Propagación de línea de vista

Línea de propagación visual a una antena

La propagación de línea de vista es una característica de la radiación electromagnética o la propagación de ondas acústicas, lo que significa que las ondas viajan en un camino directo desde la fuente hasta el receptor. La transmisión electromagnética incluye las emisiones de luz que viajan en línea recta. Los rayos u ondas pueden ser difractados, refractados, reflejados o absorbidos por la atmósfera y las obstrucciones con material y, por lo general, no pueden viajar sobre el horizonte o detrás de obstáculos.

A diferencia de la propagación con visibilidad directa, a baja frecuencia (por debajo de aproximadamente 3 MHz) debido a la difracción, las ondas de radio pueden viajar como ondas terrestres, que siguen el contorno de la Tierra. Esto permite que las estaciones de radio AM transmitan más allá del horizonte. Además, las frecuencias en las bandas de onda corta entre aproximadamente 1 y 30 MHz pueden ser refractadas de vuelta a la Tierra por la ionosfera, lo que se denomina onda ionosférica o "skip" propagación, dando así a las transmisiones de radio en este rango un alcance potencialmente global.

Sin embargo, a frecuencias superiores a 30 MHz (VHF y superiores) y en niveles más bajos de la atmósfera, ninguno de estos efectos es significativo. Por lo tanto, cualquier obstrucción entre la antena transmisora (transmisor) y la antena receptora (receptor) bloqueará la señal, al igual que la luz que el ojo puede sentir. Por lo tanto, dado que la capacidad de ver visualmente una antena transmisora (sin tener en cuenta las limitaciones de la resolución del ojo) corresponde aproximadamente a la capacidad de recibir una señal de radio de ella, la característica de propagación en estas frecuencias se denomina "línea". -de-vista". El punto de propagación más lejano posible se denomina "horizonte de radio".

En la práctica, las características de propagación de estas ondas de radio varían sustancialmente según la frecuencia exacta y la intensidad de la señal transmitida (una función tanto del transmisor como de las características de la antena). Las transmisiones de radio FM, a frecuencias comparativamente bajas de alrededor de 100 MHz, se ven menos afectadas por la presencia de edificios y bosques.

Deficiencias en la propagación de la línea de visión

Los objetos dentro de la zona de Fresnel pueden perturbar la línea de propagación de la vista incluso si no bloquean la línea geométrica entre las antenas.

Los transmisores de microondas de baja potencia pueden verse frustrados por las ramas de los árboles o incluso por la lluvia o la nieve intensas. La presencia de objetos que no están en la línea de visión directa puede causar efectos de difracción que interrumpen las transmisiones de radio. Para la mejor propagación, un volumen conocido como la primera zona de Fresnel debe estar libre de obstrucciones.

La radiación reflejada desde la superficie del suelo circundante o el agua salada también puede anular o mejorar la señal directa. Este efecto se puede reducir elevando una o ambas antenas más lejos del suelo: la reducción en la pérdida lograda se conoce como ganancia de altura.

Consulte también Propagación sin visibilidad directa para obtener más información sobre las deficiencias en la propagación.

Es importante tener en cuenta la curvatura de la Tierra para el cálculo de rutas de línea de visión a partir de mapas, cuando no se puede realizar una corrección visual directa. Los diseños para microondas usaban anteriormente 4⁄3 tierra radio para calcular las holguras a lo largo de la ruta.

Teléfonos móviles

Aunque las frecuencias utilizadas por los teléfonos móviles (teléfonos celulares) están en el rango de la línea de visión, aún funcionan en las ciudades. Esto es posible gracias a una combinación de los siguientes efectos:

• 1.r⁴ propagación sobre el paisaje en la azotea
• diffracción en el cañón de la calle abajo
• reflexión multipática a lo largo de la calle
• Difracción a través de ventanas, y paso atenuado a través de paredes, en el edificio
• reflexión, difusión y paso atenuado a través de paredes internas, suelos y techos dentro del edificio

La combinación de todos estos efectos hace que el entorno de propagación de los teléfonos móviles sea muy complejo, con efectos de trayectos múltiples y un extenso desvanecimiento de Rayleigh. Para los servicios de telefonía móvil, estos problemas se abordan mediante:

• posicionamiento en la azotea o en la cima de la colina
• muchas estaciones de base (generalmente llamadas " sitios de celda"). Un teléfono normalmente puede ver al menos tres, y por lo general hasta seis en cualquier momento dado.
• antenas "sectorizadas" en las estaciones base. En lugar de una antena con cobertura omnidireccional, la estación puede utilizar hasta 3 (zonas rurales con pocos clientes) o hasta 32 antenas separadas, cada una cubriendo una parte de la cobertura circular. Esto permite que la estación base use una antena direccional que apunta al usuario, lo que mejora la relación de señal a ruido. Si el usuario se mueve (tal vez caminando o conduciendo) de un sector de antena a otro, la estación base selecciona automáticamente la antena adecuada.
• desvío rápido entre las estaciones de base (roaming)
• el enlace de radio utilizado por los teléfonos es un enlace digital con extensa corrección y detección de errores en el protocolo digital
• suficiente operación de teléfono móvil en túneles cuando se soporta por antenas de cable divididas
• repetidores locales dentro de vehículos complejos o edificios

Una jaula de Faraday se compone de un conductor que rodea completamente un área por todos los lados, arriba y abajo. La radiación electromagnética se bloquea cuando la longitud de onda es más larga que cualquier espacio. Por ejemplo, las señales de los teléfonos móviles se bloquean en recintos metálicos sin ventanas que se asemejan a una jaula de Faraday, como cabinas de ascensores y partes de trenes, automóviles y barcos. El mismo problema puede afectar las señales en edificios con refuerzo de acero extenso.

Dos estaciones que no están en línea de visión pueden comunicarse a través de una estación de radio repetidora intermedia.

Horizonte de radio

El horizonte de radio es el lugar geométrico de los puntos en los que los rayos directos de una antena son tangenciales a la superficie de la Tierra. Si la Tierra fuera una esfera perfecta sin atmósfera, el horizonte radioeléctrico sería un círculo.

El horizonte de radio de las antenas transmisora y receptora se puede sumar para aumentar el alcance efectivo de la comunicación.

La propagación de ondas de radio se ve afectada por las condiciones atmosféricas, la absorción ionosférica y la presencia de obstrucciones, por ejemplo, montañas o árboles. Fórmulas simples que incluyen el efecto de la atmósfera dan el rango como:

horizonmi.. 1.23⋅ ⋅ heightfeet{displaystyle mathrm {horizon} ¿Qué? }approx 1.23cdot {sqrt {mathrm {height} _{mathrm {feet} }

horizonkm.. 3.57⋅ ⋅ heightmetres{displaystyle mathrm {horizon} _{mathrm {km} }approx 3.57cdot {sqrt {mathrm {height} - ¿Qué? }

Las fórmulas simples brindan una aproximación óptima de la distancia máxima de propagación, pero no son suficientes para estimar la calidad del servicio en cualquier ubicación.

Bulto de la Tierra

En telecomunicaciones, bulto de la tierra se refiere al efecto de la curvatura de la tierra en la propagación de radio. Es consecuencia de un segmento circular del perfil terrestre que bloquea las comunicaciones a larga distancia. Dado que la línea de visión del vacío pasa a diferentes alturas sobre la Tierra, la onda de radio que se propaga encuentra condiciones de propagación ligeramente diferentes en el camino.

Distancia del vacío al horizonte

R es el radio de la Tierra, h es la altura del transmisor (exagerado), d es la línea de distancia de la vista

Suponiendo una esfera perfecta sin irregularidades en el terreno, la distancia al horizonte desde un transmisor de gran altitud (es decir, la línea de visión) se puede calcular fácilmente.

Sea R el radio de la Tierra y h la altitud de una estación de telecomunicaciones. La línea de distancia visual d de esta estación está dada por el teorema de Pitágoras;

d2=()R+h)2− − R2=2⋅ ⋅ R⋅ ⋅ h+h2{displaystyle d^{2}=(R+h)^{2}-R^{2}=2cdot Rcdot h+h^{2}

Dado que la altitud de la estación es mucho menor que el radio de la Tierra,

d.. 2⋅ ⋅ R⋅ ⋅ h{displaystyle dapprox {2cdot Rcdot h}}

Si la altura se da en metros y la distancia en kilómetros,

d.. 3.57⋅ ⋅ h{displaystyle dapprox 3.57cdot {sqrt}}

Si la altura se da en pies y la distancia en millas terrestres,

d.. 1.23⋅ ⋅ h{displaystyle dapprox 1.23cdot {h}}

Refracción atmosférica

El efecto habitual de la disminución de la presión de la atmósfera con la altura (variación de la presión vertical) es desviar (refractar) las ondas de radio hacia la superficie de la Tierra. Esto da como resultado un radio terrestre efectivo, aumentado por un factor alrededor de 4⁄3. Este factor k puede cambiar de su valor promedio dependiendo del clima.

Distancia refractada al horizonte

El análisis de distancia de vacío anterior no tiene en cuenta el efecto de la atmósfera en la ruta de propagación de las señales de RF. De hecho, las señales de RF no se propagan en línea recta: debido a los efectos de refracción de las capas atmosféricas, las rutas de propagación son algo curvas. Por lo tanto, el alcance máximo de servicio de la estación no es igual a la distancia de vacío de la línea de visión. Por lo general, se usa un factor k en la ecuación anterior, modificado para ser

d.. 2⋅ ⋅ k⋅ ⋅ R⋅ ⋅ h{cdot kcdot Rcdot h}}

k > 1 significa abultamiento geométricamente reducido y un rango de servicio más largo. Por otro lado, k < 1 significa un rango de servicio más corto.

Bajo condiciones climáticas normales, k generalmente se elige para ser 4⁄3. Eso significa que el rango máximo de servicio aumenta en 15 %.

d.. 4.12⋅ ⋅ h{displaystyle dapprox 4.12cdot {sqrt}}

para h en metros y d en kilómetros; o

d.. 1.41⋅ ⋅ h{displaystyle dapprox 1.41cdot {sqrt}}

para h en pies y d en millas.

Pero en clima tormentoso, k puede disminuir y causar desvanecimiento en la transmisión. (En casos extremos, k puede ser menor que 1). Eso equivale a una disminución hipotética en el radio de la Tierra y un aumento de la protuberancia de la Tierra.

Por ejemplo, en condiciones climáticas normales, el rango de servicio de una estación a una altitud de 1500 m con respecto a los receptores al nivel del mar se puede encontrar como,

d.. 4.12⋅ ⋅ 1500=160km.{displaystyle dapprox 4.12cdot {sqrt {1500}=160{mbox{ km}}}}