La reflexión en las ondas y radioenlaces
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La reflexión es otro de los efectos ópticos a los que están sometidas las ondas electromagnéticas en su viaje por la atmósfera terrestre.
Podemos hablar de ella como un rebote o cambio de dirección de la onda cuando choca contra un material, que en función de su densidad, reflejará una parte de la señal y absorberá otra.
En la imagen hemos simplificado un frente de onda (multitud de rayos en la misma dirección) por un rayo único:
Según la ley de Snell:
- La velocidad de la onda no cambia en la onda reflejada, pues no hay cambio de medio (por esto en los espejos nos vemos sin retraso).
- El ángulo de incidencia respecto a la normal es el mismo que el ángulo de reflexión.
- Una parte de la señal, llamada onda transmitida, penetra en el material por refracción. Esto genera una pérdida de energía, que dependerá de la resistencia del material, y serán absorbida por él, convirtiéndose en calor.
Tipos de reflexión
Dependiendo de la superficie donde incide la onda, podemos hablar de:
- Reflexión Difusa: superficies ásperas o irregulares dispersan las ondas en muchas direcciones, absorbiendo más energía e incluso destruyendo completamente la señal.
- Reflexión Especular: superficies lisas produce una reflexión muy buena, absorbiendo poca energía y reflejando casi por entero la señal. Gracias a esto podemos mirarnos en un espejo o calentar cosas en un microondas.
- Reflexión Semidifusa: superficies mixtas tendrán un comportamiento entre difuso y especular.
Dependencia de la longitud de onda
Otro comportamiento curioso de la reflexión es que depende de la longitud de onda de la señal. Lo vemos con un ejemplo:
Seguro que has visto antenas que integran parrillas de metal en su estructura. Se utilizan para provocar una reflexión controlada de las ondas y orientarlas hacia una misma dirección, como en una parabólica.
Pero ¿cómo puede reflejar una parrilla si tiene agujeros? ¿No se escapa una parte de las ondas por ella? Pues no se escapa. Ahorrando el desarrollo físico-matemático, si el tamaño de los agujeros es más pequeño que la décima parte de la longitud de onda de la señal, la rejilla actúa como un superficie sólida.
Por ejemplo, en el caso de la WIFI estándar, a una frecuencia de 2.4 Ghz, podemos calcular su longitud de onda gracias a la consabida fórmula que vimos en el artículo de la base científica:
Como las ondas van a la velocidad de la luz, tenemos:
Longitud de Onda WIFI 2.4 GHz = 299.792.458 / 2.400.000.000 = 0.124913 m
Es decir, aproximadamente 12.5 cm. Si dividimos entre 10, tenemos que una parrilla con agujeros separados como máximo 1,25 cm, actuaría como una superficie sólida y lisa reflejando la señal.
¿Por qué se usan estas antenas si existen las parabólicas? Pues porque tienen la ventaja de que el aire penetra mejor a través de ella, así sufren menos ante rachas fuertes y no se desajustan perdiendo orientación.
La reflexión en los radioenlaces
Además de en la construcción de antenas, la reflexión también se utiliza en los radioenlaces de varias formas.
Cálculos de diseño
Es necesario tener en cuenta este fenómeno en el diseño del radioenlace, pues además de la señal por línea vista, llegarán toda una serie de señales reflejadas, tanto del suelo o agua si está sobre el mar, como de objetos situados en el camino de la señal. La zona de Fresnel nos ayudará a evitar la mayoría de estas situaciones, pero a veces, no es posible obtener una línea vista despejada y hay que contar con ellas.
Repetidores pasivos
Si ubicamos una superficie apropiada, que refleje convenientemente la señal, podemos salvar obstáculos o zonas abruptas que no tienen a priori un despeje de la línea vista. Encima no tenemos que alimentarlo con energía eléctrica.
Para que un repetidor pasivo refleje eficientemente la señal, sus dimensiones deben ser grandes comparadas con la longitud de onda del radioenlace, para que los ángulos de incidencia y reflexión sean iguales.
Los repetidores pasivos suelen ser reflectores planos con una superficie de aluminio altamente conductora lo que permite alcanzar una eficiencia en la reflexión de casi el 100%.
Escrito por
Fuentes:
- Electronic Communications Systems – Wayne Tomasi
- Wikipedia
