONDAS
Estrategias de
propagación
útiles
para
ampliar
cobertura,
aumentar
niveles
de
señal en el
receptor, etc.
CLASIFICACIÓN DE TRANSMISORES
Los transmisores se clasifican según el ancho
de banda, tipo de modulación y tipo de
información modulante que emplean.
Esta clasificación es establecida por la FCC.
Se identifican por un código de tres símbolos,
los cuales incluyen letras y números.
CLASIFICACIÓN DE TRANSMISORES
1er. Símbolo: es una letra e indica tipo de
modulación empleada.
Ejemplo: amplitud, frecuencia, fase, pulso,
ninguna.
2do. Símbolo: es un número que indica tipo de
emisión.
Ejemplo: analógica, digital, etc.
CLASIFICACIÓN DE TRANSMISORES
3er. Símbolo: letra que indica el tipo de
modulante transmitida.
Ejemplo: datos, telefonía, etc.
VER TABLA DE CLASIFICACIONES
Ejemplos:
1) J3E
2) A3E
3) C3F
4) H3D
ZONAS DE FRESNEL
La zona de Fresnel es una zona de despeje
adicional que hay que tener en consideración
en un enlace microonda punto a punto, además
de la 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.
ZONAS DE FRESNEL
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 la señal recibida.
ZONAS DE FRESNEL
CONSIDERACIONES PRACTICAS:
a) La obstrucción máxima permisible
para considerar que no hay obstrucción, es el
40% de la primera zona de Fresnel.
b) La obstrucción máxima recomendada
es el 20%.
ZONAS DE FRESNEL
VISUALIZACION
FRESNEL.
DE
LAS
ZONAS
DE
Para establecer las zonas de Fresnel primero
debemos determinar la línea de vista, que en
términos simples es una línea recta entre la
antena transmisora y la receptora.
Ahora la zona que rodea el LOS son las zonas
de Fresnel.
ZONAS DE FRESNEL
CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL
La fórmula genérica de cálculo de las zonas
de Fresnel es:
 n.d1.d 2 

rn  547,723 
 f .d 
Donde:
rn es el radio de la enésima zona de Fresnel [m].
d1 es la distancia desde el transmisor al objeto en [Km].
d2 es la distancia desde el objeto al receptor en [Km].
d es la distancia total del enlace en [Km].
f es la frecuencia en [MHz].
ZONAS DE FRESNEL
CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL
Si se considera d1=d2, la fórmula queda
como:
 n.d1.d 2 
  547,723
rn  547,723 
 f .d 
 n.d1
rn  547,723 
 f .d
2




 n.d1.d1 

  547,723
 f .d 
  
 n. d

2
 547,723 
 f .d

 n.d 2 
  547,723
rn  547,723 
 4. f .d 
 n.d

 4. f
2






 n.d12 


 f .d 


ZONAS DE FRESNEL
CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL
Si se considera d1=d2, la fórmula permite
determinar el radio de la primera zona de
Fresnel
ZONAS DE FRESNEL
Analice las siguientes
situaciones:
a) Obstrucción por tierra
b) Obstrucción por
vehículos
c) Obstrucción por
obstáculos diversos
Establezca
conclusiones
para cada caso planteado.
Análisis del Enlace de Comunicación
Sistema Analógico
En un sistema analógico, en el cual el ancho
de banda del ruido suele ser mayor que el
ancho de banda de la señal, a menudo se
recurre a la razón promedio de potencia sobre
ruido de la portadora, o (Pr/N), como el SNR
de interés particular.
Análisis del Enlace de Comunicación
Sistema Analógico
Modelo simplificado de un Enlace de Comunicaciones
Análisis del Enlace de Comunicación
La potencia se puede calcular como:
Pr EIRP (Gr / Te )

N
L p Loe Loi KB
Análisis del Enlace de Comunicación
Pr= potencia de señal recibida en la entrada del detector, W
N = KTeB = potencia del ruido térmico a la entrada del detector, W
K = constante de Boltzmann, 1.38x10-23 J/K
Te = temperatura de ruido equivalente del sistema, K
B = ancho de banda a la entrada del detector, Hz
EIRP = Pt Gt = potencia radiada isotropicamente equivalente, W
Pt= potencia transmitida, W
Gt= ganancia de la antena de transmisión, adimensional.
Gr= ganancia de la antena de recepción, adimensional.
Gr/Te = factor de merito, razón de ganancia sobre temperatura de ruido
equivalente del sistema, K-1
Lp= (4πd/λ)2 = perdida de espacio libre, ya definida.
Loe= otras perdidas externas = perdidas atmosféricas + perdida por
polarización de antena + perdida por direccionamiento de antena.
Loi= otras perdidas internas = perdida del circuito de transmisión +
perdida del circuito de recepción + perdida por ruido de intermodulación.
Análisis del Enlace de Comunicación
Sistema Digital
En un sistema digital en el que el ancho de
banda de la señal se considera igual al ancho
de banda del ruido, el rendimiento del enlace
se expresa en términos de la razón de potencia
de señal recibida sobre densidad espectral de
ruido (Pr/No)
Pr
EIRP (Gr / Te )

No
Lp Loe Loi KB
Análisis del Enlace de Comunicación
Sistema Digital
Si se supone que toda la potencia recibida
proviene de la señal de modulación (portadora
suprimida), entonces es posible evaluar el
rendimiento del enlace en términos de la razón
de densidad espectral del ruido sobre energía
en los bits. Puede expresarse:
Pr  Eb 
 R
 
No  No 
Análisis del Enlace de Comunicación
Sistema Digital
Igualando las dos ecuaciones previas, se tiene:
Eb EIRP (Gr / Te )

No
Lp Loe Loi KR
Eb
G
(dB)  EIRP (dBW )  r (dB / K )  L p (dB)  Loe (dB)  Loi (dB)  K (dBW / K  Hz )  R(dB Hz )
No
Te
Final del
Tema I
GRACIAS
ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS
Cuando una onda electromagnética se propaga por la
atmósfera de la Tierra, la energía es transferida de la
onda a los átomos y las moléculas de la atmósfera. La
absorción de ondas por la atmósfera es análoga a una
pérdida de potencia I2R.
Una vez absorbida, la energía se pierde para siempre, y
ocasiona una atenuación en el voltaje e intensidades del
campo magnético y una reducción correspondiente en la
densidad de potencia.
PROPIEDADES ÓPTICAS: REFRACCIÓN
La refracción electromagnética es el cambio de
dirección de un rayo conforme pasa oblicuamente, de
un medio a otro, con diferentes velocidades de
propagación.
Angulo incidente
PROPIEDADES ÓPTICAS: REFRACCIÓN
Refracción de frente de onda en un medio de gradiente
PROPIEDADES ÓPTICAS: REFRACCIÓN
Matemáticamente, el índice de refracción
es:
c
n
v
n = índice de refracción (sin unidades)
c = velocidad de la luz en el espacio libre (3 x 108 m/s)
v = velocidad de la luz en un material dado (m/s)
PROPIEDADES ÓPTICAS: REFRACCIÓN
La ley de Snell establece que:
sen1
n2

sen 2  n1
n1 = índice de refracción del material 1, n2 = índice de refracción del material 2
1 = ángulo de incidencia (grados), 2 = ángulo de refracción (grados)
Se puede expresar también como:
sen 1
 r2

sen 2
 r1
r1 = constante dieléctrica del medio 1
r2 = constante dieléctrica del medio 2
PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN
La reflexión electromagnética ocurre cuando una
onda incidente choca con una barrera de dos
medios y algo o todo de la potencia incidente no
entra al segundo material. Las ondas que no
penetran al segundo medio se reflejan.
PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN
La reflexión de ondas en superficies semiásperas
PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN
Debido a que todas las ondas reflejadas permanecen
en el medio 1, las velocidades de las ondas reflejadas
e incidentes son iguales.
Consecuentemente, el ángulo de reflexión es igual al
ángulo de incidencia (i = r).
La intensidad del campo de voltaje reflejado es menor
que la intensidad del campo de voltaje incidente.
La relación de las intensidades de voltaje reflejado a
incidente se llama coeficiente de reflexión, 
PROPIEDADES ÓPTICAS: REFLEXIÓN
Matemáticamente, el coeficiente de reflexión es:
j r
Er e
Er j  r  i 


e
j i
Ei
Ei e
en donde
: coeficiente de reflexión (sin unidades)
Ei = intensidad del voltaje incidente (volts)
Er = intensidad del voltaje reflejado (volts)
i = fase incidente (grados)
r = fase reflejada (grados)
PROPIEDADES ÓPTICAS: DIFRACCIÓN
Se define como la modulación o redistribución de energía,
dentro de un frente de onda, cuando pasa cerca del
extremo de un objeto opaco.
La difracción es el fenómeno que permite que las ondas
de luz o de radio se propaguen (se asomen) a la vuelta de
las esquinas.
Difracción de la Onda
Frente de Onda
Objeto con esquina
PROPIEDADES ÓPTICAS: DIFRACCIÓN
El principio de Huygens
El principio de Huygens indica que cada punto de un
frente de onda esférica determinado se puede
considerar como una fuente secundaria de puntos de
ondas electromagnéticas, desde donde se irradian
hacia afuera otras ondas secundarias (ondas
pequeñas).
Veamos los ejemplos siguientes:
PROPIEDADES ÓPTICAS: DIFRACCIÓN
El principio de Huygens
Caso para un frente de onda plano
Casos para un frente de onda finita
a través de una ranura y del otro
lado de un extremo (esquina).
PROPIEDADES ÓPTICAS: INTERFERENCIA
1. Ocurre cuando dos o más ondas electromagnéticas
se combinan de tal forma que el funcionamiento del
sistema se degrada.
2. Por otro lado, la interferencia se sujeta al principio
de superposición lineal de ondas electromagnéticas
y ocurre cada vez que dos o más ondas ocupan,
simultáneamente, el mismo punto en el espacio.
3. El principio de superposición lineal indica que la
intensidad total de voltaje, en un punto determinado
en el espacio, es la suma de los vectores de ondas
individuales.
PROPIEDADES ÓPTICAS: INTERFERENCIA
Suma lineal de dos vectores
con diferentes ángulos de
fase.
Interferencia de onda electromagnética.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
CAPA D
1. Es la capa inferior de la ionosfera y se
localiza entre 30 y 60 millas (50 a 100
kilómetros) arriba de la superficie de la
Tierra.
2. Es la capa más lejana del sol, hay muy poca
ionización en esta capa, tiene muy poco efecto
en la dirección de propagación de las ondas de
radio.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
CAPA D
3. La capa D puede absorber cantidades
apreciables de energía electromagnética.
4. La cantidad de ionización en la capa D
depende de la altitud del sol sobre el
horizonte. Por consiguiente, desaparece de
noche. La capa D refleja ondas VLF y LF y
absorbe ondas MF y HF.
CAPA E
PROPAGACIÓN DE ONDAS
1. Se localiza, entre 60 y 85 millas (de 100 a
140 kilómetros), arriba de la superficie de la
Tierra.
2. La capa E tiene su
mediodía, aproximadamente
el sol se encuentra en su
como la capa D, la capa
totalmente de noche.
mayor densidad a
a 70 millas, cuando
punto máximo. Así
E casi desaparece
3. La capa E auxilia la propagación de ondas de
superficie MF y refleja ondas HF un poco
durante el día.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
CAPA E
4. La parte superior de la capa E a veces se
considera por separado y se llama la capa E
esporádica porque parece que va y viene en
forma imprevisible.
5. La capa E esporádica la causan la actividad
de las manchas solares y estallidos solares. La
capa E esporádica es una capa delgada con una
densidad de ionización muy alta.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
CAPA F
1. Está hecha realmente de dos capas, las
capas F1 y F2.
2. Durante el día, la capa F1 se localiza entre
85 y 155 millas (de 140 a 250 kilómetros),
arriba de la superficie de la Tierra,
3. La capa F2 se localiza de 85 a 155 millas
(de 140 a 300 kilómetros) arriba de la
superficie de la tierra, durante el invierno y de
155 a 220 millas (de 250 a 350 kilómetros), en
el verano.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
CAPA F
4. La capa F1 absorbe y atenúa algunas ondas
HF, aunque la mayoría de las ondas pasan a
través de la capa F2 cuando se refractan
nuevamente a la Tierra.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
ONDA DE TIERRA
1. Es una onda electromagnética que viaja por
la superficie de la tierra, a veces se llaman
ondas superficiales.
2. Deben estar polarizadas verticalmente.
3. Sus pérdidas se incrementan rápidamente
con la frecuencia. Por lo tanto, la
propagación de ondas de tierra se limita
generalmente a frecuencias por abajo de
los 2 MHz.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
ONDA DE TIERRA: Su Atenuación
Debido a que la tierra es un conductor imperfecto, las ondas
de radio penetran algo en su superficie, su intensidad de
campo disminuye rápidamente con la profundidad y se
propagan más lentamente que en el aire.
Esto origina un efecto de onda superficial que provoca que,
justo por encima de la superficie, la onda siga la curvatura
de la tierra. Este proceso es inherentemente disipativo, y es
de utilidad solo para frecuencias relativamente bajas y
para comunicación trans-horizonte a distancias
relativamente cortas del orden de 200 Km para sistemas de
HF y de 2000 Km para LF y VLF.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
ONDA DE TIERRA: Ventajas
Las ventajas de la propagación de ondas de
tierra son las siguientes:
1. Dan suficiente potencia de transmisión,
las ondas de tierra se pueden utilizar para
comunicarse
entre
dos
ubicaciones
cualesquiera en el mundo.
2. Las ondas de tierra no se ven
relativamente afectadas por los cambios en
las condiciones atmosféricas.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
ONDA DE TIERRA: Desventajas
Las desventajas de la propagación de ondas de tierra
son las siguientes:
1. Las ondas de tierra requieren de una potencia
relativamente alta para transmisión.
2. Las ondas de tierra están limitadas a frecuencias,
muy bajas, bajas y medias (VLF, LF y MF) que
requieren de antenas grandes, según los criterios
de fabricación de antenas.
3. Las pérdidas por tierra varían considerablemente
con el material de la superficie.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Propagación de ondas de
tierra y la modificación del
frente de onda
Si el frente de onda se
inclina demasiado, la onda
desaparece.
PROCESO DE PROPAGACIÓN DE ONDAS
EN LÍNEA RECTA
Un canal de línea recta o de trayectoria óptica directa (LOS,
del ingles line of sight), puede establecerse siempre que una
trayectoria en línea recta entre el transmisor y el receptor
se encuentre libre de obstrucciones importantes.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
ONDA ESPACIAL
1. Incluye energía radiada que viaja unas
cuantas millas, en la parte inferior de la
atmósfera de la Tierra.
2. Incluyen ondas directas y reflejadas de
tierra.
3. Las ondas directas viajan esencialmente en
línea recta, entre las antenas transmisora y
receptora, la propagación de ondas espaciales
se limita por la curvatura de la tierra.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Propagación de ondas espaciales
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Ondas Espaciales y radio horizonte
Cálculo de la distancia de radio horizonte (una antena):
d  2rh
d= distancia a radio horizonte (km)
h = a la altura de la antena sobre el nivel del
mar (km)
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Ondas Espaciales y radio horizonte
d
A
B
h
r
r
O
Considerando el triangulo AOB, se tiene:
r  h 2  d 2  r 2  d 2  r  h 2  r 2  r 2  2rh  h 2   r 2
 2rh  h 2  2rh, consideran do que r  h
d  2rh  2.(6371).h  112,88. h km
Donde r es el radio terrestre en kilometro (6371 km), h
la altura de la entena en kilometro.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Ondas Espaciales y radio horizonte
Cálculo de la distancia de radio horizonte (dos antenas):
d  2rht  2rhr
D (distancia a radio
horizonte) y h (altura de la
antena sobre el nivel del mar )
en Km
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Ondas Espaciales y radio horizonte, otro ejemplo
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Ondas Espaciales y radio horizonte, otro ejemplo
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Ondas Espaciales y radio horizonte
Se produce una condición especial que permite
aumentar la distancia de propagación de la
señal de radio, es la propagación de ducto.
Propagación de Ducto
PROPAGACIÓN DE ONDAS
ONDA IONOSFÉRICA
Las partículas ionizadas vibran físicamente en
respuesta a la presencia de un campo de
radiofrecuencia, y la absorción de la energía
resultante de las colisiones de los iones produce
atenuación en la onda de radio.
Esta absorción alcanza su máxima anchura a una
frecuencia resonante específica para cada especie
molecular, por lo general a frecuencias por debajo
de 1 kHz para los gases atmosféricos, es decir la
banda de ELF
PROPAGACIÓN DE ONDAS
ONDA IONOSFÉRICA
1.La ionosfera es una región de la atmósfera
superior que contiene capas de gases
atmosféricos cargados eléctricamente. La
ionización de los gases se debe a la acción de
la radiación solar.
2.La ionosfera es la región de espacio localizada
aproximadamente de 50 a 400 km (30 a 250
millas) arriba de la superficie de la Tierra. La
ionosfera, es la porción más alta de la
atmósfera de la tierra.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
ONDA IONOSFÉRICA
La ionosfera se descompone en capas, las cuales
se denominan:
1. Capa D
2. Capa E
3. Capa F, (sub-capa F1 y sub-capa F2)
Durante la noche desaparece la capa D y se
presenta la capa F.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Figura 18: Capas Ionosféricas.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
Resumen de
la utilidad
de las capas
La
Capa
D
refleja las ondas
largas.
La Capa E las
frecuencias medias.
La Capa F las
ondas cortas y los
satélites permiten
transmitir las ondas
ultracortas.
PROPAGACIÓN DE ONDAS
FRECUENCIA CRITICA
Se define como la frecuencia más alta que puede
propagarse directamente hacia arriba y todavía ser
regresada a la Tierra por la ionosfera. Depende de la
densidad de ionización y por lo tanto varía con la hora
del día y de la estación del año.
FRECUENCIA MAXIMA UTILIZABLE
Existe
una
frecuencia
máxima
utilizable
(MUF), denominada de esa forma debido a
que un valor mayor que ella ocasiona que la
onda no rebote en la ionosfera sino que siga
su camino fuera de la atmósfera terrestre.
frecuencia critica
MUF 
 frecuencia critica
cos 
x sec 
ANGULO CRITICO
Cada frecuencia tiene un ángulo vertical máximo
en el cual se puede propagar y todavía ser
refractada nuevamente por la ionosfera y se
llama ángulo crítico, denotado θc.
Transmisor
Receptor
ANGULO CRITICO
ALTURA VIRTUAL APARENTE
La altura
virtual, es la
altura arriba
de la
superficie de
la Tierra,
desde donde
parece que
una onda
refractada ha
sido reflejada
DISTANCIA DE SALTO
La distancia de salto (ds) es la distancia
mínima, desde la antena transmisora, en que
se regresará a Tierra una onda del cielo de
cierta frecuencia (que debe ser menor que la
MUF).
Esto permite estimar la distancia hasta la cual
llegará una onda transmitida.
DISTANCIA
DE
SALTO
Mientras más alta
sea la capa donde
rebote la onda ,
mayor será la
distancia de salto.
REGIONES DE LA UIT