Propagación de Ondas Electromagnéticas en el Espacio Libre y la Atmósfera

Propagación de Ondas Electromagnéticas

El Espacio Libre y la Atmósfera

La propagación de ondas electromagnéticas por el espacio libre se suele llamar propagación de radiofrecuencias (RF), o radiopropagación. La propagación por la atmósfera terrestre difiere de la propagación por el espacio libre principalmente porque la atmósfera introduce pérdidas de señal que no se encuentran en el vacío.

Características de las Ondas de Radio

Las ondas de radio son ondas electromagnéticas y, como la luz, se propagan a través del espacio libre en línea recta y a una velocidad de 300,000,000 metros por segundo. Otras ondas electromagnéticas incluyen los rayos infrarrojos, ultravioletas, rayos X y rayos gamma. Para propagar las ondas de radio por la atmósfera terrestre, es necesario que la energía se irradie desde una fuente.

Polarización de la Onda

La polarización de una onda electromagnética plana describe la orientación del vector del campo eléctrico con respecto a la superficie de la Tierra. Si la polarización permanece constante, se llama polarización lineal. Las formas de polarización lineal son horizontal y vertical.

• Polarización horizontal: Si el campo se propaga en dirección paralela a la superficie terrestre.
• Polarización vertical: Si se propaga en dirección perpendicular a la superficie terrestre.

Si el vector de polarización gira 360° y la intensidad de campo es igual en todos los ángulos de polarización, se denomina polarización circular. Cuando la intensidad de campo varía con los cambios en la polarización, se denomina polarización elíptica. La polarización elíptica puede girar en cualquier dirección: si el vector gira en el sentido de las agujas del reloj, es polarización elíptica derecha; en caso contrario, es izquierda.

Rayos y Frentes de Onda

Un rayo es una línea trazada a lo largo de la dirección de propagación de una onda electromagnética. Se utiliza para mostrar la dirección relativa de la propagación. Un frente de onda representa una superficie de ondas de fase constante. Se forma cuando se unen puntos de igual fase. Una fuente puntual es aquella donde los rayos se propagan por igual en todas las direcciones. También se conoce como fuente isotrópica.

Densidad de Potencia e Intensidad de Campo

La densidad de potencia es la rapidez con la que la energía pasa a través de una superficie dada en el espacio libre. Se expresa en watts por metro cuadrado. La intensidad de campo, eléctrico y magnético, de una onda que se propaga en el espacio libre se expresa en voltios por metro y amperios por metro, respectivamente.

Radiador Isotrópico y la Ley del Cuadrado Inverso

Un radiador isotrópico es una fuente puntual que irradia potencia a una tasa constante y uniformemente en todas direcciones. Produce un frente de onda esférico de radio R. Todos los puntos en la esfera tienen la misma densidad de potencia. La ley del cuadrado inverso establece que la densidad de potencia disminuye a medida que el frente de onda se aleja de la fuente. La potencia total distribuida en la superficie permanece igual; sin embargo, el área de la esfera aumenta proporcionalmente al cuadrado de la distancia a la fuente. Por lo tanto, la potencia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente.

Atenuación y Absorción de Ondas

No hay pérdida de energía cuando una onda se propaga por el vacío. Sin embargo, cuando se propagan por la atmósfera, la onda se dispersa, lo que resulta en una reducción de la densidad de potencia. Esta reducción se conoce como atenuación. La pérdida por absorción ocurre porque la atmósfera terrestre contiene partículas que absorben energía electromagnética. La atenuación de onda es la reducción de la densidad de potencia con la distancia, lo que equivale a una pérdida de potencia. La atenuación espacial se refiere a la dispersión esférica de la onda.