En el año 1902, Kennelly y Heaviside, de forma independiente postularon la existencia de una capa ionizada en la parte alta de la atmósfera, que sería la responsable de la reflexión de las ondas electromagnéticas que hacían posibles las comunicaciones telegráficas de largas distancias, que un año antes Marconi había establecido entre Gales y Terranova. Anteriormente Gauss había pensado la existencia de una capa conductora que soportara las variaciones del campo magnético terrestre. Sin embargo, hasta 1925 no se realizaron medidas directas que confirmasen la existencia de la ionosfera. En dicho año, Appleton y Barnett mediante una transmisión vertical determinaron la altura de la capa “eléctrica” (más abreviadamente capa E). Estudios posteriores pusieron de manifiesto la existencia de capas que se designaron en orden alfabético como D (inferior), E, F (superior) (F1, F2), así como la fuerte dependencia de la hora solar a la que se realizaban las medidas.

Propagación por onda refractada o ionosférica.Ésta es una de los tipos de propagación más importantes. Aquí influirá la atmósfera como reflector y esto a su vez ocurre en la ionósfera. La ionósfera es una capa de la atmósfera que se encuentra entre los 40 Km. y 320 Km. y está formada por aire altamente ionizado por la radiación solar. Cuando esta capa se encuentra eléctricamente cargada hace que la señal comience a cambiar en un cierto ángulo, esto lo hace sucesivamente hasta que se realiza una reflexión total y la señal regresa a tierra.La figura 1.4 muestra como la señal se refracta en la ionósfera para hacerla llegar al receptor.Este tipo de propagación puede ser capaz de conectar dos puntos, los cuales no tienen línea de vista y se puede transmitir a una distancia de hasta 4000 Km. Si las condiciones de la atmósfera fueran adecuadas se podría conectar un punto a cualquier otro lado del planeta, esto es porque la señal refractada de la ionósfera también puede ser reflejada por la tierra y así sucesivamente. Es importante mencionar que la propagación ionosférica está determinada por la frecuencia utilizada y por el nivel de ionización de la atmósfera. Si se tiene una frecuencia grande la refracción sufrida por la misma ionósfera será menor. Se cuenta con una frecuencia establecida a utilizar a distintas horas del día para poder realizar la comunicación ionosférica, esto se conoce como Frecuencia Útil Máxima, FUM. Esto es útil para las comunicaciones satelitales, ya que si se utiliza una frecuencia mayor a la FUM, no se reflejará en la atmósfera y se disparará al espacio.

Figura 1.4 Propagación de RF por medio de refracción en la ionósfera.

Propagación por difracción ionosférica.Este tipo de propagación se produce cuando las ondas emitidas son superiores a los 30 MHz, debido a su frecuencia la señal no será reflejada por la ionósfera, pero si será

difractada, por lo que una pequeña parte de la señal llegará a tierra y solo podrá ser captada por un receptor especialmente sensible. Es por esto que este tipo de transmisión utiliza muy poco debido a su baja eficiencia. La figura 1.5 muestra el efecto de la difracción de una señal por la ionósfera.

Figura 1.5 Efecto de la difracción de una señal de RF en la ionósfera.

Ya que la causa principal de ionización es la actividad solar, el comportamiento de la ionosfera está muy influido por los ciclos solares observados desde la tierra. Los periodos de éstos ciclos son:

        Diurno.        Anual.        De 11 años.

En la figura 1.4 se representa la variación de la densidad de ionización típica en la ionosfera en función de la altura .

         Capa D

 La capa D, segunda en ser modelada, se extiende entre los 50 y 90 Km de

altura. Su densidad de ionización aumenta rápidamente con la altura y presenta grandes variaciones entre el día y la noche. De hecho, por la noche prácticamente desaparece, por lo que habitualmente se considera que la capa D es una capa diurna.

         Capa ELa capa E o capa Kennelly-Heaviside, primera en ser descrita, comprende

una zona intermedia que abarca desde 90 a 130 Km de altura. Su comportamiento está muy ligado a los ciclos solares. A pesar de sufrir grandes variaciones de ionización conserva un nivel apreciable durante la noche. Alcanza el máximo de ionización durante el mediodía en los meses de verano con niveles en torno a 1011 e-/m3.En ciertas ocasiones aparece una ionización anómala en la capa E denominada capa E esporádica, (ES). En zonas templadas la capa ES es bastante frecuente en verano, alcanzando densidades iónicas varias veces superiores a las de la capa E circundante.

          Capa FLa capa F se extiende hacia arriba a partir de los 130 Km de altitud.

Debido al distinto comportamiento de la capa superior e inferior, ésta se puede dividir en la capa F1 entre los 130 y 210 Km y lacapa F2 a partir de los 210 Km. La capa F1 desaparece durante la noche mientras que la capa F2 mantiene niveles de ionización relativamente constantes entre el día y la noche.

 En la figura 1.4 se representa gráficamente la altura de las capas en

función las horas del día y de la estación.

Figura 1.4  Altura de las capas vs. hora y estación. 

La variación de la altura de las capas según la temperatura y en conclusión la hora solar se muestra en la figura 1.5

Figura 1.5  Altura de las capas vs. hora y estación. 

Propagación por onda de superficie

La propagación por onda de superficie opera principalmente en las bandas de LF y HF (30 kHz a 3 MHz). A estas frecuencias las antenas no están eléctricamente elevadas y generalmente no

existe visión directa. El campo responsable de la comunicación es el radiado por la antena en presencia de la tierra.

Se trata de un mecanismo de propagación relativamente pobre. Una parte de la energía viaja por el interior de la tierra, por tanto, sus características dependen de las propiedades eléctricas de la tierra.

Características de la propagación por onda de superficie:

Propagación a ras de tierra Modo de propagación dominante para frecuencias menores de 30 MHz Largo alcance. Se emplea en telegrafía y radiodifusión. Relativamente estable ante perturbaciones. Ancho de banda reducido. Las antenas no están eléctricamente elevadas. La tierra equivale a un plano

conductor que modifica las características de radiación. Se emplean antenas monopolo para la transmisión. Las potencias radiadas son muy elevadas, del orden de kw hasta Mw.