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Propagación troposférica

Propagación troposférica

En frecuencias superiores a 30 MHz, se encuentra que la troposfera tiene un efecto creciente sobre las señales de radio y los sistemas de comunicaciones por radio. Las señales de radio pueden viajar a distancias mayores de lo que sugerirían los cálculos de la línea de visión. A veces, las condiciones cambian y las señales de radio pueden detectarse a distancias de 500 o incluso 1000 km y más. Esto es normalmente por una forma de mejora troposférica, a menudo llamada "tropo" para abreviar. A veces, las señales pueden incluso quedar atrapadas en un conducto elevado en una forma de propagación de señales de radio conocida como conducto troposférico. Esto puede interrumpir muchos enlaces de comunicaciones por radio (incluidos los enlaces de comunicaciones por radio de dos vías) porque se pueden encontrar interferencias que normalmente no existen. Como resultado, al diseñar un enlace o red de comunicaciones por radio, esta forma de interferencia debe ser reconocida para que se puedan tomar medidas para minimizar sus efectos.

La forma en que las señales viajan en frecuencias de VHF y superiores es de gran importancia para quienes buscan la cobertura de radio de sistemas como telecomunicaciones celulares, comunicaciones de radio móviles y otros sistemas inalámbricos, así como para otros usuarios, incluidos radioaficionados.

Comunicaciones por radio con línea de visión

Se podría pensar que la mayoría de los enlaces de comunicaciones por radio en VHF y superiores siguen una ruta de línea de visión. Esto no es estrictamente cierto y se encuentra que incluso en condiciones normales, las señales de radio pueden viajar o propagarse a distancias que son mayores que la línea de visión.

La razón del aumento de la distancia recorrida por las señales de radio es que son refractadas por pequeños cambios que existen en la atmósfera terrestre cercana al suelo. Se encuentra que el índice de refracción del aire cerca del suelo es muy levemente más alto que el de más arriba. Como resultado, las señales de radio se desvían hacia el área de mayor índice de refracción, que está más cerca del suelo. De este modo amplía el alcance de las señales de radio.

El índice de refracción de la atmósfera varía según una variedad de factores. La temperatura, la presión atmosférica y la presión del vapor de agua influyen en el valor. Incluso pequeños cambios en estas variables pueden marcar una diferencia significativa porque las señales de radio pueden refractarse en toda la ruta de la señal y esto puede extenderse por muchos kilómetros.

N unidades

Se encuentra que el valor medio del índice de refracción del aire a nivel del suelo es de alrededor de 1.0003, pero puede variar fácilmente de 1.00027 a 1.00035. En vista de los muy pequeños cambios que se observan, se ha introducido un sistema que permite notar más fácilmente los pequeños cambios. A menudo se utilizan unidades denominadas unidades "N". Estas unidades N se obtienen restando 1 del índice de refracción y multiplicando el resto por un millón. De esta forma se obtienen números más manejables.
N = (mu-1) x 10 ^ 6

Donde mu es el índice de refracción

Se encuentra que como una guía muy aproximada en condiciones normales en una zona de temperatura, el índice de refracción del aire cae en aproximadamente 0,0004 por cada kilómetro de aumento de altura, es decir, 400 unidades N / km. Esto hace que las señales de radio tiendan a seguir la curvatura terrestre y viajar más allá del horizonte geométrico. Los valores reales extienden el horizonte de radio en aproximadamente un tercio. Este factor se usa a menudo en la mayoría de los cálculos de cobertura de comunicaciones por radio para aplicaciones tales como transmisores de radiodifusión y otros usuarios de comunicaciones por radio bidireccionales tales como comunicaciones por radio móviles, telecomunicaciones celulares y similares.

Condiciones mejoradas

En determinadas condiciones, las condiciones de propagación de radio proporcionadas por la troposfera son tales que las señales viajan a distancias aún mayores. Esta forma de "elevación" en condiciones es menos pronunciada en las porciones más bajas del espectro VHF, pero es más evidente en algunas de las frecuencias más altas. En algunas condiciones, las señales de radio se pueden escuchar a distancias de 2000 o más kilómetros, siendo posibles distancias de 3000 kilómetros en raras ocasiones. Esto puede dar lugar a niveles significativos de interferencia durante períodos de tiempo.

Estas distancias extendidas son el resultado de cambios mucho mayores en los valores del índice de refracción sobre la ruta de la señal. Esto permite que la señal logre un mayor grado de curvatura y, como resultado, siga la curvatura de la Tierra a mayores distancias.

En algunas circunstancias, el cambio en el índice de refracción puede ser lo suficientemente alto como para desviar las señales hacia la superficie de la Tierra, momento en el que se reflejan nuevamente hacia arriba por la superficie de la Tierra. De esta forma las señales pueden viajar alrededor de la curvatura de la Tierra, siendo reflejadas por su superficie. Esta es una forma de "conducto troposférico" que puede ocurrir.

También es posible que se produzcan conductos troposféricos sobre la superficie de la Tierra. Estos conductos troposféricos elevados se producen cuando una masa de aire con un índice de refracción alto tiene una masa de aire con un índice de refracción más bajo por debajo y por encima de ella como resultado del movimiento de aire que puede ocurrir bajo algunas condiciones. Cuando ocurren estas condiciones, las señales pueden estar confinadas dentro del área elevada de aire con el índice de refracción alto y no pueden escapar y regresar a la tierra. Como resultado, pueden viajar varios cientos de millas y recibir niveles de atenuación comparativamente bajos. También pueden no ser audibles para las estaciones debajo del conducto y de esta manera crear un salto o una zona muerta similar a la experimentada con la propagación ionosférica de HF.

Mecanismo detrás de la propagación troposférica

Los efectos de la propagación troposférica ocurren comparativamente cerca de la superficie de la Tierra. Las señales de radio se ven afectadas por la región que se encuentra por debajo de una altitud de unos 2 kilómetros. Como estas regiones son las que se ven muy afectadas por el clima, existe un fuerte vínculo entre las condiciones climáticas y las condiciones de propagación y cobertura de radio.

En condiciones normales a hay un gradiente constante del índice de refracción con la altura, siendo el aire más cercano a la superficie de la Tierra el que tiene el índice de refracción más alto. Esto se debe a varios factores. El aire que tiene una densidad más alta y el que contiene una concentración más alta de vapor de agua conducen a un aumento del índice de refracción. Como el aire más cercano a la superficie de la Tierra es más denso (como resultado de la presión ejercida por los gases por encima de él) y tiene una mayor concentración de vapor de agua que el que está más arriba, significa que el índice de refracción del aire más cercano a la tierra La superficie es la más alta.

Normalmente, la temperatura del aire más cercano a la superficie de la Tierra es más alta que a mayor altitud. Este efecto tiende a reducir el gradiente de densidad del aire (y por lo tanto el gradiente del índice de refracción) ya que el aire con una temperatura más alta es menos denso.

Sin embargo, en algunas circunstancias, ocurre lo que se denomina inversión de temperatura. Esto sucede cuando el aire caliente cercano a la tierra se eleva permitiendo que el aire más frío y denso entre cerca de la Tierra. Cuando esto ocurre, da lugar a un mayor cambio en el índice de refracción con la altura y esto da como resultado un cambio más significativo en el índice de refracción.

Las inversiones de temperatura pueden surgir de varias formas. Uno de los más dramáticos ocurre cuando hay un área de alta presión. Un área de alta presión significa que habrá condiciones climáticas estables, y durante el verano están asociadas con un clima cálido. Las condiciones hacen que el aire cercano al suelo se caliente y suba. A medida que esto sucede, el aire más frío fluye por debajo causando la inversión de temperatura. Además, se encuentra que las mayores mejoras tienden a ocurrir a medida que el área de alta presión se aleja y la presión apenas comienza a caer.

También puede ocurrir una inversión de temperatura durante el paso de un frente frío. Un frente frío ocurre cuando un área de aire frío se encuentra con un área de aire caliente. En estas condiciones, el aire caliente se eleva por encima del aire frío creando una inversión de temperatura. Los frentes fríos tienden a moverse con relativa rapidez y, como resultado, la mejora en las condiciones de propagación tiende a ser de corta duración.

Desvanecimiento

Cuando las señales se propagan a grandes distancias como resultado de las condiciones de propagación troposférica mejoradas, las señales normalmente están sujetas a un lento desvanecimiento profundo. Esto se debe al hecho de que las señales se reciben a través de varios caminos diferentes. A medida que los vientos en la atmósfera mueven el aire a su alrededor, significa que los diferentes caminos cambiarán durante un período de tiempo. En consecuencia, las señales que aparecen en el receptor entrarán y se desfasarán entre sí como resultado de las diferentes y cambiantes longitudes de las trayectorias y, como resultado, cambiará la intensidad de la señal recibida global.

Cualquier señal terrestre recibida en VHF y superior estará sujeta a las condiciones de propagación predominantes causadas por la troposfera. En condiciones normales, debe esperarse que las señales se puedan recibir más allá de la distancia normal de la línea de visión. Sin embargo, en algunas circunstancias, estas distancias aumentarán considerablemente y se pueden experimentar niveles significativos de interferencia.

Ver el vídeo: Calculo Zona Fresnel (Octubre 2020).