Propagación radioeléctrica

[gL.edu] Este artículo recoge contribuciones de Daniel Francisco Naranjo Dávila, Rubén Guzmán, elaboradas en el contexto de la Clarificación conceptual en torno a las "Telecomunicaciones", bajo la supervisión de J.M. Díaz Nafría.

Las ondas de radio se propagan desde la antena transmisora hasta la receptora de diversas formas en función de su frecuencia y del tipo y características del terreno.

A parte de las características eléctricas del terreno y la frecuencia de la onda, la propagación también depende de la situación del trayecto de propagación respecto a los obstáculos (suelo, montañas, edificio, vegetación), de las propiedades físicas del medio (presencia e intensidad de precipitaciones, absorción por gases y vapores, calima, ionización del plasma ionosférico, etc) y de la polarización de la onda.^[1]

Tipos de propagación radioeléctrica

Dependiendo del modo de propagación que predomine en la transmisión radioeléctrica entre la antena transmisora y la receptora se habla de^[2]:

Onda de superficie.
Onda ionosférica o propagación por reflexión ionosférica.
Onda espacial por capas bajas de la atmósfera, ya sea onda directa, reflejada o multitrayecto.
Onda de dispersión troposférica, que se propaga por la troposfera al igual que la onda espacial, pero en lugar de influir el terreno y las reflexiones en las capas frontera entre troposfera y estratosfera, la propagación se ve causada por las variaciones de la propia troposfera produciendo reflexiones dispersivas.

En la siguiente tabla, elaborada a partir de la obra de Hernando Rábanos^[2], pueden verse los modos de propagación que predominan en la diferentes bandas de frecuencia, su alcance, disponibilidad y los servicios radioeléctricos asociados.

Banda	Modo de propagación	Alcance típico	Tiempo de disponibilidad	Utilización típica
VLF	Guíaondas tierra ionosfera		Cualquier hora	Radionavegación Servicio móvil marítimo
LF	Onda de superficie	>1.000 km (sobre agua)	Cualquier hora	Frecuencias patrón
MF	Onda de superficie Onda ionosférica	Distancias cortas (<100 km) Distancias largas (> 500 km, sujeta a desvanecimiento)	Cualquier hora Noche	Radiodifusión
HF	Onda ionosférica (3-8 Mhz) (3-12 Mhz) (6-25 Mhz) Onda superficie(3-30 Mhz)	<300 km >500 km >500 km Distancias cortas (<100 km )	Día Noche Día Cualquier hora	Servicio fijo Servicios móviles Radiodifusión
VHF	Onda espacial (troposférica) Dispersión ionosférica(f < 50 MHz)	Visión directa (50 km) 2.000 km	Cualquier hora	Servicios móviles Radiodifusión sonora y TV Radionavegación Servicio fijo
UHF	Onda espacial (troposférica) Dispersión troposférica (f > 500 MHz)	Visión directa (40 km) 600 km	Cualquier hora	Servicio fijo (Radioenlaces) Servicios móviles Radiodifusión TV Radiolocalización Servicio fijo
SHF	Onda espacial (troposférica)	Visión directa (40 km)		Servicio fijo (Radioenlaces terrenales) Telecomunicación y radiodifusión por satélite Radionavegación

Ondas de superficie

Es el modo de propagación que más se maniefiesta en frecuencias bajas (10Khz-10Mhz), aunque sólo con polarización vertical ya que las componentes horizontales del campo son absorbidas por el suelo. En este tipo de propagación y para esas frecuencias la onda rodea los obstáculos y se curva con la difracción por lo que no se ve muy afectada por la curvatura de la tierra y tiene bastante alcance, sin necesidad de línea de visión entre antenas.

Sobre el agua aumenta su alcance debido a la conductividad pero se pueden dar fenómenos como fading o ecos debido a las reflexiones sobre el agua aunque para estas bajas frecuencias es menos acusado que para frecuencias de bandas superiores cuando se reflejan en el agua. Obviamente el alcance depende, de la frecuencia y potencia de emisión además de la polarización y características del terreno o superficie.

Onda ionosférica

La ionosfera es una zona de la atmósfera que comienza a partir de unos 60 Km sobre la superficie terrestre y que se divide en varias capas que varían en grosor o incluso se unen entre si según la radiación que reciben durante el día. Esto hace que este tipo de propagación esté sujeto a bastantes interferencia debidas al ruido, propagación multitrayecto y desvanecimientos debidos a lo aleatorio de su estructura debido a la radiación variante e interferencias por el alto uso que se hace de este tipo de propagación.

La idea es usar la ionosfera como repetidor pasivo, haciendo incidir las ondas electromagnéticas en ella y conseguir así mayores alcances. Esto es posible para frecuencias entre 3 y 30 Mhz, a partir de 30 Mhz las ondas traspasan la ionosfera y no se reflejan.

Estos enlaces se deben calcular en base a modelos de la variación de la ionosfera durante el día y durante las distintas épocas del año para poder determinar qué frecuencias son usables durante el año y poder mantener ese enlace operativo.

Onda espacial

A frecuencias por encima de 30 Mhz la onda se propaga por la troposfera, pudiendo también propagarse por onda de superficie hasta 150 Mhz y polarización vertical.

En este tipo de propagación las ondas pueden propagarse de forma directa entre antenas, reflejadas en el terreno o por multitrayecto debido a reflexiones en capas bajas de la atmósfera. El alcance suele ser el de visión óptica aunque puede verse modificado por reflexiones o desvanecimientos que lo aumentan o disminuyen (por ejemplo aumento del alcance por formación de conductos troposféricos), y también por difracción en objetos interpuestos en la línea de visión directa.

Dispersión troposférica

En este caso la onda se propaga por las capas bajas de la atmósfera pero sufriendo difracciones debido a los cambios o discontinuidades en el índice de refracción de la troposfera, lo que produce que las ondas cambien de dirección y se dispersen llegando a distancias mayores que el horizonte óptico o por el contrario sufriendo desvanecimientos.

Código

La siguiente función de Matlab calcula las pérdidas por propagación en espacio libre (FSPL, Free Space Path Loss) a partir de la frecuencia $f$ de la señal transmitida en Hz y de la distancia $d$ al emisor en metros, según la expresión $FSPL(dB)=20log({\frac {4\pi d}{\lambda }})$ . Siendo $\lambda$ la longitud de onda, que está relacionada con la frecuencia mediante $\lambda =c/f$ .

function L = FSPL (f, d)
% Calcula la pérdida de potencia por propagación en espacio libre (FSPL) en dB
% ENTRADAS:
%   f - Frecuencia de la señal en Hz
%   d - Distancia entre el transmisor y el receptor en metros
% SALIDAS:
%   L - Pérdida de potencia en el espacio libre en dB

% Constante: velocidad de la luz en el vacío
c = 3e8;  % m/s
% Cálculo de la pérdida en el espacio libre (FSPL) en dB
L = 20*log10(4*pi*d*f/c);
end

Por ejemplo, para d=100 km y f=4 MHz:

>> FSPL(100e3,4e6)
ans =
  104.4830

Referencias

↑ Viera Santana, J.G. (1999). Apuntes de Emisión y Recepción de T.V. Las Palmas de Gran Canaria: EUITT ULPGC.
↑ ^2.0 ^2.1 Hernando Rábanos, J.M. (2006). Transmisión por Radio. Madrid: Editorial Universitaria Ramón Areces.

[Viera-1] Viera Santana, J.G. (1999). Apuntes de Emisión y Recepción de T.V. Las Palmas de Gran Canaria: EUITT ULPGC.

[HR-2] 2.0 ^2.1 Hernando Rábanos, J.M. (2006). Transmisión por Radio. Madrid: Editorial Universitaria Ramón Areces.

[1]

[2]