Propagación de Ondas Terrestres

PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES Se denomina onda terrestre a toda aquella onda electromagnética que viaje por la superficie de la tierra denominadas también ondas superficiales. Una característica de las ondas terrestres es que deben estar polarizadas verticalmente, ya que si el campo eléctrico de este tipo de ondas se polariza horizontalmente quedaría en paralelo de la superficie de la tierra generando un corto circuito debido a la conductividad del suelo.

Fig.1 Superficie de la tierra en propagación terrestre. La superficie terrestre también tiene pérdidas por resistencias y por dieléctrico. Por consiguiente, las ondas terrestres se atenúan a medida que se propagan. Se propagan mejor sobre una superficie buena conducta, como por ejemplo, agua salada, y se propagan mal sobre superficies desérticas. Las pérdidas en las ondas terrestres aumentan rápidamente al aumentar la frecuencia, por consiguiente, su propagación se limita en general a frecuencias menores que 2 MHz.

Fig.2 representa la propagación de las ondas terrestres La atmosfera terrestre tiene un gradiente de densidad, es decir, la densidad disminuye en forma gradual conforme aumenta la distancia a

la superficie de la Tierra; esto hace que el frente de onda se incline en forma progresiva hacia adelante. Así, la onda terrestre se propaga en torno a la tierra y queda cerca de su superficie: si se transmite la potencia suficiente, el frente de onda se podría propagar más allá del horizonte, o hasta por toda la circunferencia de la Tierra. Sin embargo, se debe tener cuidado al seleccionar la frecuencia y el terreno sobre el que se va a propagar la onda terrestre, para asegurarse de que no se incline demasiado y se ¨caiga¨, de plano sobre el suelo, cesando de propagarse.

Fig.3 Ondas terrestres Es conveniente dividir la onda terrestre en onda espacial y onda superficial. Onda espacial: La onda espacial incluye la parte de la energía recibida como resultado de la difracción rodeando la superficie terrestre y aquella refractándose en la atmósfera superior. Puede formarse por la onda directa, y la onda reflejada en del suelo.  La onda directa: es la señal que sigue un camino directo desde el punto transmisor al punto receptor  Onda reflejada: es la que llega al receptor después de haber sido reflejada en la superficie terrestre. Onda superficial: Es una onda guiada a lo largo de la superficie de la Tierra. Se sustrae energía de esa onda superficial para cubrir las pérdidas que hay en la superficie terrestre; así la atenuación de la onda está afectada directamente por las características eléctricas de la superficie terrestre que encuentra a su paso. Forma de trasmisión: Durante el día, la mayor parte de las transmisiones terrestres tienen lugar basándose en la propagación de las ondas superficiales, pero los

mejores resultados se consiguen con frecuencias medias y bajas puesto que las frecuencias elevadas sufren una atenuación mucho mayor. La tierra es un gran absorbente de ondas sonoras debido a la resistencia que aquélla opone a las mismas, pero cuando aumenta el grado de humedad también lo hace la conductividad y ello favorece la propagación. Sucede esto porque la humedad propicia la conductividad eléctrica. Recuerde, por ejemplo, que la descarga de los pararrayos sólo era efectiva cuando la zona de tierra hacia la que se llevaba el conductor de bajada estaba suficientemente húmeda como para ofrecer una resistencia mínima.

Fig.2 Ondas terrestres, comunicación de barco a tierra. Este es uno de los motivos por los que las emisoras situadas junto al mar aumentan en gran medida su alcance cuando dirigen sus emisiones en esta dirección. Por un lado el agua favorece la conductividad y por otro la ausencia de obstáculos físicos permite a la onda superficial adaptarse al máximo a la curvatura terrestre. Este tipo de emisora de cara al mar se dedica, sobre todo, a comunicaciones sobre este medio, dirigidas a los barcos, con ondas largas que llegan a distancias difíciles de alcanzar con ondas directas o reflejadas. La banda de frecuencia llega de 15 a 300 kHz, lo que supone una longitud de onda a partir de 1.000 m en adelante. La propagación por ondas terrestres se usa normalmente en comunicaciones entre barcos y de barco a tierra, para la radio navegación y para comunicaciones marítimas móviles. Las ondas terrestres tienen frecuencias tan bajas conto 15 km Ventajas del uso de ondas terrestres: 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.

3.- Las perdidas en el terreno varían mucho de acuerdo con el material superficial y su composición. Desventajas del uso de ondas terrestres: 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 atmosfera.

Coeficiente de polarización Este coeficiente de desacoplo de polarización se define como la relación entre la potencia recibida por la antena cuando incide sobre ella una onda plana de polarización conocida y la que recibiría la misma antena al incidir sobre ella una onda plana con la misma dirección de propagación y densidad de potencia, pero cuyo estado de polarización sea tal que se maximice la potencia recibida (adaptación de polarización). Vale el cuadrado del módulo del producto escalar del vector de polarización vector

êr

êt

que define la polarización de la antena y el

de la onda recibida 2

Cp=|ê t .ê r|

Así, por ejemplo, una antena polarizada circularmente a derechas, situada en el plano xy, con máximo de radiación en la dirección del eje

z

positivo, está

caracterizada por un vector unitario de polarización en esa dirección.

êt =

x^ − j ^y √2

Si sobre esta antena incide una onda plana polarizada circularmente a

z

derechas (sentido de propagación según

decrecientes), es decir, con un

vector unitario de polarización

êr =

x^ + j ^y √2

Se obtiene un coeficiente de desacoplo

Cp=1 , y se dice en este caso que

existe adaptación de polarización. Por el contrario, si la onda recibida está polarizada circularmente a izquierdas

êr = Se tiene una desadaptación total,

x^ − j ^y √2

Cp=0 , resultante de la ortogonalidad de

ambas polarizaciones. Finalmente, si incide una onda linealmente polarizada

ê r =^x Se obtiene un valor

Cp=1/2

o una “pérdida” por desadaptación de

polarización de 3 dB. En este caso la antena sólo interacciona con una de las dos componentes ortogonales de polarización en que puede descomponerse la onda incidente y puede decirse que sólo ve la mitad de la densidad de potencia transportada por la onda.

Bibliografía: [1] Computer Simulation Technology, “Desing of circulary-Polarized Patch Antenas”,2007 [2] A. Ishimaru, Wave Propagation and Scattering in Random Media, Academic Press, Nueva York, 1978 [3] A.J. Giger, Low Angle Microwave Propagation: Physics and Modeling, Artech House, Boston, 1991. [4] S. Silver, editor, Microwave Antenna Theory and Design, MIT Radiation Laboratory Series, McGraw-Hill, Nueva York, 1949; Dover, Nueva York, 1949; Peter Peregrinus, Londres.

Ojo: http://www.qsl.net/lpr/ondasem.htm