PROPAGACIN Y ANTENAS

INDICE

INTRODUCCIN 01

CAPTULO 1CONCEPTOS GENERALES Y DEFINICIONES 02

1.1 Concepto de propagacin 021.2 Ondas electromagnticas031.3 Propagacin en el espacio libre 05

CAPITULO 2PROPAGACION DE ONDAS DE RADIO 14

2.1 Propagacin de ondas de radio 142.2. Propagacin en de ondas superficiales152.3 Propagacin por lnea de vista162.4 Propagacin ionosfrica192.5 Propagacin en ambiente mvil20

CAPITULO 3ANTENAS 22

3.1 Concepto de antenas 223.2 Clasificacin de antenas233.3 Parmetros de antenas26CAPITULO 4ARREGLOS DE ANTENAS 32 4.1 Introduccin 324 .2 Principios fundamentales de arreglos de antenas 324. 3 Parmetros de arreglos de antenas 334.3.1 Patrn de Radiacin 334.3.2 Factor de Arreglo 354.3.3 Ancho de Haz 364.3.4 Directividad 374.3.5 Red de lbulos 38REFERENCIAS 44

INTRODUCCION

Breve Historia

Aun cuando fueron necesarios muchos descubrimientos en el campo de la electricidad hasta llegar a la radio, fue en el ao de 1873 en el que el fsico britnico James Clerk Maxwell public su teora sobre las ondas electromagnticas. Dicha teora se refera sobre todo a las ondas de luz, pero quince aos ms tarde; en 1888 el fsico alemn Heinrich Hertz logr generar elctricamente tales ondas, para ello suministr una carga elctrica a un condensador y a continuacin le hizo un cortocircuito mediante un arco elctrico. En la descarga resultante, la corriente salt desde el punto neutro, creando una carga de signo contrario en el condensador y despus continu saltando de un polo a otro, creando una descarga elctrica oscilante en forma de chispa. El arco elctrico radiaba parte de la energa de la chispa en forma de ondas electromagnticas.Hertz consigui medir alguna de las propiedades de estas ondas hertzianas incluyendo su longitud y su velocidad y fue el primero en demostrar la existencia de la radiacin electromagntica construyendo un aparato para producir ondas de radio.En 1879 Hughes demostr la recepcin de seales de radio procedentes de un emisor de chispas alejado un centenar de metros, haciendo circular corriente de una clula voltaica a travs de una vlvula rellena de limaduras de zinc y plata, las cuales se aglomeraban al ser bombardeadas con ondas de radio. Este Principio lo us el fsico britnico Oliver J.Lodge en un dispositivo llamado cohesor para detectar las ondas de radio. El cohesor una vez convertido en un conductor se poda volver a aislante golpendolo, haciendo que las partculas se separen.Fue el ingeniero italiano Guglielmo Marconi quien a partir de 1895 fue desarrollando y perfeccionando el cohesor, conectndolo a una forma primitiva de antena con un extremo conectado a tierra. En 1896 consigue transmitir seales desde una distancia de 1.6 km, registrando as su primera patente inglesa.En 1897 transmiti seales desde la costa hasta un barco a 29 km en alta mar, dos aos ms tarde logr, establecer una comunicacin comercial entre Inglaterra y Francia capaz de funcionar con independencia del estado del tiempo y a principios de 1901 consigui enviar seales a ms de 322 km, as mismo a finales de ese ao consigue transmitir una carta entera de un lado a otro del Ocano Atlntico.[1]A lo largo de estos aos se introdujeron mejoras tcnicas, por ejemplo para la sintona se utilizaron circuitos resonantes dotados de inductancia y capacitancia; se descubrieron las propiedades direccionales de las antenas, se utilizaron transformadores para aumentar el voltaje enviado a la antena, se desarrollaron otros detectores para complementar al rudimentario cohesor y descohesor. De esta forma casi sin darnos cuenta y a lo largo de todo el siglo que acaba de pasar el mundo se inici en la era de la las Telecomunicaciones.

CAPITULO 1

CONCEPTOS GENERALES Y DEFINICIONES

1.1Concepto de Propagacin

En los sistemas de comunicaciones basados en frecuencias no es prctico el uso de hilos para interconectar dos equipos en forma fsica debido a las grandes distancias que se deben recorrer para alcanzarse mutuamente.La propagacin de ondas electromagnticas por el espacio libre se suele llamar: propagacin de radiofrecuencia (RF); las ondas electromagnticas en el espacio libre pueden viajar ala velocidad de la luz. Sin embargo, en la atmsfera se producen perdidas en la seal que en el vaco no se encuentranLas ondas electromagnticas de radio que viajan dentro de la atmsfera terrestre se llaman ondas terrestres y las comunicaciones entre dos o ms puntos de la tierra se llaman radiocomunicaciones terrestres. Las ondas terrestres, stas se ven influenciadas por la atmsfera y por la tierra misma. En radiocomunicaciones terrestres las ondas se pueden propagar de varias formas, las cuales dependen de la clase del sistema de propagacin y del ambiente.Las ondas electromagnticas transversales se pueden propagar atravs de cualquier material dielctrica incluyendo el aire. No obstante, las ondas no se propagan bien a travs de conductores con prdidas como ejemplo: el agua de mar debido a que los campos elctricos en este tipo de materiales hacen que fluya corrientes que disipan con rapidez la energa de las ondas.Las ondas de radio se propagan por la atmsfera terrestre con energa transmitida por la fuente, posteriormente la energa se recibe del lado de la antena receptora. La radiacin y la captura de esta energa son funciones de las antenas y de la distancia entre ellas.Por ltimo, no se podra hablar de comunicacin por medio de ondas de radio a grandes distancias si no se toman en cuenta ciertos fenmenos como lo son la refraccin, reflexin, dispersin y difraccin; los cuales hacen posible la comunicacin entre dos puntos ms all del horizonte.

1.1.1Radiacin Electromagntica

La radiacin electromagntica es un fenmeno complejo que podemos entender como diminutos paquetes de energa que se propagan en el aire y que podemos clasificar segn su origen:1. Radiacin electromagntica de origen natural: se produce y pertenece a nuestro medio natural, las ms importantes son:

La luz solar (120 W/m2), que posibilita funciones como la fotosntesis, indispensables para la vida, y que aunque tambin podra ser causa de radiaciones no-ionizantes, la atmosfera, ionosfera y magnetosfera nos protegen de esos efectos adversos El campo magntico terrestre, que es causa de los polos magnticos Norte y Sur y que sirven a pjaros, peces, incluso a humanos, para su orientacin Las tormentas elctricas, que aunque tienen aspectos peligrosos, contribuyen a equilibrar la carga elctrica de la tierra

2. Radiacin electromagntica de origen artificial: producida por el ser humano en las ltimas dcadas y en crecimiento exponencial, sometiendo a nuestro organismo a unos Campos Electromagnticos a los que no est habituado de forma natural. Transmisin y distribucin de corriente elctrica Electrodomsticos Nuevas Tecnologas de la comunicacin

La figura 1.1 nos permite conocer el Espectro Electromagntico asociada a la radiacin electromagntica.

Fig. 1.1 Espectro Electromagntico.

1.2Ondas ElectromagnticasLas ondas electromagnticas son en esencia, la composicin de la radiacin electromagntica, es la combinacin de campos elctricos y magnticos oscilantes que se propagan a travs del espacio transportando energa de un lugar a otro. Adems estas ondas son transversales entre s, es decir son perpendiculares entre s tal como se puede apreciar en la figura 1.2 Estas ondas electromagnticas viajan a la velocidad de la luz (300.000 Km/s), y se clasifican en funcin del nmero de ciclos u oscilaciones que hacen en un segundo (es decir, al recorrer 300.000 Km), lo cual quiere decir:

Si hacen pocas oscilaciones decimos que son de baja frecuencia (por ejemplo, una onda que hace una sola oscilacin en un segundo, decimos que tiene una frecuencia = 1 Hz y recorre con una sola oscilacin 300.000 Km) S hace muchas oscilaciones decimos que son de alta frecuencia (por ejemplo, si una onda hace 1.000.000.000 oscilaciones en un segundo, decimos que tiene 1.000.000.000 Hz = 1 GHz, y recorre 0,0003 Km o 30 cm en cada oscilacin de onda

El nmero de oscilaciones de las ondas es importante porque es un criterio que nos permiten clasificarlas en lo que denominamos espectro electromagntico.

Fig. 1.2 Representacin de una onda electromagntica

Analizando esta seal en el plano bidimensional podemos hallar la relacin de sus parmetros, dado que es una seal peridica de perodo igual a T. La figura 1.3 nos muestra la comparacin de dos seales peridicas de distintas frecuencias en un tiempo de 1s, Se observa que mientras la onda A realiza una vuelta, la onda B ha dado 10 vueltas en el mismo tiempo; esto implica que la longitud de onda de la primera onda es ms grande que la de la segunda.

Fig. 1.3 Ondas armnicas temporales

1.3Propagacin en el Espacio libre

Aunque el espacio libre realmente implica el vaco, es comn decir espacio libre a la atmsfera terrestre, en consecuencia la propagacin en el espacio libre es en realidad la propagacin por la atmsfera terrestre. Para la propagacin el espacio libre es un medio ideal, concebido como un medio homogneo sin corrientes o cargas conductoras presentes y sin objetos que absoban o reflejen energa radioelctrica. Pero en la prctica la atmsfera de la tierra introduce prdidas de la seal que no se encuentran en el vaco.Las ondas electromagnticas se propagan a travs de cualquier material dielctrico incluyendo el aire, pero no se propagan bien a travs de conductores con prdidas como el agua de mar ya que los campos elctricos hacen que fluyan corrientes en el material disipando la energa de las ondas.Otro aspecto que hay que resaltar es que en la propagacin de las ondas a travs del espacio libre existe un elemento fundamental que hace posible la propagacin, sin la cual simplemente no existira la propagacin. La propagacin en el espacio libre implica adems conocer algunos aspectos relacionados a ella, tales como: Prdida bsica de transmisin en el espacio libre. Densidad de potencia. Intensidad de campo. Ecuacin de la densidad de Potencia Impedancia caracterstica del espacio libre Rayos y frentes de ondas Atenuacin y absorcin de ondas Propiedades pticas de las ondas de radioBrevemente describiremos cada una de ellas:

1.3.1Prdida bsica de transmisin en el espacio libre

Cuando se trata de un enlace punto a punto, es preferible calcular la atenuacin en el espacio libre entre antenas istropas, denominada tambin prdida bsica de transmisin en el espacio libre (smbolos: Lbf o A0) de la manera siguiente:

Lbf = 20log db (3)Donde:

Lbf: : prdida bsica de transmisin en el espacio libre (dB)d: distancia: longitud de ondad y se expresan en las mismas unidades.La ecuacin (3) puede expresarse en funcin de la frecuencia, en vez de la longitud de onda:

Lbf = 32,4 + 20log f + 20log d (dB) (4)

Donde:f: frecuencia (MHz)d: distancia(Km)

1.3.2Densidad de potencia

La proporcin en la cual la energa de la onda electromagntica, atraviesa por una superficie dada, en el espacio libre, se llama densidad espectral de potencia. Adems dichas ondas representan el flujo de energa en la direccin de propagacin.En consecuencia la densidad de potencia es energa por unidad de tiempo y por unidad de rea, la cual normalmente se da en watts por metro cuadrado. Para ondas electromagnticas transversales (TEM) los campos y el flujo de potencia son mutuamente perpendiculares. La figura 1.4 muestra como viajan las ondas electromagnticas en el espacio libre, desde un punto a otro.

Figura 1.4 Ondas electromagnticas y su direccin de propagacin.

1.3.3Intensidad de campo

La intensidad de campo es la intensidad de los campos elctricos y magnticos de una onda electromagntica propagndose en el espacio libre.Las unidades de la intensidad de campo elctrico estn dadas en Voltios por metro

1.3.4Ecuacin de la densidad de PotenciaLa densidad de potencia se puede calcular a partir de los valores eficaces de los campos:

Luego el mdulo de la expresin anterior se puede expresar como:

W/m2

Donde:P: densidad de potencia W/m2E: intensidad de campo elctrico (valor eficaz) V/mH: intensidad de campo magntico (valor eficaz) A/m

1.3.5Impedancia caracterstica del espacio libre

La relacin entre el mdulo del campo elctrico y el mdulo del campo magntico es la impedancia caracterstica del medio:

Para el espacio libre esta relacin viene dada por:

120 377

Donde:Z0: impedancia caracterstica del espacio libre (ohms)0: permeabilidad magntica del espacio libre (1.26x10-6 H/m)0: permitividad elctrica del espacio libre (8.85x10-12 F/m)

.3.6Rayos y frentes de ondas

Mediante este concepto se busca analizar, relacionar e ilustrar los efectos de la propagacin de ondas electromagnticas a travs del espacio vaco. El rayo es una lnea trazada a lo largo de la direccin de propagacin de una onda electromagntica. Los rayos se usan para mostrar la direccin relativa de la propagacin de la onda electromagntica; sin embargo, no necesariamente representan la propagacin de una sola onda electromagntica.[3]En cambio un frente de onda representa una superficie de ondas electromagnticas de fase constante, las cuales se forman cuando se unen puntos de igual fase en rayos que se propagan en la misma fuente. En la figura 1.5 se aprecia un frente de onda con una superficie que es perpendicular a la direccin de propagacin, el cual es rectngulo ABCD. Cuando la superficie es plana, su frente de onda es perpendicular a la direccin de propagacin. Cuanto ms cerca est de su fuente, el frente de onda se vuelve ms complicado

Figura 1.5 Rayos atravesando un frente de onda rectangular

La forma geomtrica del frente de onda depende de la forma de la fuente de ondas y del medio en el cual se propaga. Si el foco es puntual y el medio es istropo (posee propiedades idnticas en todas las direcciones), los sucesivos frentes de onda son esferas concntricas, cuyo centro comn es la fuente; si el medio es bidimensional, resulta circunferencias concntricas. Si el foco emisor posee forma lineal se obtiene una onda cilndrica, que se propaga a lo largo de los radios a partir del eje del cilindro. La figura 1.6 ilustra un frente de ondas plano y un frente de ondas esfrico.

Figura 1.6 Frente de ondas Plano y frente de ondas esfrico

1.3.7Atenuacin y absorcin de ondas

1.3.7.1 Atenuacin

Aunque en el espacio libre o vaco se considera que no hay prdida de energa, numerosos estudios pudieron comprobar que la onda sufre disminuciones en la densidad de potencia a medida que la onda electromagntica se aleja de la fuente que lo gener, debido a que al propagarse las ondas se separan entre s y en consecuencia la cantidad de ondas por unidad de rea es cada vez menor, lo que se traduce en una menor densidad de potencia. A este fenmeno se llama atenuacin. Como la atenuacin se debe a la dispersin esfrica de la onda a veces se le denomina Atenuacin Espacial de la Onda, esta atenuacin se expresa en funcin del logaritmo de la relacin entre densidades de potencia. Sus unidades son los decibelios (dB)Matemticamente se expresa como:

dB

1.3.7.2 Absorcin

La atmsfera terrestre no es enteramente vaca, est formada por tomos y molculas de sustancias gaseosas, lquidas y slidas. Cuando la onda electromagntica se propaga por la atmsfera se produce una transferencia de energa hacia dichas sustancias presentes en la atmsfera, dicha transferencia de energa se traduce en una menor densidad de potencia y una disminucin de las intensidades de voltaje y campo magntico, es decir las ondas EM pierden parte de su energa.[1]La absorcin de las ondas e una atmsfera normal depende de su frecuencia y es relativamente insignificante a menos de 10 GHz. La figura 1.7 muestra la absorcin producida por el oxgeno y vapor de agua para frecuencias mayores a 10 GHz.

Figura 1.7 Absorcin atmosfrica de las ondas electromagnticas.

1.3.8Propiedades pticas de las ondas de radio

1.3.8.1 ReflexinLa reflexin de una onda es el rebote que experimenta cuando llega a un obstculo grande, como una pared. Aunque el obstculo absorba parte de la energa recibida (incluso vibrando si entra en resonancia) se produce tambin reflexin en la que se transmite de nuevo parte de la energa a las partculas del medio incidente.

Fig. 1.8 Frente de ondas rebotando en una superficie horizontal

La figura 1.8 representa un frente de ondas plano llegando a una superficie horizontal con cierto ngulo de incidencia i. De acuerdo con el principio de Huygens, cuando el frente de ondas empieza a "tocar" la superficie, el punto A se convierte en un nuevo foco que emite ondas secundarias y segn transcurre el tiempo y el frente AB va incidiendo, repiten este comportamiento todos los puntos de la superficie.Existen dos tipos de reflexin:

a) Reflexin difusa: cuando la reflexin se produce en una superficie spera y los rayos reflejados se dispersan al azar en muchas direcciones.

b) Reflexin Especular: cuando la reflexin se produce en una superficie lisa y los rayos incidentes y reflejados tienen ngulos iguales.

Figura 1.9 Reflexin difusa

Criterio de Rayleigh

Una superficie mixta o semispera refleja como si fuese una superficie lisa siempre que cumpla la siguiente condicin:

,

Donde: d es la profundidad de la superficie es la longitud de onda incidente Debido a que todas las ondas reflejadas permanecen en el medio 1, las velocidades de las ondas reflejadas e incidentes son iguales. En consecuencia, el ngulo de incidencia y el de reflexin son iguales:i = r

Adems, la intensidad del campo de voltaje reflejado es menor que la intensidad de campo de voltaje incidente. La relacin de intensidades de voltaje reflejado a incidente se llama Coeficiente de Reflexin . Siendo:

: Coeficiente de reflexin (sin unidades) Ei: intensidad de voltaje incidente (v) Er: intensidad de voltaje reflejado (v) i: fase incidente (grados) r: fase reflejada (grados)

1.3.8.2 Refraccin

Las ondas de radio estn expuestas a sufrir una desviacin en su trayectoria cuando atraviesan medios con distinta densidad. En comunicaciones este efecto sucede cuando las ondas electromagnticas atraviesan las distintas capas de la atmsfera variando el ngulo de su trayectoria ya que su velocidad vara en medios diferentes al del vaco, esta variacin es proporcional al ndice de refraccin. El ndice de refraccin se expresa mediante:

= c siendo:: ndice de refraccin: velocidad de la onda EM en un medio dado (m/s)c: velocidad de la onda EM en el vaco o espacio libre (3x108 m/s).

Fig. 1.10 Refraccin de una onda

En la figura 1.10 se representa la refraccin de una onda plana desde un medio 1 a otro medio 2, suponiendo que la velocidad de propagacin es menor en el segundo medio que en el primero. A medida que el frente de ondas AB va incidiendo en la superficie de separacin, los puntos AC de esa superficie se convierten en focos secundarios y transmiten la vibracin hacia el segundo medio. Debido a que la velocidad en el segundo medio es menor, la envolvente de las ondas secundarias transmitidas conforma un frente de ondas EC, en el que el punto E est ms prximo a la superficie de separacin que el B. En consecuencia, al pasar al segundo medio los rayos se desvan acercndose a la direccin normal N.En esta parte del anlisis es importante mencionar la Ley de Snell para la refraccin, que establece que:

n1 = ndice de refraccin del material 1,n2 = ndice de refraccin del material 21 = ngulo de incidencia (grados),2 = ngulo de refraccin (grados)

Tambin se puede expresar en funcin de las constantes dielctricas de los medios:

r1 = constante dielctrica del medio 1r2 = constante dielctrica del medio 2

1.3.8.3 Dispersin

Se define como la redistribucin de energa, dentro de un frente de onda, cuando pasa cerca del extremo de un objeto opaco. La difraccin es el fenmeno que permite que las ondas de luz o de radio se propaguen (se asomen) a la vuelta de las esquinas tal como se pueden apreciar en las figuras 1.11(a) y 1.11 (b)

Figura 1.11 (a) y (b) Fenmeno de Dispersin

El principio de Huygens

El principio de Huygens indica que cada punto de un frente de onda esfrica determinado se puede considerar como una fuente secundaria de puntos de ondas electromagnticas, desde donde se irradian hacia afuera otras ondas secundarias (ondas pequeas).En la segunda mitad del Siglo XVII el cientfico holands Cristian Huygens (1629 - 1695) elabor un mtodo geomtrico para explicar la propagacin de ondas utilizando el concepto de que cada punto del medio alcanzado por la onda se comporta como un nuevo foco emisor o foco secundario.Huygens plante que cuando la energa del movimiento ondulatorio alcanza (al mismo tiempo) los puntos de un frente de ondas, cada uno de estos se pone a vibrar generando ondas secundarias. La infinidad de estas ondas secundarias no se percibe y s se observa en cambio su envolvente. Cuando ha transcurrido un tiempo igual al perodo los movimientos ondulatorios generados en los focos secundarios se han transmitido en el sentido de propagacin de la onda hasta una distancia igual a una longitud de onda. En ese instante, la lnea tangente a los frentes de onda secundarios representa al siguiente frente de ondas y as sucesivamente.Cuando el extremo del frente de ondas llega a la separacin de dos medios, la partcula del medio 2 sobre la que incide se pone a emitir radialmente, pero propagndose con distintas velocidades en cada medio por lo que se originan dos frentes representados por semicrculos desiguales, tal como se puede ver en la figura 1.12 (a).La figura 1.12 (a), (b) y (c) muestra algunos ejemplos que ilustran este Principio fsico:

(a)

Figura 1.12 Difraccin de ondas:

(b) Frente de onda finita a travs de una ranura

(c) Frente de onda a travs de un extremo (esquina)

CAPITULO 2

PROPAGACION DE ONDAS DE RADIO

2.1 Propagacin de ondas de radioLas ondas de radio son ondas electromagnticas que poseen una componente elctrica y una componente magntica, como tales estn expuestas a ciertos fenmenos los cuales son capaces de modificar el patrn de propagacin de las ondas. En condiciones especiales y con una atmsfera uniforme; las ondas de radio tienden a desplazarse en lnea recta, esto quiere decir que siempre que haya una lnea de vista entre el emisor y el receptor la comunicacin ser eficiente, pero si los puntos entre el emisor y receptor se encuentran ms all del horizonte, se deber tomar en cuenta las distintas condiciones de propagacin y las adecuadas frecuencias para su correcta comunicacin.Para realizar comunicaciones seguras entre dos puntos lejanos y sin salir de la atmsfera se utilizan las frecuencias altas HF (High Frecuency) que abarcan desde los 3 MHz hasta los 30MHz aproximadamente porque estas frecuencias se pueden reflejar en la atmsfera y regresar a tierra. Las frecuencias del orden de los VHF, UHF y SHF no se reflejan en la atmsfera salvo en ciertas circunstancias y es por esto que solo se utilizan en comunicaciones punto a punto satelitales.Existen tres formas de propagacin de ondas electromagnticas dentro de la atmsfera: Ondas terrestres Onda Directa o Lnea de Vista Ondas espaciales Ondas celestes o ionosfricasEstos tipos de propagacin estn graficadas en forma aproximada en la figura 2.1

Figura 2.1 Tipos de Propagacin de ondas de Radio

2.2 Propagacin en de ondas superficialesEsta es una de las mejores formas de transmitir una seal de RF de baja frecuencia a largas distancias siendo comnmente usadas por los radiodifusores de media onda y onda larga. Este tipo de propagacin es posible gracias al fenmeno de Difraccin, en virtud a ello las ondas de radio siguen la curvatura terrestre y tambin pueden sortear edificios y montaas. Se puede mencionar sus caractersticas:1. La propagacin por onda terrestre se da para frecuencias inferiores, entre los 3KHz a los 2MHz aproximadamente.2. Deben estar polarizadas verticalmente.3. Debido a que la tierra es un conductor imperfecto, las ondas de radio penetran algo en su superficie, su intensidad de campo disminuye rpidamente con la profundidad y se propagan ms lentamente que en el aire. 4. 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 comunicacin transhorizonte a distancias relativamente cortas del orden de 200 Km para sistemas de HF y de 2000 Km para LF y VLF.

Esta forma de propagacin tiene ventajas y desventajas, las cuales se pueden mencionar:Ventajas:

1. Dan suficiente potencia de transmisin, 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 atmosfricas.

Desventajas:

1. Las ondas de tierra requieren de una potencia relativamente alta para transmisin.2. Las ondas de tierra estn limitadas a frecuencias, muy bajas, bajas y medias (VLF, LF y MF) que requieren de antenas grandes, segn los criterios de fabricacin de antenas.3. Las prdidas por tierra varan considerablemente con el material de la superficie.Las figuras 2.2(a) y (b) muestran esta forma de propagacin.

Figura 2.2 (a) Propagacin del Frente de onda superficial.

Figura 2.2 (b) Influencia de la conductividad del suelo en la Propagacin por onda superficial.

2.3 Propagacin por lnea de vistaPara este tipo de propagacin es necesario que exista una lnea de vista entre las antenas transmisora y receptora. Las caractersticas de este tipo de propagacin de ondas son mencionadas como sigue:1. La frecuencia de utilizacin en este tipo de propagacin es por encima de los 50 MHz.2. Las frecuencias altas son menos susceptibles a los fenmenos atmosfricos3. No requiere de antenas grandes para una trasmisin efectiva de gran Directividad.4. Se usa para la transmisin de Tv y radio FM.

La figura 2.3 nos muestra esta forma de propagacin

Figura 2.3 Propagacin por lnea de vista

Las ondas viajan en lnea recta de la antena transmisora a la receptora, pero tienen una limitacin: la curvatura de la tierra, que es la causa de que se presente el llamado Horizonte de Radio. Este horizonte se encuentra ms lejano que el horizonte ptico para la atmsfera estndar comn. En forma prctica este Horizonte de Radio se encuentra a cuatro tercios del horizonte ptico. La figura 2.4 nos muestra este enlace teniendo en cuenta la curvatura terrestre.

Figura 2.4 Propagacin por lnea de vista: Horizonte de Radio

Clculo de la distancia mxima:

Considerando el horizonte ptico

Considerando el horizonte de Radio

Donde:r1 es la distancia del transmisor al horizonte (Km)h1 es la altura de la antena transmisora (m)K 4/3, factor de correccin

2.3.1 Modelo de Propagacin en el espacio libre

El modelo de propagacin en el espacio libre es usado para predecir la seal directa recibida cuando el transmisor (Tx) y el receptor (Rx) tienen Lnea de Vista entre ellos. Los Sistemas de Comunicacin va Satlite y los enlaces Microondas con lneas de vista son un ejemplo tpico de propagacin en el espacio libre.Las ecuaciones de este modelo son las siguientes: Ecuacin de Transmisin de Friis (1)

Donde:PTx: Potencia transmitida (W)PRx: Potencia recibida (W)GTx: Ganancia de la antena transmisora (dB)GRx: Ganancia de la antena receptora (dB)d: distancia de separacin entre el transmisor y receptor (m)L: Factor de prdida del sistema no relacionado con la propagacin (L1): longitud de onda (m)

Es comn expresar la ecuacin de Friis en trminos de la Prdida en el espacio libre o prdida de trayectoria (Lf ):

(2)

Tambin se puede expresar (2) como una ecuacin que depende de la frecuencia:

(dB) (3)

Donde:d = distancia de separacin entre el transmisor y receptor (Km)f = frecuencia de operacin (GHz)

Zona de Fresnel

En la propagacin por lnea de vista hay un parmetro importante que aparece, es la llamada Zona de Fresnel, Segn Huygens, los puntos que no estn en el eje directo entre A y B tambin radian potencia hacia B, es decir las ondas viajan en una zona en forma de elipsoide de revolucin. La zona de Fresnel es una zona de despegue adicional que hay tener en consideracin en un enlace punto a punto. La expansin de esta zona resulta en reflexiones y cambios de fase al pasar por un obstculo, como resultado se produce un aumento o disminucin en el nivel de intensidad de la seal por la obstruccin parcial de cualquier objeto fijo. La difraccin causa que aparezca una segunda onda en el receptor, y las ondas (principal y secundaria) dependiendo de sus fases relativas, podran cancelarse entre s hasta cierto grado, produciendo el desvanecimiento (fadding) de la onda. Los efectos de la difraccin se reducen si el trayecto directo de la onda evita obstculos en por lo menos 60% del radio de la primera zona de Fresnel. Por otro lado la obstruccin mxima permisible es el 40 % del radio de la primera zona de Fresnel, pero la obstruccin mxima recomendada es el 20%. En el trayecto se deben evitar obstculos, como montaas, peor an; se debe evitar la difraccin, causada por la obstruccin parcial de cualquier objeto fijo .La figura 2.5 (a) y (b) muestra como est dispuesta la Zona de Fresnel en un enlace entre dos puntos A y B.

Figura 2.5 (a) y (b) Zona de Fresnel y radio de Fresnel

Clculo de las Zonas de Fresnel:

Donde:rn = radio de la ensima zona de Fresnel (m)d1=distancia desde el transmisor al objeto (Km)d2=distancia desde el objeto al receptor (Km)d = distancia total del enlace (Km)f = frecuencia (MHz)

Cuando: d1 = d2

2.4 Propagacin ionosfricaLa ionsfera es la regin de la alta atmsfera, entre 60 y 400 Km de altura; tal como seala su nombre est compuesta de iones y de plasma ionosfrica. Su importancia radica en que permite reflejar o refractar ondas radioelctricas por debajo de una frecuencia crtica llamada comnmente MUF (Mxima Frecuencia Utilizable). La ionsfera est compuesta de tres capas:

2.4.1Capa DEs la capa ms cercana a la Tierra, se encuentra a unos 60 Km de altura. Se caracteriza por: Es la capa ms lejana del sol, hay muy poca ionizacin, por ello tiene poco efecto en la direccin de propagacin de las ondas de radio. Durante la noche desaparece, pues la cantidad de ionizacin depende de la altitud del sol sobre el horizonte. Refleja ondas VLF y LF, mientras absorbe ondas MF y HF En esta regin la ionizacin provocada por el viento solar aumenta la densidad de electrones, razn por la cual las ondas radioelctricas son fuertemente absorbidas2.4.2Capa E

La capa E es una capa que refleja las ondas de radio, sus caractersticas son: Se localiza entre 100 140 Km arriba de la superficie terrestre. Tiene mayor densidad a medioda, cuando el sol est en su punto mximo. Es causada por la actividad de las manchas y estallidos solares La parte superior de esta capa se llama capa E espordica porque es fluctuante. Desaparece totalmente en las noches 2.4.3Capa F

Es la capa ms externa de la atmsfera. Sus caractersticas son: Presenta dos subcapas: F1 y F2 Durante el da, la capa F1 se localiza entre los 140 y 250 Km arriba de la superficie terrestre. La capa F2 est ubicada: En invierno, entre los 140 a 300 Km En verano, entre los 155 a 220 Km La capa F1 absorbe y atena algunas ondas HF, aunque la mayora de las ondas pasan a travs de la capa F2 cuando se refractan a la tierra. F2 es ms importante para la propagacin de HF ya que est presente las 24 h.

2.5 Propagacin en ambiente mvil

La telefona mvil desde su primera incursin en la dcada de los 80 ha sufrido variadas modificaciones. A partir de esto, ha sido clasificada en distintas generaciones con el fin de poder diferenciar los grandes cambios que ha experimentado. Una forma grfica de poder apreciar estas modificaciones, es presentada en la siguiente tabla:

Tabla 2.1: Evolucin Tecnologas Telefona Mvil

Generacin1G2G3G

FuncionalidadesTelefona AnlogaTelefona Digital Transmisin Datos a Baja Tasa (