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2. Propagación de las Señales
Rubén Canga
Propagación de señales.
� Existen dos formas de propagar las señales de radio.
De manera guiada, utilizando líneas de transmisión.
De manera no guiada, utilizando la atmósfera como medio de transmisión.
� Dentro de cada uno de estos grandes grupos, disponemos de varias opciones en función de los componentes de frecuencias de las señales que tenemos que transmitir.
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� Propagación no guiada: Existen dentro de este grupo 4 opciones.
Propagación de ondas de Superficie.
Propagación de ondas Ionosféricas.
Propagación de ondas Espaciales.
Propagación de ondas por dispersión troposférica.
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� La propagación de la onda depende de la situación del trayecto, suelo, colinas, edificios, vegetación.
� De las características del terreno como la conductividad.
� De las propiedades físicas como precipitaciones, absorción por gases y vapores.
� De la frecuencia y de su polarización.
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� Ondas de Superficie: Es una señal de radio que viaja a lo largo de la superficie de la tierra, también denominada onda de tierra.
� La propagación se produce por difracción de la señal. Esta se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del objeto.
� Se utiliza en frecuencias de transmisión muy bajas normalmente en la banda de LF, MF y HF por debajo de los 30 Mhz.
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� Estas señales de baja frecuencia tienen longitudes de onda muy grandes y tienden por ello a seguir la curvatura de la tierra propagándose más allá de la línea del horizonte.
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� Cuanto mayor es la longitud de onda de la señal, menor atenuación por absorción sufre por los elementos de la superficie como árboles, montañas y edificios. (Frecuencias bajas del espectro hasta la OM).
� Para mejorar la propagación de estas señales de superficie se suele utilizar polarización vertical.
� Las señales en LF tienen poco ancho de banda y debido al tamaño necesario de las antenas, no son muy utilizadas por estaciones comerciales,(Francia). Señales horarias, aplicaciones militares.
� Mayoritariamente se utiliza la OM para Broadcastcomercial.
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� Propagación por difracción. Filo de navaja.
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� La señal se atenúa con el cuadrado de la distancia.
P1= Pt / r12
P2= Pt / r22
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� Onda Ionosféricas. Se produce este tipo de propagación en señales de radio comprendidas entre los 1.5 MHz y los 30 MHz, para enlaces por encima de los 100 Km. Señales HF o Decamétricas.
� Tiene lugar por reflexión en las capas altas ionizadas de la atmósfera.
� Se consiguen grandes alcances pero con cierto grado de inestabilidad.
� Son muy útiles sobre todo en casos de catástrofes y emergencia.
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� Por debajo de 1.5 Mhz las señales sufre mucha atenuación por absorción, mientras que por encima de 30 Mhz, las señales atraviesan estas capas de la ionosfera.
� Presenta algunos inconvenientes que son:
� El carácter aleatorio de las capas de la ionosfera.
� La presencia de ruido en las bandas.
� La existencia de elevados niveles de interferencias por el alto nivel de uso de las bandas.
� Desvanecimiento por multitrayecto. Fading.
� Valores reducidos de frecuencias, limitan el ancho de banda y la capacidad del canal.
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� La ionosfera es una región ionizada que se forma al incidir los rayos X y ultravioleta procedentes del Sol.
� Esta zona se extiende entre los 60 km y 500 km formando capas de distinta ionización.
� Las capas están nombradas como D, E y F, que a su vez se subdivide en F1 y F2 .
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� La capa más utilizada en HF para larga distancia es la F2.
� El grado de densidad de ionización varía en función de:
� La radiación solar. (Predicción por manchas solares y ciclos solares).
� La situación geográfica.
� La estación del año.
� La hora del día.
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� Mapas de predicción de propagación.
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� Para poder utilizar estas capas de manera optima es necesario emitir con un determinado ángulo y unos limites de frecuencia.
� Existe dos limites de frecuencia, un limite es el MUF y otro limite es el LUF.
� MUF, máxima frecuencia utilizable para un enlace ionosférico.
� LUF, mínima frecuencia utilizable.
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� Predicción de MUF en función de la hora del día.
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� Por encima de la MUF, la señal atraviesa las capas sin producirse reflexión.
� Por debajo de la LUF la señal es muy atenuada por la absorción y los niveles de ruido.
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� Propagación por ondas espaciales. Para frecuencias superiores a los 30MHz la propagación se realiza a través de las capas bajas de la atmósfera (Tropósfera).
� Tres sub-modos:
� Onda directa, enlaza Tx y Rx directamente.
� Onda Reflejada, enlaza Tx y Rx mediante una reflexión de la onda en el terreno.
� Ondas multitrayecto, son ondas que alcanzan el Rx tras sufrir reflexiones en estratos troposféricos.
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� Distribución de las capas de la atmósfera
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� La onda espacial es en general estable, aunque esta, en teoría, limitada al alcance óptico entre Tx y Rx (LOS).
Dv= 4.1(√Ht + √ hr)
Dv= Km
Ht y hr= m
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� No obstante, no siempre tenemos, como es el caso de la emisiones VHF de FM, línea de visión entre el Tx y el Rx, pero en función de la frecuencia, las reflexiones y multitrayectos de la señal, permiten la recepción del a señal.
� Cuando estas señales multitrayecto no llegan en fase a la antena de Rx pueden producir el desvanecimiento del radioenlace.
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� La propagación espacial es común enlaces terrestres , es habitual su utilización en los enlaces de alta capacidad en el rango de las microondas, debido al margen de frecuencias donde se encuentran.
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� Las señales de radio sufren una atenuación en el espacio libre. El caso más favorable es el que nos calcula la mínima pérdida que vamos a tener en el espacio libre y que está definida por la ecuación de Friis:
Lbf (dB)= 32.45 + 20 Log F(Mhz) + 20 Log d(Km)
Lbf (dB)= 92.45 + 20 Log F(Ghz) + 20 Log d(Km)
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� Seguidamente se van añadiendo a estas pérdidas factores de corrección en función de las características del medio, la frecuencia, la presencia de obstáculos, la influencia de la lluvia y los agentes gaseosos, etc.
� Hay otros factores que influyen en la propagación de señales como son la refracción junto a la reflexión y la difracción que ya hemos visto con anterioridad.
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� La Refracción se produce cuando las señales de radio pasan de un medio a otro con distinto índice de densidad, originando un cambio de ángulo y velocidad de propagación.
� En el caso del aire, este índice va a variar en función de la temperatura, la presiónatmosférica y la presión de vapor de agua, generándose canales de radiofrecuencia.
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� En circunstancias normales no es problema, esto efecto se compensa con los anchos del haz de las antenas.
� En circunstancias menos usuales, las señales de radio pueden quedar atrapadas en este canalque se a formado, produciendo así un desvanecimiento del radioenlace.
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� Este tipo de fenómenos es muy común en zonas de gran inversión térmica, como llanuras desérticas y sobre grandes masas de agua, mares, lagos, etc.
� En Gijón se aprecia mucho en los meses de verano, cuando por la temperatura aumenta la evaporación del mar.
� Se puede escuchar emisoras de FM de Francia e Inglaterra, así como frecuencias utilitarias de estos países.
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� La Reflexión de las señales de radio se produce cuando la señal incide con un determinado ángulo sobre una superficie y esta es reflejada con un ángulo diferente.
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� Es tipo de comportamiento de la señal tiene algunas ventajas y algunos inconvenientes.
� La reflexión ayuda a la propagación de las señales en aquellos lugares donde no tenemos visión directa con el Tx, como puede ser las emisoras de FM en la banda de VHF en ciudades y zonas montañosas.
� Esta característica es utilizada también para hacer repetidores de señal pasivos, de manera que usando una superficie metálica a modo de espejo, podemos unir dos puntos sin visión óptica. (Ibias enlace de telefónica).
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� Si la señal reflejada llega en fase a la antena de Rx, puede tener efectos beneficiosos, dependiendo de los tiempos de retardo de la señal, de forma que puede hacer aumentar el nivel de Rx
� Pero si no llega en fase, o tiene mucho retardo, puede producir desvanecimientos o interferencias en el enlace (Doble imagen Tv analógica y fading en radio).
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� En la práctica se procura ajustar la altura de las antenas de manera que la señal directa y reflejada lleguen en una fase conocida.
� Puede ser minimizado utilizando vanos que pasen por zonas reflectoras pobres.
� Muchos problemas en zonas marinas por diferencia de mareas.
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� Algo que tenemos que tener muy en cuenta a la hora de hacer un radioenlace son las zonas de Fresnel.
� El frente de ondas propagado por una antena se va desfasando a medida que se aleja del eje longitudinal de propagación, definiéndose la primera zona de Fresnelcuando la señal esta desfasada 90º con respecto a la señal longitudinal, la segunda entre los 90º y 180º, y así sucesivamente.
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� La señales de radio forman anillos concéntricos alrededor del eje y la mayor densidad de energía se concentra en la primera zona de Fresnel.
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� En frecuencias inferiores a 3 Ghz, tenemos que tener libre al menos el 70% de la primera zona de Fresnel.
� Para frecuencias superiores a 3 Ghz 100%.
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� La fórmula para calcular estas zonas de Fresneles:
� Donde tenemosd1: Distancia del Tx al plano considerado (Km).d2: Distancia del plano considerado al Rx (Km).f: Frecuencia de la señal (Mhz).n: Orden de la zona de fase Fresnel.
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� Tenemos que dejar en la medida de lo posible siempre la primera zona de Fresnel libre y procurar bloquear por completo la segunda zona de Fresnel, mejorando con esto la fiabilidad del radioenlace.
� En caso de vanos sobre terrenos muy llanos como arenales y grandes superficies de agua, es recomendable no instalar las antenas a la misma altura en torre de con el fin de remover el punto de inflexión del área de recepción de la antena.
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Bibliografía del curso.
� Transmisión por Radio*.� Jose María Hernando Rábanos.
� Editorial Universitaria Ramón Areces.
� Antenas*.� Ángel Cardama Aznar, Lluís Jofre Roca, Juan Manuel Rius
Casals,Jordi Romeu Robert,Sebastián Blanch Boris.
� Ediciones UPC, Universidad Politécnica de Cataluña.
� Las Antenas.� R.Brault y R.Piat.
� Editorial Paraninfo.
� Cálculo de Antenas� Armando García Dominguez.
� Editorial Marcombo
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Bibliografía del curso.
� Manual de Comunicaciones por Radio*.� R.Harold Kinley.
� Ediciones Ceac.
� Sistemas de Comunicaciones*.� Heathkit Educational System. Heath Company Benton Harbor,
Michigan.
� Editado por Comercial A.Cruz S. A. Montesa 38 Madrid.
� Electrónica de Comunicaciones.� Manuel Sierra Perez, Belén Galocha Iragúen, Jose Luis
Fernandez Jambrina, Manuel Sierra Castañer. Universidad Politécnica de Madrid.
� Editorial Pearson.
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Bibliografía del curso.
� Postgrado Especialista Universitario en Telecomunicaciones.� Profesorado: Gloria María Torralba Collados, Vicente Gonzalez Millán,
Julio Martos Torres, Enrique J, Sanchis Peris, Jesus Soret Medel, Nestor García García.
� Universidad de Valencia.
� Recursos de Internet.� http://www.upv.es/antenas/, página de la universidad de Valencia.
� http://miguel-ferrando.blogspot.com/, blog dedicado a las Antenas, catedrático de la Universidad de Valencia.
� http://webs.uvigo.es/servicios/biblioteca/uit/body.htm, recomendaciones UIT, Universidad de Vigo.
� http://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/csat/, Universidad de Madrid.
� http://personal.us.es/murillo/ Profesor de la Universidad de Sevilla.
� http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada.
� http://www.mityc.es/telecomunicaciones/es-ES/Paginas/index.aspx.
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Bibliografía del curso.
� Recomendaciones UIT� UIT – R BS.412-9-1998 , Planificación de Radio difusión sonora en
FM, ondas métricas.
� UIT – R BS. 1698 -2005 Evaluación de Campos sistemas Tx.
� UIR- R P.453-9 -2003 Índice de refracción radioeléctrica.
� Catálogos, notas técnicas y manuales de distintos fabricantes disponibles en Internet:� RVR, Harris,Nautel,Vimesa, Icom.
� Rymsa,Moyano,Televés.
� Exir broadcasting, Spinner, Andrew, RFS.
� Crushcraft, Mosley.
� Rohde and Schwarz, Tektronics, HP.
� Audemat, Axel, Orban.
� Dehnventil.
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