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CASOS PARTICULARES DE LA PROPAGACION
En la propagación de las ondas electromagnéticas a través de la ionosfera puede suceder que éstas no sigan una sola reflexión o refracción sino que sean varias las veces que las ondas acuden a la ionosfera para alcanzar distancias más alejadas del punto de emisión. Veamos a continuación los dos casos más importantes que pueden presentarse.
Reflexiones múltiples
Si la energía con que la antena radia una onda electromagnética es suficiente para compensar las pérdidas por absorción de la Tierra y de la propia ionosfera, las ondas pueden alcanzar teóricamente cualquier punto de la superficie por sucesivas reflexiones.
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Figura22, La onda electromagnética procedente del
punto A llega al punto E después de sufrir dos
refracciones en la primera capa de la ionosfera.
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La onda procedente del punto A (figura 22) rebota al llegar a la ionosfera y regresa a la superficie de la Tierra en el punto C, incidiendo con un ángulo suficiente para rebotar y desviarse de nuevo hacia la ionosfera, en la que se refleja, para llegar al punto D y después de un nuevo rebote en éste y en la ionosfera llega finalmente al punto E.
Este proceso parece ser que se repite indefinidamente pero no es así, en la práctica, la ionosfera tiene un gran poder de absorción de la energía contenida en la onda, y teniendo en cuenta que la superficie de la Tierra no es como la de un espejo, en cada reflexión disminuye la amplitud de la señal, con lo que ésta se anula prácticamente después de unas pocas reflexiones.
A ser posible, se procura que la onda sufra el menor número de reflexiones y siempre que esto sucede se procura tener en cuenta el mínimo de reflexiones necesarias para alcanzar el punto de destino cuando no sea factible emplear otros medios de propagación.
Refracciones múltiples
Si la onda electromagnética incide en la ionosfera con un ángulo mayor que el de reflexión ya no se refleja sino que penetra en la misma y puede retractarse, para retroceder a tierra, o atravesar la capa ionizada y seguir su camino hacia capas superiores.
En el primer caso, si se refracta o regresa a la superficie de la Tierra, puede rebotar en la misma y llegar de nuevo a la ionosfera para sufrir una nueva refracción. Para que esto suceda, la frecuencia de la onda electromagnética debe ser la adecuada en función del ángulo de propagación.
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Figura 23. Trayectoria que sigue una onda
electromagnética que atraviesa sucesívamente las capas
E, F1, se retracta en F2, y cruza de nuevo F1 y E hasta
regresar a tierra.
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El alcance obtenido con una refracción no es el mismo si ésta tiene lugar en las primeras capas ionizadas o en la última. Una refracción en la capa F2 alcanzará mayores distancias que si ésta tiene lugar en la capa F1 o en la E, teniendo en cuenta que las capas superiores de la ionosfera intervienen solamente para las ondas cortas, es decir, para aquellas cuya frecuencia es elevada.
Así, en la figura 23 puede verse como una onda que regresa a la Tierra después de retractarse en la capa F2 sufre diez refracciones: dos al atravesar la capa E, dos al atravesar la capa F1, dos al retractarse en F2 (una al entrar y otra al salir de la capa), otras dos al atravesar de nuevo F1 y, finalmente, las dos restantes al pasar por E. Como en cada refracción se pierde parte de la energía de la onda, puede suponerse que la amplitud con que llega la onda al punto B se verá muy reducida respecto a la que poseía inicialmente esta radiación en el punto A.
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TRANSMISION VIA SATELITE
El progreso de las comunicaciones se alcanza día a día; los científicos de todo el mundo trabajan incansablemente en mejorar y asegurar la transmisión de cualquier tipo de señal a cualquier distancia. Las exigencias actuales han obligado a disponer sistemas que sustituyan las cambiantes capas de la ionosfera y así asegurar que las ondas lleguen al lugar previsto inicialmente.
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Figura24. Las comunicaciones vía satélite amplían y
aseguran la emisión y recepción de señales a cualquier
punto del globo.
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Durante muchas décadas, la superficie de la Tierra se ha poblado de grandes antenas emisoras y repetidores hasta agotar prácticamente sus posibilidades. En la actualidad están en pleno desarrollo los satélites dedicados a todo tipo de comunicaciones, desde las emisoras de radio y de televisión hasta incluso los satélites para las restantes comunicaciones y radioaficionados. La transmisión vía satélite hace posible la comunicación de un continente a otro, aprovechando que la energía recibida puede amplificarse y dirigirse exactamente hacia cualquier punto para el que esté programado (figura
24).
El satélite recibe ondas muy cortas, es decir, de una frecuencia muy elevada, que pueden atravesar sin dificultad todas las capas de la ionosfera, tanto en el camino de ida como en el de regreso.
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Figufa25. Resumen de la utílidad de las capas. La capa D
refleja las ondas largas, la capa E las frecuencias medias,
la capa F las ondas cortas y los satélites permiten transmitir
las ondas ultracortas.
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En la figura 25 representamos la utilización de las diferentes capas de la ionosfera, las capas bajas quedan para las ondas largas y medias, y las capas más lejanas para las frecuencias muy grandes, es decir, ondas muy cortas. El satélite queda preparado para trabajar con señales a partir de las del tipo VHF.
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INCONVENIENTES PARA LA PROPAGACION
DE LAS ONDAS ELECTROMAGNETICAS
Desvanecimiento (fading)
El fenómeno más conocido dentro de las perturbaciones es el desvanecimiento y es el que ocasiona variaciones en la intensidad de la señal captada en la antena aunque se mantenga constante la intensidad de la señal en la emisora.
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Figura26. En el
punto D puede tener lugar un desvanecimiento de la señal
debido a que le lleguen ondas electromagnéticas que han
seguido caminos diferentes y pueden encontrarse en oposición
de fase. En C también es posible el desvanecimiento porque
llegan al mismo ondas superficiales y ondas ionosféricas. |
El desvanecimiento de la señal puede tener lugar por muchas causas entre las que destacamos las siguientes:
Recepción de señales con trayectorias diferentes. Sobre un mismo punto pueden confluir señales que hayan seguido caminos diferentes. Una antena irradia ondas en todas direcciones o las dirige preferentemente hacia una dirección determinada, pero según el ángulo de propagación podrán, llegar a un mismo punto tres tipos de ondas, una primera onda después de una reflexión sobre la ionosfera, una segunda tras varias reflexiones o refracciones sucesivas y una tercera que rebota en la capas superiores de la ionosfera. Si todas las ondas proceden del mismo origen y se propagan a la misma velocidad, sucederá que el tiempo empleado por cada una de ellas será diferente, cuanto mayor sea el espacio a recorrer así aumenta el tiempo necesario para cubrir esta distancia (figura
26).
En estas condiciones, las señales que se reciban en cualquier lugar tendrán una amplitud diferente en función del camino que han debido recorrer, estando más amortiguadas aquéllas que han recorrido una mayor distancia. Ahora bien, en B tendrá lugar una composición de las ondas que se reciben, éstas se sumarán si están en fase o, se restarán si hay oposición de fase entre ellas. Entre estos dos casos extremos pueden darse todo tipo de defases, lo que condiciona la magnitud de la onda recibida. El resultado de lo antedicho supone que la señal se desvanezca o que refuerce su intensidad.
Desvanecimiento por cambios en la ionosfera.
No influye solamente la trayectoria seguida por la onda en el desvanecimiento, antes ya hemos dicho que las diferentes capas de la ionosfera no son estables ni se mantienen siempre a la misma altura, la ionización es cambiante en cada momento y en cada lugar, por ello, aunque se tengan bien trazadas las cartas de propagación pueden aparecer esporádicamente los efectos del desvanecimiento.
El desvanecimiento puede ser total si se anula la suma de todas las señales recibidas en un punto, hecho que sucede, por ejemplo, cuando las señales que sufren dos o más reflexiones o refracciones están en oposición de fase y tienen la misma magnitud que la señal que llega al receptor con una sola reflexión.
Este fenómeno presenta menos problemas cuando a la antena receptora llega una onda directa, en este caso, aunque lleguen otras ondas reflejadas en oposición de fase, solamente producirían una ligera disminución en la señal, un pequeño desvanecimento, con lo que la recepción apenas se vería afectada.
La señal puede aumentar su energía cuando las diferentes ondas que llegan al receptor están en fase, entonces la suma de todas ellas refuerza el valor que llega al receptor, lo que se traduce en un aumento de la potencia sonora. De todos modos, tampoco se mantienen indefinidamente estas condiciones, dando lugar a cambios más o menos importantes, a fluctuaciones que condicionen la cantidad de energía recibida y, en definitiva, a un desvanecimiento de la señal.
Mientras duran las tormentas ionosféricas es incierto el alcance de una transmisión por radio y especialmente de noche es fácilmente comprobable un desvanecimiento fluctuante que dura algunos minutos, durante los cuales desaparece la recepción y reaparece después.
Una solución al desvanecimiento
Con el fin de evitar este problema, cuando interese mantener la recepción constantemente, se recurre a disponer varias antenas equidistantes separadas una cierta distancia y conectadas al mismo receptor, así siempre estará alguna de ellas en condiciones de recibir una señal adecuada aunque exista un cierto desvanecimiento en las otras. El receptor se preparará de modo que a la entrada llegue solamente la señal más potente de todas.
Ruidos atmosféricos
La antena receptora capta no solamente las señales procedentes de las emisoras sino todo tipo de señales comprendidas dentro de la gama de frecuencias para las que es útil la antena. Por ello, los ruidos que se producen en la atmósfera también pueden llegar a perjudicar la recepción de la señal.
Conocemos como ruidos atmosféricos las perturbaciones que tienen lugar en la atmósfera y que producen ondas de frecuencias comprendidas dentro de la gama de radio. Tal es caso de las tormentas con descargas eléctricas a las que estamos acostumbrados en las epocas estivales. Los receptores reciben con mayor potencia los ruidos procedentes de tormentas locales pero también pueden recoger la influencia de tormentas que tienen lugar a distancias mucho más elevadas debido a que, como cualquier tipo de ondas, pueden utilizar la ionosfera como medio de propagación y con ello aumentar el alcance de la perturbación.
Estos ruidos atmosféricos provienen principalmente de tormentas locales durante el día, debido a que las ondas espaciales sufren una fuerte atenuación durante las horas de sol. Por la noche, la captación de ruido atmosférico es mucho mayor. De todos modos, en el espectro de las ondas cortas, los ruidos son captados a distancias mayores aunque el nivel de ruido sea menor dado que, por la propia naturaleza de éste, es de una frecuencia más baja.
Ruidos industriales
Las fuentes productoras de ruido eléctrico son muy variadas, al accionar los interruptores, al poner en marcha la maquinilla de afeitar, molinillo, secador de cabello y, en general, los motores de escobilla, etc. En realidad, cualquier aparato que produzca una chispa puede llegar a entorpecer o interrumpir la recepción.
Los parásitos producidos en los diferentes aparatos eléctricos llegan a los receptores por la red, que es el medio de propagación más frecuente o también lo hacen por la antena si está próxima y es capaz de recoger estas frecuencias.
Como la perturbación puede ser continua o intermitente, incluso de frecuencias diferentes, según sea el origen de la misma, es prácticamente imposible suprimirla totalmente salvo que se coloquen los dispositivos adecuados en cada aparato (filtros en serie con la alimentación) de manera que viertan a la red el menor número posible de perturbación. Si no puede ser, podemos actuar sobre los receptores desde dos métodos diferentes: colocando filtros a la entrada y limitadores o bien empleando antenas con la mejor orientación posible hacia la dirección en la que se reciben las ondas electromagnéticas.
Recuerde...
Hz - Hercios
kHz Kilohercios = 10 3 Hz
M Hz - Megahercios = 10 6 Hz
GHz - Gigahercios = 1O 9 Hz
THz - Tetahercios = 10 12 Hz
Tomado de artículos
varios en revistas especializadas, Internet y una traducción
parcial del libro "Ser Radioaficionado" INTERNATIONAL
AMATEUR RADIO STUDY GUIDE de Paul L. Rinaldo, (W4RI),
editada por The American
Radio Relay League (ARRL).
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