Propagación de ondas de radio (comprensión intuitiva de la propagación de ondas)

Tengo algunas preguntas similares con respecto a la comunicación por ondas de radio, en particular el tipo de comunicación por ondas de radio FM y AM. Tenga paciencia con la ingenuidad de las preguntas.

Preguntas:

Las ondas de radio en las comunicaciones de FM y AM se transmiten a través del aire y captamos esas señales con la ayuda de nuestros receptores.

Suponga que hay pocas estaciones de radio FM como 91,1 MHz, 93,5 MHz y 94,3 MHz. (Radio del tamaño del área - 10-15 km)

Todas estas estaciones están operando simultáneamente y dependiendo de qué frecuencia sintonice el receptor, esa estación de radio se reproduce. Pero la idea es que las 3 estaciones de radio anteriores estén funcionando y operando simultáneamente.

Dado que las ondas de radio son ondas EM, se propagan en el aire en forma de ondas. Entonces, técnicamente, ¿estas ondas EM se propagan a través de la atmósfera perturbando las partículas de aire, es decir, como compresión y rarefacción? Solo quiero entender cómo se mueven estas ondas desde el transmisor hasta el receptor.

Pregunta 1: ¿Las ondas EM viajan creando perturbaciones en las partículas de aire, como compresión y rarefacción?

Si viajan así, ¿el patrón de compresión y rarefacción de la estación de radio de 91,1 MHz no afectará el patrón de compresión y rarefacción de la estación de radio de 93,5 MHz y causará cualquier perturbación/interferencia/diafonía entre ellos antes de que lleguen a mi ¿receptor? ¿Cómo esas 2 estaciones de radio no interferirán entre sí?

Pregunta 2: ¿Cuál sería el rango de distancia típico en términos de radio (en km) de una estación de radio FM/AM? Traté de encontrar. Pero incapaz de encontrarlo. En alguna parte, he leído que la cobertura de distancia depende de la potencia del transmisor de radio FM. ¿Podría alguien dar más información, como una tabla determinada que proporcione la distancia recorrida y el radio de cobertura de la radio FM?

Pregunta 3: Si la comunicación de radio FM es un tipo de comunicación de línea de visión, ¿cómo puedo recibir la señal de FM incluso si mi receptor no está en la línea de visión directa del transmisor de FM?

PD: la razón por la que no lo hice como 3 preguntas separadas porque todas estas preguntas están muy estrechamente relacionadas, por lo que no quería agobiar al que responde a la pregunta o a una persona similar que tiene las mismas consultas. encontrar la respuesta bajo una sola pregunta en sí.

No se permiten preguntas de varias partes. Pero todas estas son preguntas que se responden fácilmente haciendo una investigación trivial por su cuenta y, como tales, no están realmente dentro de la misión de este sitio, que está reservado solo para las preguntas que quedan después de hacer una investigación básica . Su primera idea es falsa en general y se remonta a la falsa hipótesis del "éter" antes de que se entendiera realmente EM (pista, la radio funciona bien en el espacio). Pero la "flexión" en algunos métodos de propagación más allá del horizonte, como la reflexión ionosférica y los conductos troposféricos, implica la interacción con el aire.
Un buen libro de física te vendría bien.

Respuestas (2)

Pregunta 1: ¿Las ondas EM viajan creando perturbaciones en las partículas de aire, como compresión y rarefacción?

No. Son un campo electromagnético. Son del mismo tipo de cosas que la luz (y viajan a la misma velocidad). Para las estaciones de radio AM/FM, la única diferencia es que las longitudes de onda son mucho más largas que la luz visible.

  • Pueden viajar en el espacio donde no hay aire (así es como funcionan todas las comunicaciones basadas en el espacio)
  • También pueden atravesar objetos sólidos como la madera en distancias cortas (así es como puedes captar la radio desde el interior de tu casa).
  • Pueden atravesar el agua (para distancias cortas), por ejemplo para controlar un pequeño submarino no tripulado.

Si viajan así, ¿el patrón de compresión y rarefacción de la estación de radio de 91,1 MHz no afectará el patrón de compresión y rarefacción de la estación de radio de 93,5 MHz y causará cualquier perturbación/interferencia/diafonía entre ellos antes de que lleguen a mi ¿receptor? ¿Cómo esas 2 estaciones de radio no interferirán entre sí?

Las ondas de radio esencialmente se atraviesan entre sí de la misma manera que dos haces de luz de linterna se atraviesan entre sí. Mientras se cruzan, los valores de los campos simplemente se suman y emergen por el otro lado con sus valores originales.

En el receptor, las ondas para múltiples estaciones están presentes y son recibidas por la antena. Para una radio AM o FM, hay un filtro de paso de banda que selecciona solo las ondas que caen dentro de un rango de frecuencia específico (por ejemplo, solo de 93,4 MHz a 93,6 MHz). Por lo general, estos filtros se pueden fabricar utilizando transistores, amplificadores operacionales, inductores, condensadores y resistencias.

El funcionamiento de este tipo de filtros depende de trucos matemáticos que existen para los sistemas lineales, que facilitan la separación de las señales. Necesitaría experiencia en teoría de circuitos lineales y cálculo para comprender las matemáticas. El principio básico es que incluso si tiene una señal compuesta por varias frecuencias sumadas, el filtro puede tomar solo la parte que tiene la frecuencia deseada y rechazar principalmente la otra parte (aunque nada es perfecto).

Pregunta 2: ¿Cuál sería el rango de distancia típico en términos de radio (en km) de una estación de radio FM/AM? Traté de encontrar. Pero incapaz de encontrarlo. En alguna parte, he leído que la cobertura de distancia depende de la potencia del transmisor de radio FM. ¿Podría alguien dar más información, como una tabla determinada que proporcione la distancia recorrida y el radio de cobertura de la radio FM?

Pregunta 3: Si la comunicación de radio FM es un tipo de comunicación de línea de visión, ¿cómo puedo recibir la señal de FM incluso si mi receptor no está en la línea de visión directa del transmisor de FM?

El alcance de la señal depende de la potencia del transmisor y también de la sensibilidad del receptor. A medida que las señales se propagan desde la antena fuente, cubren un área cada vez más grande. Como consecuencia, la cantidad de energía en cualquier punto dado "disminuye" a medida que avanza.

La señal nunca desaparece realmente, pero en algún momento no hay suficiente potencia en el receptor para que puedas usar la señal. Esa distancia está determinada por la cantidad de ruido de fondo de RF que hay, así como por la sensibilidad del receptor. Los receptores hechos para comunicarse con naves espaciales (por ejemplo, los rovers de Marte) usan antenas gigantes para captar señales realmente débiles.

Las torres de radio suelen ser bastante altas, por lo que su vista del horizonte se extiende muchos kilómetros. Además, las señales de las estaciones de radio AM/FM pueden viajar a través de algunos árboles y edificios. Por último, las ondas de radio AM/FM en las frecuencias utilizadas por las estaciones de radio musicales pueden reflejarse en partes de la atmósfera terrestre (como un espejo) para extender su alcance más allá del horizonte rebotando entre la atmósfera y el suelo.

¿Las ondas EM viajan creando perturbaciones en las partículas del aire, como compresión y rarefacción?

No.

Las ondas de radio son ondas electromagnéticas. Se propagan en el propio campo electromagnético.

No requieren ningún medio físico para viajar y pueden viajar a través del vacío tan bien (mejor, en realidad) que a través del aire. Si las ondas EM no pudieran viajar a través del vacío, no podríamos ver el sol.

¿Cuál sería el rango de distancia típico en términos de radio (en km) de una estación de radio FM/AM? Traté de encontrar. Pero incapaz de encontrarlo. En alguna parte, he leído que la cobertura de distancia depende de la potencia del transmisor de radio FM. ¿Podría alguien dar más información, como una tabla determinada que proporcione la distancia recorrida y el radio de cobertura de la radio FM?

Lo que lees es correcto: Depende mucho de la potencia del transmisor. Otros factores, como la configuración de la antena, el terreno, las condiciones atmosféricas, etc., también pueden afectar en gran medida el alcance de la transmisión.

Normalmente, la potencia del transmisor está limitada por las normas para permitir la transmisión en unos 100 km o menos.

La radio AM a menudo tiene un mayor alcance que la FM debido a que se utilizan frecuencias más bajas. Las estaciones más potentes de EE. UU. (por ejemplo, KGO) se pueden escuchar en casi la mitad del país, en un rango de más de 1000 km.

Para las estaciones de EE. UU., sitios como radio-locator.com proporcionan mapas de cobertura que muestran las áreas en las que las estaciones tienen licencia para transmitir.

Aquí hay un ejemplo de una de mis estaciones locales, que transmite con 8,9 kW desde una altitud de 412 m (pero en un terreno bastante accidentado):

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Si la comunicación de radio FM es un tipo de comunicación de línea de visión, ¿cómo puedo recibir la señal de FM incluso si mi receptor no está en la línea de visión directa del transmisor de FM?

La radio FM en las frecuencias de transmisión no es realmente una transmisión de línea de visión. Debido a la difracción, la señal a menudo se puede recibir incluso si interviene un edificio o una colina.

Gracias por la respuesta. Estoy confundido con la propagación EM. Leí sobre las ondas EM. Esos son campos eléctricos y magnéticos alternos. ¿Pero los campos EM alternos de la primera estación no interferirán con los campos alternos de la estación FM cercana? No puedo entender por qué no se produce la interferencia. ¿Podrías ayudarme con esto?
@Newbie porque (si está bien diseñado) el receptor de radio es un sistema lineal y se aplica la superposición. Luego, el receptor puede separar las dos señales usando filtros.
Gracias por el comentario. Pero quiero entender el concepto antes de que esas señales lleguen a los receptores. ¿Las ondas electromagnéticas de diferentes estaciones de FM bombardean/chocan/interfieren (o cualquier término que sea correcto) entre sí incluso antes de que lleguen al receptor? Si golpea, ¿no causará ni dañará la información transmitida por las estaciones de FM individuales?
La propagación de radio en el aire también es un proceso lineal.
La antena transmisora ​​de lanzamiento, el propio espectro electromagnético y la antena receptora son todos muy lineales. Eso significa que un montón de señales pueden sumarse sin molestarse entre sí. Los receptores y transmisores son menos lineales y deben diseñarse cuidadosamente para minimizar las perturbaciones a otras frecuencias.
"Depende completamente de la potencia del transmisor" no, realmente no lo hace. La potencia es, en el mejor de los casos, un intento de compensar una ruta de señal deficiente o superar la interferencia en los casos marginales. La mayor parte de la cobertura está limitada por la línea de visión y los mecanismos de flexión disponibles. Con un buen camino, los niveles de potencia diminutos pueden llegar tan lejos como las típicas estaciones de transmisión de muchos kilovatios; en la frecuencia en la que funciona la reflexión ionosférica, unos pocos vatios pueden alcanzar mucho más que la potencia infinita en las frecuencias en las que no funciona.
Pero las comunicaciones de radio FM y AM no utilizan reflejos ionosféricos, ¿verdad?
La transmisión AM de onda larga no tiene licencia para usar la reflexión ionosférica para aumentar el área de cobertura, pero debido a que este efecto entra en juego por la noche, generalmente se requiere que reduzcan la potencia durante la noche para evitar interferir con las estaciones de distancia asignadas a la misma frecuencia. La transmisión de FM rara vez vería efectos ionosféricos en casos extremos (estelas de meteoritos, etc.), pero hay otros fenómenos que pueden ocurrir ocasionalmente. Para lo que es básicamente un patrón celular (aunque a gran escala) de reutilización de frecuencia, estas cosas son un detrimento, no un beneficio.
Gracias por tu comentario. Sería realmente beneficioso para mi comprensión si también pudiera escribir una respuesta a mi pregunta en términos simples para una fácil comprensión. Le pediría que lo hiciera.
@Newbie Le pediría que lea la explicación anterior de por qué su pregunta no cumple con las reglas de este sitio.
@ChrisStratton, he reformulado, ¿eso es mejor? Dado que estamos hablando en el contexto de la transmisión FM, en el planeta Tierra, tenemos que lidiar con la ruta de la señal y las bandas asignadas que tenemos. No podemos simplemente trasladar la ciudad de San Francisco al espacio exterior para mejorar el alcance de transmisión de KSAN.
Todavía está tratando erróneamente el poder como el factor más importante cuando en realidad hace la menor diferencia.
Propagación de ondas de radio (comprensión intuitiva de la propagación de ondas)
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