Propagación por onda de superficie

PROPAGACIÓN DE ONDAS EN MEDIO NATURAL

Propagación por onda de superficie

Los primeros modelos de onda de superficie fueron propuestos por A. Sommerfeld en 1909, aunque fueron Shuleikin y Van der Pol los que aplicaron estos trabajos a la ingeniería de comunicaciones. Posteriormente Burrows, Norton y Wait contribuyeron decisivamente para configurar los modelos de Onda de Tierra. En general estos modelos suponen una tierra lisa y de características eléctricas uniformes, lo que implica una longitud de onda mucho mayor que las posibles discontinuidades. Además se suponen que tanto la antena transmisora como la antena receptora se encuentran muy próximas a la superficie

terrestre de modo que:

• Una onda de superficie se propaga en la discontinuidad tierra - aire. La componente vertical se propaga sobre la superficie sin apenas pérdidas, mientras que la componente horizontal se atenúa por el efecto de la conductividad del suelo. La atenuación por absorción es tanto mayor cuanto menor sea la conductividad del suelo. Además de la atenuación por absorción se produce una atenuación por la dispersión de la energía.

• La onda de espacio compuesta por el rayo directo y del rayo reflejado en el suelo se anula a nivel del suelo, ya que el coeficiente de reflexión en el suelo es prácticamente igual a -1 y los caminos de ambos rayos son prácticamente iguales.

La propagación de estas señales depende fundamentalmente de la frecuencia y del tipo de suelo. La caracterización correcta del suelo es fundamental para una correcta predicción de la propagación mediante onda de superficie. El suelo se caracteriza como un

dieléctrico con pérdidas definido por los parámetros de permitividad relativa y conductividad. En función de estos valores y de la frecuencia predominan corrientes de desplazamiento o de conducción, y el suelo se asemeja más a un dieléctrico o a un conductor.

Para el cálculo del alcance mediante este mecanismo de propagación se emplea un modelo aproximado de tierra plana, válido para distancias cortas, y un modelo de tierra

Esférica para distancias largas. A continuación veremos ambos modelos:

Modelo de tierra plana:

Esta modelo simple supone una propagación de espacio libre afectada por un factor de atenuación de campo eléctrico Fe, tal como aparece en la expresión. Las antenas

que se utilizan son monopolos sobre tierra, que se modela mediante un plano conductor. En el tema 4 se realizará un análisis de estos elementos radiantes mediante teoría de imágenes. Para este modelo, y a efectos prácticos, basta con conocer la ganancia de las mismas, que

depende de su longitud:

• Monopolo corto (longitudes mucho menores ) sobre tierra Gt = 3

(4.77 dBi)

• Monopolo de longitud /4 sobre tierra Gt = 3.28 (5.16 dBi)

El factor de atenuación de campo Fe (3.5) se calcula a partir de una variable p denominada distancia numérica (3.6), que depende de la distancia, de la frecuencia

(o longitud de onda) y de la conductividad del suelo.

Para distancias suficientemente grandes (p>>1), el factor de atenuación de2 campo

tiende a la expresión (3.7) con lo que se tiene que el campo eléctrico varía como 1/d

...