Tarea 1 Propagación

El 12 de diciembre de 1901, Marconi consiguió realizar de forma satisfactoria la primera comunicación
radiotelegráfica transatlántica cubriendo una distancia de 3.000 km entre Gales y Terranova, en el
extremo oriental de Canadá. Unos años antes, Hertz había comprobado experimentalmente la
existencia de ondas electromagnéticas, cuya naturaleza era similar a la de la luz. Por este motivo el
éxito de Marconi resultaba inexplicable considerando que las ondas electromagnéticas deben
propagarse según trayectos rectilíneos y que la esfericidad de la tierra impedía la visibilidad directa.

En el mismo año 1902, Kennelly y Heaviside, de forma independiente, postularon la existencia
de una capa ionizada en la parte alta de la atmósfera como la responsable de la reflexión de las ondas
electromagnéticas, explicando de esta forma el mecanismo de propagación a grandes distancias.

La propagación de ondas electromagnéticas en la ionosfera se puede modelar a partir de la propagación
en plasmas. Un plasma es una región de espacio, con la permitividad eléctrica y la permeabilidad
magnética del vacío, que contiene electrones libres. Un modelo simplificado es el de plasma frío, en el
que se desprecia el movimiento de los electrones por causas térmicas. Un análisis más acorde con la
realidad debe considerar la presencia de un campo magnético estático, de la misma manera que en la
ionosfera existe el campo magnético terrestre.

En el análisis anterior no se ha considerado el efecto del campo magnético terrestre. Un plasma
sometido a un campo magnético constante posee características anisótropas, de forma que la constante
dieléctrica no es un escalar sino un tensor.
El efecto más notable es que la constante de propagación es función de la polarización de la
onda. En concreto la constante de propagación es distinta para una onda polarizada circularmente a
derechas o a izquierdas. Esto produce una rotación en el plano de polarización de una onda linealmente
polarizada.

La existencia de la ionosfera permite, tal como comprobó Marconi, las comunicaciones a grandes
distancias. El efecto de la ionosfera es distinto para las diferentes bandas de frecuencias. A frecuencias
bajas y muy bajas (bandas de LF y VLF) la ionosfera supone un cambio brusco en términos de λ del
índice de refracción atmosférico. Esta variación abrupta produce una reflexión de la onda incidente en
la parte baja de la ionosfera.

Los modelos de propagación de las secciones anteriores son útiles para evaluar las pérdidas de
propagación asociadas a los distintos efectos que se han descrito: reflexión en tierra, difracción por
obstáculos, etc. Cuando el efecto dominante en las pérdidas de propagación es únicamente uno de ellos
las permiten estimar adecuadamente. En entornos de propagación complejos en los que existe una
superposición de varios efectos, el cálculo de las pérdidas de propagación debe abordarse de forma
diferente. Considérese la situación de la figura 2.28 en la que se representa un escenario habitual en
los servicios de comunicaciones móviles en entornos urbanos. En la mayoría de las ocasiones no existe
visibilidad directa entre los dos extremos del enlace: la estación base y el terminal móvil.

Los modelos empíricos se basan en el ajuste de leyes de decaimiento de la potencia recibida en función
de la distancia, altura de antenas, frecuencia y tipología del entorno a datos medidos. Evidentemente,
mientras que ciertos parámetros como la frecuencia o la altura de las antenas son conocidos de forma
unívoca otros, como la tipología del entorno son más difíciles de objetivar. Generalmente los modelos
empíricos distinguen entre zonas urbanas muy densas, zonas urbanas de baja densidad y zonas rurales.

Los modelos empíricos sólo proporcionan el valor medio o esperado de las pérdidas de propagación
para un entorno genérico en función de la distancia entre la estación base y el terminal. Sin embargo,
es evidente que aún manteniendo la distancia a la estación base constante se observarán fluctuaciones
en los niveles de señal en distintas ubicaciones del terminal móvil. Éstas se deben a las diferentes
alturas de los edificios, orientación y características de las calles, etc. Por tanto, al describir una
circunferencia en torno a una estación base se medirán variaciones en las pérdidas de propagación.
Variaciones relativamente lentas en función de la distancia recorrida y que físicamente cabe asociarlas
a la variación en el entorno. Dado

En una situación real de comunicaciones móviles el campo
incidente en la antena receptora es el resultado de la
superposición de múltiples contribuciones: campos reflejados en
edificios, campos difractados en las aristas o bordes de los
edificios, componentes reflejadadas en el suelo, y componentes
provenientes de múltiples reflexiones. Si se considera una
situación como la de la figura 2.29 se comprende que al
desplazarse el receptor del punto 1 al 2 las distintas
contribuciones se sumaran con fases distintas, ya que cada una
de ellas habrá recorrido una distancia distinta. De hecho sólo que
la diferencia de camino recorrido sea de media longitud de onda
(17 cm a 900 MHz), una componente que contribuía
constructivamente se convierte en destructiva. Por tanto, un
móvil al desplazarse observa fuertes variaciones en el nivel de
señal recibido.