18/02/2013 - Efectos de la atmósfera en la propagación de señales en frecuencias de THz

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Gases y nubes causan perturbaciones en las señales radioeléctricas de alta frecuencia. Un estudio de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) se ha propuesto caracterizarlas con el fin de cuantificar así el efecto que producen sobre futuros sistemas de comunicaciones u observaciones atmosféricas en frecuencias de THz. Este trabajo se enmarca en un gran proyecto nacional, denominado TeraSense, para el desarrollo de tecnología en estas frecuencias.

La investigación se lleva a cabo en el Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación. Gustavo Siles es el investigador responsable de este estudio, que inicialmente está concebido como una tesis doctoral, dirigida por José Manuel Riera, con la colaboración de Pedro García del Pino, este último profesor de la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de Telecomunicación.

Los resultados aportados en la investigación se han publicado en revistas internacionales y presentado en congresos nacionales e internacionales (URSI, EuCAP) y en workshops organizadas dentro del COST IC0802, un punto de encuentro donde se desarrollaron herramientas y datos de propagación para sistemas integrados de Telecomunicación, Navegación y Observación Terrestre. Allí expertos en telecomunicaciones de la Unión Europea se refirieron al  desarrollo de un conjunto coordinado de modelos, técnicas y datos relacionados con el canal de radio. Su objetivo fue mejorar el diseño y el rendimiento de las redes mundiales integradas en las que se incluirán las telecomunicaciones de un futuro próximo o los sistemas de navegación y observación de la Tierra.

Gustavo Siles explica que su estudio se basa en los datos que les proporcionan los sondeos meteorológicos que se realizan mediante el lanzamiento de globos que transportan una radiosonda. De esta manera, se cuenta con medidas meteorológicas directas en diferentes puntos de la atmósfera y es posible estudiar su distribución vertical a lo largo del trayecto, que suele alcanzar una altitud de 35 kilómetros.

“Desde nuestro ámbito de trabajo, que es el estudio de la propagación radioeléctrica a través de la atmósfera usando estas medidas, es posible calcular la atenuación, o nivel de pérdidas, que produce la atmósfera en un enlace de comunicaciones satélite-Tierra, debido al efecto del vapor de agua y oxígeno, así como al producido por la presencia de agua líquida que forman las nubes, si estuvieran presentes”, indica Siles.

“Sin embargo, el procedimiento solo es válido en condiciones de cielo despejado o nubosidad leve, mientras que, si se verifica la presencia de lluvia durante el sondeo, el cálculo no es válido, debido a la naturaleza de los procesos que tienen lugar en escenarios de precipitaciones. Por ello, es necesario identificar la presencia de lluvia durante un sondeo, que es  uno de los aspectos relevantes que hemos tratado en nuestro estudio”.

La presencia de lluvia es la principal responsable de pérdidas en la señal en frecuencias elevadas. “Pero, además de estas pérdidas, se debe tener en cuenta que, a medida que la frecuencia aumenta, como las que se encuentran en la banda de los THz, el efecto del vapor de agua (humedad) en la atmósfera se considera más relevante, lo mismo que el efecto de las nubes”, añade el autor de la tesis.

Junto a amplios conocimientos sobre la composición de la atmósfera, Siles ha tenido que recurrir para realizar este estudio a datos aportados por la Agencia Estatal de Meteorología y de la estación meteorológica de la propia ETSI de Telecomunicación. “El campo de la propagación de señales requiere conocer el medio que estudiamos. Necesitamos conocer su estructura física, principales constituyentes, condiciones de presión, temperatura y humedad en diferentes alturas de la atmósfera, así como caracterizar la presencia de partículas de agua y hielo, que pueden o no provocar pérdidas en una señal al interactuar con esta, dependiendo de la frecuencia.”

El investigador  afirma que durante el trabajo realizado descubrió  que existe gente dedicada a la recogida de radiosondas (radiosonde hunting). Y es que las sondas, al emitir señales de radio, son localizadas con receptores sencillos, similares a los que utilizan radioaficionados, aunque el lugar de caída puede estar a más de 100 km del punto de lanzamiento. “Gracias a la experiencia de estos cazadores de sondas obtuvimos algunos datos de interés para nuestro estudio, como el tiempo de ascensión del globo y el efecto del viento sobre su trayectoria.”

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