Propagación, nociones básicas - Teoría sobre propagación

  • Última actualización el Domingo, 15 Abril 2012 22:07
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PROPAGACION DE LAS ONDAS DE RADIO

reflexiondas

El conjunto de fenómenos por el cual las ondas de radio pueden viajar de un punto al otro se denomina Propagación. La onda puede atravesar diferentes medios o encontrarse con obstáculos y como resultado de ello sufrir importantes cambios de dirección e intensidad en el proceso. La propagación de las ondas dependerá del ambiente por el que viajan, pero también dependerá mucho de su longitud de onda.

La frecuencia o la longitud de onda puede calcularse fácilmente con estas dos fórmulas:

frecuencia (MHz) = (300 x 0'95) / longitud de onda (m)Por ejemplo, una longitud de onda de 20'00 m tendría la frecuencia siguiente: (300x0'95) / 20 = 14'250.

longitud de onda (m) = (300 x 0'95) / frecuencia (MHz) Por ejemplo, una frecuencia de 14'195 MHz (ventana DX) tendría la longitud de onda siguiente: (300x0'95) / 14'195 = 20'077 m

En el mundo de la comunicación se han dividido las diferentes longitudes de onda o frecuencias en:

LF (baja frecuencia) = 0,03 - 0,3 MHz

MF (media frecuencia) = 0,3 - 3,0 MHz

HF (alta frecuencia) = 3,0 - 30 MHZ

VHF (muy alta frecuencia) = 30-300 MHz

UHF (ultra alta frecuencia) = 300-3000 MHz

SHF (super alta frecuencia) = 30000-3000 MHz

Las comunicaciones usuales de la mayoría de los aficionados se realizan en frecuencias llamadas elevadas y muy elevadas (HF y VHF).

La propagación en VHF terrestre es casi directa. Hay otros mecanismos por los que una señal puede llegar a un destino, por ejemplo, reflejándose en objetos existentes en el entorno tales como edificios, montañas, etc., también fenómenos atmosféricos ó cuasi ópticos especiales. En VHF y UHF, suele ser importante que las antenas se encuentren elevadas sobre el terreno para lograr alguna distancia pues estas ondas se atenúan rápidamente mas allá del horizonte.

En las frecuencias elevadas (HF) los mecanismos de propagación son variados, a veces la señal llegará a destino por un camino idéntico al que acabamos de ver para las VHF (especialmente en la parte alta del espectro de HF), otras veces mediante las llamadas ondas terrestres o superficiales (sobre todo en las frecuencias más bajas), pero sin duda el modo más importante en la historia de la radio y para la radioaafición en particular se debe a que las ondas pueden reflejarse en regiones que se encuentran a gran altura en la atmósfera, permitiendo con ello alcanzar grandes distancias. Por este medio, una señal puede viajar por todo globo terrestre reflejándose repetidamente entre alguna de esas regiones y la superficie terrestre. Esas capas reflectoras reciben el nombre de ionosfera porque en ella existen cargas eléctricas llamadas iones responsables del referido proceso de reflexión.

Las condiciones físicas y eléctricas de la ionosfera que posibilitan la comunicaciones en HF a grandes distancias están estrechamente relacionadas con las emisiones de energía del Sol, especialmente con la radiación ultravioleta. La variable más importante en el proceso es la misma rotación de la Tierra que hace que la región ionosférica esté expuesta sucesivamente a los rayos solares y a la sombra de la tierra a medida que ella gira. El ángulo de incidencia de los rayos solares en las distintas latitudes y estaciones del año influye en la intensidad de la ionización de la capas atmosféricas reflectoras.

"manchas solares" (denominadas así porque, aunque son muy brillantes, se observan como regiones oscuras por contraste con sus zonas adyacentes). Las manchas producen un aumento en la intensidad de la energía que produce la ionosfera pero, puesto que el sol también está en rotación la energía proyectada por las manchas no alcanza la Tierra en forma continua. También la cantidad de manchas varía con el tiempo en forma cíclica con un período de aproximadamente once años.

El hecho de que las señales se reflejen en esas capas hace prever que los ángulos con que las ondas llegan a la capa reflectora y adonde serán reflejadas serán de gran importancia. Esto hace que se produzcan zonas a las que la señal no pueda alcanzar porque la reflexión la ha hecho llegar demasiado cerca o demasiado lejos de esos lugares (zonas de silencio).
Usualmente las ondas arribarán al receptor por varios caminos simultáneamente dando lugar a señales cuya intensidad se refuerza o desvanece más o menos rápidamente con el tiempo (desde fracciones de segundo hasta varios minutos), esto, que sucede permanentemente, se conoce como desvanecimiento o fading. El mismo fenómeno no solo hace que la señal varíe en intensidad sino que puede producir una distorsión capaz de hacer ininteligible la comunicación. Conocer esos mecanismos facilita al aficionado hacer una predicción aproximada de las mejores condiciones y horarios para realizar un determinado contacto, hoy existen auxiliares informáticos que son de gran ayuda.

Siga el enlace si quiere acceder al artículo de Carl Luetzelschwab-K9LA sobre la Propagación y los factores que le afectan (traducción EA8NQ)

 

Frecuencia crítica

Se define la frecuencia crítica o frecuencia de corte (fo) de una capa de la ionosfera como aquella a partir de cuyo valor las ondas electromagnéticas emitidas de forma completamente perpendicular a la superficie terrestre ya no se reflejan en dicha capa. Las ondas de frecuencia igual o superior a la crítica atraviesan la ionosfera y progresan hacia el espacio exterior. Las de frecuencia inferior se reflejan y vuelven hacia la superficie terrestre.
La frecuencias críticas de las capas E, F1 y F2 se denotan, respectivamente, como foE, foF1 y foF2.

En el caso de la capa F2, por ser la más alta y por tanto la más expuesta a las radiaciones del Sol, la foF2 es muy variable y se estudia a través de ionosondas para realizar la predicción de su valor, que se refleja en mapas mundiales

 

Salto

Llamamos salto al recorrido que sigue la onda desde que parte de la tierra, se refleja una vez en la ionosfera y vuelve a la superficie terrestre. La radiocomunicación por propagación ionosférica se realizará por tanto a través de una sucesión de saltos. Hay que tener en cuenta que entre cada salto de la onda existirá una zona de sombra en la que el enlace radio no podrá establecerse, salvo en distancias cortas alcanzadas por la onda de tierra.

La distancia de cada salto depende de la altura virtual de la capa ionizada y del ángulo de incidencia de la onda en la ionosfera. Así, una reflexión en la región F (más alta) hará que el salto sea mucho mayor que una reflexión en la región E (más baja). No obstante, las reflexiones en la región E son poco comunes debido a su baja densidad de ionización.

Tras reflejarse en la capa ionizada, la onda retorna hacia la superficie terrestre y vuelve a reflejarse, siguiendo una trayectoria consistente en varios saltos. En cada salto se producen pérdidas que dependen en gran medida de la constante dieléctrica e del lugar en el que se produce la reflexión: a menor constante dieléctrica, mayor atenuación.

Medio reflexión e: Agua del mar 81, Tierra firme 15-17, Ciudades 4-5.

Obsérvese cómo, por ejemplo, los enlaces radio establecidos sobre el mar sufrirán menos atenuación que los establecidos sobre la tierra. La propagación ionosférica normalmente se produce en el segmento comprendido entre 1,5 MHz y 30 MHz. Por debajo del primer valor la atenuación es muy elevada y por encima del segundo no hay reflexión en la ionosfera.

 

Distancia de salto (hop lenght)

Es la distancia sobre la tierra que alcanza una onda de radio después de ser reflejada una vez en la ionosfera, la distancia de salto depende de la altura de la capa en la cual se produce la reflexión y del ángulo de incidencia de la onda sobre la misma. La máxima distancia de salto se producirá con una incidencia casi rasante para una determinada altura de la capa. Por ejemplo mediante la capa F situada a una altura de unos 300 km con un ángulo de radiación vertical de la antena de unos 4 grados, la distancia de salto será de aproximadamente 3200 km; en similares condiciones, mediante la capa E (100 km) la distancia máxima será solamente de unos 1800 km. Se logran cubrir distancias mayores con varios saltos. Por ejemplo podrían cubrirse unos 6100 km con un mínimo de cuatro saltos en la capa E o dos saltos vía la capa F. Si los ángulos de radiación de las antenas fueran mayores se requerirían más saltos para lograr estas distancias.

 

Zona de silencio (skip zone)

zonasilencio

La zona de silencio o "zona de skip" es un área alrededor del trasmisor que no es alcanzada por la onda ionosférica, la espacial o la terrestre, por lo tanto en ella no se reciben las señales del trasmisor.
A partir de cierta frecuencia, cuando la señal incide sobre la ionosfera con ángulos próximos a la vertical, la atraviesa sin reflejarse, las señales no son devueltas a la tierra y no puede establecerse contacto entre estaciones que precisen de una reflexión en tal ángulo; a medida que ese ángulo se hace más rasante, llega un punto en que la ionosfera si puede reflejar la señal hacia tierra y pueden comunicar entre si estaciones situadas entre los dos puntos que ese ángulo determina.
Esta zona suele ser más amplia durante la noche, en invierno y durante los períodos de menor actividad solar debido a que en estas situaciones la densidad de la capa ionizada es menor, haciendo imposibles los comunicados a corta distancia sobre la banda considerada. En este caso la solución para comunicar con estaciones más cercanas es emplear frecuencias más bajas.

 

MODOS DE PROPAGACION

La propagación no es debida a un único fenómeno físico. Varios modos de propagación son posibles:

- La propagación ionosférica
- La propagación troposférica
- La propagación por onda de suelo

modospropagac

 

Reflexión ionosférica:

La ionosfera es la región de la atmósfera comprendida entre los 60 y 400 km de altura. Como el propio nombre indica está compuesta de iones y de plasma ionosférico y es de forma esférica al ser una de las capas de la atmósfera.
Es importante para la propagación porque permite reflejar o refractar ondas radioeléctricas por debajo de una frecuencia crítica llamada comúnmente MUF (frecuencia máxima utilizable).
La ionosfera está compuesta de tres capas:

- la capa D
- la capa E
- la capa F (durante la noche) que se divide en dos, las capas F1 y F2, durante el día.

Variaciones de densidad de la ionosfera: Las propiedades de propagación de la ionosfera son debidas a variaciones de densidad en el plasma iónico. Esas propiedades dependen del día del año, de la hora, del momento de ciclo solar de once años, de la estación, y de la latitud. Esas variaciones son irregulares, y no es posible calcularlas o medirlas con precisión.

Dispersión troposférica:
A veces la troposfera puede producir refracción de las ondas de radio. Este fenómeno ocurre cuando sucede una inversión (las capas más altas están más frías y por lo tanto son más densas que las capas bajas, el cambio de temperatura puede ser fácilmente de 10 ° C o más en 100 metros).La brusca transición entre el frío y el aire caliente, se refractan las ondas de radio en bandas de VHF y UHF. En algunas ocasiones puede haber múltiples inversiones. Una vez que una señal de radio se ha visto atrapada entre dos inversiones, estas puede viajar entre ambas como en una especie de túnel. Es particularmente apreciable por la mañana, y en VHF.

 

Propagación por onda espacial (space wave) o propagación por línea visual (LOS):

Si las antenas se encuentran elevadas sobre el terreno la señal puede propagarse sin necesidad de la onda terrestre aunque siguen haciéndolo por la baja atmósfera, también se la designa como "propagación troposférica" (no confundir con la propagación por "reflexión troposférica"). La troposfera es la porción de la atmósfera que ocupa aproximadamente los 16 km más cercanos a la superficie.
La onda espacial esta compuesta habitualmente por dos rayos: uno directo entre la antena trasmisora y la receptora y otro reflejado en tierra que partiendo simultáneamente de la antena trasmisora, se refleja en la tierra y llega a la antena receptora con cierto retraso. La diferencia de distancia recorrida por el rayo directo y el reflejado determina la intensidad de la señal en el receptor debido al fenómeno conocido en física elemental como "interferencia de ondas".

La onda espacial es el modo fundamental de propagación en las frecuencias superiores a los 30 MHz. También es responsable de parte de la señal trasmitida en los comunicados a corta distancia en todo el espectro de HF.
Nota: No debe confundirse este modo con una traducción del término inglés "sky wave" queinterpretarse como "onda celeste o del cielo" y que hace referencia a la propagación por "onda ionosférica".

 

Propagación por onda superficial o terrestre (surface wave - ground wave):

La onda de superficie se mantiene adyacente a la superficie de la tierra siguiendo su curvatura por un proceso de difracción. Tendrá polarización vertical a partir de una corta distancia del trasmisor pues cualquier componente del campo eléctrico horizontal es rápidamente absorbida por la tierra (que actúa como un cortocircuito, para é). Para aprovechar de este tipo de propagación convendrá emplear antenas de polarización vertical.

Es la forma habitual por la cual se reciben las señales de las emisoras de broadcasting de onda media (550 a 1750 KHz) durante las horas del día. También se denomina "propagación por onda terrestre". Este tipo de propagación es especialmente efectivo en el mar tanto en frecuencias medias (MF) como en frecuencias elevadas (HF). El efecto se aprovecha mejor cuando las antenas emiten con ángulos bajos de radiación. Antenas de cuarto o media onda montadas a nivel del suelo son excelentes para este cometido. Ellas permiten lograr comunicados en las frecuencias más bajas (por ejemplo 3,5 MHz) cuando los corresponsales quedan en "zona de salto" (skip), mayormente durante la noche, o no pueden ser alcanzados durante el día por la absorción de la capa D.

 

lineagris

Línea gris (Greyline):

Exactamente no es un tipo de propagación, sino más bien diría que es como una herramienta para hacer DX’s. La línea gris es la franja alrededor de la Tierra que separa el día de la noche. La propagación a través de la línea gris es muy eficaz. Una de las razones principales es que la capa D, que absorbe las señales de HF, desaparece rápidamente al atardecer y durante el amanecer tarda un poco en formarse.

 

 

 

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