Tema 7. Propagación por onda de superficie

Transcripción

1 Tema 7. Propagación por ona e superficie 1 Introucción Características e la propagación Antena monopolo corto Ganancia respecto a la antena isótropa y al ipolo Campo raiao a 1 kilómetro Campo raiao sobre la superficie e la tierra Moelos e propagación por ona e superficie Alcance e la ona e superficie Cartas e propagación por ona e superficie Trayectos mixtos Métoo e Millintong...7 Página 1

2 1 INTRODUCCIÓN n las banas e LF, MF y LF (30 khz 30 MHz) la propagación e onas e raio epene e los mecanismos e ona e superficie y ona ionosférica. Posee características relativamente iferentes a las estuiaas para los enlaces e frecuencias más elevaas e los capítulos anteriores. l cálculo e los iagramas e raiación e las antenas en estas banas también es ligeramente istinto. La propagación en espacio libre no puee emplearse para caracterizar este tipo e enlaces. 1.1 Características e la propagación La propagación por ona e superficie opera principalmente en las banas e LF y HF (30 khz a 3 MHz). A estas frecuencias las antenas no están eléctricamente elevaas y generalmente no existe visión irecta. l campo responsable e la comunicación es el raiao por la antena en presencia e la tierra. Se trata e un mecanismo e propagación relativamente pobre. Una parte e la energía viaja por el interior e la tierra, por tanto, sus características epenen e las propieaes eléctricas e la tierra. Características e la propagación por ona e superficie: Propagación a ras e tierra Moo e propagación ominante para frecuencias menores e 30 MHz Largo alcance. Se emplea en telegrafía y raioifusión. Relativamente estable ante perturbaciones. Ancho e bana reucio. Las antenas no están eléctricamente elevaas. La tierra equivale a un plano conuctor que moifica las características e raiación. Se emplean antenas monopolo para la transmisión. Las potencias raiaas son muy elevaas, el oren e kw hasta Mw. 2 ANTNA MONOPOLO CORTO Se trata e una antena vertical e altura inferior a la écima parte e la longitu e ona alimentaa entre su extremo y el plano conuctor. sta es la antena e referencia en las comunicaciones por ona e superficie. l campo eléctrico proucio por esta antena es: Página 2

3 ( V m) 9, 4868 ( mv m) P T 300 PT ( kw) ( km) Por tanto, el campo raiao por cualquier antena monopolo a la que se entrega potencia se calcula como: ( mv m) 300 PT ( kwg ) ( km) Done G es la ganancia e la antena con respecto a la antena vertical corta. Al proucto P T G se le conoce como potencia raiaa aparente e la antena vertical corta PR: PR P T G 2.1 Ganancia respecto a la antena isótropa y al ipolo Para obtener la ganancia e la antena vertical corta con respecto a las antenas referencia utilizaas hasta ahora basta consierar la relación entre los campos raiaos por una y otras: G G ISO ISO P P P,173 4,78B T Dλ / 2 1,35 D 222 PT Obviamente se cumple que: G ISO GD + GD ISO T T 2,62B 2,62 + 2,15 4, Campo raiao a 1 kilómetro l campo raiao a la istancia e 1 kilómetro por una antena monopolo alimentaa con 1 kw e potencia es: Página 3

4 300 mv/ m 109,54 Bµ V Campo raiao sobre la superficie e la tierra l campo raiao sobre la superficie e la tierra e conuctivia finita es proporcional al campo raiao sobre un plano conuctor perfecto por un valor a, inferior a la unia, función e la frecuencia y e las características eléctricas el terreno a: Factor e atenuación e la ona e superficie. 3 MODLOS D PROPAGACIÓN POR ONDA D SUPRFICI n función e la istancia el trayecto y e la altura e las antenas, el rayo irecto y el rayo reflejao pueen verse total o parcialmente atenuaos. n una situación general, al campo recibio será la suma e tres contribuciones: j + R e + ( 1 R) a e RX Done R es el coeficiente e reflexión e la ona, epeniente el ángulo e inciencia y las características el terreno, a es el facto e atenuación e la ona e superficie y el esfase provocao por la iferencia e caminos entre el rayo irecto y el rayo reflejao o la ona e superficie. Cuano la istancia es grane (el oren el horizonte raioeléctrico, T ), el ángulo e inciencia el rayo reflejao tiene a cero. n esta circunstancia, el coeficiente e reflexión tiene a -1 y el esfase a 0 graos. Por tanto, los rayos irecto y reflejao se cancelan entre sí y el campo recibio se ebe únicamente la a ona e superficie. j RX 2 a > 0 0 T A La ona e superficie solamente presenta alcances útiles cuano la polarización e la ona es vertical, ya que toa componente horizontal es rápiamente absorbia por el suelo. La evaluación e A es compleja. n la práctica se emplean curvas normalizaas por la UIT-R en función e la frecuencia y e las características eléctricas el terreno (conuctivia y permitivia). stas curvas se encuentran en la recomenación 368 y en el informe 717 y proporcionan la intensia e campo en función e la istancia. Página 4

5 3.1 Alcance e la ona e superficie l valor el factor A epene e la istancia. Para valores pequeños es aproximaamente constante y por tanto el campo recibio será proporcional al campo en espacio libre. s ecir, el valor el campo recibio es inversamente proporcional a la istancia. Sin embargo, para valores mayores el factor A es inversamente proporcional a la istancia con lo que el valor el campo recibio es proporcional a la inversa e la istancia al cuarao. Para estimar el alcance e la ona e superficie se consiera la istancia a partir e la cual el campo empieza a ecrecer según la istancia al cuarao. ste valor está ao en función e la frecuencia: 100 f 13 MÁX La siguiente figura recoge lo expuesto anteriormente: RX spacio libre MAX Por tanto, la gran ventaja e la ona e superficie es la existencia e propagación en coniciones similares a las el espacio libre aún en ausencia e visión irecta entre las antenas. 4 CARTAS D PROPAGACIÓN POR ONDA D SUPRFICI La UIT recoge en su recomenación 368 una serie e familias e curvas para el cálculo e la intensia e campo recibia por ona e superficie. Caa familia e curvas está aa para un tipo e terreno particular (tierra seca, tierra húmea, agua ulce, agua salaa...). l valor el campo eléctrico recibio se obtiene, una vez ajustao el tipo e terreno, seleccionano la curva Página 5

6 corresponiente a la frecuencia e trabajo, a partir e la istancia total el enlace. Las curvas toman como referencia una antena vertical cuyo campo raiao a 1 kilómetro es e 300 mv/m o e manera equivalente 109,54 BµV/m. Por tanto, si la antena transmisora es istinta el monopolo corto, el valor el campo recibio será: RX ( Bµ V/ m) ( Bµ V/ m) + 10log( PR( kw) ) GRAF Las gráficas son válias siempre que la altura e las antenas cumpla la siguiente conición: 3 h 12 σ λ2 Las siguientes figuras representan el valor el campo recibio para los casos e agua salaa e conuctivia 4000 ms/m y constante ieléctrica relativa e 70 y e tierra húmea e conuctivia 10 ms/m y constante ieléctrica relativa TRAYCTOS MIXTOS stas cartas permiten calcular el campo cuano las coniciones el terreno son homogéneas entre el transmisor y receptor. Sin embargo, no resultan válias cuano existen istintos tipos e terreno. l métoo más exacto para el cálculo e la intensia e campo recibia se ebe a Millintong. La variación el tipo e terreno no resulta sustancialmente importante si las características e caa tipo no son muy ispares. sto facilita el cálculo e los trayectos sobre tierra, permitieno el cálculo e manera aproximaa. Sin embargo, esta aproximación no puee hacerse en el caso e trayectos mixtos e tierra y mar. La potencia recibia epene el sentio e la transmisión. Para el sentio tierra-mar, al alcanzar el agua la ona e superficie tiene un efecto e recuperación ebio al paso e un meio peor conuctor a otro mejor conuctor. Por el contrario, en el sentio e mar hacia tierra, se prouce una péria extra al alcanzar la costa ebio al paso e un meio mejor conuctor a otro e menor conuctivia. Millintong propone calcular el campo recibio como la semisuma e los campos en los os sentios e la comunicación. Página 6

7 Para obtener los valores numéricos e los incrementos en las interfaces tierraagua se puee recurrir a la familia e curvas e propagación por ona e superficie recogias en el informe 717 e la UIT-R. sta familia e curvas está aa para una frecuencia fija y en función e las características el terreno. 5.1 Métoo e Millintong Para obtener el valor el campo recibio se siguen los siguientes pasos: Obtención el campo recibio en el sentio transmisor receptor (sentio irecto): Suponieno que el trayecto es homogéneo urante la istancia total el enlace y e características eléctricas iguales a las el terreno existente en el receptor. n caa iscontinuia sumar el campo que se recibiría a la istancia el transmisor a la que se encuentra la iscontinuia y en un terreno homogéneo con características eléctricas iguales a las el terreno por el cual llega la ona a la iscontinuia y restar el campo que se recibiría a esa istancia en un terreno e características homogéneas con características eléctricas iguales a las el terreno que se encuentra espués e la iscontinuia. Intercambiano las posiciones el transmisor y receptor (sentio inverso) repetir los pasos 1.1 y 1.2. l campo recibio es igual a la semisuma e los campos recibios en sentio inverso y irecto. Por ejemplo, para el siguiente trayecto con tres tipos e terreno: ε R1, σ 1 ε R2, σ 2 ε R3, σ 3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) DIRCTO ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) INVRSO RX DIRCTO + 2 INVRSO Página 7

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