Propagación en línea de visión

La propagación en línea de visión es una característica de la radiación electromagnética o de la propagación de ondas acústicas , lo que significa que las ondas solo pueden viajar en una trayectoria visual directa desde la fuente hasta el receptor sin obstáculos. ^{[ 1 ]} La transmisión electromagnética incluye emisiones de luz que viajan en línea recta . Los rayos u ondas pueden ser difractados , refractados , reflejados o absorbidos por la atmósfera y las obstrucciones con materiales, y generalmente no pueden viajar más allá del horizonte ni detrás de obstáculos.

A diferencia de la propagación en línea de visión, a baja frecuencia (por debajo de aproximadamente 3 MHz ), debido a la difracción , las ondas de radio pueden viajar como ondas terrestres , siguiendo el contorno de la Tierra. Esto permite que las estaciones de radio AM transmitan más allá del horizonte. Además, las frecuencias en las bandas de onda corta , entre aproximadamente 1 y 30 MHz, pueden refractarse de vuelta a la Tierra por la ionosfera , fenómeno conocido como propagación por onda ionosférica o de "salto", lo que otorga a las transmisiones de radio en este rango un alcance potencialmente global.  

Sin embargo, a frecuencias superiores a 30  MHz ( VHF y superiores) y en las capas inferiores de la atmósfera, ninguno de estos efectos es significativo. Por lo tanto, cualquier obstrucción entre la antena transmisora ​​y la receptora bloqueará la señal, al igual que la luz que percibe el ojo. En consecuencia, dado que la capacidad de ver visualmente una antena transmisora ​​(sin tener en cuenta las limitaciones de la resolución visual) se corresponde aproximadamente con la capacidad de recibir una señal de radio, la propagación a estas frecuencias se denomina "línea de visión". El punto de propagación más lejano posible se conoce como "horizonte radioeléctrico".

En la práctica, las características de propagación de estas ondas de radio varían sustancialmente según la frecuencia exacta y la intensidad de la señal transmitida (que depende tanto del transmisor como de las características de la antena). Las ondas de radio FM , que operan a frecuencias relativamente bajas de alrededor de 100  MHz, se ven menos afectadas por la presencia de edificios y bosques.

Los transmisores de microondas de baja potencia pueden verse afectados por ramas de árboles, o incluso por lluvia o nieve intensas. La presencia de objetos que no se encuentran en la línea de visión directa puede causar efectos de difracción que interrumpen las transmisiones de radio. Para una propagación óptima, un volumen conocido como la primera zona de Fresnel debe estar libre de obstrucciones.

La radiación reflejada por la superficie del suelo circundante o el agua salada puede anular o potenciar la señal directa. Este efecto se puede reducir elevando una o ambas antenas del suelo: la reducción de pérdidas lograda se conoce como ganancia de altura .

Consulte también Propagación sin línea de visión para obtener más información sobre las deficiencias en la propagación.

Es importante tener en cuenta la curvatura de la Tierra para calcular las trayectorias de línea de visión a partir de mapas, cuando no es posible una referencia visual directa. Los diseños de microondas utilizaban anteriormente 4/3 del radio terrestre  para calcular las distancias de seguridad a lo largo de la trayectoria.

Aunque las frecuencias utilizadas por los teléfonos móviles (celulares) se encuentran dentro del rango de línea de visión, siguen funcionando en las ciudades. Esto es posible gracias a una combinación de los siguientes efectos:

• 1/4  propagación sobre el paisaje de la ^azotea
• difracción en el "cañón de la calle" de abajo
• reflexión multitrayectoria a lo largo de la calle
• difracción a través de las ventanas y paso atenuado a través de las paredes, hacia el interior del edificio.
• reflexión, difracción y paso atenuado a través de paredes internas, pisos y techos dentro del edificio

La combinación de todos estos efectos hace que el entorno de propagación de la telefonía móvil sea muy complejo, con efectos de trayectos múltiples y un desvanecimiento Rayleigh extenso . Para los servicios de telefonía móvil, estos problemas se abordan mediante:

• Posicionamiento de estaciones base en azoteas o cimas de colinas
• muchas estaciones base (generalmente llamadas "celdas celulares"). Un teléfono normalmente puede ver al menos tres, y normalmente hasta seis en un momento dado.
• Antenas sectorizadas en las estaciones base. En lugar de una sola antena con cobertura omnidireccional , la estación puede usar desde 3 (en zonas rurales con pocos clientes) hasta 32  antenas independientes, cada una cubriendo una porción de la cobertura circular. Esto permite que la estación base utilice una antena direccional que apunta al usuario, lo que mejora la relación señal-ruido . Si el usuario se desplaza (por ejemplo, caminando o en coche) de un sector de antena a otro, la estación base selecciona automáticamente la antena adecuada.
• Transferencia rápida entre estaciones base (roaming)
• El enlace de radio utilizado por los teléfonos es un enlace digital con amplia corrección y detección de errores en el protocolo digital.
• Funcionamiento adecuado del teléfono móvil en túneles con el apoyo de antenas de cable dividido.
• repetidores locales dentro de vehículos o edificios complejos

Una jaula de Faraday se compone de un conductor que rodea completamente un área por todos los lados, arriba y abajo. La radiación electromagnética se bloquea donde la longitud de onda es mayor que cualquier abertura. Por ejemplo, las señales de telefonía móvil se bloquean en recintos metálicos sin ventanas que se asemejan a una jaula de Faraday, como las cabinas de ascensores y algunas partes de trenes, automóviles y barcos. El mismo problema puede afectar las señales en edificios con un amplio refuerzo de acero.

El horizonte radioeléctrico es el lugar geométrico de los puntos en los que los rayos directos de una antena son tangentes a la superficie de la Tierra. Si la Tierra fuera una esfera perfecta sin atmósfera, el horizonte radioeléctrico sería un círculo.

El alcance radioeléctrico de las antenas transmisora ​​y receptora se puede sumar para aumentar el rango de comunicación efectivo.

La propagación de las ondas de radio se ve afectada por las condiciones atmosféricas, la absorción ionosférica y la presencia de obstáculos, como montañas o árboles. Fórmulas sencillas que incluyen el efecto de la atmósfera dan como resultado el alcance:

${\displaystyle \mathrm {horizonte} _{\mathrm {mi} }\aproximadamente 1,23\cdot {\sqrt {\mathrm {altura} _{\mathrm {pies} }}}}$

${\displaystyle \mathrm {horizonte} _{\mathrm {km} }\aproximadamente 3,57\cdot {\sqrt {\mathrm {altura} _{\mathrm {metros} }}}}$

Las fórmulas sencillas proporcionan una aproximación óptima de la distancia máxima de propagación, pero no son suficientes para estimar la calidad del servicio en cualquier ubicación.

Distancia del vacío al horizonte

Suponiendo una esfera perfecta sin irregularidades en el terreno, la distancia al horizonte desde un transmisor situado a gran altitud (es decir, en línea de visión) se puede calcular fácilmente.

Sea R el radio de la Tierra y h la altitud de una estación de telecomunicaciones. La distancia en línea de visión d de esta estación viene dada por el teorema de Pitágoras ;

${\displaystyle d^{2}=(R+h)^{2}-R^{2}=2\cdot R\cdot h+h^{2}}$

La altitud de la estación h es mucho menor que el radio de la Tierra R. Por lo tanto,${\displaystyle h^{2}}$puede ser ignorado en comparación con${\displaystyle 2\cdot R\cdot h}$.

De este modo:

${\displaystyle d\approx {\sqrt {2\cdot R\cdot h}}}$

Si la altura h se da en metros y la distancia d en kilómetros, ^{[ 2 ]}

${\displaystyle d\approx 3.57\cdot {\sqrt {h}}}$

Si la altura h se da en pies y la distancia d en millas terrestres,

${\displaystyle d\approx 1.23\cdot {\sqrt {h}}}$

En el caso de que haya dos estaciones involucradas, por ejemplo, una estación transmisora ​​en tierra con una altura h y una estación receptora en el aire con una altura H , la distancia de línea de visión se puede calcular de la siguiente manera:

${\displaystyle d\thickapprox {\sqrt {2R}}\,\left({\sqrt {h}}+{\sqrt {H}}\right)}$

• Propagación anómala
• Intensidad del campo dipolar en el espacio libre
• Efecto de filo de cuchillo
• Multilateración
• Propagación sin línea de visión
• Radar de largo alcance
• Radial (radio)
• Desvanecimiento riciano , modelo estocástico de propagación en línea de visión
• Rango inclinado

•  Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de la norma MIL-STD-188 ).

• http://web.telia.com/~u85920178/data/pathlos.htm#bulges Archivado el 14 de octubre de 2009 en Wayback Machine
• Aproximación del modelo de 2 rayos mediante series binomiales por Matthew Bazajian