Usuario:Radioudec/Taller

Zona de Fresnel

D es la distancia entre el emisor y el receptor;
r es el radio de la zona Fresnel.

Se denomina Zona de Fresnel (por el físico francés Augustin-Jean Fresnel) al volumen de energía finito entre un emisor y un receptor. La conexión entre estos es una onda electromagnética en la cual el desfase entre las ondas de dicho volumen no debe superar los 180°; debido a que una antena situada en un espacio libre radia energía de onda en la dirección deseada, esta energía posee una densidad de flujo de potencia y es de valor finito. En estas conexiones se presentan pérdidas por difracción las cuales ocurren por el bloqueo de ondas secundarias, causando el bloqueo de la energía de alguna de las zonas de Fresnel.​

Las zonas de Fresnel se encuentran sobre la superficie de un elipsoide de revolución, en dónde sus focos son el transmisor y el receptor, existen $N$cantidad de zonas de Fresnel. Dentro del elipsoide se debe evitar introducir atenuaciones adicionales a la onda de propagación para una mayor intensidad de campo, para esto no se deben tener obstrucciones y garantizar un 100% de despeje en la primera zona de Fresnel. En caso de que exista una sola obstrucción se presenta el modelo de difracción de filo de cuchillo el cual es el modelo más simple, y se explicara más adelante.​

Difracción

Principio de Huygens-Fresnel

En el foco de recepción se presenta una estructura de campo formada por la recepción de múltiples rayos, los cuales llegan por el mecanismo de propagación denominado difracción. Este mecanismo se da cuando obstáculos presentes en la trayectoria interfieren en la primera zona de Fresnel; los rayos emitidos por la antena transmisora inciden sobre estos obstáculos se difractan sobre estos y retoman su camino para llegar a la antena de recepción. Teniendo en cuenta la cantidad de obstáculos que interfieran en la primera zona de Fresnel, la geometría de estos, la profundidad con la que interfieren, el terreno, la vegetación, el valor de la constante $K$(valor asignado a la troposfera normal $K=4/3$) y la frecuencia de operación, los rayos difractados llegaran al punto de recepción con una amplitud y una fase que pueden generar así una interferencia constructiva (aumento en el nivel de la señal recibida) o destructiva (disminución en el nivel de la señal recibida).​

Principio de Huygens

El principio de Huygens nos permite explicar fenómenos ondulatorios relacionados con la propagación de la onda, este establece que cada punto del frente de una onda progresiva es la fuente de una nueva onda esférica secundaria, con la suma de estas ondas podemos determinar la forma de la onda en cualquier momento posterior, utilizando este principio también es posible calcular el campo electromagnético en cualquier punto del espacio..​

Geometría de las Zonas de Fresnel

La geometría de las zonas de Fresnel considera que el transmisor está separado del receptor en el espacio libre con una pantalla obstruyendo el enlace a una altura efectiva $h$ y con un ancho infinito que se encuentra a una distancia $d_{1}$del transmisor y a una distancia $d_{2}$ del receptor, entonces la diferencia entre la trayectoria de la línea de vista y el camino difractado se denomina longitud del camino en exceso ($\Delta$) , como se observar en la Figura 1. ​

Figura 1. Geometría de difracción cuando el transmisor y receptor no están a la misma distancia.

La longitud del camino en exceso, puede ser obtenido por la geometría de la Figura 1.​

$\Delta ={{\frac {h^{2}}{2}}{}{\frac {(d_{1}+d_{2})}{d_{1}d_{2}}}}$

Donde:

$h$ = altura efectiva de la pantalla.

$d_{1}$= distancia de la pantalla al transmisor.

$d_{2}$= distancia de la pantalla al receptor.

$\Delta$ = longitud de la trayectoria en exceso.

El desfase entre las dos trayectorias $d_{1}$ y $d_{2}$ corresponde a:

$\phi ={\frac {2\pi \Delta }{\lambda }}$

Remplazando $\Delta$ la ecuación queda:

$\phi ={\frac {2\pi h^{2}(d_{1}+d_{2})}{\lambda 2(d_{1}*d_{2})}}$

Debido a estas ecuaciones, se puede deducir que la diferencia de fase entre la linea de vista y el camino difractado es función de la altura y posición de la obstrucción, así como también de la posición de la antena transmisora y receptora. ​

Figura 2. Círculos concéntricos los cuales definen los limites de las zonas sucesivas.

Las zonas de Fresnel explican el concepto de pérdida por difracción en función de la diferencia de trayectoria alrededor de una obstrucción. Las zonas de Fresnel representan regiones sucesivas donde las ondas secundarias tienen una longitud de ruta desde el transmisor hasta el receptor que son de $n\lambda /2$ mayores que la longitud de ruta total de una ruta de la línea de vista. La figura 2 muestra un plano transparente ubicado entre un transmisor y un receptor. Los círculos concéntricos en el plano representan el lugar de los orígenes de las onditas secundarias que se propagan hacia el receptor de tal manera que la longitud total del camino aumenta en $\lambda /2$ para círculos sucesivos. Estos círculos se llaman zonas Fresnel. Las zonas sucesivas de Fresnel tienen el efecto de proporcionar alternativamente interferencia constructiva y destructiva a la señal recibida total. El radio del entonces círculo de la zona de Fresnel se denota por $r_{n}$. ​

$r_{n}={\sqrt {\frac {n\lambda d_{1}d_{2}}{d_{1}+d_{2}}}}$

Donde:

• $r_{n}$ = radio de la zona de Fresnel (n=1,2,3...).
  
• $d_{1}$ = distancia desde el transmisor al centro del elipsoide en metros.
  
• $d_{2}$ = distancia desde el centro del elipsoide al receptor en metros.
  
• $\lambda$ = longitud de onda de la señal transmitida en metros.

El radio de los círculos concéntricos depende de la posición del plano. Las zonas de Fresnel que se observan en la Figura 2. Tendrán un máximo de radio si el plano se ubica en la mitad del transmisor y receptor y se vuelve más pequeño a medida que se acerca a cualquiera de las dos antenas.​

Perdidas por difracción

En los sistemas de comunicación, las pérdidas por difracción ocurren por el bloqueo de ondas secundarias, tal que sólo una porción de la energía es difractada alrededor del obstáculo. Esta obstrucción causa el bloqueo de la energía de alguna de las zonas de Fresnel, es por esto, que solo una parte de la energía transmitida es alcanzada por el receptor. Dependiendo de la geometría de la obstrucción, la energía recibida es la suma de vectores de contribuciones de energía de todas las zonas de Fresnel no obstruidas. ​

Para expresar esto de manera cuantitativa, se usa la teoría clásica de difracción y se reemplaza cualquier obstrucción a lo largo del camino por un plano absorbente colocado en la misma posición. El plano es normal al camino directo y se extiende hasta el infinito en todas las direcciones, excepto verticalmente, donde se detiene a la altura de la obstrucción original ​. Esta expresión esta dada por:

${\frac {E_{d}}{E_{o}}}=F(v)={\frac {(1+j)}{2}}\int _{v}^{\infty }exp(-j{\frac {\pi }{2}}t^{2})dt$

Donde:

$E_{d}$ = Intensidad del campo eléctrico.
$E_{0}$ = Fuerza de campo del espacio libre en ausencia del suelo.
$F(v)$ = Integral compleja de Fresnel.
$v$ = Parámetro de difracción por dimensiones Fresnel-Kirchoff.

El parámetro de difracción por dimensiones Fresnel-Kirchoff $v$ se determina de la siguiente manera:

$v=h{\sqrt {\frac {2(d_{1}+d_{2})}{\lambda d_{1}d_{2}}}}$

Donde:

$h$ = Es la altura de la cima del obstáculo sobre la recta que une los dos extremos del trayecto.
$d_{1},d_{2}$ = Son las distancias desde los dos extremos del trayecto a la cima del obstáculo.
$\lambda$ = Longitud de onda de la señal.

Se observa que si la obstrucción se encuentra debajo de la línea de visión, entonces $h$, es negativa. Si el camino está realmente obstruido, $h$ es positiva. Esto suele llamarse difracción de filo de cuchillo y es el término utilizado para describir esta situación. ​

Modelo difracción filo de cuchillo

El efecto de filo de cuchillo o difracción de bordes se puede determinar con el principio de Huygens-Fresnel. En la propagación electromagnética se trata de un re-direccionamiento causado por la difracción de las ondas de radio al golpear sobre colinas, edificaciones u otro obstáculo cuyo ángulo es agudo. Aunque el cálculo de estas pérdidas en terrenos irregulares es un problema matemático complejo, se han realizado diferentes expresiones para las pérdidas de difracción en casos simples. Cuando la difracción es causada por un solo objeto, como una colina o edificación, la atenuación (perdida de potencia) causada por la difracción se puede estimar tratando la obstrucción como un filo de difracción. Este es el más simple de los modelos, y la pérdida de difracción en este caso se pueden estimar fácilmente utilizando la solución de Fresnel clásica para el campo detrás del filo de un cuchillo. La figura 3. ilustra este enfoque. ​

Figura 3. Geometría de difracción con filo de cuchillo.

Considere un receptor en el punto R. ubicado en la región sombreada. la intensidad de campo en el punto R. en la figura 4. es una suma vectorial de campos debido a todas las fuentes secundarias de Huygens en el plano sobre el filo de cuchillo.

La ganancia de difracción debido a la presencia de un filo en comparación con el campo E del espacio libre, viene dado por:​

$G_{d}(dB)=20L_{o}g|F(v)|$

La figura 4. nos muestra la pérdida (dB) causada por la presencia del obstáculo, en función de ν. Para ν mayor que –0,7, un valor aproximado puede obtenerse de la expresión:​

$J(v)=6.9+20Log{\sqrt {(v-0.1)^{2}+1}}+v-0.1$

Figura 4. Perdida de difracción de filo de cuchillo en función del parámetro de difracción de Fresnel v.

Pasos para determinar las perdidas por difracción de filo de cuchillo:

$Paso1:$ Calcular el parámetro geométrico ν mediante cualquiera de las ecuaciones anteriormente mencionadas.

$Paso2:$ Calcular el factor de pérdida $j(v)=10^{\frac {J(v)}{20}}$ asociado con cada arista mediante la ecuación anterior J(V).

$Paso3:$ Calcular la pérdida por difracción mínima Jmín mediante la expresión:

$Jmin(v)=-20Log({\frac {1}{j_{1}(v)}}+{\frac {1}{j_{2}(v)}}+{\frac {1}{j_{3}(v)}})dB$

$Paso4:$ Calcular la pérdida por difracción media Jav mediante la expresión:

$Jav(v)=-10Log({\frac {1}{j_{1}^{2}(v)}}+{\frac {1}{j_{2}^{2}(v)}}+{\frac {1}{j_{3}^{2}(v)}})dB$

Ejemplos de zona de Fresnel

La identificación de las zonas de Fresnel en radio enlaces, es posible mediante algunos software especializados para esto. Un ejemplo claro es el uso del software Radio-mobile. En sus tantas utilidades, también se encuentra el análisis de las zonas de Fresnel y el peor Fresnel que puede tener el sistema. En pocas palabras representa el peor escenario en el que un obstáculo obstruye las llamadas zonas de Fresnel en todo en enlace de radio.

Figura 5.Enlace realizado mediante el software radio-mobile

El peor Fresnel en el enlace hace referencia a la zona que se encuentra invadida por un objeto, para el caso de la Figura 5, la primera zona de Fresnel, se encuentra invadida en un 20%.

Para dar varios ejemplos de como como leer esta información en el software, se relacionan los siguientes:

• Peor Fresnel = 0,8F1 = 80% de la primera zona de Fresnel invadida.
• Peor Fresnel = 1,5F1 = segunda zona invadida totalmente y 50% de la tercera zona de Fresnel invadida.
• Peor Fresnel = 3,1F1 = cuarta zona invadida totalmente y 10% de la quinta zona de Fresnel invadida.

Cuando este dato se presenta en un radio enlace como un valor negativo, significa que la línea de vista está completamente obstruida y la Zona de Fresnel que se invade inicia desde la línea de vista hacia arriba.

Véase también

• Difracción
• Onda electromagnética

Referencias

• Cálculo entre dos antenas

Conductos Troposféricos

Figura 1: Conductos troposféricos.

Un conducto troposférico es un espacio en el cual una onda electromagnética con rangos de frecuencia que oscilan en las bandas de VHF(Very High Frequency) y UHF(Ultra High Frequency) queda confinada entre dos masas de aire, creando un efecto similar a las guías de onda. Estas masas de aire están superpuestas, esto debido a un cambio en la temperatura que ocurre en la noche por la ausencia de calor y de corrientes de convección, a esto se le conoce como inversión de temperatura, haciendo que el aire caliente pierda densidad y ascienda sobre el aire más frío cercano a la superficie terrestre, creando un conducto que da lugar a un fenómeno de súper refracción, este conducto se conoce como conducto de superficie, debido a que está próximo a la superficie de la tierra. En las primeras horas de la mañana, cuando la temperatura de la tierra aumenta empiezan a aparecer las corrientes de convección haciendo que el conducto generado anteriormente se convierta en un conducto elevado, esto, debido a que las dos masas de aire se vuelven una atmosfera homogénea por el efecto de las corrientes de convección. ​ ​

Definición

Los conductos troposféricos hacen referencia a un fenómeno que, como su nombre lo indica, se origina en la capa troposférica de la tierra. Este fenómeno sucede cuando dos masas de aire se superponen a causa de que hay una inversión de temperatura, pero, no hay una inversión en el índice de refracción. La inversión de temperatura sucede al anochecer debido a que no hay ninguna fuente externa de calor, tampoco hay corrientes de convección generadas por la convección natural que se presenta por el sol, esto hace que la temperatura de la superficie se empiece a disipar. Cuando este evento inicia el aire caliente pierde densidad y se superpone al aire frío. Al momento de ocurrir esta superposición de masas de aire se da lugar al fenómeno de súper refracción entre las capas de aire densas y menos densas, formando así un conducto cercano a la superficie terrestre, este conducto se conoce como conducto de superficie, llamado así, porque su ubicación tiende a estar cercana en la superficie terrestre.​

Al iniciar el día, cuando el sol calienta nuevamente la superficie terrestre, empiezan a surgir las corrientes de convección, haciendo que las dos masas de aire sean menos densas, ascendiendo de la superficie, convirtiendo los conductos de superficie en conductos elevados.​

Los conductos troposféricos tienden a formarse en países cercanos al ecuador y climas cálidos, en climas templados y fríos la posibilidad de formación de conductos decrece, esto se debe a factores como la humedad, la disminución de la temperatura y la densidad del aire.​

Las ondas electromagnéticas que quedan confinadas en los conductos troposfericos tienden a tener valores que oscilan en las bandas de VHF y UHF, debido a que aquí se manejan gran parte de las telecomunicaciones que existen en el planeta. Un conducto puede también ser comparado con una guía de ondas de microondas, en la cual el conducto no propagará señales cuya longitudes de onda sean demasiadas largas en relación con su profundidad vertical. En la siguiente tabla se observan los espesores mínimos de conductos, con relación a la frecuencia y la longitud de onda que son aproximadamente: ​

f (MHz)	$\lambda$ (m)	Espesor mínimo de los conductos(m)
50	6	400
70	4	300
144	2	200
432	0,7	100
1300	0,23	50

Refracción Atmosférica

Indice de Refracción Troposférica

Las ondas de radio en la tropósfera sufren refracción debido a cambios de temperatura, presión y vapor

$N=(n-1)*10^{6}$

$n$: Índice de refracción de la troposfera.

$n(0)\approx 1,00289$

$n(1)\approx 1,00250$

Cuando nos referimos a $n(0)$ y $n(1)$ nos referimos a término seco y termino húmedo respectivamente

Ejemplo:

$n=1,000625$

$N=(1,000625-1)*10^{6}$

$N=625und$

El índice es muy próximo a la unidad, pero existe una pequeña discrepancia que depende de las condiciones atmosféricas, podemos identificar que el aire caliente tiene mayor posibilidad de contener vapor de agua a diferencia del frio por lo tanto tendrá una mayor variación en su índice de refracción.

Súper-Refracción

La súper-refracción puede ocurrir en un intervalo $\ N$ de altura limitada en la troposfera. Con la súper-refracción, el índice refractivo disminuye a una velocidad cuatro veces el tiempo de la refracción estándar. Para esto se deben tener en cuenta las condiciones climáticas propicias para la súper-refracción.​

Dónde:

${\frac {dN}{dh}}=77.6\left[{\frac {1}{T}}{\frac {dp}{dh}}-\left({\frac {p}{T^{2}}}+{\frac {9620e}{T^{3}}}\right){\frac {dT}{dh}}+{\frac {4810}{T^{2}}}{\frac {de}{dh}}\right]m^{-1}$

Dónde:

${\frac {dN}{dh}}$= cambio vertical del índice refractivo de una altura $h$

$h$= Altura

$p$= Presión

$T$= Temperatura

$e$= Humedad

De la ecuación se deduce que el cambio vertical del índice refractivo a una altura $h$ y tasa de tiempo se determinan por factores como cambios de presión, temperatura, humedad. Aunque $\ P$, $\ T$ y $\ e$ varían con la altura, su valor numérico tiene un mayor efecto en el cambio del índice refractivo. ​

La presión del aire disminuye con la altura y su cambio depende solo un poco de las condiciones del clima. Por lo tanto, el primer término en la ecuación es casi constante y negativo, en contraste de los cambios de temperatura y humedad los cuales son muy dependientes del clima.​

Como vimos también en otras secciones, bajo ciertas condiciones climáticas, lo que se conoce como inversiones de temperatura puede ocurrir; en lugar de disminuir con la altura como es habitual la temperatura aumenta dentro de un intervalo particular.​

Entre las condiciones propicias para la súper-refracción, es decir, valores negativos anormalmente altos de $dN/dh$, son las inversiones de temperatura más altas y un lapso de humedad extremadamente elevada según la altitud. De los dos factores de inversión el más importante y decisivo es la temperatura.​ Existen inversiones superficiales e inversiones elevadas:

Las inversiones de temperatura pueden causar procesos de advección, enfriamiento de la superficie de la tierra a través de la radiación y compresión de masas de aire. En un proceso de advección, puede soplarse un cuerpo de aire seco y caliente sobre una capa de aire más fría (inversión elevada) o sobre un suelo subyacente más frío y como consecuencia, sobre una capa de aire enfriada (debido al contacto con la superficie de la Tierra). Este tipo de inversión se debe observar a principios de primavera en regiones más cálidas de la tierra sobre el suelo aún cubierto por la nieve.​

Otro ejemplo de advección se muestra esquemáticamente en inversión de temperatura por advección ("figura 3"). En el día, la tierra se calienta más rápido que el mar, debido a la diferencia en el calor específico. Cuando un cuerpo de aire cálido y seco sopla desde la tierra sobre el mar más frío, el aire adyacente al agua se enfría y se produce una inversión de temperatura. Además, es posible que se produzca una evaporación o se puedan extraer gotas de agua de las crestas de las olas, por lo que la humedad aumenta cerca de la superficie y disminuye con la altura.​

Figura 3: Inversión de temperatura por adición

El proceso de propagación de ondas de radio en condiciones de super-refracción afecta un volumen de la troposfera (“Figura. 4”) que se extiende desde la superficie de la tierra a una altura $h_{0}$.

Figura 4: Propagación de radio en el caso de súper-refracción.

La antena de transmisión está ubicada en el punto A. a partir de los ángulos de elevación grandes 1 y 2 sometido a refracciones parciales que pasan a través del límite superior del volumen de la troposfera sin quedar atrapado en esta. Los rayos que comienzan con un angulo de elevación $\alpha _{c}$ se devuelven horizontalmente a la tierra a una altura ± $h_{0}$.. El radio de curvatura de la trayectoria del rayo es igual al radio de la Tierra como se muestra en 3. Todos los rayos emitidos dentro del sector ± $\alpha _{c}$ quedarán atrapados por la región de super-refracción y luego se obtendrán rangos generalmente anormales más allá de la línea de visión. Uno de estos rayos comienza en un angulo de elevación α4 el cual esta referenciado como 4 en la figura. Este rayo experimenta una refracción interna total a una altura menor que $h_{0}$, se refleja desde la superficie de la tierra, traza el mismo camino que antes, y así sucesivamente, a lo largo de toda la región de super-refracción, a su vez es posible encontrar un ángulo de elevación negativo $-\alpha _{4}$, en el cual el rayo primero se reflejará desde la superficie de la Tierra y luego trazará un camino similar al que se acaba de describir. Este camino está marcado 4'. Las líneas discontinuas representan los rayos 5 y 5' comenzando en ángulos de elevación iniciales aún más pequeños y experimentando una reflexión interna total en altitudes más bajas. ​

La propagación de radio en condiciones de súper-refracción se parece a la de las guías de onda dieléctricas. La superficie de la tierra que conduce de manera imperfecta actúa como la pared inferior de tal guía de onda, el límite superior de la región súper-refractiva, como su pared superior. Al igual que con una guía de onda dieléctrica, el índice de refracción dentro de la región de súper-refracción tiene un valor mayor que el de arriba. La diferencia es que, mientras en una guía de onda dieléctrica, el rayo es individual y experimenta una reflexión interna total desde las paredes superior e inferior, en una región súper-refractiva experimenta una reflexión ordinaria desde la superficie de la Tierra que conduce de manera imperfecta y una reflexión interna total desde el volumen súper-refractivo cuya altitud es diferente para diferentes ángulos de elevación​.

Debido a esta analogía, las regiones súper-refractivas en la troposfera a menudo se denominan guías de onda troposféricas o conductos troposféricos, y la propagación de radio en condiciones de súper-refracción se denomina canalización o modo canalizado​.

Hay una analogía aún más profunda entre las guías de onda dieléctricas y troposféricas. Al igual que con las guías de onda dieléctricas, la condición para que las ondas se apoyen en un conducto troposférico es que la longitud de onda no debe exceder de $\lambda _{c}$, la cual es la longitud de onda de corte. Para los casos más comunes, existe la siguiente relación entre la longitud de onda de corte y la altura de la superficie troposférica​.

$\lambda _{c}=8.5*(h_{0}(m))^{\frac {3}{2}}*10^{-4}m$

Dónde:

$h_{0}$ = Altura de la superficie troposférica.

$\lambda _{c}$ = Longitud de onda de corte.

Las longitudes de onda de corte que satisfacen la siguiente ecuación se muestran en la siguiente tabla:

$h_{0}(m)$	6	24	120	600
$\lambda _{c}(m)$	0.01	0.1	1	10

Tabla. 1 longitudes de onda de corte de conductos troposféricos como función de la altura del conducto​.

Del análisis de los perfiles de índice de refracción basados en observaciones, se deduce que la altura de los conductos troposféricos suele medirse en metros y decenas de metros y casi nunca supera los 200 metros. Por lo tanto, los conductos troposféricos solo pueden soportar ondas ultra-cortas, principalmente en decímetros y bandas centimetricas. En casos inusuales, un conducto de troposfera puede guiar ondas de dos o tres metros de largo. La duplicación troposférica también puede tener algún efecto sobre la propagación de ondas métricas que exceden la longitud de onda de corte, lo que genera el campo recibido. La canalización no tiene ningún efecto en longitudes cortas, medias y largas​.

El enfoque de trazado de rayos en la conducción troposférica de las ondas ultra-cortas proporcionan solo un valor aproximado de la longitud de onda de corte, pero no sirve para encontrar la función de atenuación. Por lo tanto, la función de atenuación se debe encontrar resolviendo las ecuaciones de Maxwell para condiciones de límite adecuadamente especificas​.

Una solución al problema de la propagación por radio fue obtenida en 1946 por Krasnushkin ​. quién usó el método de modo normal. Se refirió a la posibilidad de conductos sobre la superficie de la tierra debido a los efectos del clima antes de que los conductos troposféricos se observaran experimentalmente.

Este problema ha sido tratado por varios autores extranjeros, incluidos Booker y Walkinshaw ​, Pekeris y Ament ​.

Como una técnica para las comunicaciones de radio de larga distancia por Tierra se implementan las bandas decimétricas y centimetricas, la canalización tiene un valor limitado, ya que es una ocurrencia extremadamente aleatoria. Sin embargo, las condiciones son más uniformes en algunas áreas, como las regiones del Mar Arábigo y los vientos alisios, la propagación por ductos puede ocurrir a ciertas horas del día de manera bastante regular​.

En cuanto a la súper-refracción como tal, puede resultar en rangos de propagación inesperadamente anormales, introduciendo interferencias imprevistas. Esta es la razón por la que es importante tener en cuenta una súper-refracción en la ubicación y asignación de frecuencia para transmisores UHF y SHF​.

Clasificación de Conductos

Conductos de Superficie

Los conductos de superficie se generan cuando un gradiente con pendiente negativa en el índice de refracción se forma inmediatamente por encima del suelo o del mar (Figura 5), atrapando las ondas de radio por refracción desde arriba y por reflexión desde la superficie inferior. En una atmósfera normal, la temperatura del aire y el punto de rocío, o índice de refracción, disminuyen con la altura sobre el suelo.

Figura 5. Típicos perfiles de temperatura, punto de roció y el indice de refracción con base a la altura.

Cuando la temperatura aumenta con la altura en lugar de disminuir de manera normal,se le denomina "Inversión de Temperatura". El efecto del índice de refracción de radio es hacer disminuir bruscamente el límite de inversión, inclinando las ondas de radio hacia abajo y atrapándolos sobre la superficie ​

Las inversiones que ocurren cerca de la superficie se forman frecuentemente cuando la tierra se enfría rápidamente bajo cielos claros, enfriando la capa de aire en contacto con el suelo. Esto se llama una inversión por radiación y por lo general resulta en neblina. Los conductos de superficie no se propagan bien sobre la tierra, siendo el suelo un reflector relativamente con muchas pérdidas, cubiertos con obstáculos que absorben y dispersan las ondas de radio. Sin embargo, los conductos se producen con bastante frecuencia sobre el mar, ya que es un buen reflector cuando las mareas están bajas, permitiendo que los conductos marinos se propaguen a grandes distancias y con pocas pérdidas.​

Tales conductos son de 15 metros de altura, lo que limita la propagación de las bandas de microondas, pero los conductos de evaporación más profundas son capaces de propagar las frecuencias más bajas que rara vez se producen.​

Los Conductos Elevados

Se forman cuando hay doble discontinuidad en el índice de refracción (figura 6), En este caso, las ondas se doblan hacia arriba desde el límite inferior del conducto y hacia abajo desde el límite superior. Por lo tanto, las ondas pueden ser guiadas sobre terreno irregular hasta que el conducto se rompa por montañas y otros obstáculos o hasta donde el conducto no pueda seguir.

Estos conductos se crean a alturas en un rango entre 450 metros y 2000 metros y tienen el origen de las aberturas troposféricas por tierra más largas, esto significa que a distancias más largas se pueden trabajar por medio de los conductos elevados sobre el mar.

Si bien los conductos troposféricos pueden presentarse muchas veces al año en la banda de 144 MHz, aunque en frecuencias bajas como 70 MHz o menores son pocos los registros que se tienen de conductos troposféricos y se presentaron en Reino Unido.​

El efecto que producen los conductos elevados es conocido como “saltar”, el cual lleva las señales a través de las estaciones debajo del conducto, de este modo la propagación se hace más fuerte entre las áreas específicas. En algunos casos es tan marcada que se parece a la apertura de propagación esporádica-E, en la cual se propagan señales en muchas direcciones, mientras que los conductos troposféricos tienden a ocurrir en direcciones específicas. Los conductos pueden ser estables durante un lapso muy amplio, que va desde horas hasta días; la capa más transitoria es la esporádica-E.

Los conductos menos desarrollados o con “fugas” no producen las señales más fuertes, para ello se hacen estaciones de permisos a distancias intermedias para acoplarlas y así proporcionar una mayor extensión geográfica de DX.​

Figura 6. Indice de refracción de radio en función a la altura, con la variación de la temperatura pero con la condición de un conducto elevado.

Modelo De Seis Rayos

El modelo de seis rayos es el planteamiento matemático realizado a partir de la geometría en los tres primeros rayos que describen las perdidas entre una antena trasmisora y un receptor, generalmente la antena receptora tiene alturas iguales o diferentes respecto al transmisor y cada rayo contiene su respectivo reflejo, los tres rayos directos se ven de una perspectiva superior y los reflejados se ven desde un enfoque lateral de las antenas por lo que estas están debajo de los rayos directos. Los primeros dos rayos directos tienen dos reflexiones donde cada uno choca con cada edificación que separa la calle o SW (pared única reflejada) y el otro es un rayo que va directo al receptor conocido como LOS (línea de vista).​

Deduccion Matematica

Análisis para antenas de alturas iguales ubicadas en el centro de la calle.

Geometría del modelo de 6 rayos con ubicación de antenas en la mitad de la calle

Vista angular del seis rayos transmitidos con choque en la pared para antenas de igual altura

Teniendo en cuenta que la altura no presenta variación en las antenas entonces h_Tx = h_Rx = h, por lo cual se determina que para los siguientes dos rayos que se reflejan en una ocasión en la pared, el punto en el cual chocan es igual a dicha altura h. Así mismo por cada rayo que se refleja en la pared existe otro rayo que se refleja en el suelo en un número igual a las reflexiones en la pared más uno, en dichos rayos existen distancias diagonales por cada reflexión y la sumatoria de dichas distancias es denominada d’.

Al estar ubicadas en el centro de la calle la distancia entre las antenas (T_X y R_X) y las edificaciones a lo ancho de las calles son iguales en ambos lados por lo que W_t1= W_r1= W_t2= W_r2, definiendo así una sola distancia W.

El modelo matemático de propagación de seis rayos se basa en el modelo de dos rayos, para encontrar las ecuaciones de cada rayo involucrado. La distancia d que separa las dos antenas, es igual al primer rayo directo R₀ o línea de vista (LOS), es decir:

$R_{0}=d$

Vista lateral de seis rayos transmitidos con choque en la pared y de pared al receptor para antenas de igual altura.

Para el rayo reflejado por debajo de este R0 se aplica el teorema de Pitágoras, en el triángulo rectángulo que se forma entre la reflexión de R0 como hipotenusa y el rayo directo obteniendo:

$R_{0}={\sqrt {d^{2}+(2h)^{2}}}$

Para R₁ se vuelve a aplicar el teorema de Pitágoras, pero sabiendo que uno de los catetos es el doble de las distancias entre el transmisor y el edificio debido a la reflexión de w y la distancia diagonal a la pared:

$R_{0}^{'}={\sqrt {d^{2}+(2w)^{2}}}$

Para R1 se multiplica dos veces el segundo rayo pero se tiene en cuenta que la distancia es la mitad de la distancia del tercer rayo para formar el triángulo equivalente teniendo en cuenta que d₁ es el la mitad de la distancia de R₁ debe ser la mitad de la distancia de línea de vista d:

$R_{1}^{'}=2*{\sqrt {\left({\frac {R_{1}}{2}}\right)^{2}+(2h)^{2}}}$

Para R₂ y R₂<meta />' la deduccion y las distancias son iguales por lo tanto:

$R_{2}=R_{1}$

$R_{2}^{'}=R_{1}^{'}$

Análisis Para Antenas De Alturas Iguales Ubicadas En Cualquier Punto De La Calle.

Geometría del modelo de 6 rayos con ubicación de antenas de igual alturas en cualquier punto de la calle en vista superior.

Debido a que el rayo directo LOS no varía y no se presenta variacion angular entre los rayos, la distancia de los dos primeros rayos R0 y R0' del modelo no varían y se deducen según el modelo matemático para dos rayos​. Para los cuatro rayos restantes se aplica el siguiente procedimiento matemático:

R₁ se obtiene la siguiente a través del análisis geométrico de la vista superior del modelo y aplicando el teorema de Pitágoras en los triángulos, teniendo en cuenta que las distancias entre la pared y las antenas W_t1, W_r1, W_t2, W_r2 son distintas:

$R_{1}={\sqrt {d^{2}-(w_{r2}-w_{t2})^{2}+(w_{r2}+w_{r2})^{2}}}$

Por semejanzas de triángulos en la vista superiosr del modelo se determina la ecuación de R₁<meta />':

$d^{'}={\sqrt {d^{2}-(w_{r2}-w_{t2})^{2}}}$

${\frac {a}{d^{'}}}={\frac {w_{r2}}{w_{t2}+w_{r2}}}$ $a={\frac {d^{'}w_{r2}}{\left(w_{t2}+w_{r2}\right)}}$

$x={\sqrt {(w_{t2})^{2}+a^{2}}}$ $y=R_{1}-x$

$R_{1}^{'}={\sqrt {x^{2}+(2h)^{2}}}+{\sqrt {y^{2}+(2h)^{2}}}$

Para R₂ y R₂<meta />' la deduccion y las distancias son iguales por lo tanto:

$R_{2}=R_{1}$

$R_{2}^{'}=R_{1}^{'}$

Análisis Para Antenas De Alturas Diferentes Ubicadas En La Mitad De La Calle.

Vista angular de dos rayos transmitidos con choque en la pared en antenas de diferentes alturas.

Para antenas de diferentes alturas con rayos que rebotan en la pared, se observa que la pared es el punto medio donde los dos rayos transmitidos caen sobre dicha pared. Esta pared tiene una altura media entre las alturas del T_X y el R_X es decir más pequeña que el del transmisor y más alta que el receptor y esta altura es donde los dos rayos impactan en este punto, luego rebotan hacia el receptor. El rayo reflejado deja dos reflexiones, una que posee la misma altura de la pared y otra la del receptor, y el rayo de línea de vista mantiene su misma dirección entre el T_X y el R_X. La distancia diagonal d´ que separa las dos antenas se divide en dos distancias por medio de la pared una se denomina a y otra la d-a.​

Análisis Para Antenas De Alturas Diferentes Ubicadas En Cualquier Punto De La Calle.

Vista lateral de dos rayos transmitidos con choque en la pared y de pared al receptor

Vista angular de dos rayos transmitidos reflejados desde la pared hasta el receptor

Para el modelo matemático de la propagación de seis rayos para antenas de alturas diferentes ubicadas en cualquier punto de la calle, se basa en la figura 2 para encontrar las ecuaciones de cada rayo involucrado de este modelo, cada antena tiene una altura diferente, entonces h_Tx ≠ h_Rx, hay una distancia directa d que separa las dos antenas, el primer rayo se forma aplicando teorema de Pitágoras desde la diferencia de alturas de las antenas con respecto a la línea de vista:

$R_{0}={\sqrt {d^{2}+(h_{t}-h_{r})^{2}}}$

El segundo rayo o el rayo reflejado se hace similar el primer rayo pero se suma las alturas de las antenas para formar el triángulo rectángulo por la reflexión de la altura del transmisor:

$R_{0}^{'}={\sqrt {d^{2}+(h_{t}+h_{r})^{2}}}$

Para deducir el tercer rayo se halla el ángulo entre la distancia directa d y la distancia de línea de vistas R₀

$\cos \theta ={\frac {h_{t}-h_{r}}{R_{0}}}$

Ahora se deduce la altura que resta de la pared con respecto a la altura del receptor llamado z por semejanza de triángulos:

${\frac {z}{a}}={\frac {h_{t}}{d^{'}}}$ $z={\frac {h_{t}~a}{d^{'}}}$

Por semejanzas de triángulos 6 se puede deducir la distancia donde choca el rayo a la pared hasta la perpendicular de receptor llamado a obteniendo:

${\frac {a}{w^{t2}}}={\frac {d^{'}}{w_{t1}+w_{r1}}}$ $a={\frac {d^{'}w_{t2}}{\left(w_{t1}+w_{r1}\right)}}$

$R_{1}={\frac {{\sqrt {(h_{t}-h_{r}-z)^{2}+(d^{'}-a)^{2}}}+{\sqrt {z^{2}+a^{2}}}}{\cos \theta }}$

Por semejanzas de triángulos se deduce la ecuación del cuarto rayo observando la:

$R_{1}^{'}={\frac {{\sqrt {(h_{t}+h_{r}+z)^{2}+(d^{'}-a)^{2}}}+{\sqrt {(2h_{r}+z)^{2}+a^{2}}}}{\cos \theta }}$

Para R₂ y R₂<meta />' la deduccion y las distancias son iguales por lo tanto:

$R_{2}=R_{1}$

$R_{2}^{'}=R_{1}^{'}$

Perdidas Por Trayectoria De Espacio Libre

modelamiento de las perdidas por trayectoria de espacio linbre en el modelo de 6 rayos cuando la distacia de la pared y las alturas son distintas.

Se considera una señal transmitida a través del espacio libre a un receptor situado a una distancia d del transmisor. Asumiendo que no hay obstáculos entre el transmisor y el receptor, la señal se propaga a lo largo de una línea recta entre las dos. El modelo de rayo asociado con esta transmisión se llama línea de vista (LOS), y la señal recibida correspondiente se llama señal de LOS​.

La pérdida de trayectoria por espacio libre del modelo de seis rayos en el espacio libre está definida como:

$p_{0}(t)={\sqrt {(G_{i}G_{R})}}{\frac {\lambda }{4\pi }}\left({\frac {\exp(j*2\pi *R_{0}/{\lambda })}{R_{0}}}+\Gamma {\frac {\exp(j*2\pi *R_{0}^{'}/{\lambda })}{R_{0}^{'}}}\right)$

$p_{1}(t)={\sqrt {(G_{i}G_{R})}}{\frac {\lambda }{4\pi }}~\Gamma _{1}\left({\frac {\exp(j*2\pi *R_{1}/{\lambda })}{R_{1}}}+\Gamma {\frac {\exp(j*2\pi *R_{1}^{'}/{\lambda })}{R_{1}^{'}}}\right)$

$p_{2}(t)={\sqrt {(G_{i}G_{R})}}{\frac {\lambda }{4\pi }}~\Gamma _{1}\left({\frac {\exp(j*2\pi *R_{2}/{\lambda })}{R_{2}}}+\Gamma {\frac {\exp(j*2\pi *R_{2}^{'}/{\lambda })}{R_{2}^{'}}}\right)$

$P_{L}~(dB)=20\log \left|~\sum _{i=0}^{N}P_{i}~\right|$

Referencias

[[Categoría:Comunicaciones inalámbricas]] [[Categoría:Comunicaciones inalámbricas]] [[Categoría:Telecomunicaciones]] [[Categoría:Atmósfera]]

PROPAGACIÓN ATMOSFÉRICA

La forma más común de propagación de UHF (Ultra High Frecuency) y VHF (Very High Frecuency), se presenta debido a los cambios de índice de refracción dentro de la troposfera. Existen tres tipos de propagación troposférica los cuales ocurren exclusivamente en los kilómetros más bajos de la troposfera, donde la densidad del aire y el contenido de vapor de agua son mayores. La refracción troposférica es donde las ondas de radio quedan atrapadas dentro de canales limitados por cambios bruscos en el índice de refracción, los conductos troposféricos están presentes donde una onda de radio queda atrapada entre dos canales limitados por cambios abruptos en el índice de refracción y la dispersión troposférica surge de variaciones a pequeña escala en el índice de refracción.​

Propagación troposférica

Sin importar las condiciones en la troposfera se puede conducir a una distribución del índice de refracción con altura materialmente diferente al estado promedio. Obviamente el efecto de refracción será igualmente diferente. La clasificación de formas de refracción depende de las ecuaciones de N, dN/dh, R, a’ y k. Por conveniencia las ecuaciones serían las siguientes:

• $R={\frac {-1000000M}{\frac {dN}{dh}}}$

• $a'={\frac {a}{1-a/R}}$

• $k={\frac {a'}{a}}$

$n$: índice de refracción, es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio en el que se calcula.

$N$: unidades análogas al índice de refracción, equivalentes a (n - 1) *10^6.

${\frac {dN}{dh}}$: variación de las unidades $N$ respecto a la altura (unidades: $m^{-1}$), representa un cambio de las unidades $N$ y nos indica cómo están variando respecto a la altura.

$R$: Radio de curvatura (unidades: $m$), s una magnitud que mide la curvatura de un objeto geométrico tal como una línea recta.

$a'$: Radio prima de la tierra (unidades: m), en la geometría analítica el radio equivalente es igual a la diferencia entre el cociente de la unidad dividido el radio menos el cociente de la unidad dividido el radio de curvatura.

$k$: cociente entre el radio relativo de la tierra y el radio absoluto de la tierra.

Para conocer la forma de propagación de un haz electromagnético en un medio, se deben tener en cuenta aspectos tales como el índice de refracción, la temperatura, la presión; dado que estos valores son dependientes de la altura designar una refracción en todo el espacio analizado (atmósfera) sería muy impreciso, la siguiente tabla presenta las características y límites que poseen los diferentes fenómenos de refracción en función del cambio de unidades N respecto a la altura, en la siguiente tabla tenemos: refracción negativa, refracción nula, sub-refracción, refracción estándar, refracción aumentada, refracción crítica y súper-refracción.

N#	TIPO DE REFRACCIÓN	${\frac {dN}{dh}}$	$R$	$a'$	$k$	FORMACIÓN DE REFRACCIÓN
A	Positiva	>0	<0	<6.37*10$^{6}$	<1	Tierra
B	Nula	0	infinito	6.37*10$^{6}$	1	Tierra
C1	Sub refracción	0 a -0.04	infinito a 2.5*10$^{7}$	6.37*10$^{6}$ a 8.5*10$^{6}$	1 a 4/3	Tierra
C2	Refracción estándar	-0.04	2.5*10$^{7}$	8.5*10$^{6}$	4/3	Tierra
C3	Refracción aumentada	-0.04 a -0.157	2.5*10$^{7}$ a 6.37*10$^{6}$	8.5*10$^{6}$ a infinito	4/3 a infinito	Tierra
C4	Refracción critica	-0.157	6.37*10$^{6}$	infinito	infinito	Tierra
C5	Super rafracción	<-0.157	<6.37*10$^{6}$	<0	<0	Tierra

                         Tabla. 1 Tipos de refracciones en la atmósfera terrestre

Caso A: en este caso la forma de refracción es negativa, nuestro $dN/dh$ es mayor a cero, lo que nos indica que el radio de curvatura $R$ es menor a cero, nuestro radio equivalente es menor al radio absoluto de la Tierra $<6.37*10^{6}m$ por consiguiente $k$ < 1, y la forma en la que se propaga la onda electromagnética es hacia fuera de la atmósfera (centrífuga), el tipo de refracción es Positiva.

Caso B: la forma de refracción es nula, $dN/dh$ es igual a cero, lo que nos indica que el radio de curvatura posee una tendencia a infinito y nuestro radio equivalente es igual a $6.37*10^{6}m$ lo que nos da un k igual a la unidad, y el sentido de la propagación es una línea recta.

Caso C1: nuestro $dN/dh$ posee límites varía entre 0 y -0.04, por consiguiente, nuestro radio de curvatura se encuentra entre infinito y $2.5*10^{7}m$; nuestro radio efectivo está entre $6.37*10^{6}m$ y $8.5*10^{6}m$ lo que nos indica que $k$ varía entre 1 y 4/3 respectivamente, y el rayo intenta ser centrifugo, el rayo posee sub refracción o positiva.

Caso C2: $dN/dh$ es equivalente a -0.04 con un radio de curvatura de $2.5*10^{7}m$, nuestro radio efectivo de $8.5*10^{6}m$ y un respectivo $k$ de 4/3, y el rayo intenta ser centrifugo, su tipo de propagación es estándar.

Caso C3: nuestro $dN/dh$ posee límite entre -0.04 y -0.157, por consiguiente, nuestro radio de curvatura se encuentra entre $2.5*10^{7}m$ y $6.37*10^{6}m$ respectivamente, nuestro radio efectivo esta entre $8.5*10^{6}m$ e infinito lo que nos indica que $k$ varía entre 4/3 e infinito, y el rayo intenta ser centrifugo, el tipo de propagación es aumentada.

Caso C4: $dN/dh$ es equivalente a -0.157 con un radio de curvatura de $6.37*10^{6}m$, nuestro radio efectivo tiende a infinito y nuestro respectivo k también tiende a infinito, este particular caso se llama refracción critica, y dadas las condiciones previamente mencionadas, el rayo viaja centrífugamente teniendo una distancia constante entre la superficie de la tierra y su trayectoria, en otras palabras, viaja sobre la superficie de la tierra sin alteraciones en su trayectoria.

Caso C5: $dN/dh$ es menor a -0.157 con un radio de curvatura de menor a $6.37*10^{6}m$, nuestro radio equivalente menor a cero y un $k$ menor a cero, en este caso el tipo de refracción es llamada super refracción, esto efectúa una curvatura en el haz electromagnético el cual genera que la onda golpee la superficie terrestre y rebote con un ángulo de incidencia.

Como vemos en conclusión encontramos tres posibles casos: la subrefracción denotada en la tabla como “negativa”, donde la variación de las unidades $N$ respecto a la altura es positiva, refracción estándar que consiste en tener un $dN/dh$ entre 0 y -0.157, y por último tenemos el fenómeno de súper-refracción el cual su característica radica en tener un $dN/dh$ entre -0.157 e infinito negativo, esta última es una característica principal del conducto troposférico. Las condiciones atmosféricas reales rara vez se aproximan a la atmósfera estándar. cambios del índice de refracción entre $dN/dh$ = 0 y $dN/dh$ = -79 unidades / km se consideran normales en la atmósfera. Si $dn/dh$ disminuye más rápidamente que -79 unidades / km, esto nos indica que la superefracción está teniendo lugar. La subrefracción se produce cuando el índice de refracción aumenta con la altura, es decir un $dN/dh$ positivo, doblando las ondas lejos de la tierra, de modo que las señales se vuelven anormalmente débiles o desaparecen por completo. Este comportamiento es expresado en la figura de Índice de refracción de radio con respecto a la altura de en condiciones normales y atmósfera estándar.​

índice de refracción de radio con respecto a la altura de en condiciones normales y atmósfera estándar

Dispersión troposférica

La dispersión troposférica es aquella que surge de las variaciones que se presentan en el índice de refracción de la troposfera; estos cambios en dicho índice se generan por las células convectivas y algún tipo de viento fuerte, los conocidos como “turbulencias”, presentándose tales irregularidades entre la troposfera y la estratosfera.

Las diferencias de contenido de vapor de agua provocan que el índice de refracción cambie en la troposfera inferior, pero a mayores alturas debido al bajo nivel de humedad las variaciones son gracias a los cambios de temperatura, pero presentándose en una menor medida. El índice de refracción es independiente de la frecuencia en la gama completa de VHF y UHF, pero la dispersión troposférica si es dependiente de esta, ya que el poder de dispersión de un “objeto”, masa de aire con índice de refracción distinto al aire que lo rodea, varia con su tamaño relacionándose con la longitud de onda.​

Dispersión lateral troposférica

La dispersión en la región de la atmósfera donde se puede ver desde ambos lados del trayecto es la conocida como la dispersión lateral troposférica y su perdida durante dicho trayecto es predicha por la siguiente fórmula:

$L_{sc}=-694.5+30log(f)+log(R)-10A-0.2N(dB)$​

$F$: Frecuencia (MHz).

$R$: Distancia (km).

$A$: Ángulo de dispersión proyectada por la dirección de la señal que tiene que ser cambiada.

$N$: Índice de refracción del radio de la superficie.

Dispersión frontal troposférica

Aunque no son del todo reconocidos, se pueden llegar a definir como el modo de propagación principal de los contactos VHF DX rutinarios, que se realizan en la mayoría de las direcciones durante casi todos los días y no requieren superefracción.

En la mayoría de las bandas de VHF, las células son atravesadas por muchas longitudes de onda, tendiendo así a refractar y no a presentarse dispersión. Gracias a que las variaciones en el índice de refracción son pequeñas y la célula en tamaño es pequeña, en términos de longitud de onda, el poder de refracción es débil y el frente de onda se somete a cambios muy ligeros de dirección.

Retrodispersión troposferica

Es la forma extrema de dispersión gran angular y presenta perdidas ligeramente inferiores a la dispersión lateral. La retrodispersión troposférica es un modo menso útil de propagación, solo siendo beneficioso su uso cuando el camino directo es bloqueado por grandes obstáculos.

Referencias

[[Categoría:Comunicaciones inalámbricas]]

Propagacion de ondas de radio

Antena celular móvil 2018 v2

La propagación de ondas de radio o radiopropagación es el comportamiento de las ondas de radio (electromagnéticas) cuando se trasladan por el espacio. Se transmiten, reciben o propagan desde un punto sobre la Tierra a otro, a la atmósfera o al espacio.​

La propagación de ondas electromagnéticas por el espacio libre se suele llamar propagación de radio frecuencia o simplemente radio-propagación, aunque en el espacio libre implica el vacío; las ondas de radio transmitida por la fuente se propagan por la atmoósfera terrestre, posteriormente se recibe en la antena receptora, la radiación y la captura de esta son funciones de las antenas y de la distancia entre ellas.​

Las ondas de radio en diferentes frecuencias se propagan de diferentes maneras. En frecuencias extremadamente bajas (ELF) y frecuencias muy bajas (VLF), la longitud de onda es mucho mayor que la separación entre la superficie de la Tierra y la capa D de la ionosfera, por lo que las ondas electromagnéticas pueden propagarse en esta región como una guía de ondas. De hecho, para frecuencias inferiores a 20 kHz, la onda se propaga como un modo de guía de onda única con un campo magnético horizontal y un campo eléctrico vertical. La interacción de las ondas de radio con las regiones ionizadas de la atmósfera hace que la propagación de radio sea más compleja de predecir y analizar que en el espacio libre. La propagación ionosférica de radio tiene una fuerte conexión con los fenómenos espaciales.

Con frecuencia la propagación por la atmósfera terrestre se llama propagación por el espacio libre, la principal diferencia es que la atmósfera de la Tierra introduce perdidas de la señal que no se encuentran en el vacío. Las ondas electromagnéticas se propagan a través de cualquier material dieléctrico incluyendo el aire, pero no se propagan bien a través de conductores con pérdidas como el agua de mar ya que los campos eléctricos hacen que fluyan corrientes en el material disipando con rapidez a la energía de las ondas. ​

La electricidad atmosférica abunda en el medio ambiente, y algunos indicios de ello se encuentran a menos de un metro de la superficie de la Tierra, pero al aumentar la altura se hace más evidente. La idea principal es que el aire sobre la superficie de la tierra está por lo general, durante el buen tiempo, electrificado positivamente, o al menos es positivo con respecto a la superficie terrestre (la superficie de la Tierra es relativamente negativa). Además, la presencia de la acciones eléctricas en la atmósfera, debido a la acumulación de enormes cargas estáticas de corriente generada probablemente por la fricción del aire sobre sí mismo, puede dar cuenta de los diversos fenómenos del rayo y las tormentas. Otras causas que producen electricidad en la atmósfera son, la evaporación desde la superficie de la Tierra, los cambios químicos que tienen lugar sobre la superficie de la Tierra, y la expansión, la condensación, la variación de la temperatura de la atmósfera y de la humedad contenida en él.​

La tierra perturba la propagación de las ondas electromagnéticas, de forma que al establecer cualquier tipo de radiocomunicación en el entorno terrestre aparecerán una serie de fenómenos que modificarán las condiciones ideales de propagación en el vacío. Estos fenómenos son básicamente tres: onda de superficie, difracción y formación de la onda de espacio.​

Modelo de propagación terrestre

Dado que la propagación de radio no es totalmente predecible, los servicios tales como transmisores de localización, comunicaciones en vuelo con aeronaves que cruzan el océano y algunas transmisiones de televisión de radiodifusión se han trasladado a los satélites de comunicaciones. Un enlace satelital, aunque costoso, puede ofrecer una cobertura de línea de visión más previsible y estable en un área determinada.

Mecanismos de propagación

Propagación espacio libre

Todo sistema de telecomunicación debe diseñarse para que en el receptor se obtenga una relación señal-ruido mínima que garantice su funcionamiento. Los servicios de radiocomunicaciones, radiodifusión, radiolocalización (radar), teledetección y radio ayudas a la navegación tienen en común el empleo de ondas electromagnéticas radiadas como soporte de la transmisión de información entre el transmisor y el receptor.

Propagación terrestre

Así como se sabe que las ondas electromagnéticas de radio viajan dentro de la atmosfera terrestre y se le llaman ondas terrestres, la comunicación que hay entre dos o más puntos en la tierra se denominan radio comunicaciones terrestres, de igual manera conocemos que las ondas de terrestres se ven influidas por la atmosfera y por la tierra misma. Las ondas se pueden propagar de varias formas, que dependen de la clase del sistema y del ambiente. Las ondas electromagnéticas también viajan en línea recta, excepto cuando la tierra y su atmosfera alteran sus trayectorias.

En esencia, hay tres formas de propagación de onda electromagnética

• onda terrestre
• onda espacial
• onda celeste o ionosfera

Ondas terrestre

Las ondas terrestres son las ondas que viajan por la superficie de la tierra, estas deben de estar polarizadas verticalmente debido a que el campo eléctrico en una onda polarizada horizontalmente seria paralelo a la superficie de la tierra y se pondría en corto por la conductividad del suelo. En las ondas terrestres el campo eléctrico variable induce voltajes en la superficie terrestre que hacen circular corrientes muy parecidas a las de una línea de transmisión.

Ondas Espaciales

Esta clase de propagación corresponde a la energía irradiada que viaja en los kilómetros inferiores de la atmosfera terrestre. Las ondas espaciales son todas las ondas directas y reflejadas en el suelo. Las ondas directas viajan esencialmente en línea recta de la antena transmisora a la receptora. Esta transmisión se le llama transmisión de línea de vista. Esta transmisión se encuentra limitada principalmente por la curvatura de la tierra. La curvatura de la tierra presenta un horizonte en la propagación de las ondas espaciales, que se suele llamar el horizonte de radio. Este horizonte se encuentra más lejano que el horizonte óptico para la atmosfera común.

Ondas celestes o ionosfera

Son las que se dirigen hacia la Atmósfera y se reflejan en la zona ionizada de la misma (capa Heaviside) volviendo nuevamente a la Tierra; son ondas hectométricas (OC) de 300 KHz. a 30 MHz. y que constituyen las llamadas ondas de alta frecuencia; propagándose por la superficie llegan a unas 644 kilómetros, pero reflejadas a unas 12874,7 kilómetros.

Las bajas frecuencias u ondas milimétricas de 3 a 30 KHz. llegan a grandes distancias por reflexión pero su alcance es muy limitado por propagación directa. Puede ser que una misma onda llegue directamente a la antena y luego, nuevamente, por reflexión; a dicho lapso de tiempo le llamamos "fading".

Propagación troposferica

La propagación troposférica puede actuar de dos formas. O bien se puede dirigir la señal en línea recta de antena a antena (visión directa) ó se puede radiar con un cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja hacia la superficie de la tierra. El primer método necesita que la situación del receptor y el transmisor esté dentro de distancias de visión, limitadas por la curvatura de la tierra en relación a la altura de las antenas. El segundo método permite cubrir distancias mayores.

Propagación ionosferica

Un transmisor provisto de su antena, ilumina el espacio con radiación electromagnética. Según sea el diagrama de radiación de la antena, habrá direcciones privilegiadas en las que la iluminación será más intensa que en otras. Así por ejemplo, un monopolo de cuarto de onda sobre un plano de masa horizontal, iluminará al máximo y por igual el terreno circundante mientras que deja en la oscuridad el zenith (Elevación de 90º). Resulta muy instructivo visualizar el monopolo como si emitiera rayos de luz de intensidad decreciente conforme el ángulo de elevación de aquellos crece desde 0º hasta 90º. Cuando uno de estos rayos emitidos por la antena alcanza la ionosfera, lo hará con una cierta inclinación de “a” radianes. Al propagarse por la ionosfera, comenzará a refractarse aumentando el ángulo de incidencia inicial “a” (Ley de Snell). Conforme más avanza a través de la ionosfera mayor se hace el ángulo y puede ocurrir que el rayo se propague horizontalmente y finalmente vuelva a la tierra. Saldrá entonces de la ionosfera con el mismo ángulo “a” con que incidió y alcanzará la superficie de la tierra a una gran distancia del transmisor. Para cuantificar este proceso de refracción en que se basa la propagación ionosférica, se suele recurrir a un modelo en el que la ionosfera actúa como una capa reflectante (espejo) situada a una altura “h” que puede situarse entre 100Km y 700Km y que en función de la actividad solar adquiere un cierto nivel de ionización. A este nivel de ionización le corresponde un valor de lo que se denomina frecuencia crítica de una capa ionizada fcr. Su valor fluctúa según sea de día o de noche,la estación del año y el ciclo solar. Así por ejemplo, de noche, en invierno y en una fase de escasa actividad solar la capa se puede situar a 200Km por la noche y tener una frecuencia crítica de 3.5MHz.

Las capas ionosfericas

Por la noche, la capa F es la única capa de ionización significativa presente, mientras que la ionización en las capas E y D es extremadamente baja. Durante el día, las capas D y E se ionizan mucho más, al igual que la capa F, que desarrolla una región de ionización más débil conocida como la capa F 1. La capa F 2 persiste día y noche y es la principal región responsable de la refracción y reflexión de las ondas de radio​

Capa D

La capa D es la capa más interna, de 60 km (37 mi) a 90 km (56 mi) sobre la superficie de la Tierra. La ionización aquí se debe a la serie de Lyman: radiación de hidrógeno alfa a una longitud de onda de 121,6 nanómetros (nm) de óxido nítrico ionizante (NO). Además, la alta actividad solar puede generar rayos X duros (longitud de onda <1 nm) que ionizan el N 2 y el O 2. Las tasas de recombinación son altas en la capa D, por lo que hay muchas más moléculas de aire neutro que iones.

Las ondas de radio de frecuencia media (MF) y baja frecuencia (HF) se atenúan significativamente dentro de la capa D, ya que las ondas de radio que pasan hacen que los electrones se muevan, que luego chocan con las moléculas neutrales, dejando su energía. Las frecuencias más bajas experimentan una mayor absorción porque mueven los electrones más lejos, lo que lleva a una mayor probabilidad de colisiones. Esta es la razón principal para la absorción de ondas de radio de HF, particularmente a 10 MHz e inferiores, con una absorción progresivamente menor a frecuencias más altas. Este efecto alcanza su punto máximo alrededor del mediodía y se reduce durante la noche debido a una disminución en el espesor de la capa D; solo queda una pequeña parte debido a los rayos cósmicos. Un ejemplo común de la capa D en acción es la desaparición de la banda de transmisión de AM distante Estaciones durante el día.

Durante los eventos de protones solares, la ionización puede alcanzar niveles inusualmente altos en la región D en latitudes altas y polares. Tales eventos muy raros se conocen como eventos de Absorción de la tapa polar (o PCA), porque la mayor ionización aumenta significativamente la absorción de las señales de radio que pasan a través de la región​. De hecho, los niveles de absorción pueden aumentar en muchas decenas de dB durante eventos intensos, lo que es suficiente para absorber la mayoría (si no todas) las transmisiones de señales de radio de HF transpolar. Tales eventos suelen durar menos de 24 a 48 horas.

Capa E

La capa E es la capa media, 90 km (56 mi) a 150 km (93 mi) sobre la superficie de la Tierra. La ionización se debe a los rayos X blandos (1–10 nm) y la radiación solar ultravioleta lejana (UV) de la ionización del oxígeno molecular (O 2). Normalmente, en incidencia oblicua, esta capa solo puede reflejar ondas de radio que tienen frecuencias inferiores a unos 10 MHz y puede contribuir un poco a la absorción en las frecuencias superiores. Sin embargo, durante eventos E esporádicos intensos, las Es La capa puede reflejar frecuencias de hasta 50 MHz y superiores. La estructura vertical de la capa E está determinada principalmente por los efectos competitivos de la ionización y la recombinación. Por la noche, la capa E se debilita porque la fuente primaria de ionización ya no está presente. Después de la puesta del sol, un aumento en la altura del máximo de la capa E aumenta el rango al que las ondas de radio pueden viajar por reflexión desde la capa.

Esta región también se conoce como la capa Kennelly-Heaviside o simplemente la capa Heaviside. Su existencia fue predicha en 1902 de forma independiente y casi simultánea por el ingeniero eléctrico estadounidense Arthur Edwin Kennelly (1861–1939) y el físico británico Oliver Heaviside (1850–1925). Sin embargo, no fue hasta 1924 que su existencia fue detectada por Edward V. Appleton y Miles Barnett.

Capa E s

La capa E s (capa E esporádica) se caracteriza por nubes pequeñas y delgadas de ionización intensa, que pueden soportar la reflexión de ondas de radio, raramente hasta 225 MHz. Los eventos esporádicos de E pueden durar desde unos pocos minutos hasta varias horas. La propagación esporádica de E hace radioaficionados que operan en VHFmuy emocionado, ya que las rutas de propagación que generalmente son inalcanzables pueden abrirse. Hay múltiples causas de esporádica-E que aún están siendo investigadas por los investigadores. Esta propagación ocurre con mayor frecuencia durante los meses de verano cuando se pueden alcanzar niveles altos de señal. Las distancias de salto son generalmente alrededor de 1,640 km (1,020 mi). Las distancias para la propagación de un salto pueden ser desde 900 km (560 mi) hasta 2,500 km (1,600 mi). Es posible una recepción de doble salto de más de 3,500 km (2,200 mi).

Capa F

La capa o región F, también conocida como la capa Appleton-Barnett, se extiende desde aproximadamente 150 km (93 mi) hasta más de 500 km (310 mi) sobre la superficie de la Tierra. Es la capa con la mayor densidad de electrones, lo que implica que las señales que penetran en esta capa escaparán al espacio. La producción de electrones está dominada por la radiación ultravioleta extrema (UV, 10–100 nm) ionizante del oxígeno atómico. La capa F consiste en una capa (F 2) por la noche, pero durante el día, a menudo se forma un pico secundario (etiquetado como F 1)

en el perfil de densidad electrónica. Debido a que la capa F 2 permanece de día y de noche, es responsable de la mayoría de las propagaciones de ondas de radio y de largas distancias. Comunicaciones de radio de alta frecuencia (HF u onda corta).

Sobre la capa F, el número de iones de oxígeno disminuye y los iones más ligeros, como el hidrógeno y el helio, se vuelven dominantes. Esta región sobre el pico de la capa F y debajo de la plasmasfera se llama ionosfera superior. De 1972 a 1975, la NASA lanzó los satélites EROS y EROS B para estudiar la región F.

Aplicaciones

Comunicación por radio

Debido a la capacidad de los gases atmosféricos ionizados para refractar las ondas de radio de alta frecuencia (HF u onda corta), la ionosfera puede reflejar las ondas de radio dirigidas hacia el cielo de regreso a la Tierra. Las ondas de radio dirigidas en ángulo hacia el cielo pueden regresar a la Tierra más allá del horizonte. Esta técnica, llamada propagación "skip" o " skywave ", se ha utilizado desde la década de 1920 para comunicarse a distancias internacionales o intercontinentales. Las ondas de radio que regresan pueden reflejarse de nuevo desde la superficie de la Tierra hacia el cielo, lo que permite alcanzar mayores rangos con múltiples saltos. Este método de comunicación es variable y no confiable, con recepción en un camino determinado dependiendo de la hora del día o de la noche, las estaciones, el clima y los 11 años. Ciclo de manchas solares. Durante la primera mitad del siglo XX se usó ampliamente para servicios de telefonía y telégrafo transoceánicos, y para comunicaciones comerciales y diplomáticas. Debido a su relativa falta de fiabilidad, la industria de las telecomunicaciones ha abandonado la comunicación por radio de onda corta, aunque sigue siendo importante para las comunicaciones de alta latitud en las que no es posible la comunicación por radio basada en satélite. Algunas estaciones de radiodifusión y servicios automatizados todavía utilizan frecuencias de radio de onda corta, al igual que los aficionados a los radioaficionados para contactos recreativos privados

Índices de la ionosfera

En modelos empíricos de la ionosfera como Nequick, los siguientes índices se utilizan como indicadores indirectos del estado de la ionosfera.​

Intensidad solar

F10.7 y R12 son dos índices utilizados comúnmente en el modelado ionosférico. Ambos son valiosos por sus largos registros históricos que cubren múltiples ciclos solares. F10.7 es una medida de la intensidad de las emisiones de radio solar a una frecuencia de 2800 MHz realizada con un radiotelescopio terrestre. R12 es un promedio diario de 12 meses de las manchas solares. Se ha demostrado que ambos índices están correlacionados entre sí. Sin embargo, ambos índices son solo indicadores indirectos de la radiación solar ultravioleta y de rayos X, que son los principales responsables de causar la ionización en la atmósfera superior de la Tierra. Ahora tenemos datos de la nave espacial GOES que mide el flujo de rayos X de fondo desde el Sol, un parámetro más relacionado con los niveles de ionización en la ionosfera.

Perturbaciones

Los indicadores $A$ y $K$ son una medida del comportamiento de la componente horizontal del campo geomagnético. El índice K utiliza una escala de 0 a 9 para medir el cambio en la componente horizontal del campo geomagnético. Se determina un nuevo índice $K$ en el Observatorio Geomagnético de Boulder.

• Los niveles de actividad geomagnética de la Tierra se miden por la fluctuación del campo magnético de la Tierra en unidades SI llamadas teslas (o en gauss no SI, especialmente en la literatura más antigua). El campo magnético de la Tierra se mide alrededor del planeta por muchos observatorios. Los datos recuperados se procesan y se convierten en índices de medición. Las mediciones diarias para todo el planeta están disponibles a través de una estimación del índice $A$ p, llamado el índice $A$ planetario (PAI).

Véase también

• Propagación
• Radiofrecuencia

Enlaces externos

[[Categoría:Telecomunicaciones]] [[Categoría:Comunicaciones inalámbricas]]

INHIBIDOR DE SEÑALES

Un perturbador​ o inhibidor de frecuencias es un dispositivo electrónico que impide o dificulta las radiocomunicaciones en un determinado espectro de frecuencias mediante interferencias intencionadas.​ Se compone básicamente de un generador de señal y un transmisor. El primero genera una señal que es enviada a través del segundo con una potencia determinada según la necesidad. Esta señal carece de información útil, únicamente es una señal generada por un oscilador o generador de onda. Al emitirse con mayor potencia que los sistemas de transmisión a interferir, las suprime, evitando que emisor y receptor establezcan la comunicación.

Un perturbador de frecuencias es un dispositivo capaz de interrumpir o impedir las radiocomunicaciones en un rango determinado de frecuencias. Este dispositivo se encarga de generar una señal de ruido o información inútil a la misma frecuencia a la que se encuentra la señal de comunicación que se desea bloquear, este ruido generado puede llegar a ocupar todo el ancho de banda empleado por esta señal o sólo una parte considerable de él, de este modo logra saturar la banda de comunicación impidiendo que la información real llegue a su destino. Un perturbador puede actuar de forma constante o aleatoria, esto quiere decir que pude activarse por ciertos instantes de tiempo nada más, según sea requerido. Existen diferentes tipos de perturbadores, perturbadores constantes, de engaño, aleatorios y reactivos, cada uno con características propias que les permiten ser utilizados para aplicaciones específicas.

Se utiliza principalmente por motivos de seguridad o con intenciones de sabotaje.

¿Cómo funcionan los inhibidores de señal?

Un inhibidor de señal un dispositivo electrónico que impide o dificulta las radiocomunicaciones en un determinado Espectro de frecuencias mediante interferencias intencionadas.​ Los inhibidores de señales son conocidos como bloqueadores de frecuencias o Jammer (por su término en inglés), por lo generar estos instrumentos son implementados para generar perturbaciones en un ancho de banda de una frecuencia determinada, pretendiendo bloquear o interrumpir cualquier tipo de equipo electrónico que desee hacer uso del espectro radio electrónico en la banda seleccionada del inhibidor. En su mayoría los inhibidores se usan para bloquear las tecnologías celulares. Sin embargo, estos dispositivos también permiten bloquear o interferir cualquier tipo de tecnología que haga uso del espectro radio eléctrico​. La descripción general del circuito de un inhibidor de señal se muestra en la siguiente imagen, esta se encuentra constituida por 5 etapas, etapa generadora de señal, etapa generadora de ruido, etapa radio canal de frecuencia, etapa de amplificación de radiofrecuencia, y etapa de transmisión (antena). La etapa generadora de señal es la encargada de transformar la señal de Corriente Alterna a Corriente Continua, generando una señal portadora de forma triangular mediante la implementación de un circuito integrador, La etapa generadora de ruido es la encargada agitar los portadores de carga del circuito para producir una señal de ruido a su salida, La etapa del radio canal de frecuencia está constituida por un mezclador que se encarga de mezclar la señal de ruido con la señal portadora, y un VCO (Oscilador controlado por voltaje) encargado de convertir la señal de volteje en su entrada en una señal de frecuencia en su salida, La etapa Amplificadora de radiofrecuencia es la encargada de amplificar la señal de frecuencia generada por el VCO, amplificando la portadora de esta señal, y La etapa de transmisión (antena ) que es la encargada de transmitir la señal de radio frecuencia en el ancho de banda requerido .​

Estrategias de los inhibidores

Las estrategias de los inhibidores de señal son variadas, y se pueden emplear para numerosos objetivos, estas consisten en interrumpir de manera asertiva un sistema de comunicación digital (codificada o no codificada), para lo cual deben emplear una serie de estrategias basados en los sistemas AJ (Anti Jamming), que protegen la comunicación. Dependiendo de la aplicación, se debe efectuar ciertos parámetros para el bloqueo de los sistemas FHSS, que interfieren con las señales de los sistemas AJ. Estos bloqueos se basan en cómo distribuir la potencia de la señal con la frecuencia, el tipo de modulación transmitida, el tiempo compartido de la interferencia entre varios objetivos. Cada estrategia, trae consigo ventajas y desventajas, estas se miden según su efectividad.

• Inhibidor por ruido: Esta estrategia “noise jamming” a partir de una señal de ruido aleatoria modula la señal portadora transmitida por el inhibidor, este ruido se introduce e interrumpe la señal de la comunicación AJ, ocupando la totalidad del ancho de banda del espectro del AJ o sólo una parte él. Ocupar o no la totalidad del ancho de banda de la señal AJ depende de los detalles de la implementación del bloqueo, es decir, que no siempre es necesario atacar todo el ancho de banda para interferir de manera eficiente el sistema de comunicación. A partir de este efecto, la estrategia por ruido se divide en tres estrategias, por ruido de banda ancha, por ruido de banda parcial y por ruido de banda angosta.

• Inhibidor de banda ancha (full band jamming o broadband jamming BBJ): Esta estrategia también llamada como inhibidor de banda total, el ruido ocupa el total del ancho de banda de la transmisión del sistema de comunicación atacado, generando ruido desproporcionado al subir la señal de ruido del receptor dificultando el funcionamiento del sistema de comunicación. Para lograr repartir a través de todo el ancho de banda de la señal atacada, el inhibidor debe interferir con un nivel de potencia muy alta, lo cual produce que tenga poca potencia en cuanto a la distancia.

• Inhibidor por banda parcial: También conocida como “partial band jamming”, es una técnica que introduce la potencia del ruido sólo en una parte del ancho de banda de la señal atacada, la cual puede hacer saltos entre los tonos o en una banda que contenga o no la señal de interferencia evitando la comunicación.

• Inhibidor por banda angosta (Narrowband noise): Esta técnica usa la potencia de la señal de interferencia y la ubica en un único canal, lo cual podría generar ruido en todo el ancho de banda de la señal, ruido en la señal complementaria o ruido en la señal de datos. La eficiencia de este tipo de inhibidor depende del conocimiento del “blanco”, dado que debe atacar el lugar exacto del espectro donde se encuentran los canales de interés.

• Inhibidor por tonos (Tone Jamming): Esta estrategia radica en ubicar uno a más tonos de interferencia, conocidos como single tone (ST) y multiple tone (MT), a través de espectro de la señal atacada o la señal AJ. De esta forma, la capacidad de esta estrategia dependerá de donde serán ubicados dichos tonos, o pulsos. Por lo cual, es necesario hacer el correspondiente estudio al sistema de comunicación que se desea bloquear. Cabe resaltar que cuando el tono de interferencia no se encuentra en fase con la señal atacada, será un problema debido a que el bloqueo no se ejecutará, por lo que se dice, que es un inhibidor poco eficiente.

• Inhibidor por pulsos (Pulse Jamming): El inhibidor por pulsos trabaja con el mismo efecto del inhibidor de banda parcial, pero en lugar de tomar el ancho de banda del espectro, toma el tiempo que el inhibidor este encendido. Aunque también se dice, que el inhibidor por pulsos trabaja parecido al inhibidor por ruido de banda ancha debido a que mientras esté encendido, cubrirá el ancho total del canal generando que se evite la transmisión de la comunicación. Se considera, como una estrategia eficiente, solo cuando el ciclo de trabajo es correctamente diseñado, lo que hace mejorar la potencia

• Inhibidor por barrido (Swept Jamming): Esta estrategia trata en inyectar una señal de ruido por una pequeña parte de la señal AJ, o la señal a atacar y por medio de un barrido, la señal de ruido ocupará todo el ancho de banda de dicha señal. Este barrido se realiza de manera rápida para que se logre identificar la frecuencia de la señal AJ, al no lograr una velocidad suficientemente rápida, la señal de ruido solo afectará una pequeña parte de la señal atacada.​.

• Inhibidor por seguimiento: Esta estrategia también conocida como inhibidor de respuesta o inhibidor de repetición, reside en identificar la frecuencia de cambió de la señal. Al identificar este cambio de frecuencia, se puede conocer la señal la cual se va a bloquear y así efectuar cualquier inhibidor ya sea por tonos, pulsos o ruido. ​.

• Inhibidor inteligente : En este caso, al hablar de un bloqueador inteligente, se refiere al estudio de la señal a atacar y así lograr el objetivo de inhibir o agregar ruido a la señal. Al terminar el estudio, se interrumpe las señales digitales por medio de interrupciones, o interceptar el transmisor para establecer otra ruta de comunicación. Por otro lado, al agregar interrupciones o señales de engaño el sistema de recepción se mantiene activo logrando que el mensaje no sea confirmado; recibiendo una y otra vez la interrupción, dejando al sistema de transmisión recepción incompleto.

Técnicas para incrementar la eficiencia del inhibidor

La forma más práctica para incrementar la eficiencia que poseen los inhibidores de señal, es aumentando la cantidad de señales que interrumpe simultáneamente. Para esto se emplean diversas técnicas entre las que se encuentran; dividir la potencia entre los diferentes destinos de ataque y programar intermitencia de apagado y encendido en el inhibidor por un tiempo determinado, mientras se ataca un blanco.

• Compartir activos: Esta técnica se caracteriza por incrementar la cantidad de señales que inhibe al mismo tiempo, mejorando la efectividad de la interferencia, logrando evitar que el dispositivo atacado salte de una frecuencia a otra para establecer la comunicación.​.

• Búsqueda (Look-Through): Técnica encargada de buscar la frecuencia a la que opera el dispositivo que se desea inhibir, detectando si el dispositivo hace cambio a una nueva frecuencia o es apagado y no trasmite más, lo cual permite ahorrar potencia e inhibir más de un dispositivo al mismo tiempo.

• Potencia compartida (Power Sharing): Técnica caracterizada por inhibir más de un dispositivo al mismo tiempo, también conocida como estrategia de múltiples tonos. La técnica emplea tono de ruido, que son colocados en el espectro de radioeléctrico a diferentes frecuencias sin necesidad de colocarlos consecutivos, permitiendo inhibir diferentes dispositivos al mismo tiempo.

• Tiempo compartido (Time Sharing): Técnica que se encarga de introducir constantemente ruido a una señal, debido a que existen señales que poseen la capacidad de reconstruirse como lo son las señales digitales, para lo cual el inhibidor dirige toda su potencia a cada blanco, en tiempos distintos.

Clasificación general de inhibidor:

A partir de las estrategias de inhibición, se clasifican los inhibidores de señal en cuatro tipos, cada tipo dependerá de la aplicación hacia el bloqueo de la señal

• inhibidor constante: El inhibidor constante usa las estrategias de ruido y de barrido. Son poco utilizados, debido a que es necesario utilizar una potencia grande. Además, al implementarse en un sistema AJ, se puede detectar fácilmente la fuente de transmisión de ruido o barrido. Entonces se recomienda, utilizarse en sistemas donde la inhibición pase inadvertida. Tiene la ventaja de la facilidad de implementarse

• inhibidor de engaño: El inhibidor de engaño utiliza la estrategia de inhibidor inteligente, el cual trata de interrupciones. Tiene la ventaja de que logra mayor invisibilidad que el tiempo de inhibidor por engaño, aun así, puede ser detectado.

• Jammer Aleatorio: El inhibidor Aleatorio marcha por lapsos de tiempo. Su principal ventaja es que utiliza poca potencia, al estar inactivo por esos lapsos de tiempo. Estos lapsos de tiempo son programados dependiendo de su aplicación y utiliza estrategias de inhibidor de por ruido, por pulso por tonos y por barrido.

• inhibidor Reactivo: El inhibidor Reactivo funciona con estrategias de inhibidor por ruidos, todos o pulso. Consiste en obtener datos de la actividad de la red y de esta forma saber en qué momento ejecutar la inhibición. Tiene la ventaja de tiene la mejor posibilidad de ser detectado. Aunque utiliza gran parte de su potencia para estar controlando la actividad de la red.

Dispositivos inhibidores de señales

El espectro radioeléctrico tiene un ancho de banda extenso y por ello los inhibidores están diseñados para un ancho de banda en específico, ya que es difícil encontrar un inhibidor que abarque varias de las bandas de las telecomunicaciones. Estas señales de espectro son saturadas con ruido o perturbación impidiendo así que sean enviadas o recibidas en un área limitada por la cobertura de la antena. Dentro de estas bandas (más comunes) encontramos los siguientes:

• Inhibidores GPS
• Inhibidores para Radares
• Inhibidores para Móviles (Telefonía Móvil AMPS/GSM/CDMA,etc)
• Inhibidores para Dispositivos Infrarrojos
• Inhibidores RF (Radio Frecuencia)
• Inhibidores de Video
• Inhibidores de Audio por Radio Frecuencia (aplicaciones de contra-espionaje)
• Inhibidores de WIFI
• Inhibidores de Drones.
• Inhibidores de cámaras y micrófonos

Los dispositivos de interferencia difieren en términos de rendimiento y el tipo de señal que se debe interrumpir, esto depende de cada fabricante.

Dispositivo	Especificaciones	Uso	Aplicaciones
Inhibidores GPS	- Dispositivo portátil (acople a vehículo o en el mismo bolsillo) - Debido a su aplicación, se busca un acople de alimentación para poder ser instalados directamente a los vehículos móviles (12V o 24V) - Frecuencia de funcionamiento: 1490MHz a 1610 MHz.	- Evitar el rastreo de la ubicación de cualquier vehículo.	- Su principal uso es en la parte militar o policiaca. - También se ha comenzado a aplicar en vehículos de transporte privado.
Inhibidores Wifi y Bluetooth	- Estos dispositivos pueden ser tanto portátiles como no portátiles. - La frecuencia de funcionamiento es de 2400MHz hasta 2500MHz y de 5000MHz hasta 5100MHz. - En la versión no portátil su alimentación es directamente a la red eléctrica (120VAC o 240VAC), con una reducción aplicada en su circuitería y En la versión de bolsillo, puede funcionar con baterías.	- Impedir la conexión a la red Wifi con el fin de almacenar y proteger datos importantes o evitar fraudes.	- Convoy militares. - Universidades y centros de educación. - Bancos. - Comando de policía. - Cárceles. - Hospitales.
Inhibidores de teléfonos móviles	-Fuente de alimentación: AC110-240V 12V - Frecuencia de funcionamiento: - CDMA 824 MHz hasta 849 MHz - GSM900 925 MHz hasta 960 MHz - GSM1800 1805 MHz hasta 1880 MHz - Red 3G 2110MHz hasta 2170 MHz	- Interceptar inmediatamente las señales de transmisión de todos los teléfonos móviles dentro de su alcance.	- El dispositivo se puede utilizar en aulas y salas de conferencias, oficinas privadas y, sobre todo, para operaciones de cumplimiento de la ley.
Inhibidores de radio frecuencia	- Rango de frecuencia: 0.1 - 2500 MHz - Potencia de salida (a través de antena telescópica): hasta 35 W - Fuente de alimentación: 220 V donde su frecuencia es 50 Hz, CA desde la red / 12 V CC con fuente de alimentación para automóvil	- Emite interferencias contra las ondas electromagnéticas producidas por las computadoras dentro de su rango de acción. - Impedir el funcionamiento de cualquier equipo de radio a distancia a través de interferencias electromagnéticas.	-Diseñado para interferir con las frecuencias de radio. -bloquea transmisiones de micro-errores para intercepciones ambientales.
Inhibidores de cámaras y micrófonos	- Portátil y fácil de llevar (Bolsillo) - Frecuencia de funcionamiento: (estos dispositivos tienen un funcionamiento por medio de redes Bluetooth, Wifi y telefonía móvil): - Fuente de Voltaje: 12V DC hasta 5V DC - CDMA 824Mhz hasta 849Mhz - GSM900 925MHz hasta 960 MHz - GSM1800 1805MHz hasta 1880 MHz - WIFI: 2400MHz y 2500MHz - Red 3G 2110Mhz hasta 2170 MHz	Su funcionamiento es bloquear cualquier transmisión de información visual o de audio con fines de espionaje y robo de información.	- Entidades gubernamentales. - Bancos y entidades financieras. - Estaciones de policía.

Vehículos

En la mayor parte de los vehículos oficiales o con riesgo de ataques tanto terroristas como de fuerzas atacantes, vienen incorporados perturbadores de señal que interfieren sobre las frecuencias más habituales para el uso en activación de explosivos a distancia. Dependiendo del nivel de seguridad requerido el sistema interferirá en mayor o menor grado sobre las transmisiones que rodean al vehículo.

Edificios

En determinadas áreas de seguridad es necesaria la cancelación de comunicaciones en ambos sentidos. Principalmente para evitar el espionaje y las comunicaciones no autorizadas con el exterior mediante transmisores, tanto teléfonos móviles, cámaras, micrófonos, transmisiones de datos, etc. Aunque estos dispositivos pueden bloquear las frecuencias más convencionales, no puede bloquear todas las frecuencias del espectro electromagnético. El método más seguro conocido es la jaula de Faraday.

Sabotaje

Mediante el uso de este tipo de dispositivos una persona o colectivo puede llevar a cabo acciones protesta bloqueando o produciendo "perturbaciones" en las comunicaciones de una empresa, gobierno, colectivo. Un ejemplo son los pertubadores de GPS y GSM usados por ladrones para anular alarmas de robo, en el primer caso para evitar la localización de vehículos robados y en el segundo para eliminar el sistema de comunicación de respaldo vía GSM que se activa al cortar la línea telefónica convencional en alarmas de edificios y cajas de seguridad.

Implementación

• Ejército militar: Uno de los principales usos en los que se implementan los inhibidores de señales es el ámbito militar, en este lo que se busca es interrumpir las señales de las fuerzas enemigas para bloquear todo tipo de comunicación en situación de combate. Al utilizar este tipo de dispositivo las fuerzas militares pueden aprovechar todas sus funciones y aplicarlas en diferentes áreas en las cuales destacan.​ -la prevención de accionamiento de artefactos explosivos cerca de bases militares. -Bloqueo de señales por medio de las fuerzas aéreas -Protección de ubicación de un convoy militar

• Entidades bancarias: En este tipo de instalaciones se maneja un alto tráfico de información, estas entidades se encargan de administrar datos financieros que se consideran confidenciales por esta razón se busca controlar y proteger dicha información para no tener ningún tipo de filtración y de extracción desde el exterior. Por seguridad la entidad bancaria acepta y se hace responsable de la confidencialidad de cada uno de sus clientes implementando un dispositivo inhibidor, que bloqueara señales no deseadas dentro del establecimiento. Con este dispositivo se anula una modalidad delictiva común la consiste en coordinar asaltos por medio de dispositivos móviles.

• Convoys móviles: Su uso más frecuente se genera en la protección de convoyes militares y en vehículos de personas con alto riesgo de atentados con uso de explosivos con detonador a base de señales de radio (control remoto) y activadas con el paso de los vehículos. Los equipos inhibidores de señal instalados al interior de los vehículos tienen un rango de acción que va desde 20MHz hasta los 3000MHz adicionalmente son dotados con antenas omnidireccionales de alta ganancia, estos generadores de señales poseen una potencia de transmisión de hasta 1600 vatios y el conductor del vehículo puede contar con total autonomía de selección de rango de canal de frecuencia a interferir. Dichos vehículos también se encuentran acondicionados con generador de corriente AC de hasta 10.000 vatios con sistema de enfriamiento lo que garantiza la alta disponibilidad del sistema en recorridos de distancias largas. Las diferentes empresas que producen este tipo de Jammers ofrecen blindaje de hasta nivel 6 para los vehículos lo que garantiza protección de las personas a bordo y para los equipos inhibidores de señal. Algunos de los fabricantes de este tipo de Jammers personalizan el equipo terminal de manera que el operador o conductor del vehículo puede dejar canales de radio sin bloqueo, lo que facilita la comunicación de los ocupantes de los vehículos en el momento en que sea requerido.​

• Colegios y universidades: Algunas de las facultades más importantes de España han implementado dispositivos inhibidores dentro de sus instalaciones como solución a varias investigaciones de robo de información académica con énfasis a exámenes finales por parte de los estudiantes. Este dispositivo es activado en aquellos salones en las que se ejecuta un examen de consideración para evitar que estos estudiantes tenga alguna comunicación con el exterior mientras que se culmina la jornada.​

Patentes

Patentes	CARACTERISTICAS	VENTAJAS	¿QUÉ BUSCA?	REGULACIONES Y LEYES
Inhibidor de teléfonos móviles	Usar los dispositivos móviles mientras se opera un vehículo puede distraer, es por esto que se diseñó un Dispositivo utilizado dentro de los automóviles para inhibir toda señal inalámbrica una vez el vehículo supere una velocidad umbral predefinida.	Conexión del dispositivo inalámbrica por medio de Bluetooth. Determina la velocidad del dispositivo teniendo en cuenta la posición GPS. Permite fijar la velocidad de desactivación de señales. Si el usuario utiliza manos libres el dispositivo no se activará.	Busca disminuir los accidentes de tránsito provocados por conductores distraídos con sus dispositivos móviles.	La Ley de telecomunicaciones (47 U.C.S. 333) hace que sea ilegal Intencionalmente ya que maliciosamente interfiere con o causa interferencia a Cualquier comunicación por radio de cualquier estación autorizada.
Bloqueador de frecuencias de telefonia movil en un área especifica	Esta patente proporciona un método para impedir las llamadas de teléfono móvil dentro de un área dada, el mencionado método esta comprendiendo las etapas de: determinar la frecuencia de transmisión que se desea controlar dentro del área determinada, para establecer llamadas de telefonía móvil, esta frecuencia de control contienen la información transmitida, tal información es transmitida como comandos y señales codificadas; y genera una señal que interfiere con la mencionada frecuencia a controlar, al impedir la descodificación de las mencionadas señales y comandos	controla el uso de teléfonos móviles dentro de un área geográfica cubierta por, al menos, un sistema de comunicaciones móviles, mediante la transmisión continua de una señal de perturbación sobre todas las frecuencias de transmisión. Esta invención tiene como objetivo impedir que cualquier dispositivo móvil que reciba señal dentro del área focalizada, por medio de una señal RF de baja potencia.	Proporcionar un método sencillo para impedir llamadas de teléfono móvil dentro de áreas definidas, sin transmitir una señal continua. El funcionamiento del sistema celular de bloqueo, el dispositivo de perturbación es manejado para producir una señal de bloqueo continua sobre un grupo seleccionado de frecuencias.	El bloquear las frecuencias de telefonía móvil en un área específica, se presenta la incomunicación total y en caso de presentarse una emergencia podría conllevar a graves sanciones legales.
Bloqueador de señales para dispositivos de comunicaciones personales.	La presente divulgación se refiere a los contenedores de bloqueo de transferencia de datos, los encargados, las carcasas, los soportes y los protectores (denominados colectivamente en este documento como un "titular") para cualquier tipo de dispositivo de comunicación personal ("PCD"), como un teléfono celular, correo electrónico (" dispositivo electrónico, teléfono inteligente, computadora personal y cualquier combinación de los mismos. Hay muchos casos en los que es deseable asegurarse de que el PCD de una persona no emita un sonido ni vibre. Los ejemplos incluyen salas de audiencias, salas de reuniones, películas, obras de teatro, charlas, seminarios, etc. En algunos de estos ejemplos, por ejemplo, una sala de audiencias o salas de conferencias, es conveniente que exista un contenedor común de bloqueo de transferencia de datos, que garantice que todos cumplan con la regla de no interrupción o solicitud. Incluso las personas que intentan cumplir con la regla o la solicitud pueden cometer un error que haga que su PCD suene, vibre o produzca algún otro tipo de perturbación. El titular de la presente divulgación evita perturbaciones incluso en la situación de un error	Es un contenedor para dispositivos móviles en el cual el usuario voluntariamente deposita su dispositivo de comunicación celular para que este quede sin señal. el soporte es una jaula de Faraday de metal, que está hecho de cualquier material conductor adecuado Aluminio y cobre y sus aleaciones. Cuando el usuario coloca el PCD en el soporte y cierra la tapa o la puerta, todas las llamadas, correos electrónicos o mensajes de texto entrantes se bloquearán y no se recibirán. La transferencia de datos bloqueada se almacenará en el servidor del remitente hasta que el usuario retire la PCD del titular, momento en el que se enviará la transferencia de datos a la PCD. Hasta entonces, se garantiza al PCD que no suena, vibra o crea una perturbación	Permiten al usuario de manera consciente y voluntaria bloquear su dispositivo móvil, con el propósito de no interrumpir ninguna diligencia. El soporte garantiza que el dispositivo móvil este seguro dentro. Protegiéndolo de caídas o golpes. El soporte dependiendo el tamaño permite guardar varios dispositivos.

Véase también

• A., Richard (2008). Introduction to communication electronic warfare systems. Artech House. 

• A., Richard (2011). Modern communications jamming principles and techniques. Artech House. 

• Ascencio Torres, eduardo (2014). Desarrollo de un dispositivo Jammer para el bloqueo de señal movil GSM. Pontificia Universidad Catolica del Peru. 

• Xu, Wenyuan and Trappe, Wade and Zhang, Yanyong and Wood, Timothy (2005). The feasibility of launching and detecting jamming attacks in wireless networks. ACM. pp. 46 - 57. 

Referencias

Como funciona un inhibidor de alarmas

Modelo de Egli

Las transmisiones de radio en el rango de frecuencias VHF y UHF sobre áreas de terreno irregular, dan lugar a que el terreno abarque zonas con edificaciones y vegetación lo que conllevaría a presentar efectos en la propagación de ondas frente a factores tales como la distancia, frecuencia, altura del transmisor, altura del receptor, entre otros; por lo que hacia el año de 1957 John Egli realizó una serie de medidas en frecuencias entre 90 y 1000 MHz en las que experimentó, determinó y aplicó un factor de corrección β, dicho factor es incluido para registrar el exceso de pérdidas, está en función de la irregularidad del terreno sin obstrucciones vegetativas de por medio, no tiene en cuenta las pérdidas por difracción y es hallado por medio de métodos empíricos, es decir, está basado en la experimentación​

Formulación

La formulación con la que el autor desarrolla su método se basa en la expresión de intensidad de campo de tierra del plano teórico que viene dada por:

$E={\frac {h_{t}h_{r}f}{95d^{2}}}{\sqrt {P_{t}}}$

dónde:

$E$:intensidad de campo en microvoltios por metro.

$h_{t}$:altura de la antena transmisora en pies.

$h_{r}$:altura de la antena receptora en pies.

$f$:frecuencia de transmisión en megahercios.

$d$:distancia del transmisor en millas.

$P_{t}$:potencia radiada efectiva en vatios.

Por lo tanto, teniendo en cuenta la expresión, los datos de intensidad de campo obtenidos sobre terreno irregular se compararon con base al modelo de tierra plana y modelo de tierra curva y señalan que a una distancia entre 30 a 40 millas la tendencia al cuadrado de distancia inversa para el modelo de tierra plana será mejor que para el modelo de tierra curva, para antenas de baja altura. Sin embargo, para distancias mayores a 40 millas los datos son bastantes escasos y por ello el campo medio a una frecuencia dada puede describirse por la intensidad de campo teórico de tierra plana, menos la desviación media del mismo, es decir, menos el factor de terreno o factor de corrección. Donde, la intensidad de campo media es$E_{50}$.​

$E_{50}={\frac {40h_{t}h_{r}}{95d^{2}}}{\sqrt {P_{t}}}$

El plano teórico de la tierra recibe potencia entre dipolos de media onda como se describe a continuación en $P_{r}$ y es independiente de la frecuencia: $P_{r}=0.345{\Big (}{\frac {h_{t}h_{r}}{d^{2}}}{\Big )}^{2}{P_{t}}\times 10^{-14}$

Aplicando la variación de la ley de potencia con frecuencia para la desviación media del campo teórico de tierra plana, se deduce empíricamente la ecuación que se describe a continuación por $P_{50}$.

$P_{50}=0.345{\Big (}{\frac {h_{t}h_{r}}{d^{2}}}{\Big )}^{2}{\Big (}{\frac {40}{f}}{\Big )}^{2}{P_{t}}\times 10^{-14}$

Por lo tanto, las ecuaciones que describen $E_{50}$ y $P_{50}$ evidencian que, al interponer las características del terreno, principalmente la dependencia de la frecuencia junto a la intensidad del campo y la potencia recibida por encima de 40 MHz sobre la tierra plana; la intensidad de campo teórica recibida sobre la tierra plana aumenta con la frecuencia, la media de la intensidad de campo obtenida por encima de 40 MHz sobre terreno irregular es independiente de la frecuencia, y mientras que la potencia teórica recibida entre antenas dipolo de media onda es totalmente independiente de la frecuencia, en terreno irregular la media de la potencia obtenida por encima de 40 MHz varía inversamente según la frecuencia al cuadrado​

Asimismo, se determina que las pérdidas de trayectoria dependen de la frecuencia y la naturaleza del terreno, así que se hace necesaria la introducción del factor de corrección​. Por lo que las pérdidas se basan en $L_{50}$ donde:

$G_{b}$ es la ganacia de la estación base.

$G_{m}$ ganancia de la estación móvil.

$h_{b}$ altura de la estación base.

$h_{m}$ altura de la estación móvil.

$d$ distancia.

β es el factor de corrección.

$L_{50}=G_{b}G_{m}{\Big (}{\frac {h_{b}h_{m}}{d^{2}}}{\Big )}^{2}$

$\beta ={\Big (}{\frac {40}{f}}{\Big )}^{2}$ (f en MHz)

Aplicación

El modelo de Egli es aplicado tomando como referencia el “Análisis comparativo de los modelos de predicción de pérdidas de trayectoria para entornos urbanos macrocelulares”, en donde la pérdida de trayectoria se define como la diferencia (en dB) entre potencia transmitida efectiva y la potencia recibida, y puede incluir o no el efecto de las ganancias de antena o puede estar influenciada por otro tipo de factores como vegetación y /o el medio de propagación​, este estudio es realizado en una estación base Visafone ubicada en Uyo, Nigeria. En donde se tiene una frecuencia de operación de alrededor de 900MHz y se requiere determinar las pérdidas de trayectoria según el modelo empírico de Egli, por lo que debe ser aplicable para un terreno irregular. Sin embargo, este modelo no tendrá en cuenta las pérdidas si hay obstrucciones vegetativas. El problema planteado es el siguiente:

• Un sistema celular de 900 MHz opera en una ciudad urbana desde una estación base con altura de 100 m, una estación móvil instalada en un vehículo, la cual tiene una altura de antena de 2 m, ganancia unitaria para antena de estación móvil y ganancia unitaria para antena de estación base. La estación base y las antenas móviles son isotrópicas. Determinar las pérdidas de trayectoria aplicando el modelo de Egli, variando la distancia entre la estación móvil y la estación base entre 1 km y 8 km.

Elemento de lista de viñetas Las pérdidas de trayectoria $L_{50}$ se calculan mediante:

$L_{50}=G_{b}G_{m}{\Big (}{\frac {h_{b}h_{m}}{d^{2}}}{\Big )}^{2}{\Big (}{\frac {40}{f}}{\Big )}^{2}$

$L_{50}=(1)(1){\Big (}{\frac {100*2}{1000^{2}}}{\Big )}^{2}{\Big (}{\frac {40}{900}}{\Big )}^{2}=0.07901*10^{-9}=101.02dB$

Haciendo los cálculos de pérdidas $L_{50}$ para distancias entre 1 y 5 km, se obtiene la siguiente tabla:

Distancia (km)	$L_{50}$ (dB)
1	101.02 dB
2	113.06 dB
3	120.10 dB
4	125.10 dB
5	129 dB

Graficando esta tabla se observa que a medida que aumenta la distancia consecuentemente aumentarán las pérdidas:

Pérdidas de trayectoria-Teórico

Posteriormente, de la referencia ​ se obtienen las mediciones reales de este estudio en donde se emplean los mismos parámetros para ganancia, altura de la estación móvil y la estación base. Sin embargo, en cuanto a la frecuencia, el dato real de operación es de 870.52 MHz. Las pruebas fueron realizadas a distancias que van desde 1 km hasta 5 km en donde se obtuvieron los siguientes datos ​.

Datos medidos:

Distancia (km)	Medidas obtenidas en dB
1	125.71 dB
2	132.50 dB
3	136.63 dB
4	140.02 dB
5	145.81 dB

Graficando esta tabla se observa que de igual forma que los datos teóricos a medida que aumenta la distancia consecuentemente aumentarán las pérdidas:

Pérdidas de trayectoria- Pruebas realizadas

Por lo tanto, se puede analizar que hay un rango de error elevado entre las pérdidas de trayectoria aplicando el modelo de Egli y las mediciones en el entorno real, en consecuencia, no es un modelo de propagación en terreno irregular que presente exactitud en sus resultados.

. Comparación de pérdidas de trayectoria- Modelo de Egli

Véase también

• Radiofrecuencia
• Propagación
• International Telecommunication Union

Okumura Hata

El modelo de Okumura es uno de los más ampliamente utilizados para predicción de señales en áreas urbanas. Este modelo es aplicable para frecuencias en el rango de 150 a 1920 MHz, es decir, comprende la banda de VHF y UHF (sin embargo, típicamente es Extrapolado para frecuencias arriba de 3000 MHz entrando en la banda de SHF) y distancias de 1 Km a 100 Km, además puede ser usado para alturas de la antena de la estación en el rango de 30 m a 1000 m.​

Okumura desarrolló un conjunto de curvas que dan la atenuación mediana relativa al espacio libre (A_mu ) para una zona urbana sobre un terreno casi plano, con una altura de la antena de la estación base (h_te) de 200 m y una altura de antena móvil (ℎ_𝑟𝑒) de 3m.

Para determinar la pérdida de trayectoria utilizando el modelo de Okumura se expresa de la siguiente manera:

$L_{50}dB=LF+A_{mu}(f,d)-G_{hte}-G_{hre}-G_{AREA}$

Dónde:

$L_{50}(dB)$ → Pérdidas por propagación al 50% de recepción de la señal.

$LF$ → Pérdidas en el espacio libre.

$A_{mu}$ → Atenuacion media relativa a las pérdidas en el espacio libre

$G_{hte}$ → Factor de ganancia de la antena transmisora (dB)

$G_{hre}$ → Factor de ganancia de la antena receptora (dB)

$G_{AREA}$ → Factor de correción que depende del entorno

Curvas del modelo de Okumura

Los valores obtenidos de cada curva se obtuvieron por medio de diferentes mediciones, usando antenas verticales y omni-direccionales tanto en la base como en el móvil y graficadas en función de la frecuencia en el rango de los 100 MHz a los 1920 MHz y en función de la distancia desde la estación base en el rango de 1 km a 100 km.

Atenuación mediana relativa al espacio libre ( Amu(f,d))

Si las alturas reales de Tx y Rx o el tipo de área de propagación difieren de las referenciadas, se debe agregar la corrección apropiada.

Factores de ganancia:

Los factores de ganancia G_hte y G_hre pueden calcularse usando las siguientes aproximaciones:

$G_{hte}=20Log({\frac {hte}{200}})$  300 m ≤  hte ≤  1000 m  

$\left\{{\begin{array}{rcl}20log({\frac {hre}{3}}),&{\mbox{si }}&hre\leq 3m\\10log({\frac {hre}{3}}),&{\mbox{si }}&3m\leq hre\leq 10m\end{array}}\right.$

Okumura descubrió que 𝐺_(hte) varía a una tasa de 20dB/década y 𝐺_(hre) varía a una tasa de 10 dB/década para alturas inferiores a 3 m.\\ Algunos de los parámetros importantes relacionados con el terreno son la altura de la ondulación del terreno, la pendiente promedio del terreno, entre otros.

DESCRIBIR ESTA IMAGEN

DESCRIBIR ESTA IMAGEN

Factor de corrección (G_AREA):

Se pueden aplicar correcciones al modelo de Okumura dependiendo de la zona, como se muestra en la siguiente figura:

DESCRIBIR ESTA IMAGEN

[[Categoría:Telecomunicaciones]] [[Categoría:Comunicaciones inalámbricas]]

El modelo de Okumura es uno de los más simples y prácticos en términos de precisión en la predicción de pérdida de trayectoria y se ha convertido en un estándar de planificación de sistemas de radio móviles terrestres modernos en Japón.

La principal desventaja de este modelo es su lenta respuesta a los rápidos cambios del terreno, por esto, el modelo es bastante bueno en áreas urbanas y suburbanas, pero no en áreas rurales.

Modelo Hata (OKUMURA-HATA)

Desarrollado por Masaharu Hata en 1980 y basado en los resultados de las mediciones realizadas por Yoshihisa Okumura en la ciudad de Tokio, Japón, consiste en un conjunto de ecuaciones que permite estimar las pérdidas de propagación en diferentes tipos de zonas (urbana, semiurbana y rural). Es uno de los modelos más utilizados en la planificación y dimensionamiento del segmento de propagación de sistemas inalámbricos de telecomunicaciones, incluyendo los sistemas TDA. El modelo trata de representar las mediciones hechas por Okumura a través de la forma:

$(A+B)log_{10}R\,$

Donde:

A y B Son funciones de la frecuencia y la altura de la antena

R Es la distancia entre la antena y el usuario.

Con el objetivo de hacer que este método fuera más fácil de aplicar, Hata estableció una serie de relaciones numéricas que describen el método gráfico propuesto por Okumura.

Dividiendo las áreas de predicción categorizadas por el tipo de terreno, llamadas área abierta, urbana y suburbana.

Área urbana: Corresponde a las grandes ciudades con altas edificaciones y casas con 2 o más pisos, o donde existen una gran concentración de casas.

$L_{50}(urbano)=69.55+26.16log(f_{c})-13.82log(h_{te})-a(h_{re})+(44.9-6.55log(h_{te}))log(d)$

Tomando en cuenta:

$150Mhz<f_{c}<1500Mhz$

$30m<h_{te}<200m$

$1m<h_{re}<10m$

Donde:

$f_{c}$ Frecuencia portadora [MHz]

$h_{te}$ Altura de la antena transmisora [m], en rango de 30 a 200 m.

$h_{re}$ Altura de la antena receptora [m], en rango de 1 a 10 m.

$a(h_{te})$ Factor de corrección para la altura efectiva de la antena móvil que es función del tipo de área de servicio.

$d$ Distancia entre transmisor y receptor [Km].

El factor de corrección de la antena del móvil (a(h_re)) se define según el tamaño de la ciudad:

Para ciudades pequeñas y medianas:

$a(h_{re})=(1.1log(f_{c})-0.7)h_{re}-(1.56log(f_{c})-0.8)dB$

Para ciudades grandes:

$a(h_{re})=8.29(log(1.54h_{re}))^{2}-1.1dB$ para f_c < 300 MHz

y

$a(h_{re})=3.2(log(11.75h_{re}))^{2}-4.97dB$ para f_c < 300 MHz

Área suburbana: Ciudades o carreteras en donde hay árboles y casas en forma dispersa, existen obstáculos cerca del usuario, pero no provocan congestión.

$L(dB)=L_{50}(urbano)-2[log({\frac {f_{c}}{28}})]^{2}-5.4$

Área rural: Son los espacios abiertos sin grandes árboles o edificaciones en el camino de la señal.

$L(dB)=L_{50}(urbano)-4.78(log(f_{c}))^{2}+18.33log(f_{c})-40.94$

Teniendo en cuenta las formulaciones y definición de Rappaport y Parsons, se genera la siguiente tabla en la cual se observa el rango de validez a partir de cada parámetro según el autor:

PARÁMETROS	RANGO DE VALIDEZ RAPPAPORT	RANGO DE VALIDEZ PARSONS
𝑓𝑐 → 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 (𝑀𝐻𝑧)	150 𝑀𝐻𝑧 − 1500 𝑀𝐻𝑧	150 𝑀𝐻𝑧 − 1500 𝑀𝐻𝑧
ℎ𝑡𝑒 → 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟 (𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠)	30 𝑚 − 200 𝑚	30 𝑚 − 200 𝑚
ℎ𝑟𝑒 → 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟 (𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠).	1 𝑚 − 10 𝑚	1 𝑚 − 10 𝑚
𝑑 → 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖o𝑛 𝑇 − 𝑅 (𝑒𝑛 𝑘𝑖𝑙𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠).	No define	1 𝑘𝑚 − 20 𝑘𝑚 Ver También Okumura, Y.; Ohmori, E.; Kawano, T.; Fukuda, K. (September–October 1968). «Field strength and its variability in VHF and UHF land-mobile radio service». Review of the Electrical Communication Laboratory (en japonés) 16 (9–10): 825-73.  Hata, M. (August 1980). «Empirical Formula for Propagation Loss in Land Mobile Radio Services». IEEE Transactions on Vehicular Technology. VT-29 (3): 317-25.

[[Categoría:Radiofrecuencia]] [[Categoría:Propagación de radiofrecuencia‎]] >[[Categoría:Comunicaciones inalámbricas]]

Factor Model

Seidel describió un modelo de propagación en el edificio que incluye el efecto del tipo de edificio, así como las variaciones causadas por los obstáculos. Este modelo proporciona flexibilidad y se demostró que reduce la desviación estándar entre la pérdida de trayectoria medida y predicha alrededor de 4 dB, en comparación con 13 dB cuando solo se utilizó un modelo de distancia logarítmica en dos edificios diferentes. El modelo de factor de atenuación está dado por.

$PL(d)[dB]=PL(d0)[dB]+10nSFlog(dd0)+FAF[dB](1)$

múltiples donde nSF representa el valor del exponente para la medición del "mismo piso". Por lo tanto, si existe una buena estimación para nen el mismo piso, entonces la pérdida de trayectoria en un piso diferente puede predecirse agregando un valor apropiado de FAF. Alternativamente, en la ecuación, FAF puede ser reemplazado por un exponente que ya considera los efectos de la separación de pisos

$PL(d)[dB]=PL(d0)+10nMFlog(dd0)(2)$

donde nMF denota un exponente de pérdida de trayectoria basado en mediciones a través de múltiples pisos. La Tabla 1 ilustra los valores típicos de n para una amplia gama de ubicaciones en muchos edificios. Esta tabla también ilustra cómo la desviación estándar disminuye a medida que la región promedio se vuelve más pequeña y específica del sitio. En las Figura 1 y Figura 2 se muestran gráficos de dispersión que ilustran la pérdida real de trayectoria medida en dos edificios de oficinas de varios pisos.

	n	𝝈(dB)	Numero de localizacion
Todos los edificios
Todas las ubicaciones	3.14	16.3	634
el mismo piso.	2.76	12.9	501
A travez de un piso.	4.19	5.1	73
A travez de dos pisos.	5.04	6.5	30
Atravez de tres pisos.	5.22	6.7	30
Tienda de comestibles.	1.81	5.2	89
Tienda al por menor	2.18	8.7	137
Edificio de oficinas 1:
Todo el edificio	3.54	12.8	320
El mismo piso	3.27	11.2	238
Ala oeste 5° piso	2.68	8.1	104
Ala central 5° piso	4.01	4.3	118
Ala oeste 4° piso	3.18	4.4	120
Edificio de oficinas 2:
Edificio entero	4.33	13.3	100
El mismo piso	3.25	5.2	37

Tabla 1 Exponente de pérdida de trayectoria y desviación estándar para varios tipos de edificios

Devasirvatham, encontró que la pérdida de trayectoria en el edificio obedece al espacio libre más un factor de pérdida adicional que aumenta exponencialmente con la distancia, como se muestra en la Tabla 2. Sobre la base de este trabajo en edificios de varios pisos, sería posible modificar la ecuación (3) de modo que [2]

$PL(d)[dB]=PL(d0)[dB]+20log(dd0)+d+FAF[dB](3)$

dónde α es la constante de atenuación para el canal con unidades de dB por metro (dB/m). La tabla 2 proporciona los valores típicos de en función de la frecuencia medida en

Localizacion	Frecuencia	α- Atenuacion(dB)
Edificio 1: piso 4	850 MHz- 1.7GHz -4.0 GHz	0.62-0.57-0.47
Edificio 2: piso 2	850MHz-1.7GHz-4.0GHz	0.48-0.35-0.23

Modelo Longley rice

El MODELO LONGLEY-RICE es un método utilizado en el modelamiento de propagación de radio, cuya función es predecir la atenuación de señales de radio utilizados en un enlace de telecomunicaciones comprendido en el rango de los 20 MHz hasta los 20GHz. Este modelo puede trabajarse de dos maneras: la primera ofrece descripción detallada del perfil del terreno, donde se obtienen los parámetros de propagación o modo de predicción punto a punto y la segunda no dispone de perfil de terreno, por lo cual se debe estimar los parámetros específicos por medio de la predicción de área [1]. Este modelo nació de una publicación hecha en 1968 por sus autores. Los científicos Anita Longley y Phil Rice. Este introdujo los métodos y un programa informático para predecir la pérdida de trayectoria media en terrenos, irregulares Incluye estimaciones de variabilidad con el tiempo y la ubicación, y un método para calcular la probabilidad del servicio [2].

Parámetros Para la aplicación de este modelo se debe tener en cuenta la siguiente parametrización:

Frecuencia de transmisión (MHz):	20 a 20.000
Alcance (Km):	1 a 2.000
Alturas de antena: (m):	0.5 a 3.000
Polarización:	vertical u horizontal
Refractividad superficial	(250 a 400 N)

Adicional a ellos se tiene en cuenta el radio efectivo de la tierra, constantes del terreno y el clima.

Formulacion La irregularidad del terreno está dada por:

Donde el valor de ∆h(d) aumenta con la longitud del camino, y durante el tiempo suficiente alcanza un valor asintótico y el valor de ∆h esta dado por:

TIPO DE TERRENO	∆h
Agua o llanuras muy suaves	0 - 5
Llanuras	30
Colinas	80 - 150
Montañas	150-300
Montañas escarpadas	300-700

La distancia total entre las antenas y sus respectivos horizontes es:

$d_{L}=d_{L}b+d_{L}m,d_{L}S=d_{L}Sb+d_{L}Sm$

Donde dLSb y dLSm están dados por:

Donde he es heb o hem según corresponda, siempre que el valor sea superior a 5 cm; de lo contrario, se utiliza un valor de 5 m. La estimación para el Angulo de elevación del horizonte θeb y θem (radianes) es:

La suma de los ángulos de elevación es:

Cualquiera que sea el más grande. El ángulo Cualquiera que sea el más grande. El ángulo de una trayectoria transhorizonte es siempre positivo y viene dado por:

Donde d_i es la longitud de la ruta de transmisión en kilómetros y θ_e es la distancia angular para una ruta transhorizonte. Al calcular la pérdida de difracción utilizando esta técnica, es necesario expresar las distancias d1 y d2 como filo de cuchillo, obstáculos en términos del horizonte distancias.

Las expresiones utilizadas para el primer y segundo obstáculo son:

Donde d1^' y d2 pueden ser expresados en kilómetros como:

Los parámetros-v apropiados para los obstáculos a las distancias d1 y d2 son:

Con i = 1 y 2 Las pérdidas de difracción A1 y A2 usando:

$A_{1}(dB)=A(v_{(}b,1))+A(v_{(}m,1)),A_{2}(dB)=A(v_{(}b,2))+A(v_{(}m,2))$

Donde las aproximaciones para A(v) están dadas por:

La expresión explicita usada para determinar la pérdida de difracción LD a un movil ubicado a una distancia d de la estación base es:

$L_{D}(dB)=dm_{d}+A_{0}$

Donde:

$m_{d}=(A_{1}-A_{2})/(d_{2}-d_{1})$

$A_{0}=A_{f}o+A_{2}-d_{2}m_{d}$

Donde A_fo Esta estimado por:

Y σ(d_LS) esta dado en metros por:

Método de Durkin

Publicado en Proceedings de la IEEE en el año 1969 y titulado Computer prediction of service areas for v.h.f. mobile radio network. Es un algoritmo propuesto por R.Edwards y J.Durkin, que tiene como finalidad la predicción de propagación en un área de servicio efectivo de un transmisor V.H.F. Puede predecir los contornos de intensidad y recalcularlos cambiando la posición del transmisor.

Este programa computacional fue adoptado por el Joint Radio Committe (JRC) para generar la estimación de cobertura para radio móvil efectivos. El simulador solo puede predecir fenómenos a gran escala.

Software

El algoritmo de Edwards y Durkin ejecuta dos operaciones principales, que se repiten para un gran número de puntos:

1. El almacenamiento y tratamiento de datos topográficos, con estos datos se reconstruye un perfil de terreno a lo largo de un radial entre el transmisor y el receptor. El almacenamiento, la resolución y la precisión del programa dependen de la densidad de estos datos que se toman a partir del área de servicio propuesto, todo este proceso se debe hacer antes de los cálculos, de esta forma, se puede cambiar la ubicación del transmisor sin la necesidad de adquirir nuevos datos topográficos, además, permite la comparación de diferentes áreas de cobertura. La precisión y volumen mejora con intervalos de 0.5Km entre cada dato, para su almacenamiento se usa una cuadricula de cuantificación que recoja los datos esenciales del radial.

Imágenes

Reflexión conductores perfectos

Plano Horizontal

Reflexión conductores perfectos

Plano Vertical

Propagación por el Espacio Libre

En la propagación de ondas electromagnéticas hay diversos mecanismos que se encargan de esta, dichas ondas de radio se ven afectadas al momento de propagarse por el espacio. Esto implica que debido a los múltiples reflejos de varios objetos, las ondas electromagnéticas viajan a lo largo de diferentes longitudes y la interacción entre estas ondas provoca un desviamiento por trayectos múltiples en una ubicación y la intensidad de las ondas disminuye a medida que aumenta la distancia entre el transmisor y el receptor. También encontramos los modelos de pequeña escala que se encarga de la caracterización de las fluctuaciones rápidas de la intensidad de la señal recibida en distancias de viaje muy corta o duraciones de tiempo muy cortas.

El modelo de propagación en el espacio libre, la intensidad recibida por una antena receptora que está separada por una distancia (d) de una antena transmisora radiante, esta dada por la ecuación de espacio libre de Friss la cual fue presentada por primera vez por el ingeniero de radio danés-estadounidense Harald T. Friss en 1946, La idea original de Friss era prescindir del uso de directividad o ganancia al describir el rendimiento de la antena, en vez de eso esta el descriptor de área de captura de antena como una de los dos partes importantes de la ecuación que caracteriza el comportamiento de un circuito de radio en el espacio libre.

Modelo de propagación por espacio libre

Modelo de Propagación de Espacio Libre

Los sistemas de comunicación por satélite y los enlaces de radio de línea de visión de microondas suelen experimentar una propagación en el espacio libre. Al igual que ocurre con la mayoría de los modelos de propagación de ondas de radio a gran escala, este modelo predice que la potencia recibida disminuirá en función de la distancia de separación que hay entre el transmisor y el receptor, elevada a cierta potencia (es decir, una función de la ley de potencia). este modelo es utilizado para predecir la fuerza de la señal recibida cuando el transmisor y el receptor tienen una línea de visión clara y sin obstáculos entre ellos. La potencia en el espacio libre recibida por una antena receptora que está separada de una antena transmisora radiante por una distancia (d), viene dada por la ecuación de espacio libre de Friis:

$P_{r}(d)={\frac {P_{t}G_{t}G_{r}\lambda ^{2}}{(4\pi )^{2}d^{2}L}}$

• Donde $P_{t}$ es la potencia transmitida.
• $P_{r}(d)$ es la potencia recibida en función de la separación TR.
• $G_{t}$ es la ganancia de la antena del transmisor.
• $G_{r}$ es la ganancia de la antena del receptor.
• $d$ es la distancia de separación TR en metros.
• $L$ es el factor de pérdida del sistema no relacionado con la propagación $(L\geq 1)$.
• $\lambda$ es la longitud de onda en metros.

La ecuación de Friis demuestra que la potencia recibida cae como el cuadrado de la distancia de separación entre el transmisor y el receptor. Por lo cual la potencia recibida decae con la distancia a una tasa de 20 dB / década.

Ya que la ganancia está relacionada con el área efectiva, tenemos que:

$G={\frac {4\pi A_{e}}{\lambda ^{2}}}$

Despejamos el área efectiva $A_{e}$, la cual está relacionada con el tamaño físico de la antena:

$A_{e}={\frac {G\lambda ^{2}}{4\pi }}$

• Donde $G$ es la Ganancia de la antena.
• $A_{e}$ es la Área efectiva.
• $\lambda$ es la Longitud de onda.

Lambda está relacionada con la frecuencia portadora por:

$\lambda ={\frac {c}{f}}={\frac {2\pi c}{W_{c}}}$

• Donde $f$ es la frecuencia portadora en hercios.
• $W_{e}$ es la frecuencia portadora en radianes por segundo.
• $c$ es la velocidad de la luz expresada en m/s

Pérdida de trayectoria en el espacio libre en decibelios

La pérdida de trayecto, que representa la atenuación de la señal como una cantidad positiva medida en dB, se define como la diferencia (en dB) entre la potencia transmitida efectiva y la potencia recibida, y puede incluir o no el efecto de las ganancias de la antena.

La pérdida de trayectoria para el modelo de espacio libre cuando se incluyen las ganancias de antena viene dada por:

$PL(dB)={10\log({\frac {P_{t}}{P_{r}}})}={-10\log({\frac {G_{t}G_{r}\lambda ^{2}}{(4\pi )^{2}d^{2}}})}$

Cuando se excluyen las ganancias de antena, se supone que las antenas tienen ganancia unitaria y la pérdida de trayectoria viene dada por:

$PL(dB)={10\log({\frac {P_{t}}{P_{r}}})}={-10\log({\frac {\lambda ^{2}}{(4\pi )^{2}d^{2}}})}$

Ecuación Típica

Para expresar las pérdidas de trayecto en términos decibelios $(dB)$, se tiene la siguiente ecuación:

$FSPL(dB)={10\log _{10}(({\frac {4\pi df}{c}})^{2})}$

$FSPL(dB)={20\log _{10}({\frac {4\pi df}{c}})}$

$FSPL(dB)={20\log _{10}(d)+20\log _{10}(f)+20\log _{10}(({\frac {4\pi }{c}}))}$

$FSPL(dB)={20\log _{10}(d)+20\log _{10}(f)-147.55}$

En la ecuación de FSPL, cambia la constante numérica dependiendo del orden de las unidades de la frecuencia $(f)$ y de la distancia $(d)$:

• $(f)$ medido en unidades de  GHz y $(d)$ en Km, es la más común en aplicaciones de radio.

$FSPL(dB)={20\log _{10}(d)+20\log _{10}(f)+92.45}$

• $(f)$ medido en unidades de  KHz y $(d)$ en m.

$FSPL(dB){\displaystyle ={20\log _{10}(d)+20\log _{10}(f)-87.55}}$

• $(f)$ medido en unidades de  MHz y $(d)$ en m.

$FSPL(dB){\displaystyle ={20\log _{10}(d)+20\log _{10}(f)-27.55}}$

• $(f)$ medido en unidades de MHz y $(d)$ en Km.

$FSPL(dB){\displaystyle ={20\log _{10}(d)+20\log _{10}(f)+32.44}}$

Véase también

• Radiofrecuencia
• Propagación
• International Telecommunication Union

Referencias

[1] Theodore S. Rappaport “WIRELESS COMMUNICATIONS PRINCIPLES &. PRACTICE. Prentice-Hall. 2002.

[2] Friis, H. T. (1946). A note on a simple transmission formula. Proceedings of the IRE, 34(5), 254-256.