ANOMALIAS DE PROPAGACION DE MICROONDAS
La mayoría de los trayectos
de propagación de los sistemas de transmisión por microondas están sometidos durante el año a la acción del desvanecimiento y atenuación
de las señales aún en proporciones mínimas. El desvanecimiento también llamado fading, se produce generalmente en forma de trayectos
múltiples. Este fenómeno los Ingenieros de proyectos lo consideran en el diseño de sistemas de comunicaciones. Sin embargo, los trayectos
ubicados en regiones donde se forman capas atmosféricas en contacto con el suelo, pueden estar sometidos a una amplia variedad de
anomalías de propagación. Algunas de estas anomalías desafían la solución tradicional de transmisión en diversidad o la aplicación
de otros métodos de corrección convencionales.
En su recorrido
desde el transmisor en el punto de origen hasta el receptor en el punto de destino, las señales de microondas están sujetas a sufrir
los efectos de diversos obstáculos que impiden o dificultan su avance hacia el destino fijado. Muchos de estos obstáculos, tales como
edificios y elevaciones del terreno, se analizan y resuelven en la etapa de proyecto de los trayectos de propagación. Otros, tales
como los tipos convencionales de fading atmosférico, se superan o reducen mediante una disposición adecuada del sistema y el empleo
de transmisión en diversidad de espacio o frecuencia.
Sin embargo, existe un problema para el cual han resultado virtualmente ineficaces los métodos que se aplican normalmente para combatir el desvanecimiento. Se trata de anomalías de propagación caracterizadas en su forma más extrema por el catastrófico fenómeno conocido como desvanecimiento total o sea desaparecimiento completo de las señales.
Antes de analizar a fondo las anomalías de propagación
es conveniente describir las características, causas y remedios de este fenómeno común. Las ondas radioeléctricas en el espectro de
aproximadamente
Reflexión es el cambio de dirección
que sufren las ondas de cualquier forma de energía irradiante al chocar contra una superficie durante su propagación.
Difracción es la curvatura que sufren las ondas de radio al rozar con los bordes de un cuerpo o un obstáculo. Las ondas de radio de
gran longitud se difractan extensamente, mientras que las de alta frecuencia se doblan lo suficiente para prolongar considerablemente
la transmisión en línea visual.
Refracción es el cambio de dirección de las ondas electromagnéticas al pasar de un medio de propagación a otro de diferente constante dieléctrica o índice de refracción
REFLEXION
La reflexión es una de las causas comunes de las
variaciones de intensidad con que suele llegar la señal al punto de recepción. Las reflexiones se producen cuando las ondas chocan
contra un superficie acuática lisa, tal como la de un lago o el mar, un terreno llano o la estratificación entre capas atmosféricas
de diferente densidad. En estas condiciones se produce un onda indirecta o reflejada, aparte de la directa. Si ambas ondas llegan
simultáneamente a la antena receptora, puede producirse una cancelación o anulación de señales capaz de reducir significativamente
la intensidad de la señal recibida.
DIFRACCION
Generalmente, los trayectos de microondas y la
altura de las antenas se calculan de modo que se obtenga una línea visual directa despejada entre antena transmisora y la receptora.
Sin embargo, un trayecto directo no siempre garantiza una buena radiotransmisión. En efecto, si el frente de onda pasa demasiado cerca
de un obstáculo se produce una obstrucción parcial que aumenta la perdida de transmisión. Por ejemplo, si el haz de microondas esta
bloqueado por el fenómeno de curvatura inversa, la energía siempre llega al receptor por difracción.
El grado real de pérdida o atenuación de las señales por obstrucción o por difracción depende del radio de la zona de
Fresnel del frente de onda, comparado con el área obstruida y la reflectividad del elemento obstructor. En síntesis, se conoce como
zona de Fresnel a una serie de círculos concéntricos imaginarios alrededor del trayecto directo entre las antenas de transmisión y
recepción. En frecuencias bajas el radio de la zona de Fresnel es mucho mayor que en las frecuencias de microondas y por lo tanto
las pérdidas por obstrucción o difracción resultan mucho menores durante los períodos de curvatura inversa.
REFRACCION
Como se ha explicado, la refracción se produce
cuando las ondas se propagan a diferentes velocidades a través de un medio de densidad variable.
Teóricamente, en el espacio libre o sea un vacío perfecto, la velocidad de propagación de las señales de microondas sería constante
y de valor máximo. En cambio en la atmósfera real, de alta densidad debido a la presencia de moléculas de gas y de agua las ondas
se propagan con mayor lentitud. En una atmósfera normal o estándar, los valores de presión, temperatura y contenido de agua evaporada
o humedad disminuyen linealmente con la altura. En igual forma disminuye la densidad atmosférica, que es el parámetro que combina
el efecto resultante de los tres valores variables mencionados.
Las ondas de radio que pasan a través de la atmósfera desde una capa de aire denso a otra de menor densidad, experimentan un cambio
de dirección proporcional a la diferencia de densidad. Esta desviación se debe a que la parte del frente de onda que entra a la capa
menos densa comienza a desplazarse con mayor rapidez que la parte que todavía se encuentra en la capa más densa. Como resultado de
este proceso, el trayecto se curva hacia las capas atmosféricas más densas.
Cuando la atmósfera es de composición uniforme, su densidad varía en forma gradual y por lo tanto la refracción de las ondas es esencialmente
continua, de manera tal que el haz se curva suavemente desde la parte superior a la inferior de la atmósfera. Como consecuencia el
haz de microondas tiende a seguir la curvatura terrestre, pero en menor grado. De este modo el radio de
EL FACTOR K
El grado y la dirección de la curvatura que describe
el haz de microondas durante su propagación se define con el gradiente del índice de refracción o bien más frecuentemente con el factor
K que corresponde al radio eficaz de
En condiciones atmosféricas normales el valor de K varía desde 1,2 para regiones elevadas y secas (o 4/3 en zonas mediterráneas) hasta
2 ó 3 para las zonas costeras húmedas. A medida que K aumenta
El valor de la comba o curvatura
terrestre para los distintos valores de K se calcula mediante la siguiente fórmula:
en donde:
h= cambio de la
distancia vertical desde una línea horizontal de referencia medida en pies.
d1= distancia desde un punto hasta uno de los extremos
del trayecto en millas.
d2= distancia desde el mismo punto anterior hasta el otro extremo del trayecto en millas.
K= factor del radio
eficaz de
REFRACCION SUPERNORMAL
La refracción supernormal (o superestándar),
también llamada superrefracción, se produce como resultado de variaciones en las condiciones meteorológicas, tales como elevación
de la temperatura con el aumento de la altura (inversión de temperatura) o bien una marcada disminución del contenido de humedad del
aire con el incremento de altura. Cualquiera de estos fenómenos origina una disminución de la densidad atmosférica. En estas circunstancias
K aumenta, produciéndose un efecto de aplanamiento de la curvatura de
Una de las condiciones susceptibles de producir dicho tipo de refracción anormal es el pasaje de una corriente de aire frío sobre
una masa acuática caliente. La evaporación del agua provoca un incremento de humedad y la baja temperatura próxima a la superficie
es un indicio de inversión. Las bajas temperaturas y los altos valores de humedad provocan un considerable aumento de densidad atmosférica
cercana a la superficie, impartiéndole al frente de onda una curvatura descendente anormalmente alta.
En casos moderados de superrefracción, K se aproxima a infinito y el haz que se propaga paralelo a la tierra se mantiene en este sentido
mientras no sufra obstrucción u otra atenuación. En cambio cuando se presenta una superrefracción extrema el frente de onda se curva
hacia abajo con un radio menor que el terrestre. En este caso se produce un desvanecimiento total de las señales si la antena receptora
queda más allá del punto en que dicho frente se refracta sobre
REFRACCION SUBNORMAL
La refracción subnormal ó subestándar
se produce en ciertas condiciones meteorológicas que hacen aumentar la densidad atmosférica en relación con la altura. Este fenómeno,
que ya se ha descrito al analizar la comba o de la curvatura inversa del haz del rayo que se curva hacia arriba tal como se
muestra en la figura 1 para K=1/2.
La condición de atmósfera subestándar
puede producirse con la formación de niebla creada por el pasaje de aire cálido sobre aire frío o bien sobre una superficie húmeda.
Esta condición hace que la densidad atmosférica próxima a
