Ondas y modos de propagación

Antes de empezar: ¿cómo llega una señal hasta otra antena?

Cuando transmites, la antena transforma la energía eléctrica del equipo en una onda electromagnética. Esa onda abandona la antena y se propaga por el entorno. Pero no todas las señales siguen el mismo camino: algunas avanzan cerca del suelo, otras prácticamente en línea recta y otras pueden regresar desde las capas altas de la atmósfera.

Comprender estos caminos permite responder preguntas muy prácticas:

• ¿Por qué una emisora local se recibe bien detrás de una colina y otra desaparece?
• ¿Cómo puede una estación de España contactar con América usando HF?
• ¿Por qué elevar una antena mejora habitualmente la cobertura en VHF y UHF?
• ¿Por qué una banda funciona de noche y otra lo hace mejor durante el día?

En esta primera lección no necesitas memorizar todos los fenómenos atmosféricos. El objetivo es construir un mapa sencillo de los principales modos de propagación. En las lecciones siguientes estudiaremos con más detalle la ionosfera, la troposfera y el ruido.

Una misma señal puede seguir varios caminos

Imagina una estación que transmite desde un valle. Parte de la energía puede avanzar pegada al terreno, otra parte puede dirigirse hacia el horizonte, otra puede reflejarse en una montaña y otra puede salir hacia las capas altas de la atmósfera.

El receptor no sabe por qué camino ha llegado cada componente. Su antena recibe la suma de todas las señales que alcanzan el lugar. Por eso, en una comunicación real pueden coexistir varios modos de propagación.

Los tres caminos principales que debes distinguir inicialmente son:

1. Onda terrestre o de superficie.
2. Onda directa.
3. Onda ionosférica.

Además, durante cualquiera de estos recorridos pueden intervenir fenómenos como la reflexión, la refracción, la difracción o la absorción. Una reflexión puede crear un camino adicional hasta el receptor, pero no conviene confundir estos fenómenos con la clasificación general del trayecto.

Onda terrestre: siguiendo la superficie

La onda terrestre, también llamada onda de superficie, se desplaza siguiendo la curvatura del terreno. No avanza porque rebote continuamente, sino porque el campo electromagnético interactúa con la superficie terrestre y puede acompañarla durante una cierta distancia.

Este modo resulta especialmente importante en frecuencias bajas. A medida que aumenta la frecuencia, el terreno suele absorber más rápidamente la energía de la onda de superficie. También influyen la conductividad y las características del suelo: el agua salada conduce mejor que un terreno seco y rocoso, de modo que una señal puede alcanzar más distancia sobre el mar que sobre tierra seca.

Ejemplo

Una estación que transmite en una frecuencia relativamente baja puede cubrir una zona más allá del horizonte visual mediante onda terrestre. En cambio, una estación en VHF no debe confiar en este mecanismo para conseguir una cobertura equivalente.

No confundas onda terrestre con cualquier señal que viaje cerca del suelo. El término describe un mecanismo concreto de propagación ligado a la superficie.

Onda directa: aproximadamente en línea de vista

La onda directa viaja desde la antena transmisora hasta la receptora sin depender de una reflexión ionosférica. Es el modo dominante en muchos enlaces de VHF, UHF y frecuencias superiores.

Decimos que se propaga aproximadamente en línea de vista porque la atmósfera puede curvar ligeramente el trayecto. Aun así, la altura de las antenas, el relieve y los obstáculos tienen una influencia decisiva.

Si elevamos una antena, ampliamos su horizonte radioeléctrico. Por eso un repetidor instalado en una montaña puede cubrir una región mucho mayor que un equipo situado a nivel de calle, aunque ambos transmitan con una potencia parecida.

Un error frecuente

Duplicar la potencia no duplica automáticamente el alcance. En un enlace limitado por el horizonte, elevar o despejar la antena puede aportar mucho más que aumentar unos vatios.

Reflexión: otro camino hasta el receptor

Una onda puede reflejarse en el terreno, edificios, montañas, capas atmosféricas u otros elementos. El receptor puede recibir simultáneamente la señal directa y una o varias señales reflejadas.

Cada trayecto tiene una longitud diferente. Por ello, las distintas copias no llegan exactamente al mismo tiempo ni con la misma fase. Al sumarse pueden reforzarse o debilitarse. Este fenómeno ayuda a entender variaciones de señal que aparecen aunque transmisor y receptor no se estén moviendo.

En comunicaciones digitales, trayectos múltiples también pueden deformar la señal. En comunicaciones analógicas pueden producir desvanecimientos o cambios rápidos de nivel.

Una reflexión no siempre es perjudicial. A veces permite recibir una estación que no dispone de un trayecto directo. Lo importante es recordar que introduce un recorrido alternativo.

Onda ionosférica: volver desde las capas altas

La onda ionosférica permite realizar muchos contactos de larga distancia en HF. La señal se dirige hacia regiones ionizadas de la atmósfera y, bajo condiciones adecuadas, se curva lo suficiente para regresar hacia la superficie terrestre.

Aunque a menudo se habla de “rebote”, no debemos imaginar la ionosfera como un espejo metálico rígido. El comportamiento depende de la frecuencia, del ángulo de salida, de la ionización, de la hora, de la estación del año y de la actividad solar.

Cuando la señal regresa a la Tierra puede volver a propagarse hacia la ionosfera y producir varios saltos. Así son posibles contactos a miles de kilómetros con potencias moderadas.

Ejemplo

Una estación española transmite en HF con una antena que concentra parte de su energía a un ángulo bajo. La señal alcanza una región ionizada, se curva y regresa a gran distancia. Entre la estación y el punto de retorno puede existir una zona donde la señal apenas se recibe. Más adelante la estudiaremos como zona de salto.

Frecuencia y longitud de onda

La frecuencia indica cuántos ciclos realiza una señal cada segundo. La longitud de onda es la distancia que ocupa un ciclo completo. Ambas magnitudes están relacionadas: cuando aumenta la frecuencia, disminuye la longitud de onda.

Donde:

• λ es la longitud de onda en metros.
• c es la velocidad de propagación, aproximadamente 300.000.000 m/s en el vacío.
• f es la frecuencia en hercios.

En radio resulta práctica esta forma aproximada:

Esta relación también ayuda a entender por qué el tamaño de muchas antenas está relacionado con la banda en la que trabajan.

Polarización y orientación de la antena

La polarización describe la orientación del campo eléctrico de la onda. Puede ser vertical, horizontal, circular o elíptica.

Para recibir con eficiencia, las polarizaciones de las antenas transmisora y receptora deben ser compatibles. Si una estación transmite con polarización vertical y la otra utiliza una antena horizontal, puede aparecer una pérdida importante.

En comunicaciones locales de VHF y UHF mediante equipos móviles suele emplearse polarización vertical. En otros enlaces y modos se puede utilizar polarización horizontal. No se trata de que una sea siempre mejor: deben coincidir con el sistema y el tipo de comunicación.

Difracción: rodear parcialmente un obstáculo

La difracción permite que parte de la energía se propague alrededor del borde de un obstáculo. Gracias a ella, una señal no desaparece necesariamente de forma absoluta al perder la visión directa.

La capacidad de difractarse depende, entre otros factores, de la relación entre el tamaño del obstáculo y la longitud de onda. Las longitudes de onda mayores suelen rodear mejor ciertos obstáculos que las longitudes de onda muy cortas.

La difracción no elimina las pérdidas. Una montaña seguirá introduciendo una atenuación importante, pero puede llegar alguna señal a la zona situada detrás.

Pérdida en el espacio libre

Incluso en un entorno ideal, sin edificios, lluvia ni absorción, la señal se debilita al alejarse del transmisor. La energía se reparte sobre una superficie cada vez mayor. Este fenómeno se denomina pérdida de propagación en espacio libre.

La pérdida aumenta con la distancia. Para una misma distancia y condiciones comparables, también aumenta al elevar la frecuencia.

Esto no significa que las frecuencias altas sean inútiles: permiten antenas pequeñas, grandes anchos de banda y enlaces muy directivos. Simplemente hay que incluir la pérdida en el diseño del enlace.

Cómo elegir el modo probable

Ante una pregunta de examen, sigue este razonamiento:

1. Si la señal acompaña la superficie y se habla de frecuencias bajas, piensa en onda terrestre.
2. Si depende de horizonte, altura de antenas y obstáculos, piensa en onda directa.
3. Si la señal regresa desde regiones ionizadas y permite gran distancia en HF, piensa en onda ionosférica.
4. Si aparece un recorrido alternativo tras incidir en una superficie, el fenómeno es la reflexión.
5. Si bordea parcialmente una montaña o edificio, el fenómeno relevante es la difracción.

Confusiones habituales

No son cuatro nombres para el mismo fenómeno. En una comunicación real pueden presentarse varios a la vez, pero cada uno describe un comportamiento diferente.

Comprueba que lo has entendido

1. ¿Qué afirmación describe correctamente onda terrestre?
Respuesta razonada: sigue la superficie y resulta especialmente útil en frecuencias bajas. Onda terrestre sigue la superficie y resulta especialmente útil en frecuencias bajas.

2. ¿Qué afirmación describe correctamente onda directa?
Respuesta razonada: se propaga aproximadamente en línea de vista. Onda directa se propaga aproximadamente en línea de vista.

3. ¿Qué afirmación describe correctamente onda reflejada?
Respuesta razonada: llega tras rebotar en una superficie u obstáculo. Onda reflejada llega tras rebotar en una superficie u obstáculo.

En la siguiente lección veremos por qué la ionosfera cambia con la hora y la actividad solar, y cómo aparecen conceptos como MUF, LUF, salto y desvanecimiento.