Propagación de Ondas Electromagnéticas: Modos Terrestres e Ionosféricos

Modos de Propagación de Ondas Electromagnéticas

1. Ondas de Superficie

La onda de superficie sigue la curvatura de la Tierra. Su alcance depende de la naturaleza del suelo, de la frecuencia (F) y de la potencia de emisión. Una parte de la energía de la onda de superficie es absorbida por el suelo y provoca en él corrientes inducidas. Esta absorción es mucho más acentuada con polarización horizontal, y por ello las emisiones de estas ondas se realizan con polarización vertical.

La conductividad del suelo influye en el alcance de las ondas de superficie. Para una misma potencia transmitida, el alcance es mucho mayor sobre el mar que sobre terrenos agrícolas o áridos. En la siguiente tabla se indican algunos valores de la conductividad de diversos suelos:

• Agua salada: 5 S/m
• Terrenos boscosos: 8x10^-3 S/m
• Terrenos áridos: 2x10^-3 S/m
• Suelo urbano: 1x10^-3 S/m

Las emisiones que se propagan por onda superficial tienen una atenuación que aumenta con la frecuencia (F). Se pueden obtener alcances de varios miles de kilómetros (Km) en frecuencias muy bajas (VLF), algunos centenares en frecuencias medias (MF) y algunas decenas de Km en frecuencias altas (HF).

2. Transmisión por Reflexión Ionosférica

La atmósfera que nos rodea es una masa gaseosa cuya densidad disminuye con la altura. Se divide en tres capas principales: la troposfera, la estratosfera y la ionosfera.

• La troposfera se extiende desde la superficie terrestre hasta una altura aproximada de 10 Km, y se caracteriza porque la temperatura disminuye con la altura. En esta capa es donde se producen las perturbaciones meteorológicas.
• La estratosfera, con menos perturbaciones y con una temperatura uniforme, llega hasta unos 50 Km.
• La ionosfera va desde los 50 hasta los 400 Km, aproximadamente.

La energía radiada por el sol (rayos ultravioleta, alfa, beta, gamma), así como por las ondas cósmicas, es suficiente para disociar en iones positivos y negativos las moléculas del aire, siendo esta ionización mucho más importante durante el día que durante la noche. Esta capa conductora sirve de espejo reflector a las ondas electromagnéticas que inciden sobre ella. La onda emitida hacia la ionosfera es reflejada por esta, volviendo a la Tierra a distancias considerables (Figura A). Puede incluso originarse una doble reflexión (Figura B), lo que aumenta considerablemente su alcance.

2.1. Fenómeno de Refracción y Capas Ionosféricas

Este fenómeno se explica porque el índice de refracción de la atmósfera decrece con la altura. La onda electromagnética pasa de un medio de índice mayor a otro de menor y será reflejada o refractada en función de su ángulo de incidencia con la ionosfera.

La ionosfera se subdivide en capas de alturas diferentes denominadas: D, E, F1 y F2, las cuales podemos observarlas en la Figura C.

2.2. Características de las Capas Ionosféricas

• La capa D es la más baja, se localiza a una altura media de unos 70 Km y tiene un espesor aproximado de 10 Km. Su grado de ionización depende de la actividad solar, lo que motiva que esta capa sea prácticamente inexistente durante la noche. Esta capa refleja ciertas ondas de las bandas VLF y LF, absorbe parcialmente las MF y deja pasar las de HF, aunque de forma atenuada.
• Los límites de la capa E se sitúan entre los 80-140 Km, más impermeable que la anterior. Solo deja pasar ondas de frecuencia superior a 25 MHz, y al igual que la capa D, desaparece prácticamente durante la noche. También refleja ondas HF durante el día y posibilita que el alcance de estas emisiones llegue a ser del orden de 1000 Km.
• La capa F2 es la más reflectante y permanece durante la noche. Esta capa es la que facilita las transmisiones a gran distancia, especialmente en HF.

Evidentemente, la separación entre las diferentes capas que acabamos de describir no está bien definida, ya que depende del grado de ionización, que a su vez es función de la hora del día o de la noche, e incluso de la estación del año.

2.3. Efecto Nocturno y Frecuencia Crítica

Debido a la desaparición durante la noche de las capas D y E, las ondas que se reflejan en ellas pasan a hacerlo sobre la capa F, la cual se encuentra a mayor altura. De este efecto resulta que durante la noche se obtienen saltos mayores, como se muestra en la Figura D.

Cuando aumentamos la frecuencia (F) de una onda, en general aumentamos su alcance. La explicación es que las frecuencias mayores penetran más en las capas ionosféricas, siendo reflejadas por las más superiores. Sin embargo, si superamos los 30 MHz, la onda atravesará sucesivamente todas las capas de la ionosfera sin ser reflejada hacia el suelo. Esta frecuencia se denomina frecuencia crítica. En la Figura E se ilustra lo anteriormente expuesto.