Capítulo 9 Wayne Tomasi

Capítulo 9 Wayne Tomasi Resumen

Alejandro Perez Garcia Juan Carlos Osorio

CAPÍTULO 9 WAYNE TOMASI - ABRIL DE 2013

Redes II

Profesor: Cesar Tabares

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Propagación de ondas En ciertas ocasiones tenemos inconvenientes para transmitir y propagar las ondas electromagnéticas por medios guiados por factores geográficos, así que se empieza hacer el uso de la atmosfera llamándose propagación de la radio frecuencia. Concepto de rayos y frentes de onda Utilizando diagramas se puede llegar a analizar e ilustrar la propagación de las ondas electromagnéticas por el espacio libre, el frente de onda y en frentes de ondas son como ondas planas o una onda esférica y su propagación se dan en todas las direcciones a partir de la fuente. Densidad y potencia e intensidad en el campo Se llama a densidad de potencia a la proporción en la cual la energía cruza por una superficie dada; es decir la densidad de potencia es energía por unidad de tiempo por unidad de área, se expresa en watts por metro cuadrado y la intensidad de campo normalmente se da en volts por metro y la intensidad de campo magnético en ampervuelta por metro. Impedancia característica del espacio libre La impedancia característica de un medio de trasmisión sin perdidas es igual a la raíz cuadrada de la relación de su permeabilidad magnética con su permisividad eléctrica. Concepto de frente de onda esférica y la ley inversa cuadrática Onda esférica refiere que de un radiador isotrópico produce una onda esférica de radio R y cualquier punto que se encuentre en la distancia de R tienen densidades de potencia iguales. La ley inversa cuadrática nos indica que la densidad de potencia es inversamente proporcional al cuadro de la distancia. Atenuación Es la reducción en la densidad de potencia conforme la distancia se hace mayor de la fuente, es decir que las ondas se alejan más unas de otras y esto causa que el número de ondas por unidad de área disminuye. CAPÍTULO 9 WAYNE TOMASI - ABRIL DE 2013

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Absorción La Atmosfera como se compone de átomos y moléculas de varias sustancias, tales como gases, líquidos, y sólidos, así que algunos de estos materiales absorben las ondas electromagnéticas Propiedades ópticas de las ondas de radio Refracción La refracción es el cambio de dirección

de un rayo conforme pasa

oblicuamente, de un medio a otro, con diferentes velocidades de probación y esta se da siempre que una onda de radio pasa de una medio a otro medio de diferente densidad. Reflexión Ocurre cuando una onda incidente choca con otra barrera de dos medios y algo de la potencia incidente no entra al segundo material, es decir rebota. Difracción Es la distribución de la energía dentro de un frente de onda, al pasar cerca de la orilla de un objeto opaco. La difracción es el fenómeno que permite que las ondas luminosas o de radio se propaguen en torno a esquinas. Interferencia La interferencia de ondas de radio se presenta, cuando dos o más ondas electromagnéticas se combinan de tal manera que el funcionamiento de sistema se degrada, ocurre cuando dos ondas ocupan simultáneamente el mismo punto en el espacio. Propagación de ondas Las ondas se propagan de varias formas esto depende del ambiente en el que se encuentren, hay tres formas de propagación de las ondas electromagnéticas: ondas de tierra, ondas espaciales y onda de cielo.

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Propagación ondas de Tierra: Una onda terrestre es una onda electromagnética que viaja por la superficie de la Tierra. Por eso a las ondas terrestres también se les llama ondas superficiales. Las ondas terrestres deben estar polarizadas verticalmente. Esto se debe a que el campo eléctrico, en una onda polarizada horizontalmente. Seria paralelo a la superficie de la tierra, y esas ondas se pondrían en corto por la conductividad del suelo. Propagación de ondas espaciales: La propagación de ondas espaciales incluye energía radiada que viaja unas cuantas millas, en la parte inferior de la atmosfera de la tierra; la propagación de ondas espaciales se limita a la curvatura de la tierra Propagación de ondas del cielo: Son las ondas que se dirigen por encima del nivel del horizonte; estas ondas se irradian en una dirección que produce un ángulo relativamente grande Términos de propagación y definiciones Frecuencia crítica Y ángulo crítico: Es la máxima frecuencia que se puede propagar directo hacia arriba y es reflejada por la ionosfera hacia la Tierra. La frecuencia crítica depende de la densidad de ionización en consecuencia, varía con la hora del día y con la estación; cada frecuencia tiene un ángulo vertical máximo al cual se puede propagar y seguir reflejándose por la ionosfera. Ese ángulo se llama ángulo crítico. Altura Virtual: Es la altura de la superficie de la tierra, donde parece que una onda refractada ha sido reflejada. Frecuencia máxima utilizable: Es la frecuencia más alta que puede utilizarse para la propagación de ondas en el cielo, entre dos puntos específicos de la superficie de la tierra. Distancia de salto: Es la distancia mínima desde una antena de transmisión, a la que regresara a la tierra una onda celeste de determinada frecuencia

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Preguntas del capítulo 9 del libro de Wayne Tomasi 9.1 Describa un rayo electromagnético en un frente de ondas: Un rayo es una línea trazada a lo largo de la dirección de propagación de una onda electromagnética. Los rayos se usan para demostrar la dirección relativa de la propagación de la onda electromagnética. Un frente de onda representa una superficie de ondas electromagnéticas de fase constante. Se forma un frente de onda cuando se unen puntos de igual fase en rayos que se propagan desde la misma fuente. 9.3 Describa el frente de Onda esférica: Son ondas tridimensionales que se propagan a la misma velocidad en todas direcciones. Se llaman ondas esféricas porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas, cuyo centro coincide con la posición de la fuente de la perturbación en todas las direcciones. Esta es la de sonido: Las ondas sonoras es una onda esférica tridimensional cuando se propaga a través del aire en reposo. También la luz se propaga en forma de ondas esféricas a través del aire, el vacío o el agua. 9.5 Describa la atenuación de onda: Cuando las ondas se propagan por el espacio vacío, se dispersan y resulta una reducción de la densidad de potencia. A esto se le llama atenuación, y se presenta tanto en el espacio libre como en la atmósfera terrestre. 9.7 Describa la refracción; explique la ley de Snell de la refracción: La refracción electromagnética es el cambio de dirección de un rayo al pasar en dirección oblicua de un medio a otro con distinta velocidad de propagación. Por consiguiente, hay refracción siempre que una onda de radio pasa de un medio a otro de distinta densidad.

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9.9 Describa la difracción. Explique el principio de Huygens: Se define a la difracción como la modulación o redistribución de la energía dentro de un frente de onda, al pasar cerca de la orilla de un objeto opaco. La difracción es el fenómeno que permite que las ondas luminosas o de radio se propaguen en torno a esquinas. Sea b la anchura de la rendija, y consideremos que las infinitas fuentes secundarias de ondas están distribuidas a lo largo de la rendija. El principio de Huygens establece que todo punto sobre determinado frente de onda esférico se puede considerar como una fuente puntual secundaria de ondas electromagnéticas, desde la cual se irradian y se alejan otras ondas secundarias. 9.11 Describa las condiciones atmosféricas que causan la refracción electromagnética: Las capas atmosféricas funcionan como un conducto, y una onda electromagnética se puede propagar grandes distancias siguiendo la curvatura de la Tierra dentro de este conducto. 9.13 Describa la propagación de onda de tierra: Una onda terrestre es una onda electromagnética que viaja por la superficie de la Tierra. Por eso a las ondas terrestres también se les llama ondas superficiales. Las ondas terrestres deben estar polarizadas verticalmente. Esto se debe a que el campo eléctrico, en una onda polarizada horizontalmente. Seria paralelo a la superficie de la tierra, y esas ondas se pondrían en corto por la conductividad del suelo. Las desventajas de la propagación de ondas terrestres son las siguientes: 1. Requieren una potencia de transmisión relativamente alta. 2. Se limitan a frecuencias muy bajas, bajas e intermedias (VLF. LF y MF> y requieren grandes antenas. La razón de esto se explica en el capítulo 11. 3. Las pérdidas en el terreno varían mucho de acuerdo con el material superficial y su composición.

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Las ventajas de la propagación de ondas terrestres son las siguientes: 1. Con la potencia suficiente de transmisión, se pueden usar las ondas terrestres para comunicarse entre dos lugares cualesquiera en el mundo. 2. Las ondas terrestres se afectan poco por las condiciones variables de la atmósfera. 9. 15 Explique por qué el horizonte de radio está a mayor distancia que el horizonte óptico: La curvatura de la Tierra presenta un horizonte en la propagación de las ondas espaciales, que se suele llamar el horizonte de radio. A causa de la refracción atmosférica, el horizonte de radio está más allá del horizonte óptico para la atmósfera estándar común. El horizonte de radio está, más o menos, a cuatro tercios del horizonte óptico. La refracción se debe a la troposfera, a cambios en su densidad, temperatura, contenido de vapor de agua y conductividad relativa. El horizonte de radio se puede alargar sólo con elevar las antenas de transmisión o recepción, o ambas, respecto a la superficie terrestre, con torres, o colocándolas sobre montañas o edificios altos. 9.17 Describa la propagación de ondas del cielo: Las ondas electromagnéticas que se dirigen sobre el nivel del horizonte se llaman ondas celestes. En el caso normal, las ondas celestes se irradian en una dirección que forma un ángulo relativamente grande con la Tierra. Se irradian hacia el ciclo, donde son reflejadas o refractadas hacia la superficie terrestre por la ionosfera la propagación de las ondas celestes se le llama a veces propagación ionosférica.9.19 Defina la frecuencia crítica y el ángulo crítico La frecuencia crítica se define como la máxima frecuencia que se puede propagar directo hacia arriba y es reflejada por la ionosfera hacia la Tierra. La frecuencia crítica depende de la densidad de ionización y. en consecuencia, varía con la hora del día y con la estación.

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Cada frecuencia tiene un ángulo vertical máximo al cual se puede propagar y seguir reflejándose por la ionosfera. Ese ángulo se llama ángulo crítico.

9.21 Defina lo que es máxima frecuencia utilizable: La máxima frecuencia útil es la mayor frecuencia que se puede usar en propagación de ondas celestes entre dos puntos específicos de la superficie terrestre. Es una frecuencia límite para la propagación de las ondas celestes. Sin embargo, la MUF es para determinado ángulo de incidencia.

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PREGUNTAS: 9.1 Determine la densidad de potencia para una potencia radiada de 1000W a una distancia de 20 kilómetros de la antena isotrópica R/ p = 1000w / [4π * (20000 m) ^2] p = 1000w / (12.56 * 400 000 000 m^2) p = 1000w / (5024000000 m^2) p = 1w / (5024000 m^2) p = 2 x 10^ -7 w/m^2 p = 0.2 mW/m^2 9.3 Describa los efectos que tiene sobre la densidad de potencia si se triplica la distancia desde la antena transmisora R/ La densidad de la potencia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, por ello la densidad de potencia disminuirá por un factor de 9 9.5 Determine la frecuencia máxima utilizable para una frecuencia crítica de 10 MHz y un Angulo de incidencia de 45º R/ MUF = (10 MHz) / (coseno 45º) MUF = 14.14 MHz 9.7 determine la intensidad del campo eléctrico para el mismo punto en el problema 9.2 R/ g = sqrt (30 * 1000) / 30000 m = 5.7 * 10^-3 CAPÍTULO 9 WAYNE TOMASI - ABRIL DE 2013

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G = 0.0057 V/m 9.9 determine el cambio en la densidad de potencia cuando la distancia de la fuente se incrementa por un factor de 4 R/ La densidad de la potencia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entonces podemos decir que si la distancia aumenta por un factor de 4, la densidad disminuye por 16 9.11 la densidad de potencia en un punto desde la fuente es de 0.001 mW y la densidad de potencia en otro punto es de 0.00001 mW, determine la atenuación en decibeles R/ 10 log (0.001 mW / 0.00001 mW) = 20 dB 9.13 determine la distancia al radio horizonte para una antena localizada 40 pies arriba del nivel del mar R/ d =

(2

40 pies)

D = 8.94 millas 9.15 determine la distancia máxima entre antenas idénticas, a la misma distancia, por arriba del nivel del mar para el problema 9.13 R/ d = (2 * 40 pies) + (2 * 40 pies) D = 8.94 + 8.94 = 17.88 millas

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