UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SANMARCOS Universidad del Perú, Decana de América CURSO: MICROONDAS TRABAJO DE INVESTIGACIÓN : “DUCTOS TROPOSFÉRICOS” ALUMNOS: TARRILLLO SÁNCHEZ KEVIN 11190114 ALDUNATE RIVERA LUIS 13190140 RAMÍREZ LLERENA MIRKO ECHEVARRÍA UNNOC EDUARDO 12190095 CONOJUILCA ROJAS YIMY 12190006 COLINA RAMOS VÍCTOR 10190064 ING: VALLEJOS LAOS JAIME HORARIO: LUNES 7-10PM (GRUPO1) CICLO: 2016-II UCTOS TROPOSFÉRICOS DUCTOS TROPOSFÉRICOS PROPAGACIÓN TROPOSFÉRICA Es uno de los modos de propagación más comúnmente utilizados en VHF. Sin este modo de propagación, nuestra señal tendría un alcance meramente visual, es decir, si consideramos la curvatura terrestre en ausencia de obstáculos, nuestro alcance se vería condicionado por la altura de nuestra antena y la de nuestro corresponsal. Mediante un sencillo cálculo trigonométrico se podría calcular la distancia máxima entre dos QTH´s situados a altura h1 y h2 respectivamente. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 2 UCTOS TROPOSFÉRICOS Se observa la situación típica de máxima distancia alcanzable entre dos estaciones. R es el radio de la Tierra, 6371 km. Como se observa, al aumentar h1 o h2, el arcoseno crece y por tanto aumenta d1 + d2. Supongamos que la altura de ambas antenas es h1=h2=100m, la distancia máxima alcanzable sería de 71km. Sin embargo, algo más debe ocurrir para que sean frecuentes alcances de más de 500 km con la instalación adecuada. PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE LA TIERRA Cuando las antenas trasmisoras y receptoras están ubicadas a corta distancia entre ambas, se puede, con garantía, ignorar el efecto de la curvatura de la Tierra y considerar que las ondas de radio se propagan a lo largo de una superficie plana conductora imperfecta. CURVATURA DEL RAYO La dependencia del índice de refracción con la altura genera una curvatura de los rayos definida por la Ley de Snell. n1>n2>n3>n4>n5>n6 n6 n5 5 n4 4 n3 h 3 n2 2 n1 1 FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 3 UCTOS TROPOSFÉRICOS -El radio de curvatura (r) del rayo se obtiene diferenciando la expresión anterior y expresando el resultado en función del diferencial de longitud (dl) Características Del Modelo Radio Equivalente De La Tierra Puesto que las antenas se encuentran habitualmente a alturas semejantes y para una atmósfera standard el radio de curvatura toma el valor de: FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 4 UCTOS TROPOSFÉRICOS RADIO EQUIVALENTE DE LA TIERRA Un procedimiento muy extendido en el diseño de radioenlaces consiste en tener en cuenta el efecto de la refracción troposférica modificando el radio de la Tierra y suponiendo una trayectoria recta para el rayo. DUCTOS TROPOSFÉRICOS Son los responsables de los verdaderos DX. Ocasionalmente, el índice de refracción no varía de forma gradual con la altura, sino que existen ciertas discontinuidades. Se forma una capa en la que la disminución del índice de refracción es mucho mas rápida. En una atmósfera normal, la temperatura y por tanto el índice de refracción disminuyen progresivamente con la altura. En muchas ocasiones, sucede que la temperatura aumenta en lugar de disminuir, formándose lo que se llama un "inversión térmica". El índice de refracción disminuye bruscamente y las ondas de radio son curvadas hacia la tierra. Las inversiones cerca de la superficie se producen cuando la tierra se enfría rápidamente bajo un cielo sin nubes. El aire en contacto con la tierra se enfría, provocando normalmente niebla. El conducto creado en la superficie no propagan muy bien las ondas de radio debido a que la tierra es un mal reflector cubierta por objetos que absorben y dispersan la señal. Sin embargo, si el conducto se forma sobre la superficie del mar que es un buen reflector, la señal puede propagarse a distancias superiores a 2000km. Muchos QSOs entre Canarias y la isla de Sicilia lo prueban, así como entre Canarias y las Islas Británicas. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 5 UCTOS TROPOSFÉRICOS Otro tipo de conductos se forman a mayor altura, cuando hay una doble discontinuidad en el índice de refracción. La onda de radio queda "atrapada" entre esas dos discontinuidades, que típicamente se sitúan entre 450 y 2000m de altura. Dicho conducto actúa como un guía de ondas del estilo a los utilizados en microondas, es decir, no propagará ondas cuya longitud de onda sea demasiado grande en relación a la altura del conducto. La anchura mínima del conducto en función de la frecuencia queda reflejada en la siguiente ta Factores que lo generan: La atmosfera conductiva da lugar a este mecanismo de propagación, que se produce cuando el factor de radio efectivo de la tierra es negativo. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 6 UCTOS TROPOSFÉRICOS En condiciones de súper refracción, que es una de las formas de refracción troposférica, en la cual por condiciones específicas y de carácter aleatorio, en dependencia de las condiciones meteorológicas, se forma lo que es conocido como ductos troposféricos, es decir, una propagación especifica que se logra con los rayos que se elevan dentro del intervalo que son atrapados, producié K,,,sucesivas en la superficie terrestre que se extiende hasta distancias bastante grandes. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 7 UCTOS TROPOSFÉRICOS Indice de refraccion DEFINICIÓN Por definición es la raíz cuadrada de la constante dieléctrica.. Si la atmósfera es isotrópica y homogénea, el índice de refracción es constante y el rayo seguirá una trayectoria rectilínea. Si el índice de refracción varía, el rayo será refractado y seguirá una trayectoria quebrada o curva. ÍNDICE DE REFRACCIÓN FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 8 UCTOS TROPOSFÉRICOS Donde: n : índice de refracción, h : altura sobre la superficie terrestre ( metros), r = 6.37×106 m radio medio de la tierra. Ductos Troposféricos Llamamos conducto troposféricos al fenómeno que da lugar a la propagación de las ondas de radio confinadas dentro de un margen de altura. Condición de formación de conductos: Condición necesaria en un margen de la troposfera: -Espesor grande en función de la longitud. -Extensión Horizontal adecuada. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 9 UCTOS TROPOSFÉRICOS La condición para que una onda electromagnética se propague dentro de un ducto es que su longitud de onda(λ) no exceda a una longitud de onda crítica, conocida como longitud de onda de corte(λc). Para la mayoría de los casos, la siguiente expresión nos da el valor de esta longitud de onda crítica: EFECTO CONDUCTO: En condiciones en que sobre una gran extensión horizontal hay un decrecimiento grande de la refractividad con la altura, las ondas de radio quedan atrapadas en el margen de alturas de dichas condiciones formando un conducto. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 10 UCTOS TROPOSFÉRICOS TIPOS DE CONDUCTOS EN ATENCIÓN A SU UBICACIÓN: Conductos Superficiales Son aquellos que se producen en la atmósfera sobre la superficie de la tierra. Conductos Elevados: Son los que se producen a una determinada altura sobre la superficie de la tierra, pudiendo llegar éstas hasta los 1700m. CLASIFICACIÓN DE CONDUCTOS POR SU FORMACIÓN Conductos de evaporación: Son conductos superficiales estrechos que existen sobre cualquier superficie de agua, en particular sobre el mar, durante un elevado porcentaje de tiempo. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 11 UCTOS TROPOSFÉRICOS Dan lugar a dos efectos: -La rápida reducción exponencial de la presión parcial del vapor de agua con la altura. -La inversión de temperatura en los primeros de la atmósfera. estos dos efectos dan lugar al índice de refracción menor de -157 km-1 . Conducto superficial estrecho sobre superficies de agua Producido por: • Aire en contacto con el mar está saturado de vapor de agua. Justo encima esto no es así por lo que la variación de N con la altura es muy negativa. • Turbulencias que llevan vapor de agua a la zona superior. • Resultado neto:variación log-lineal del índice de refracción modificado. (gráfica) • Son mayores en los mares del Sur, en el verano y en las horas de la tarde. Conductos de advección o movimiento de un tipo de aire sobre otro: Importancia en regiones costeras o mares cerrados rodeados de tierras calientes. Proceso: flujo de aire seco y caliente de la tierra al mar donde hay aire frío y húmedo. Altura mayor que los conductos de evaporación y aparición después de ponerse el sol. También son posibles sobre tierra. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 12 UCTOS TROPOSFÉRICOS Conductos por inversion de temperatura : O tambien llamados Conductos por enfriamiento de la tierra por radiación: Este es un fenomeno que se produce cuando el enfriamiento de la tierra despues de la puesta de sol .combinando con la presencia de vientos flojos que puedan mezclar el aire calido proximo ala tierra con otro mas elevado y frio. La vida de estos conductos es corta .sulen ser eminentemente nocturnos. Hay un doble proceso que afecta a la temperatura y al vapor de agua. Variación de la temperatura: o Inversión de la evolución de la temperatura con la altura. o Formación de un posible conducto dependiendo de la variación de tempreratura. Variación de la presión de vapor de agua: o El vapor de agua puede condensarse formando niebla. o Descenso de la presión de vapor de agua y de la refractividad. Esto conlleva a Otros mecanismos de formación de conductos: o una situación de subrrefracción que compensa la anterior. Hundimiento de grandes masas de aire asociados con anticiclones da lugar a conductos elevados durante un 1% del tiempo en Europa. Conductos asociados a los frentes de onda. REFLEXION EN LAS CAPAS DE LA TROPOSFERA: • La existencia de transiciones abruptas entre dos regiones de la atmósfera puede producir reflexión total o parcial de la onda electromagnética. • Se considera un salto brusco cuando el margen de distancias es pequeño comparado con la longitud de onda. • La presencia de capas en la atmósfera es la causa principal de aparición de multitrayectos. – Los conductos predominan a frecuencias mayores de 500 MHz. – Las reflexiones por capas existen por debajo de 1 GHz. • Se utiliza el modelo de Fresnel suponiendo: – Discontinuidad de n es abrupta. Discontinuidad plana y se extiende en sentido transversal FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 13 UCTOS TROPOSFÉRICOS • Cuando se llama ángulo de reflexión total. PROPAGACIÓN EN UN CONDUCTO Propagación en conducto por medio de trazado de rayos: Se cumple la ley de Snell generalizada: o Caso a: conducto de superficie formado por rayos directos y reflejados. o Caso b: región inicial con variación de la refractividad modificada positiva, no hay necesidad de reflexión en el suelo para formar la propagación. o Propagación en conducto a través de guía de onda: o Necesario un análisis modal de la guía dieléctrica que forma el conducto. o Existencia de una longitud de onda de corte. Para que exista el conducto debe cumplirse además de la condición de refractividad que no se supere una longitud de corte: o Atenuación en el conducto superior a la correspondiente a la expansión del frente de onda. o Fugas al exterior del conducto. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 14 UCTOS TROPOSFÉRICOS CONCLUSIONES: Con el índice de refracción podemos considerar una tierra ficticia plana y una troposfera ficticia con un gradiente del índice tal que los rayos trazados mantengan la misma curvatura que los rayos reales respecto a la tierra real. Las ondas de radio en la troposfera sufren refracción y dispersión debido a cambios de temperatura, presión y contenido de vapor. La troposfera es la capa de la atmósfera que más afecta las trasmisiones de televisión. Sus características físicas influyen notablemente sobre las ondas de radio. Entre estas características tenemos el índice de refracción, el cual varía con la altura y que es el responsable más directo de la curvatura que experimenta la onda trasmitida, dando lugar a diferentes tipos de refracción troposféricas Hay estadísticas que en función de un período de tiempo superado dan el valor de la variación de la refractividad. El conducto provoca transmisiones guiadas de baja atenuación y grandes alcances. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 15 UCTOS TROPOSFÉRICOS Por las dimensiones de los conductos afecta principalmente a las bandas de VHF y superiores. Son de aparición esporádica por lo que no son útiles para un canal de comunicaciones pero si pueden ser responsables de fuertes interferencias por sobrealcances anormales. FAC. DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA 16