EFECTOS DE LA IONÓSFERA
Introducción
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.
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.
El primer experimento para realizar mediciones directas de la ionosfera lo llevaron a cabo Appleton y Barnett en Londres, en 1925
Consistía en emitir una señal de onda continua de fase
variable con el tiempo.
En un receptor próximo se recibía la interferencia entre la onda directa y la
reflejada.
Estudios posteriores revelaron la existencia de capas inferiores y superiores a la capa E, a las que
manteniendo el orden alfabético se las denominó D y F respectivamente.
Influencia 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.
En concreto la constante de propagación es distinta para una onda polarizada circularmente a derechas o a izquierdas.
El ángulo de rotacion de la polarización depende
de la diferencia entre las dos constantes de propagación
En las bandas de VHF y UHF puede tener valores
considerables que son impredecibles.
polarización circular en las comunicaciones tierra - satélite, ya que el empleo de polarización lineal tendría asociadas pérdidas por desacoplo fluctuantes, impredecibles y con valores potencialmente elevados.
a frecuencias superiores a 10 GHz, puede emplearse polarización lineal sin que exista una rotación apreciable en la polarización
Propagación en un medio ionizado
Las 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.
Comunicaciones ionosféricas
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 del del índice de refracción atmosférico
a parte baja de la ionosfera forman una guía de ondas que favorece la propagación a grandes distancias en estas bandas de frecuencias (típicamente entre los 5.000 y 20.000 km).
A frecuencias más elevadas (MF y superiores) la onda penetra en la ionosfera
A medida que la densidad de ionización aumenta, el índice de refracción disminuye, produciéndose la refracción de la onda, o curvatura de la trayectoria, de forma análoga a la refracción atmosférica.
La propagación por reflexión ionosférica es importante en las bandas de MF y HFdebe tenerse en cuenta que en la banda de MF, y especialmente a frecuencias inferiores a 1 MHz, la capa D
presenta una atenuación elevada, proporcional a la densidad de ionización, que imposibilita la refracción ionosférica en esta banda durante el día.
Para establecer una comunicación ionosférica es necesario conocer la frecuencia de resonancia
y la altura virtual a la que se produce la reflexión.
Modelización de la propagación en entornos complejos
Introducción
Cuando el efecto dominante en las pérdidas de propagación es únicamente uno de ellos las permiten estimar adecuadamente.
En la mayoría de las ocasiones no existe visibilidad directa entre los dos extremos del enlace: la estación base y el terminal móvil.
La intensidad de campo eléctrico y por tanto la densidad de potencia incidente en la antena receptora es el resultado de la contribución de ondas reflejadas y difractadas en los edificios y obstáculos del entorno.
la modelización de la propagación debe abordarse a partir de modelos
empíricos que permiten determinar el valor medio o esperado de las pérdidas de propagación.
Caracterización estadística de las pérdidas de propagación
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.
Aún manteniendo la distancia a la estación base constante se observarán fluctuaciones en los niveles de señal en distintas ubicaciones del terminal móvil.
Modelos empíricos para el valor medio de las pérdidas de propagación. Modelo Okumuna-Hata
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.
los modelos empíricos distinguen entre zonas urbanas muy densas, zonas urbanas de baja densidad y zonas rurales
Uno de los más empleados es el denominado Okumura-Hata, que se desarrolló a partir de medidas realizadas en Tokio
se pueden calcular para distancias R>1km
El modelo Okumura-Hata predice una disminución del valor medio de la potencia recibida en función de la distancia de la forma
Desvanecimientos rápidos multicamino y diversidad
En una situación real de comunicaciones móviles el campo
incidente en la antena receptora es el resultado de la
superposición de múltiples contribuciones
En 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.
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.
En entornos urbanos densos en que es habitual que no exista visibilidad directa entre el terminal móvil y la estación base las
fluctuaciones en la densidad de potencia incidente
Por tanto en la potencia recibida se caracterizan
por una función de densidad de probabilidad Rayleigh.