Cap Tulo 9 Resumen Completo

8/16/2019 Cap Tulo 9 Resumen Completo

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TALLER CAPITULO 9

PROPAGACION DE ONDAS

SERGIO MORALES

JULIO OSPINA

DAVID OSPINA

PROFESOR CESAR AUGUSTO TABARES

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA

FACULTAD INGENIERIA DE SISTEMAS Y COMPUTACION

CURSO COMUNICACIONES 1

CIUDAD DE PEREIRA 2013


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Capítu! 9 " P#!pa$a%&'( )* O()a+, R*+u-*(.

Introducción.

Normalmente, el mejor medio de transmisión de ondas electromagnécas entre dos puntos es un

cable metálico, pero no siempre es posible (Y, generalmente, es inviable) hacer un envío de este

po de ondas a través de este po de medio, ya sea por distancias, condiciones del terreno o la

naturalea misma de los disposivos a interconectar, así como la candad de los mismos en

simultaneo! "sí #ue se debe estudiar la propagación de estas ondas en el espacio libre en la

atmos$era de la erra, com%nmente conocida como propagación de radio!

&ara propagar ondas electromagnécas por la atmós$era de la erra, es necesario #ue la energía

sea radiada de la $uente' entonces esa energía deberá ser capturada en el lado receptor!

Ra/!+ / #*(t*+ )* !()a+.

asi todo el espectro de ondas electromagnécas es invisible, por eso se deben tratar con una

serie de conceptos para ilustrar su propagación!

n rayo es una línea #ue se dibuja a hacia la dirección de propagación de la onda

electromagnéca, y no necesariamente un rayo indica la dirección de una sola onda

electromagnéca!

n $rente de onda muestra una super*cie de $ase constante de una onda, en pocas palabras un

$rente se $orma cuando varios rayos enen la misma $ase y son de una misma $uente!

"nterior se muestra #ue los tres

llegan a la super*cie con el mismo ángulo o $ase en este caso son perpediculares!

+sto se denomina $rente de onda plana sencilla!

&ero también debemos considerar #ue puede haber una $uente propagando rayos en todas las

direcciones entonces por lógica si #ueremos atrapar todos los rayos con un $rente seria con una

es$era de radio , esto varia ya #ue si se pone la es$era a una distancia muy pe#ue-a sus rayos vanser casi paralelos unos con otros y si la distancia aumenta parecerán un $rente de onda plata como

vista anterior mente!


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.rente de onda es$érico con radio

Radiación Electromagnéca.

Densidad de potencia e intensidad del campo

/as ondas electromagnécas representan el 0ujo de energía en la dirección en la cual se están

propagando! &ero cuando medimos la candad de esa energía #ue pasa por una super*cie se le

llama )*(+&)a) )* p!t*(%&a y su unidad es el a! La &(t*(+&)a) )* %a-p! es la intensidad de loscampos eléctrico y magnéco de una onda electromagnéca propagándose en el espacio libre! /a

de campo eléctrico se da en volts por metro y la de campo magnéco en ampervuelta por metro!

"mbos $enómenos están relacionados por medio de la impedancia caracterísca del espacio libre,

o resistencia del espacio libre.

1ustuyendo, tenemos2

3ue + es 455 ohmios


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Frente de onda esférica y la ley inversa cuadráca.

1e llama radiador isotrópico a una $uente puntual #ue radia potencia de manera uni$orme hacia

todas las direcciones! +sta no e6iste, sin embargo lo más cercano a ella en el mundo real es la

antena omnidireccional! +n el radiador isotrópico imaginario todos los puntos a una distancia dela $uente de la onda están en la super*cie de la es$era y enen densidades de potencia iguales!

7atemácamente se representa asi2

Y con una distancia de a metros de la $uente, la densidad de potencia es2

Y si igualamos ésta con las ecuaciones anteriores2

"sí se puede observar #ue entre más se mueva el $rente de onda de la $uente, menor será sudensidad de potencia, pese a #ue la potencia total distribuida sobre la super*cie de la es$era

permanece igual! 1in embargo, debido a #ue el área de la es$era se incrementa en proporción

directa a la distancia de la $uente al cuadrado, la densidad de potencia es inversamente

proporcional al cuadrado de la distancia de la $uente! +sto es llamado ley inversa cuadráca. +sto

se traduce matemácamente en #ue2


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Atenuación y

Absorción de ondas:

on$orme un $rente de onda se aleja de su $uente, su campo electromagnéco connuo se

dispersa2 /as ondas se alejan unas de otras y se reduce el n%mero de ondas por unidad de área! /a

potencia radiada no se pierde ni se disipa, la onda simplemente se disipará sobre un área másgrande, disminuyendo la densidad de potencia! +sto se denomina atenuación de la onda y se

de*ne matemácamente como2

uando la reducción en la densidad de potencia se debe a la propagación en un medio no libre y

no en el vacío, es denominada absorción de onda. 1in importar #ue las ondas electromagnécas

puedan viajar en el vacio sin necesidad de componentes, cuando estas viajan entre componentes,

estos absorben su energía y nunca más la regresan , es análoga a una pérdida de potencia I2R.

/a absorción de las ondas de radio$recuencia en una atmós$era normal depende de la $recuencia y

es relavamente insigni*cante, por debajo de los 89 :;! No depende de la distancia de la $uente

radiante, pero sí bastante de la distancia total #ue la onda propaga por la atmós$era! "demás, las

condiciones anormales de la atmos$era, como lluvias $uertes o neblina densa absorben más

energía #ue una atmós$era normal!

Proiedades ócas de las ondas de radio.

omo ya sabemos la lu visible también son ondas electromagnécas, y gracias a esto se pudoestudiar propiedades ópcas como la refracción, reexión, difracción e interferencia. abiendo !ue

todas las ondas, como las de radio debían cumplir estas leyes aun!ue no se pudieran observar los

rayo", entonces se anali"o su comportamiento trav#s de las ecuaciones de $ax%ell.


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Refracción:

/a re$racción electromagnéca es el cambio de dirección de un rayo con$orme pasa o

transversalmente, de un medio con cierta densidad a otro con una densidad di$erente, con

di$erentes velocidades de propagación!

/a candad de inclinación #ue ocurre en la inter$ace de los dos materiales de di$erentesdensidades depende del índice de re$racción de los dos materiales!

ómo reacciona una onda electromagnéca, cuando conoce a la inter$ace de dos materiales de

transmisión #ue enen índices de re$racción di$erentes, puede e6plicarse por medio de la ley de

1nell2

Y, debido a #ue el índice de re$racción de un material es igual a la raí cuadrada de su constante

dieléctrica2

/a re$racción también ocurre cuando un $rente de onda se propaga en un medio #ue ene un

&radiente de densidad perpendicular a la dirección de propagación, o sea, paralela al $rente de

onda!

#*4*5&!(,


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/a reexión es el acto de re0ejar, o volver algo hacia atrás!


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ondas secundarias ocurre en todas direcciones e6cepto de $rente! &or lo tanto, el $rente de onda

permanecerá plano!

uando se considera un $rente de onda plano y *nito, la cancelación en direcciones aleatorias es

incompleta! +n consecuencia, el $rente de onda se e6ende hacia a$uera o se dispersa! +ste

$enómeno es conocido como di$racción!

La interferencia:


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también llamada onda suer"cial, es una onda #ue viaja por la super*cie de la erra! Bstas deben

estar polariadas vercalmente por#ue, si lo estuvieran de $orma horiontal, harían cortocircuito

con la conducvidad de la erra, ya #ue el campo eléctrico variable induce voltajes en la super*cie

de la erra, como si de una línea de transmisión se tratase! /as pérdidas de ondas de erra se

incrementan rápidamente con la $recuencia! &ero, la propagación de ondas de erra se limita

generalmente a $recuencias por debajo de los ?7;! 1e usa para comunicaciones de barco a barco,de barco a erra, radionavegación y comunicaciones marímas móviles, a $recuencias tan bajas

como 8A C;!

1us desventajas son las siguientes2

8! e#uieren una potencia relavamente alta para transmir!?! +stán limitadas a $recuencias @/., /. y 7., #ue re#uieren antenas muy grandes!4! /as pérdidas por erra varían considerablemente con el material de la super*cie!

1us ventajas son las siguientes2

8! Dan su*ciente potencia de transmisión, las ondas de erra se pueden usar para

comunicarse entre dos ubicaciones cuales#uiera en el mundo!?! No se ven relavamente a$ectadas por las condiciones atmos$éricas!

#ndas esaciales:

sta propa&ación incluye energía radiada #ue viaja unas cuantas millas, en la parte in$erior de la

atmós$era de la Eierra! Fncluyen ondas directas y re0ejadas de erra!

/as ondas directas viajan en línea recta entre las antenas receptora y transmisora, y su uso se

denomina com%nmente transmisión de línea de vista (-*! &or lo tanto, se limita por la curvatura

de la Eierra! /as ondas re0ejadas a erra son ondas re0ejadas por la super*cie de la erra

con$orme se propagan, entre las antenas receptora y transmisora!

/a intensidad del campo en la antena receptora depende de la distancia #ue haya con respecto a

su homóloga transmisora (atenuación y absorción) y si las ondas, directa y re0ejada a erra, estánen $ase (inter$erencia)!

/a curvatura de la erra presenta un horionte para la propagación de ondas espaciales,

com%nmente llamado radio /ori"onte! +l radio horionte de línea de vista para una sola antena se

da como2


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&ero, la distancia entre dos antenas, transmisora y receptora, ha de ser2

#ndas del cielo0

1on ondas electromagnécas #ue se dirigen por encima del nivel del horionte! Eípicamente, las

ondas del cielo se irradian en una dirección #ue produce un ángulo relavamente grande con

relación a la Eierra! /os electrones libres radiados por la ionos$era por la gran candad de energía

proveniente del sol, #ue vibran cuando las ondas de radio la tocan, reducen la corriente, lo #ue

e#uivale a reducir la constante dieléctrica, lo #ue incrementa la velocidad de propagación de la

onda y haciendo #ue se doble, alejándose de las regiones de alta densidad de electrones,

incrementando la re$racción! /a ionos$era varía en ubicación y densidad de ioniación, con la hora

del día! Eambién 0uct%a en un patrón cíclico todo el a-o y de acuerdo con el ciclo de manchas

solares de 88 a-os! "demás es más densa en horas de má6ima lu solar! 1e divide en tres capas2 D,

+, y .!


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/a capa D re0eja ondas @/. y /. y absorbe ondas /. y ;.! /a capa + au6ilia la propagación de ondas

de super*cie 7. y re0eja un poco ondas ;. durante el día! /a capa .8 absorbe y aten%a algunas

ondas ;., aun#ue la mayoría de las ondas pasan a través de la capa .?, cuando se retractan

nuevamente a la Eierra!

$érminos de roagación y de"niciones.

/as $recuencias #ue están por arriba del rango ;. no se ven a$ectadas virtualmente por la

ionos$era, debido a #ue las longitudes de sus ondas son e6tremadamente cortas! +n consecuencia,

salen de la ionós$era con e$ectos poco percepbles! &ero, e6iste un límite superior de $recuencia

para la propagación de ondas del cielo, #ue es denominado frecuencia críca! Bsta depende de la

densidad de ioniación (andad de electrones libres en la ionós$era) y por lo tanto, varía con la

hora del día y la estación del a-o! 1e usan solamente como puntos de re$erencia para propósitos

de comparación! 1in embargo, cada $recuencia ene un ángulo vercal má6imo en el cual se puede

propagar y todavía ser re$ractada nuevamente por la ionós$era! Bste es denominado án&ulo críco!


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altura virtual:

/a es la altura, arriba de la super*cie de la erra, desde donde una onda re$ractada parece haber

sido re0ejada!

/a frecuencia máxima uli"able (7.) es la $recuencia más alta #ue puede usarse para la

propagación de ondas del cielo, entre dos puntos especí*cos de la super*cie de la erra! ;ay

tantas $recuencias má6imas uliables como puntos en la Eierra y $recuencias2 n n%mero in*nito!


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+sta ecuación es denominada la ley del secante! &ero ésta supone #ue la Eierra es plana y la capa

re0ejante es plana, por lo #ue 7. se usa sólo para super*cies re0ejantes!

/a distancia de salto es la distancia mínima, desde la antena transmisora, en #ue se regresará a la

Eierra una onda del cielo de cierta $recuencia (Eiene #ue ser menor #ue la 7.)! 1in embargo,

eventualmente, el ángulo de elevación es lo su*cientemente alto #ue la onda penetra a través de

la ionos$era y escapa totalmente de la atmós$era de la Eierra!

+$ecvamente, el tec/o $ormado por la ionos$era se eleva, permiendo #ue las ondas del cielo

viajen más altas antes de ser nuevamente re$ractadas a Eierra! +ste e$ecto e6plica cómo, a veces,

durante la noche se escuchan estaciones #ue están muy lejanas y #ue no se escuchan durante lashoras del día!


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