La propagación con línea de visión es una característica de la radiación electromagnética o la propagación de ondas acústicas , lo que significa que las ondas solo pueden viajar en una trayectoria visual directa desde la fuente hasta el receptor sin obstáculos. [1] La transmisión electromagnética incluye 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 generalmente 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 regreso a la Tierra por la ionosfera , lo que se denomina propagación de ondas ionosféricas o "salto", dando así a las transmisiones de radio en este rango un alcance potencialmente global.
Sin embargo, en frecuencias superiores a 30 MHz ( VHF y superiores) y en niveles más bajos de la atmósfera, ninguno de estos efectos es significativo. Así, cualquier obstrucción entre la antena transmisora ( transmisor ) y la antena receptora ( receptor ) bloqueará la señal, al igual que la luz que el ojo puede percibir. 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 visión". El punto de propagación más lejano posible se denomina "horizonte radioeléctrico".
En la práctica, las características de propagación de estas ondas de radio varían sustancialmente dependiendo de la frecuencia exacta y la intensidad de la señal transmitida (una función tanto de las características del transmisor como de la antena). Las emisiones de radio FM , en frecuencias comparativamente bajas, de alrededor de 100 MHz, se ven menos afectadas por la presencia de edificios y bosques.
Los transmisores de microondas de baja potencia pueden verse frustrados por las ramas de los árboles o incluso por fuertes lluvias o nieve. La presencia de objetos que no se encuentran en la línea de visión directa puede provocar efectos de difracción que interrumpan las transmisiones de radio. Para una mejor propagación, un volumen conocido como primera zona de Fresnel debe estar libre de obstrucciones.
La radiación reflejada desde la superficie del suelo circundante o del 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 de la pérdida lograda se conoce como ganancia de altura .
Consulte también Propagación sin línea de visión para obtener más información sobre las deficiencias en la propagación.
Es importante tener en cuenta la curvatura de la Tierra para calcular las trayectorias de la línea de visión a partir de mapas, cuando no se puede realizar una localización visual directa. Los diseños para microondas utilizaban anteriormente 4 ⁄ 3 de radio terrestre para calcular los espacios libres a lo largo del camino.
Aunque las frecuencias utilizadas por los teléfonos móviles (teléfonos celulares) están en el rango de visibilidad directa, todavía funcionan en las ciudades. Esto es posible gracias a una combinación de los siguientes efectos:
La combinación de todos estos efectos hace que el entorno de propagación de los teléfonos móviles sea muy complejo, con efectos multitrayectoria y un amplio desvanecimiento de Rayleigh . Para los servicios de telefonía móvil, estos problemas se abordan mediante:
Una jaula de Faraday está compuesta por un conductor que rodea completamente un área por todos 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 están bloqueadas en recintos metálicos sin ventanas que se aproximan a una jaula de Faraday, como cabinas de ascensores y partes de trenes, automóviles y barcos. El mismo problema puede afectar a las señales en edificios con mucho refuerzo de acero.
El horizonte de radio es el lugar 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 de radio sería un círculo.
El horizonte de radio de las antenas transmisora y receptora se puede sumar para aumentar el alcance de comunicación efectivo.
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:
Las fórmulas simples dan una aproximación del mejor de los casos a la distancia máxima de propagación, pero no son suficientes para estimar la calidad del servicio en cualquier ubicación.
En telecomunicaciones , el abultamiento 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 de 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 a lo largo del camino. [ cita necesaria ]
Suponiendo una esfera perfecta sin irregularidades del terreno, se puede calcular fácilmente la distancia al horizonte desde un transmisor de gran altitud (es decir, la línea de visión).
Sea R el radio de la Tierra y h la altitud de una estación de telecomunicaciones. La distancia d de la línea de visión de esta estación viene dada por el teorema de Pitágoras ;
Dado que la altitud de la estación es mucho menor que el radio de la Tierra,
Si la altura se da en metros y la distancia en kilómetros, [2]
Si la altura se da en pies y la distancia en millas terrestres,
El efecto habitual de la disminución de la presión de la atmósfera con la altura ( variación de presión vertical ) es doblar ( refractar ) las ondas de radio hacia la superficie de la Tierra. Esto da como resultado un radio terrestre efectivo , [3] aumentado en un factor de alrededor de 4 ⁄ 3 . [4] Este factor k puede cambiar de su valor promedio dependiendo del clima.
El análisis de distancia del vacío anterior no considera 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 refractivos de las capas atmosféricas, las trayectorias 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 utiliza un factor k en la ecuación anterior, modificado para que sea
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.
En condiciones climáticas normales, generalmente se elige k [5] como 4 ⁄ 3 . Esto significa que el rango máximo de servicio aumenta en un 15%.
para h en metros yd en kilómetros; o
para h en pies yd en millas.
Pero en tiempo tormentoso, k puede disminuir y causar una disminución en la transmisión. (En casos extremos , k puede ser menor que 1). Eso equivale a una disminución hipotética del radio de la Tierra y un aumento del abultamiento de la Tierra. [6]
Por ejemplo, en condiciones climáticas normales, el alcance de servicio de una estación a una altitud de 1500 m con respecto a receptores al nivel del mar se puede encontrar como:
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