DISEÑO DE ENLACE TERRESTRE POR LÍNEA DE VISTA

Transcripción

1 SEMINARIO DE TITULACIÓN TELEFONÍA CELULAR Y PROTECCIÓN DE SUS ENLACES EN COMUNICACIONES NO. DE VIGENCIA D.E.P FNS35099/21/2007 DISEÑO DE ENLACE TERRESTRE POR LÍNEA DE VISTA ALUMNOS JULIO CÉSAR HERNÁNDEZ SEGURA ASESORES M. en C. JOSÉ EFRÉN PÉREZ CARMONA M. en C. ROSA V. SÁNCHEZ MAYA ING. ANTONIO NIETO RODRÍGUEZ

2 DEDICATORIA A: Dios por permitirme vivir estos grandes momentos de felicidad. Mi madre por su amor y palabras de aliento. Mi padre por su apoyo económico y sus sabios consejos. Mi hermana que la quiero mucho. Mi compañera Elizabeth Parrao porque hemos logrado metas juntos y porque juntos siempre somos el mejor equipo. M. en C. José Efrén Pérez Carmona por la realización del seminario y su apoyo en la elaboración de esta tesina. Julio César Hernández Segura El Científico busca lo que es, el Ingeniero crea lo que nunca ha sido DEDICATORIAS

3 DEDICATORIA A: Dios: Por estar conmigo siempre y darme la oportunidad de vivir este sueño hecho realidad. Mi Papá: Por confiar en mí, y por tu apoyo incondicional. Mi Mamá: Por esa comida deliciosa. Mis Hermanos: Que los quiero mucho. Julio César Hernández Segura: Por sus consejos y apoyo incondicional, ya que juntos hemos logrado muchos sueños y metas. M. en C. José Efrén Pérez Carmona Por el apoyo brindado y un ejemplo de un buen profesor. Elizabeth Parrao Rosales DEDICATORIAS

4 INDICE INTRODUCCIÓN I. GENERALIDADES SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE COMUNICACIONES ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO FRECUENCIAS DE TRANSMISIÓN ESPECTRO RADIOELECTRICO LONGITUD DE ONDA DEFINICIÓN DE MICROONDAS Y RADIOENLACE MICROONDAS RADIOENLACE IMPORTANCIA DE LOS ENLACES DE MICROONDAS TERRESTRES CONFIGURACIÓN BÁSICA DE UN ENLACE DE MICROONDAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN ENLACE DE MICROONDAS TERRESTRE VENTAJAS DE LOS ENLACES MICROONDAS DESVENTAJAS DE LOS ENLACES MICROONDAS II. PROPAGACIÓN DE MICROONDAS INTRODUCCION RAYOS Y FRENTES DE ONDA RADIACIÓN ELECTROMAGNETICA DENSIDAD DE POTENCIA E INTENSIDAD DE CAMPO IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA DEL ESPACIO LIBRE FRENTE DE ONDA ESFÉRICO LEY DEL CUADRADO INVERSO INDICE

5 2.6 ATENUACIÓN Y ABSORCIÓN DE ONDAS ATENUACIÓN ABSORCIÓN PROPIEDADES ÓPTICAS DE LAS ONDAS DE RADIO REFRACCIÓN REFLEXION DIFRACCIÓN 25 III. PROPAGACIÓN Y SISTEMA DE MICROONDAS PROPAGACIÓN DE MICROONDAS ÍNDICE DE REFRACCIÓN TROPOSFERICA COCIENTE DE REFRACTIVIDAD GRADIENTE DE REFRACTIVIDAD RADIO EFECTIVO DE LA TIERRA ANOMALÍAS DE PROPAGACIÓN FACTOR K CORRECCIÓN DEL PERFIL CURVATURA DE LA TIERRA ZONAS DE FRESNEL DESVANECIMIENTO DESVANECIMIENTO DE POTENCIA DUCTOS ATENUACION ATENUACION POR GASES Y VAPORES ATMOSFERICOS ATENUACIÓN POR LLUVIA ATENUACIÓN POR VEGETACION ATENUACIÓN POR LÍNEAS DE TRANSMISION SISTEMAS DE RADIO DE MICROONDAS CON FRECUENCIA MODULADA RADIOTRANSMISOR DE MICROONDAS DE FM RADIORRECEPTOR DE MICROONDAS DE FM. 62 INDICE

6 3.5 ANTENAS DE UHF Y DE MICROONDAS ANTENAS DE REFLECTOR PARABÓLICO REFLECTORES PARABÓLICOS ABERTURA DE UN HAZ DE UNA ANTENA PARABÓLICA EFICIENCIA DE LA ANTENA PARABOLICA GANANCIA DE POTENCIA DE UNA ANTENA PARABÓLICA REPETIDORES REPETIDORES PASIVOS REPETIDORES A ESPEJO REPETIDOR ESPALDA-ESPALDA REPETIDORES ACTIVOS REPETIDORES AMPLIFICADORES DIVERSIDAD DIVERSIDAD HOT-STANDBY DIVERSIDAD DE FRECUENCIA DIVERSIDAD DE ESPACIO DIVERSIDAD HIBRIDA.. 79 IV. MÉTODO DE DISEÑO DE ENLACE INTRODUCCIÓN PERFIL TOPOGRAFICO CURVATURA DE LA TIERRA ZONA DE FRESNEL UBICACIÓN DEL PUNTO DE MAYOR OBSTRUCCION TAMAÑO DE TORRES REPETIDOR GANANCIA DEL SISTEMA PÉRDIDAS EN LA TRAYECTORIA EN ESPACIO LIBRE MARGEN DE DESVANECIMIENTO UMBRAL DEL RECEPTOR.. 92 INDICE

7 V. APLICACIÓN INTRODUCCION ENLACE TLALNEPANTLA-SAN PEDRO NEXAPA LEVANTAMIENTO DEL PERFIL TLNP-SPN CURVATURA DE LA TIERRA TLNP-SPN ALTURA REAL (ZI) TLNP-SPN GRAFICACIÓN DE LA LÍNEA DE VISTA TLNP-SPN GRAFICACIÓN DE LA ZONA DE FRESNEL TLNP-SPN DESPEJAMIENTO TLNP-SPN REPETIDOR TLNP-SPN ALTURA DE ANTENAS TLPN-SPN GANANCIA DEL SISTEMA PÉRDIDA EN ALIMENTADOR DE GUIA DE ONDA TLPN-SPN MÁRGEN DE DESVANECIMIENTO TLPN-SPN PÉRDIDA EN TRAYECTORIA POR ESPACIO LIBRE TLPN-SPN PÉRDIDA TOTAL POR ACOPLAMIENTO GANANCIA DE ANTENAS TLPN-SPN ENLACE TLALNEPANTLA-SAN PABLO ATLAZALPAN LEVANTAMIENTO DEL PERFIL TLPN-SPA CURVATURA DE LA TIERRA TLNP-SPA ALTURA REAL (ZI) TLNP-SPA GRAFICACIÓN DE LA LÍNEA DE VISTA TLPN-SPA GRAFICACIÓN DE LA ZONA DE FRESNEL TLPN-SPA DESPEJAMIENTO TLPN-SPA REPETIDOR TLPN-SPA ALTURA DE ANTENAS TLPN-SPA GANANCIA DEL SISTEMA PÉRDIDA EN ALIMENTADOR DE GUIA DE ONDA TLPN-SPA MÁRGEN DE DESVANECIMIENTO TLPN-SPA PÉRDIDA EN TRAYECTORIA POR ESPACIO LIBRE TLPN-SPA INDICE

8 PÉRDIDA TOTAL POR ACOPLAMIENTO TPN- SPA GANANCIA DE ANTENAS TLPN-SPA CONCLUSIONES APÉNDICE A APÉNDICE B ANEXO 1 GLOSARIO BIBLIOGRAFÍA INDICE

9 INTRODUCCIÓN Existen numerosas formas de comunicación. Dos personas pueden comunicarse entre sí por la voz, los ademanes o los símbolos gráficos etc. En el pasado se llevaba acabo la comunicación a larga distancia con medios como sonidos de tambor, señales de humo, palomas mensajeras y señales luminosas. Hoy en día, estas formas de comunicación han quedado superadas por la comunicación eléctrica. Esto se debe a que se pueden transmitir las señales eléctricas a distancias mucho mayores (teóricamente a cualquier distancia en el universo) y con velocidad sumamente alta (300, 000, 000 m/s). La ingeniería esta primordialmente interesada en este tipo de señales y su transmisión eficiente. Un sistema de comunicación eléctrico comprende un transmisor, un medio de transmisión y un receptor. Un transmisor convierte la información de la fuente original en una señal que se presta más a su transmisión a través de determinado medio de transmisión. Un receptor acepta del medio de transmisión las señales transmitidas y las reconvierte a su forma original. Ahora bien, un medio de transmisión es el medio por el cual viajan las señales eléctricas, este puede ser un medio físico como un cable metálico, fibra óptica o guía de ondas. Sin embargo, con frecuencia es impráctico o imposible interconectar dos equipos con una instalación física. En consecuencia, se suele usar el espacio libre o la atmósfera terrestre como medio de transmisión. Siendo así, en esta tesis se presenta el estudio de la propagación de microondas para el diseño de enlaces terrestres por línea de vista, ya que estos se enfocan en un medio de transmisión no físico. INTRODUCCION-1

10 CAPITULO I CAPITULO I

11 GENERALIDADES 1.1 SISTEMA ELECTRONICO DE COMUNICACIONES Figura 1.1 Diagrama simplificado de bloques de un sistema de comunicaciones electrónicas La figura 1.1 muestra un diagrama de bloques simplificado de un sistema electrónico de comunicaciones, que comprende un transmisor, un medio de transmisión y un receptor. Un transmisor es un conjunto de uno o más dispositivos electrónicos que convierte la información de la fuente original en una señal más adecuada para su transmisión a través de determinado medio de transmisión. El medio de transmisión transporta las señales desde el transmisor hasta el receptor, y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que propaguen las señales en forma de flujo de corriente eléctrica. También se puede convertir la información a ondas electromagnéticas luminosas, propagarlas a través de cables de fibra óptica hechas de vidrio o de plástico, o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas electromagnéticas de radio, a grandes distancias o sobre terreno donde sea difícil o costoso instalar un cable físico. Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electrónicos que acepta del medio de transmisión las señales transmitidas y las reconvierte a su forma original. 1.2 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO El objetivo de un sistema electrónico de comunicaciones es transferir información entre dos o más lugares, cuyo nombre común es estaciones. Esto se logra convirtiendo la información original a energía electromagnética, para transmitirla a una o más estaciones receptoras, donde se reconvierte a su forma original la energía electromagnética se puede propagar en forma de voltaje CAPITULO I-2

12 o corriente. La energía electromagnética se distribuye en un intervalo casi infinito de frecuencias el cual es llamado espectro electromagnético. Figura 1.2 Espectro electromagnético de frecuencias 1.3 FRECUENCIAS DE TRANSMISIÓN El espectro electromagnético se ve en la figura 1.2 este espectro de frecuencias va desde las subsónicas (unos pocos hertz) hasta los rayos cósmicos (10 22 Hz). El espectro de frecuencias se subdivide en subsecciones o bandas. Cada banda tiene un nombre y sus límites. Las designaciones de banda según el Comité Consultivo Internacional de Radio (CCIR) se muestran en la tabla 1.1. Estas designaciones se resumen como sigue: Frecuencias extremadamente bajas (ELF, de Extremely Low Frequencies). Son señales en el intervalo de 30 a 300 Hz, y comprenden las señales de distribución eléctrica (60Hz) y las de telemetría de baja frecuencia. Frecuencias de voz (VF, de Voice Frequencies). Son señales en el intervalo de 300 a 3000 Hz, e incluyen a las que generalmente se asocian a la voz humana. Los canales telefónicos normales tienen un ancho de banda de 300 a 3000 Hz y con frecuencia se llaman canales de frecuencias de voz, o canales de bandas de voz. CAPITULO I-3

13 Frecuencias muy bajas (VLF, de Very Low Frequencies). Son señales dentro de los límites de 3 a 30 Khz., que comprendan al extremo superior del intervalo audible humano las VLF se usan en algunos sistemas especiales, de gobierno y militares, como por ejemplo las comunicaciones con submarinos. Frecuencias bajas (LF, de Low Frequencies). Son señales en el intervalo de 30 a 300 Khz. y se usan principalmente en la navegación marina y aeronáutica. Frecuencias intermedias (MF, de Medium Frequencies) son señales de 300kHz a 3 MHz, y se usan principalmente para emisiones comerciales de AM (535 a 1605kHz). Frecuencias altas (HF, de High Frequencies). Señales en el intervalo de 3 a 30 MHz, con frecuencias llamadas ondas cortas. La mayoría de las radio comunicaciones en dos sentidos usa este intervalo. También los radioaficionados y la banda civil usan señales de HF. Muy altas frecuencias (VHF, por Very High Frequencies). Son señales de 30 a 300 MHz y se usan en radios móviles, comunicaciones marinas y aeronáuticas, emisión comercial en FM (de 88 a 108 MHz) y en la emisión de televisión, en los canales 2 a 13 (54 a 216 MHz). Frecuencias ultra altas (UHF, de Ultra High Frequencies). Son señales entre los límites de 300 MHz a 3 GHz, y las usa la emisión comercial de televisión, en los canales 14 a 83 en los servicios móviles de comunicaciones terrestres, teléfonos celulares, algunos sistemas de radar y navegación, y los sistemas de radio con microondas y por satélite. Frecuencias súper altas (SHF, por Super High Frequencies). Son señales de 3 a 30 GHz donde esta la mayoría de las frecuencias que se usan en sistemas de radiocomunicaciones por microondas y satelitales. Frecuencias extremadamente altas (EHF, de Extremely High Frequencies). Son señales entre 30 y 300 GHz, y casi no se usan para radiocomunicaciones, a excepción de aplicaciones muy complicadas, costosas y especializadas. CAPITULO I-4

14 Tabla 1.1 Designaciones de banda CCIR NÚMERO DE BANDA INTERVALO DE FRECUENCIAS* DESIGNACIÓN 2 30Hz - 300Hz ELF 3 0.3kHz - 3kHz VF 4 3kHz - 30kHz VLF 5 30kHz - 300kHz LF 6 0.3Mz 3MHz MF 7 3MHz - 30MHz HF 8 30MHz - 300MHz VHF 9 300MHz - 3GHz UHF 10 3GHz - 30GHz SHF 11 30GHz - 300GHz EHF THz - 3THz LUZ INFRARROJA 13 3THz - 30THz LUZ INFRARROJA 14 30THz - 300THz LUZ INFRARROJA PHz - 3PHz LUZ VISIBLE 16 3PHz 30 PHz LUZ ULTRAVIOLETA 17 30PHz - 300PHz RAYOS X Ehz - 3EHz RAYOS GAMA 19 3EHz - 30EHz RAYOS CÓSMICOS *10 0,hertz (Hz); 10 3,kilohertz (khz); 10 6, megahertz (MHz);10 9 gigahertz (GHz); 10 12, terahertz (THz); 10 15, petahertz (PHz); exahertz (EHz). 1.4 ESPECTRO RADIOELECTRICO El Espectro Radioeléctrico es el conjunto de frecuencias que, conforme a la tecnología disponible, pueden ser empleadas para emitir ondas que permitan transportar información. La figura 1.3 muestra el espectro radioeléctrico. CAPITULO I-5

15 Figura 1.3 Espectro radioeléctrico 1.5 LONGITUD DE ONDA La longitud de onda es la distancia que ocupa en el espacio un ciclo de una onda electromagnética, es decir la distancia entre los puntos correspondientes en una onda repetitiva. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de onda, y directamente proporcional a su velocidad de propagación de energía electromagnética en el espacio libre es de 3 x 10 8 m/s. La relación entre frecuencia, velocidad de onda se expresa en forma matemática como sigue: Longitud de onda = velocidad / frecuencia λ = c/ f (1.1) donde: λ = longitud de onda (metros por ciclo) c = velocidad de la luz (300, 000, 000 metros por segundo) f = frecuencia (hertz) CAPITULO I-6

16 1.6 DEFINICIÓN DE MICROONDAS Y RADIOENLACE MICROONDAS Las microondas son ondas electromagnéticas cuyas frecuencias van desde unos 300MHz hasta 300GHz o más. Por lo tanto, a causa de sus altas frecuencias, tienen longitudes de onda relativamente cortas, de ahí el nombre micro ondas. Por ejemplo, la longitud de onda de una señal de microondas de 100GHz es de 0.03cm, mientras una señal de 100MHz, como la banda comercial de FM, tiene una longitud de 3m. Las longitudes de frecuencias de microondas se pueden considerar menores a 60cm, un poco mayores que la energía infrarroja RADIOENLACE Por enlace o radioenlace se entiende el tramo de transmisión directa entre dos estaciones adyacentes, ya sean terminales o repetidoras, de un sistema de microondas. El enlace comprende los equipos correspondientes de las dos estaciones, como así mismo las antenas y el trayecto de propagación entre ambas. Hay muchos tipos de sistemas de microondas funcionando a distancias que varían de 25km a 6437km. En general en los sistemas de microondas se requiere la operación dúplex, para esto cada banda de frecuencias se divide a la mitad, y la mitad inferior se llama banda baja y la banda superior se llama banda alta. 1.7 IMPORTANCIA DE LOS ENLACES DE MICROONDAS TERRESTRES Los enlaces punto a punto juegan un papel muy importante en las telecomunicaciones. Constituyen una manera de comunicar dos puntos a diferentes distancias; así los enlaces punto a punto se han convertido en un medio de comunicación muy efectivo en redes metropolitanas para interconectar puntos como bancos, mercados, tiendas departamentales, radio bases celulares, etc., sobre distancias moderadas y a través de obstáculos como autopistas, edificios, ríos, etc. CAPITULO I-7

17 1.8 CONFIGURACION BASICA DE UN ENLACE DE MICROONDAS Básicamente un enlace vía microondas consiste en tres componentes fundamentales: El Transmisor, El receptor y El Canal Aéreo. El Transmisor es el responsable de modular una señal digital a la frecuencia utilizada para transmitir, El Canal Aéreo representa un camino abierto entre el transmisor y el receptor, y como es de esperarse el receptor es el encargado de capturar la señal transmitida y llevarla de nuevo a señal digital. El factor limitante de la propagación de la señal en enlaces microondas es la distancia que se debe cubrir entre el transmisor y el receptor, además esta distancia debe ser libre de obstáculos. Otro aspecto que se debe señalar es que en estos enlaces, el camino entre el receptor y el transmisor debe tener una altura mínima sobre los obstáculos en la vía, para compensar este efecto se utilizan torres para ajustar dichas alturas. El problema fundamental de este tipo de comunicación es la atenuación, que dependerá de la longitud de onda que estamos utilizando, así como las condiciones meteorológicas ya que por ejemplo a partir de los 10 GHz aumenta mucho la atenuación a causa de la lluvia. En los sistemas de microondas las señales tienen variaciones que son debidas a cambios instantáneos en los medios de transmisión, es decir a la constante dieléctrica la cual depende de la altura sobre la Tierra. Si la tierra no tuviera atmósfera los haces se propagarían en línea recta pero debido a la variación del índice de refracción loa haces tendrá una determinada curvatura es por ello que el diseño de un enlace de microondas requiere una corrección de perfil; el perfil esencialmente asegura que la trayectoria del haz estará libre de obstrucciones. CAPITULO I-8

18 1.9 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN ENLACE DE MICROONDAS TERRESTRE VENTAJAS DE DE LOS ENLACES MICROONDAS Los radios de microondas propagan señales a través de la atmósfera terrestre, entre transmisores y receptores que con frecuencia están en la punta de las torres. Así los sistemas de radio de microondas tienen la ventaja obvia de contar con capacidad de llevar miles de canales individuales de información entre los puntos, sin necesidad de instalaciones físicas como cables coaxiales o fibras ópticas. Además, las ondas de radio se adaptan mejor para salvar grandes extensiones de agua, montañas altas o terrenos muy boscosos que constituyen formidables barreras para los sistemas de cable. Entre las ventajas del radio de microondas están las siguientes: 1. Los sistemas de radio no necesitan adquisiciones de derechos de vía entre estaciones. 2. Cada estación requiere la compra o alquiler de sólo una pequeña extensión de terreno. 3. Por sus grandes frecuencias de operación, los sistemas de radio de microondas pueden llevar grandes cantidades de información. 4. Las frecuencias altas equivalen a longitudes cortas de onda, que requieren antenas relativamente pequeñas. 5. Las señales de radio se propagan con más facilidad en torno a obstáculos físicos, por ejemplo a través del agua o las montañas altas. 6. Para amplificación se requieren menos repetidoras. 7. Las distancias entre los centros de conmutación son menores. 8. Se introducen tiempos mínimos de retardo. 9. Entre los canales de voz existe un mínimo de diafonía. 10. Son factores importantes la mayor fiabilidad y menor mantenimiento. 11. Puede superarse las irregularidades del terreno. 12. Puede aumentarse la separación entre repetidores, incrementando la altura de las torres. CAPITULO I-9

19 1.9.2 DESVENTAJAS DE LOS ENLACES MICROONDAS 1. Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces (necesita visibilidad directa) 2. Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer. 3. Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseño. CAPITULO I-10

20 CAPITULO II CAPITULO II

21 PROPAGACION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS 2.1 INTRODUCCION La propagación de las ondas electromagnéticas por el espacio libre se suele llamar propagación de radio frecuencia (RF), o simplemente radio propagación. Aunque el espacio libre incluye tanto al vacío como a la atmósfera terrestre, no son iguales, ya que la atmósfera terrestre introduce perdidas de la señal que no se encuentran en el vacío. Las ondas de radio son ondas electromagnéticas y, como la luz se propagan a través del espacio libre en línea recta y con velocidad de 300,000,000 metros por segundo aproximadamente. Para propagar las ondas de radio por la atmósfera terrestre se necesita que la energía se irradie de la fuente. Posteriormente, la energía se debe capturar en el lado de recepción. La irradiación y la captura de energía son funciones de las antenas. 2.2 RAYOS Y FRENTES DE ONDA Las ondas electromagnéticas son invisibles y, en consecuencia, se deben analizar con métodos indirectos, mediante esquemas. Los conceptos de rayos y de frentes de onda son auxiliares para ilustrar los efectos de la propagación de ondas electromagnéticas a través del espacio vacío. Un rayo es una línea trazada a lo largo de la dirección de propagación de una onda electromagnética. Los rayos se usan para mostrar la dirección relativa de la propagación de la onda electromagnética; aunque, no necesariamente representan la propagación de una sola onda electromagnética. En la figura 2.1 se muestran varios rayos (R a, R b, R c, etc.). Un frente de onda representa una superficie de ondas electromagnéticas de fase constante. Se forma un frente de onda cuando se unen puntos de igual fase en rayos que se propagan de la misma fuente. La figura 2.1 muestra un frente de onda con una superficie que es perpendicular a la dirección de propagación: el rectángulo ABCD. Cuando una superficie es plana, su frente de onda es CAPITULO II- 11

22 perpendicular a la dirección de propagación. Cuanto mas cerca esta de su fuente, el frente de onda se vuelve mas complicado. Figura 2.1 Onda Plana La mayoría de los frentes de onda son más complicados que los de una simple onda plana. En la figura 2.2 se puede observar una fuente puntual, varios rayos que se propagan desde ella, y el frente de onda correspondiente. Una fuente puntual es un solo lugar desde el cual se propagan los rayos por igual en todas direcciones: es una fuente isotrópica. El frente de onda generado por una fuente puntual solo es una esfera con radio R, y su centro esta en el punto de origen de las ondas. En el espacio libre, y a una distancia suficiente de la fuente, los rayos dentro de una superficie pequeña de un frente de onda esférico son casi paralelos. Por consiguiente, a mayor distancia de la fuente, la propagación de onda se parece mas a la de un frente de onda plano. Figura 2.2 Frente de onda producido por una fuente puntual CAPITULO II- 12

23 2.3 RADIACION ELECTROMAGNÉTICA DENSIDAD DE POTENCIA E INTENSIDAD DE CAMPO Las ondas electromagnéticas representan el flujo de energía en la dirección de propagación. La rapidez con que la energía pasa a través de una superficie dada en el espacio libre se llama densidad de potencia. Por consiguiente la densidad de potencia es la energía por unidad de tiempo y por unidad de área, y se suele expresar en watts por metro cuadrado. La intensidad de campo es la intensidad de los campos eléctrico y magnético de una onda electromagnética que se propaga por el espacio libre. La intensidad del campo eléctrico se suele expresar en volts por metro, y la del campo magnético en amperes por metro. La densidad de potencia es: 2 P = EH W/m (2.1) siendo P = densidad de potencia (watts por metro cuadrado) E = intensidad rms del campo eléctrico (volts por metro) H = intensidad rms del campo magnético (amperes por metro) IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA DEL ESPACIO LIBRE Las intensidades del campo eléctrico y magnético de una onda electromagnética en el espacio libre se relacionan a través de la impedancia característica (Resistencia) del espacio vacío. La impedancia característica de un medio de transmisión sin pérdidas es igual a la raíz cuadrada de la relación de su permeabilidad magnética entre su permitividad eléctrica. La ecuación de la impedancia característica del espacio libre, Z s, es μ ε 0 Z S = (2.2) 0 CAPITULO II- 13

24 donde Z s = impedancia característica del espacio libre (ohms) µ 0 = permeabilidad magnética del espacio libre, 1.26 x 10-6 H/m є 0 = permitividad eléctrica del espacio libre, 8.85 x F/m al sustituir valores en la ecuación 2.2, se obtiene Z S = = 377Ω por consiguiente, al aplicar la ley de Ohm se obtienen 2 E P = = 377H W/m (2.3) E H = 377 A/ m (2.4) 2.4 FRENTE DE ONDA ESFÉRICO Figura 2.3 Frente de onda esférico producido por una fuente isotrópica CAPITULO II- 14

25 La figura 2.3 muestra una fuente puntual que irradia potencia en una tasa constante y uniformemente en todas direcciones. Esa fuente se llama radiador isotrópico. No existe un radiador realmente isotrópico; sin embargo, se puede aproximar a una antena omnidireccional. Un radiador isotrópico produce un frente de onda esférico cuyo radio es R. Todos los puntos que están a la distancia R de la fuente están en la superficie de una esfera, y tienen igual densidad de potencia. Por ejemplo, en la figura 2.3, los puntos A y B están a igual distancia de la fuente. En consecuencia, las densidades de potencia en ellos son iguales. En cualquier momento la potencia irradiada, P r watts, está uniformemente distribuida sobre la superficie total de la esfera (se supone que el medio de transmisión no tiene pérdidas). Así, la densidad de potencia en cualquier punto de la esfera es la potencia total irradiada dividida entre el área total de la esfera. La ecuación que expresa la densidad de potencia en cualquier punto de la superficie de un frente de onda esférico es P rad 2 P= (2.5) 4π R en donde P rad = potencia total irradiada (watts) R = radio de la esfera, que es igual a la distancia de cualquier punto de la superficie de la esfera a la fuente 4πR 2 = área de la esfera y para una distancia R a metros de la fuente, la densidad de potencia es P a P = 4π R rad 2 a igualando las ecuaciones 2.3 y 2.5 se obtiene 2 P rad = E π R CAPITULO II- 15

26 por consiguiente, 2 377P E = rad y 2 4π R 30P rad E = (2.6) R 2.5 LEY DEL CUADRADO INVERSO Se ve en la ecuación 2.5, que cuanto más lejos va el frente de onda respecto a la fuente, la densidad de potencia es más pequeña: R a y R c se alejan entre sí. La potencia total distribuida en la superficie de la esfera queda igual. Sin embargo como el área de la esfera aumenta en proporción directa a la distancia a la fuente elevada al cuadrado, es decir, al radio de la esfera al cuadrado, la densidad de potencia es inversamente proporcional al cuadrado de distancia de la fuente. A esta relación se le llama ley del cuadrado inverso. Entonces la densidad de potencia en cualquier punto de la superficie de la esfera exterior es. P 2 = rad 2 4π R2 P y la densidad de potencia en cualquier punto de la esfera interior es P 1 = rad 2 4π R1 P por consiguiente, 2 2 P2 Prad /4π R2 R 1 R 1 = = = 2 2 P1 Prad /4π R1 R2 R2 2 (2.7) Según esta ecuación a medida que se duplica la distancia a la fuente, la densidad de potencia decrece en un factor de 2 2, o 4. CAPITULO II- 16

27 Cuando se dedujo la ley del cuadrado inverso de la radiación, ecuación 2.7, se supuso que la fuente irradia isotrópicamente, aunque eso no es necesario; sin embargo, sí es necesario que la velocidad de propagación en todas direcciones sea uniforme. A un medio de propagación con estas propiedades se le llama medio isotrópico. 2.6 ATENUACION Y ABSORCION DE ONDAS Si el espacio libre es el vacío, no hay pérdida de energía al propagarse una onda por él. Sin embargo, cuando las ondas se propagan por este, se dispersan y resulta una reducción de la densidad de potencia. A esto se le llama atenuación, y se presenta tanto en el vacío como en la atmósfera terrestre. Ya que la atmósfera terrestre no es un vacío, contiene partículas que pueden absorber energía electromagnética. A este tipo de reducción de potencia se le llama pérdida por absorción, y no se presenta en ondas que viajan fuera de nuestra atmósfera ATENUACIÓN La ley del cuadrado inverso de la radiación describe en forma matemática la reducción de densidad de potencia con la distancia a la fuente. A medida que se aleja un frente de onda de la fuente, el campo electromagnético continuo que irradia la fuente se dispersa. Esto es, las ondas se alejan cada vez más entre sí y, en consecuencia, la cantidad de ondas por unidad de área es menor. No se pierde o disipa nada de la potencia irradiada, por que el frente de onda se aleja de la fuente; la onda sólo se extiende, o se dispersa, sobre un área mayor y disminuye la densidad de potencia. La reducción de densidad de potencia con la distancia equivale a una pérdida de potencia, y se suele llamar atenuación de la onda. Como la atenuación se debe a la dispersión esférica de la onda a veces se le llama atenuación espacial de la onda. La atenuación de la onda se expresa en general en función del logaritmo común de la relación de densidades de potencia (pérdida en db). CAPITULO II- 17

28 La definición matemática γ a es P1 γ a = 10log P 2 (2.8) La relación de densidad de potencia debida a la ley del cuadrado inverso supone que la propagación es en el espacio libre: en el vacío o casi en el vacío, y se llama atenuación de onda ABSORCIÓN Figura 2.4 Absorción atmosférica de las ondas electromagnéticas La atmósfera terrestre no es un vacío. Más bien está formada por átomos y moléculas de diversas sustancias gaseosas, líquidas y sólidas. Algunos de esos materiales pueden absorber las ondas electromagnéticas. Cuando una onda electromagnética se propaga a través de la atmósfera terrestre, se transfiere energía de la onda a los átomos y moléculas atmosféricos. La absorción de CAPITULO II- 18

29 onda por la atmósfera es análoga a una pérdida de potencia I 2 R. Una vez absorbida, la energía se pierde para siempre, y causa una atenuación de las intensidades de voltaje y campo magnético, y una reducción correspondiente de densidad de potencia. La absorción de las radiofrecuencias en una atmósfera normal depende de su frecuencia, y es relativamente insignificante a menos de unos 10GHz. La figura 2.4 muestra la absorción atmosférica, en decibeles por kilómetro, debida al oxígeno y al vapor de agua, para radiofrecuencias mayores de 10GHz. Se aprecia que ciertas frecuencias se afectan más o menos por la absorción y se producen picos y valles en las curvas. La atenuación de ondas debida a la absorción no depende de la distancia a la fuente de radiación, si no más bien a la distancia total que la onda se propaga a través de la atmósfera. En otras palabras por un medio homogéneo, cuyas propiedades son uniformes en todo él, la absorción sufrida durante el primer kilómetro de propagación es igual que la del último kilómetro. También, las condiciones atmosféricas anormales, como por ejemplo lluvias intensas o neblina densa, absorben más energía que una atmósfera normal. La absorción atmosférica se representa por η y, para una onda que se propaga de R 1 a R 2 es γ ( R R ), siendo γ el coeficiente de absorción. Así, la atenuación de onda depende de la 2 1 relación R2 / R 1, y la absorción de onda depende la distancia entre R 1 y R 2. En el caso más real, es decir, en un medio no homogéneo, el coeficiente de absorción varía mucho de acuerdo con el lugar y por lo mismo origina difíciles problemas para los ingenieros de sistemas de radio. 2.7 PROPIEDADES OPTICAS DE LAS ONDAS DE RADIO En la atmósfera terrestre, la propagación de frentes de onda y rayos puede diferir del comportamiento en el vacío, debido a efectos ópticos, como refracción, reflexión, difracción e interferencia. En una terminología muy coloquial, se puede imaginar la refracción como la flexión, la reflexión como rebote, la difracción como dispersión y la interferencia como choques. Se dice que la refracción, la reflexión, la difracción y la interferencia son propiedades ópticas porque se observaron primero en la ciencia óptica, que estudia el comportamiento de las ondas CAPITULO II- 19

30 luminosas. Como las ondas luminosas son ondas electromagnéticas de alta frecuencia, parece razonable que las propiedades ópticas también se apliquen a la propagación de las ondas de radio. Aunque se pueden analizar por completo los principios ópticos aplicando las ecuaciones de Maxwell, lo cual es complicado por necesidad. Para la mayoría de las aplicaciones se pueden sustituir las ecuaciones de Maxwell por el trazo geométrico de rayos REFRACCIÓN Figura 2.5 Refracción en una frontera plana entre dos medios La refracción electromagnética es el cambio de dirección de un rayo al pasar en dirección oblicua de un medio a otro con distinta velocidad de propagación. La velocidad a la que se propaga una onda electromagnética es inversamente proporcional a la densidad del medio en el que lo hace. Por consiguiente hay refracción siempre que una onda de radio pasa de un medio a otro de distinta densidad. La figura 2.5 muestra la refracción de un frente de onda en una frontera plana entre dos medios con distintas densidades. Para este ejemplo, el medio 1 es menos denso que el CAPITULO II- 20

31 medio 2, por lo que v 1 >v 2. Se puede ver que el rayo A entra al medio más denso antes que el rayo B. Así, el rayo B se propaga con mas rapidez que el rayo A, y viaja la distancia B-B durante el mismo tiempo que el rayo A recorre la distancia A-A. Por consiguiente, el frente de onda A B se inclina o se dobla hacia abajo. Como un rayo se define como perpendicular al frente de onda en todos los puntos de éste, los rayos de la figura 2.5 cambiaron de dirección en la interfase entre los dos medios. Siempre que un rayo pasa de un medio menos denso a uno más denso, se dobla hacia la normal. La normal no es más que una línea imaginaria, trazada perpendicular a la interfase en el punto de incidencia. Al revés siempre que un rayo pasa de un medio más denso a uno menos denso se dobla alejándose de la normal. El ángulo de incidencia es el que forman la onda incidente y la normal, y el ángulo de refracción es el que forman la onda refractada y la normal. El grado de flexión o refracción que hay en la interfase entre dos materiales de distintas densidades es bastante predecible y depende del índice de refracción de cada material. El índice de refracción no es más que la relación de la velocidad de propagación de la luz en el espacio vacío entre la velocidad de propagación de la luz en determinado material, es decir, c n = (2.9) v en la que n = índice de refracción (adimensional) c = velocidad de la luz en el espacio libre (3 x 10 8 m/s) v = velocidad de la luz en determinado material (metros por segundo) La forma en que reaccionan una onda electromagnética cuando llega la interfase entre dos materiales transmisores que tienen distintos índices de refracción se describe con la ley de Snell. La ley de Snell establece que nsenθ = nsenθ (2.10) CAPITULO II- 21

32 y senθ n senθ = n en donde n 1 = índice de refracción del material 1 n 2 = índice de refracción del material 2 θ 1 = ángulo de incidencia (grados) θ 2 = ángulo de refracción (grados) y como el índice de refracción de un material es igual a la raíz cuadrada de su constante dieléctrica. senθ 1 ε r 2 = (2.11) senθ ε 2 r1 donde є r1 = constante dieléctrica del medio 1 є r2 = constante dieléctrica del medio 2 También se presenta la refracción cuando un frente de onda se propaga en un medio que tiene un gradiente de densidad, perpendicular a la dirección de propagación, es decir paralelo al frente de onda. La figura 2.6 representa la refracción de un frente de onda en un medio de transmisión que tiene una variación gradual en su índice de refracción. El medio es más denso en la parte inferior, y menos denso en la parte superior. Entonces, los rayos que viajan cerca de la parte superior lo hacen con mayor rapidez que los que están cerca de la parte inferior y, en consecuencia el frente de onda se inclina hacia abajo. La desviación se hace en forma gradual a medida que avanza el frente de onda, como se ve en la figura 2.6. CAPITULO II- 22

33 Figura 2.6 Refracción de un frente de onda en un medio con gradiente REFLEXIÓN Figura 2.7 Reflexión electromagnética en una frontera plana entre dos medios CAPITULO II- 23

34 La reflexión electromagnética se presenta cuando una onda incidente choca con una frontera entre dos medios, y algo o toda la potencia incidente no entra al segundo material. Las ondas que no penetran al segundo medio se reflejan. La figura 2.7 muestra la reflexión de una onda electromagnética en un plano limítrofe entre dos medios. Como todas las ondas reflejadas permanecen en el medio 1, las velocidades de las ondas incidente y reflejada son iguales. En consecuencia el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, θ i =θ r. Sin embargo, la intensidad del campo del voltaje reflejado es menor que la del voltaje incidente. La relación de las intensidades de voltaje reflejado a incidente se llama coeficiente de reflexión, Г. Para un conductor perfecto, Г=1. Se usa Г para indicar tanto la amplitud relativa de los campos incidente y reflejado, como el desplazamiento de fase que hay en el punto de reflexión. La ecuación de este coeficiente es Ee E e jθ r r r j( θr θi) Γ= = (2.12) jθ i Ee i Ei en la que Г = coeficiente de reflexión (adimensional) E i = intensidad de voltaje incidente (volts) E r = intensidad de voltaje reflejado (volts) θ i = fase incidente (grados) θ r = fase reflejada(grados) La relación de las densidades de potencia reflejada a incidente es Г. La parte de la potencia incidente total que no es reflejada se llama coeficiente de transmisión de potencia, Т, o simplemente el coeficiente de transmisión. Para un conductor perfecto T=0. La ley de la conservación de la energía establece que, para una superficie reflectora perfecta la potencia total reflejada debe ser igual a la potencia total incidente y en consecuencia, 2 T + Γ = 1 (2.13) CAPITULO II- 24

35 Para los conductores imperfectos tanto Г 2 como T son funciones del ángulo de incidencia, la polarización del campo eléctrico y las constantes dieléctricas de los dos materiales. Si el medio dos no es conductor perfecto, alguna de las ondas incidentes penetran en el y se absorbe. Las ondas absorbidas establecen corrientes a través de la resistencia del material, y la energía se convierte en calor. La fracción de la potencia que penetra al medio 2 se llama coeficiente de absorción. Cuando la superficie reflectora no es plana, sino curva, la curvatura de la onda reflejada es distinta de la de la onda incidente. Cuando el frente de la onda incidente es curvo la superficie reflectora es plana, la curvatura del frente de la onda reflejada es igual a la de el frente de la onda incidente DIFRACCIÓN La difracción es el fenómeno que permite que las ondas luminosas o de radio se propaguen entorno a esquinas. En la descripción anterior de la refracción y la reflexión se supo que las dimensiones de las superficies refractora y reflectora eran grandes con respecto a una longitud de onda de la señal. Sin embargo, cuando un frente de onda pasa cerca de un obstáculo o discontinuidad cuyas dimensiones sean de tamaño comparable a una longitud de onda, no se puede usar el análisis geométrico simple para explicar los resultados y es necesario recurrir al principio de Huygens, que se puede deducir de las ecuaciones de Maxwell. El principio de Huygens es un método de análisis aplicado a los problemas de propagación de ondas. Reconoce que cada punto de un frente de onda que avanza es de hecho el centro de una nueva perturbación y la fuente de un nuevo tren de ondas; y que la onda que avanza como un todo se puede mirar como la suma de todas las ondas secundarias que surgen de puntos en el medio ya atravesado. Las ondas resultantes se convierten en un frente de ondas que avanza en la misma dirección que el que la generó y cada nuevo frente de onda es susceptible a su vez de ser núcleo de un nuevo frente de ondas. CAPITULO II- 25

36 El principio de Huygens se ilustra en la figura 2.8 que se muestra a continuación Figura 2.8 Principio de Huygens CAPITULO II- 26

37 CAPITULO III CAPITULO III

38 PROPAGACION Y SISTEMA DE MICROONDAS 3.1 PROPAGACION DE MICROONDAS Debido a que las frecuencias de operación de los enlaces punto a punto están en las bandas UHF y SHF, el tipo de propagación es por línea de vista. El término línea de vista LOS (line of sight) se refiere a que la onda es captada por el receptor directamente desde el transmisor. Este tipo de onda solo se recibe dentro del horizonte visual, de ahí el nombre. En los sistemas de microondas las señales tienen variaciones que son debidas a cambios instantáneos en el medio de transmisión, dichas variaciones o desvanecimientos de la señal pueden disminuirse proyectando cuidadosamente los tramos de la trayectoria y calculando teóricamente las condiciones de propagación esperadas durante las adversas condiciones del tiempo que puedan ocurrir. Para frecuencias superiores a 300 MHz el mecanismo de propagación fundamental es debido a la onda de espacio, que podemos aproximar bajo el modelo de rayos. Consta (según dicho modelo) de una onda directa entre el transmisor y el receptor y una onda reflejada en la superficie de la tierra. Ya hemos visto cómo era la atenuación en un medio ideal, el espacio libre. Ahora haremos un pequeño estudio sobre la influencia de la zona baja de la atmósfera (la troposfera), por ser el espacio donde tiene lugar la mayor parte de la propagación radioeléctrica. La troposfera es un medio no homogéneo que presenta variaciones del índice de refracción con la altura y las condiciones meteorológicas. Esto se traduce en una curvatura de los rayos conforme viajan por la troposfera, por lo que será necesario hablar de refracción. CAPITULO III-27

39 3.1.1 ÍNDICE DE REFRACCIÓN TROPOSFERICA Los efectos de la atmósfera, a las frecuencias de microondas se deben a las variaciones de la constante dieléctrica, o bien del índice de refracción n del medio con respecto a la altura sobre la tierra. Sabemos que el índice de refracción (n) es la relación de la velocidad de una onda electromagnética viajando en el vacío relativo a la velocidad con que viajaría en un medio finito y es expresado por la ecuación 2.9. Sabemos que la atmósfera esta formada por capas esféricas que dependen de la temperatura, la presión de la atmósfera y la humedad COCIENTE DE REFRACTIVIDAD El índice de refractividad siempre es mucho mayor que la unidad, pero para una onda de radio que viaja en la troposfera solo es una pequeña fracción mayor que la unidad. Por ejemplo el índice de refracción promedio de la tierra es , que es un número inconveniente, por eso se ha definido el cociente de refractividad (N): N 6 = ( n 1) 10 (3.1) Sustituyendo el valor del índice de refracción de la tierra n = en (3.1) se obtiene un valor para N de 315N-unidades. El cociente de refractividad para enlaces por debajo de 100GHz. Está definido como: N P T e T 5 2 = 77.6 / / (3.2) donde P es la presión atmosférica en mbars, T es la temperatura absoluta en ºKelvins y e es la presión parcial del vapor de agua en mbars. En una atmósfera normal, la temperatura T disminuye lentamente con la altura y la presión atmosférica también disminuye al aumentar la altura. Siendo estos los factores más importantes de la ecuación (3.2) el efecto neto es doblar el haz de microondas hacia arriba o hacia abajo CAPITULO III-28

40 dependiendo de estos parámetros de la atmósfera. Normalmente se flexionan las ondas hacia la Tierra, debido a que el índice de refracción disminuye con la altura, resultando que la parte superior del frente de ondas se propagara más rápidamente que la parte inferior. Si la tierra no tuviera atmósfera, los haces se propagarían en línea recta desde la antena transmisora situada sobre la superficie terrestre que tiene una determinada curvatura, pero, debido a la variación del índice de refracción, los haces tendrán una determinada curvatura. En general la atmósfera presenta un decrecimiento exponencial de N con la altura. Para una atmósfera promedio la refractividad puede escribirse como: Nh ( ) = Nexp( h/ h) (3.3) 0 0 donde N 0 = 315 N-unidades (valor extrapolado para el nivel del mar de la refractividad promedio) y h 0 = 7.35Km GRADIENTE DE REFRACTIVIDAD Como para un diseño de un radioenlace no es tan importante el nivel absoluto de refractividad, como los cambios de estos valores sobre el frente de onda de la señal de microondas. Es por ello que es de interés el gradiente de refractividad. Aunque el gradiente atmosférico es exponencial con la altura. En los primeros cientos de metros más bajos que en los cuales viaja el haz de microondas, puede aproximarse a un gradiente lineal. El gradiente de refractividad esta definido como: dn G = (3.4) dh Bajo condiciones atmosféricas promedio este valor es constante. Los resultados experimentales muestran que el valor medio esperado del gradiente de refractividad es de -39N-unidades/Km. El gradiente de refractividad varía con el tiempo. CAPITULO III-29

41 3.1.2 RADIO EFECTIVO DE LA TIERRA Debido a la refracción de la señal, la onda de radio no viaja en una línea recta. La curvatura del haz es dependiente de la dirección del gradiente de refractividad que experimenta en cada punto del haz a lo largo de su trayectoria. Sí uno promedia la gradiente de cada punto sobre el trayecto, se puede asumir que el rayo describe una trayectoria curva. De esta manera el rayo puede considerarse como que viaja sobre un arco de radio r. Este radio es inversamente proporcional al gradiente del índice de refracción promedio sobre la trayectoria, por lo tanto se puede permitir la siguiente aproximación 1 dn = (3.5) r dh Como el haz de microondas no es una línea recta, la superficie de la tierra sobre la cual viaja este no es plana. Igualmente si viajara sobre una superficie plana tal coma la del mar es necesario tomar en cuenta la curvatura de la tierra; la tierra no es redonda es una esferoide ovalada. Sin embargo para aproximaciones de cálculo puede aproximarse a un arco, con un radio promedio Ro = 6370Km. Ahora tenemos una situación en donde la claridad del haz de radio sobre la superficie de la tierra depende de la distancia relativa entre dos curvas. El análisis de la claridad se simplifica sí una de las curvas es recta mientras que la otra se expande lo necesario para compensarla. Es conveniente imaginar que el haz de microondas viaja en una línea recta respecto al radio efectivo de la tierra, el cual ha sido ajustado al gradiente de refractividad. Este radio es el radio terrestre real multiplicado por un factor K que depende del gradiente de refractividad. Es esencial entender cuando uno quiera usar el análisis del factor K, uno no está relacionado con el escenario real. Una curva es ficticiamente hecha recta y a la otra ficticiamente se le ha dado una curvatura extra. Un análisis del factor K debería ser usado para determinar la claridad relativa y no para predecir la curvatura del haz en términos del ángulo de arribo a la antena. Por ejemplo CAPITULO III-30

42 cuando el factor K está por debajo de la unidad, el haz real se curva hacia arriba, por lo que, usando técnicas de rastreo de haz, el haz podría parecer que se curva hacia abajo. Por consiguiente intuitivamente uno podría sentir que el valor a asumir para el factor K que haría que el haz viaje paralelo a la superficie terrestre sería K=1, sin embargo, como una de las curvas se ha hecho recta, el factor K debería ser infinito para compensarlo. Un factor K unitario significa que una de las curvas ya es recta; por lo tanto, se referiría a una señal de radio viajando en una trayectoria recta sobre la tierra curvada (con un radio igual al radio real terrestre). El factor K esta relacionado al gradiente del índice de refractividad: 1 K = dn 1+ Ro dh (3.6) donde Ro es el radio real de la tierra (6370Km). Si re-arreglamos el cociente de refractividad N definido en (3.1) tendremos: n 6 = N (3.7) Para obtener el gradiente necesitamos diferenciar (3.7) con respecto a la altura. Por lo tanto dn dh dn dh 6 6 = 10 = 10 (3.8) G CAPITULO III-31

43 Sustituyendo esto en (3.6) tendremos K 1 = ( G) 157 K = (157 + G) (3.9) Usando la ecuación (3.9) podemos relacionar los valores de K y G, esto se muestra en la tabla 3.1. Tabla 3.1 comparación de factor K versus el gradiente de refractividad Factor K Gradiente de radio Refractividad G K=1 G=0 K=4/3 K= G=-39 G=-157 K<1 G>0 Figura 3.1 campo resultante mostrando la distribución de probabilidad del gradiente de refractividad. CAPITULO III-32

44 ANOMALÍAS EN LA PROPAGACIÓN El gradiente de refractividad que causa la curvatura del haz de microondas, también cambia con el tiempo. Las mediciones experimentales han mostrado que el gradiente de refractividad puede cambiar desde un valor positivo hasta un valor negativo abruptamente. Los valores extremos solo permanecen por pequeños porcentajes de tiempo. Los resultados típicos de mediciones de campo se muestran en la figura 3.1. En la figura 3.1 puede verse que los valores positivos y extremadamente negativos solo persisten únicamente por pequeños porcentajes de tiempo. El valor medio (50%) en este caso es 39N unidades/km que corresponden un factor K = 4/3, así mismo puede verse que los valores negativos son mayores que los valores positivos. Cuando el gradiente de refractividad muestra las características promedio, se denomina refracción estándar. Usualmente esto corresponde a un valor de G = 39N unidades /Km (ó K = 4/3). Cuando el gradiente cambia a valor positivo es conocido como subrefracción y puede causar perdidas por difracción. Cuando el gradiente se hace más negativo que G = 100N unidades/km es denominado súper-refractividad y resulta desvanecimiento por multitrayecto. Cuando el gradiente se hace mas negativo que G = 157, ocurre en condiciones de entubamiento (ducting) resultando en severa atenuación por multitrayectos, dispersión del haz y aún en condiciones de interrupción total (blackout). La ITU provee una serie de curvas que detallan el porcentaje de tiempo que el gradiente de refractividad ( P L ) es menor que 100N unidades/km, esto da una indicación de la probabilidad que el entubamiento sea un problema. La curvatura de las ondas de radio causadas por diferentes gradientes de refractividad se muestran el la figura 3.2. CAPITULO III-33