7/23/2019 PROPAGACIN ANTENAS

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PROPAGACIN Y ANTENAS

Ing. Carlos Peafiel MsI.

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Esquema de un radio enlaceLas seales de voz, video o datos se transmiten, por lo general, a travs demedios guiados. Pero, cuando las distancias son grandes, o cablear es caro,

o por razones de movilidad, se utiliza la transmisin por ondas de radiodenominado radioenlace.

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Tipos de radioenlacesExisten 2 tipos:

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Radioenlaces pormicroondas

SatelitalUno de los

terminales esten un satlite.

TerrestreTodos los

terminales estn

en Tierra.

El satlite es un repetidoremplazado en el espacio.

Generalmente los radioenlaces seexplotan entre 2 y 50 GHz, por eso sellaman radioenlaces por microondas.

En estas frecuencias, es posible obtenerradiaciones altamente direccionales,apropiadas para enlaces punto a punto.

El modo de propagacin de las microondas es por ondaespacial, llamada tambin propagacin con lnea de vista.

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Radioenlaces TerrestreEn frecuencia de microondas:

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TerrestreTodos los

terminales estnen Tierra.

Por lo general, el trayecto que sigue unaonda de radio se encuentra lleno de

obstculos, como montaas, rboles yedificios, adems de estar afectado por lacurvatura de la Tierra.

Para construir un enlace, se debe calcularcunta potencia se necesita para cruzar unadistancia dada, y predecir cmo van a viajar

las ondas a lo largo del camino.Simulacin con RadioMobile

El perfil de trayecto entre el transmisor y receptor sepuede simular mediante el software RadioMobile queusa modelos digitales de la elevacin del terreno(mapas digitales).

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Radioenlaces TerrestreQu sucede con la onda cuando viaja?

La onda cuando viaja est sometidaa una serie de efectos.

La onda de radio es idntica a la de luz, excepto por la frecuencia, y se comporta deforma similar en cuanto a sus propiedades. Su menor frecuencia se asocia con unalongitud de onda ms larga, y esto repercute en situaciones prcticas.

Propiedades pticas bsicas de una onda de radio

Absorcin. Transfiere energa al medio cuando viaja.

Reflexin. Se refleja en metales, superficie del agua

y desde el suelo; con el mismo ngulo con el queimpacta la superficie.

Refraccin. Se desva de su trayectoria cuando pasade un medio a otro de diferente densidad; cambiandode velocidad.

Difraccin.Al incidir en un objeto se esparce todas

direcciones, rellenando la zona de sombra openetrando por un agujero.

Interferencia. Al interferirse con otra onda de lamisma frecuencia, se amplifica o se anula,dependiendo de la relacin de fase o posicin relativaentre ellas.

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Concepto de propagacin de ondasPara planificar enlaces punto a punto

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Un radioenlace terrestre debe disponer de la potencia necesaria para cruzar una

distancia dada y tener condiciones de visibilidad directa, habida cuenta de la curvaturade la Tierra.

Existen 4 conceptos relevantes en frecuenciasde microondas

Lnea de vista. La onda se propaga en lnea recta de la

antena transmisora a la receptora.

Zona de Fresnel. Un radioenlace necesita una lnea devista y un poco de espacio alrededor definido por la primerazona de Fresnel, libre de obstculos.

Prdida en el espacio libre. La onda pierdepotencia porque se esparce sobre una mayor regin en el

espacio a medida que se aleja de la antena transmisora.

Multitrayectoria. Un radioenlace se planifica con unalnea de vista libre de obstculos; sin embargo, se recibenmltiples copias de la onda.

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Lnea de vistaQu tipo de propagacin utiliza un radioenlace por microondas?

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Utiliza la propagacin por lnea de vista, porque en estas frecuencias la onda sepropaga en lnea recta de la antena transmisora a la receptora.

La distancia de comunicacin porlnea de vista est limitada por lacurvatura de la Tierra.

Cmo se calcula la distancia?

Con base a la geometra de la Tierra

y la altura en que est la antenatransmisora.

Al horizonte ptico:

1 km = 12,74 1(m)r1 = distancia del transmisor al horizonte. En km.

h1 = altura en que est la antena transmisora. En m.

En la prctica, la distancia va ms all del horizonte pticodebido a que la refraccin

en la atmsfera, originada por diferencias de densidades, tiende a curvar la onda haciaTierra. Este efecto posibilita que llegue una distancia 1/3 veces mayor, al horizontede radio.

Al horizonte de radio:

1 km = 12,74 1(m) = 171(m)r1 =distancia del transmisor al horizonte. En km.

h1 = altura en que est la antena transmisora. En m.

K 4/3, factor de correccin.

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Clculo de lnea de vistaSe incluye en el clculo la altura en que est la antena receptora

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Entonces, se obtiene un valor aproximado para la distancia mxima entre antenatransmisora y receptora, sobre un terreno razonablemente plano.

1 km = 171(m)

2 km = 172(m)

km = 171(m) + 172(m)r= distancia mxima entre antenas. En km.

h1 = altura en que est la antena transmisora. En m.

h2 = altura en que est la antena receptora. En m.

Ejemplos para frecuencias que requieren lnea de vista

Compaa de buses

Una compaa de buses, para comunicarse con sus buses, ha instalado, en su oficinacentral, una antena en la parte superior de una torre de 15 m de altura. Las antenas delos buses estn sobre sus techos, ms o menos a 3 m del suelo. Calcule la distancia decomunicacin mxima: a) entre la central y un bus y b) entre dos buses.

Respuesta.- a) r= 23.11 km. b) r= 14.28 km.

Ejemplo 1

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Clculo de lnea de vista

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Estacin de radio FM

Respuesta.- a)h1= 47m

Ejemplo 2

Una estacin de radiodifusin FM tiene una antena transmisora puesta a 50 m sobre el nivel del

terreno promedio. Qu tan lejos se puede recibir la seal: a) por un radio de automvil con unaantena a 1,5 m del suelo?, b) por una antena de techo puesta a 12 m sobre el nivel del suelo?

Respuesta.- a) r= 34.2 km. b) r= 43.4 km.

Ejemplo 3 Estacin de TV

Calcule la altura a la cual debe estar la

antena de una estacin de TV abierta paraque su cobertura sea de 50 Km a la redonda.

Respuesta.- h2 = 118,9 m (la antena de lostelevisores se encuentran a 1,5 mdel suelo).

Ejemplo 4 Enlace de microondas

Suponga que se encuentra con un enlace de microondas cuya antena transmisora est a 100 m dealtura y la receptora al nivel del suelo, es decir a 0 m. Calcule la altura a la que debe estar la antena

transmisora si la receptora se eleva a 10 m sobre el nivel del suelo, para alcanzar la misma distancia.

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Zona de fresnelNo es suficiente tener la lnea de vista

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Un radioenlace necesita una lnea de vista y un poco de espacio alrededor, definidocomo la zona de Fresnel, libre de obstculos.

Si la distancia entre la trayectoria directa y el objeto que difracta la onda seincrementa, la intensidad de la onda difractada disminuye y la interferencia se vuelvemenos pronunciada.

Las ondas directa y difractada se suman en el receptor, pero debido a la diferencia enla longitud de trayectoria de ambas, la interferencia puede ser:

Constructiva, si ambas ondas estn en fase.Destructiva, si estn fuera de fase, es decir podran cancelarse entre s hastacierto grado, produciendo el desvanecimiento de la seal.

Si el frente de onda en expansin incideen una montaa, un rbol o un edificio,ocurre la difraccin, es decir, el puntoincidente acta como si fuera una

segunda fuente de esa onda, generandouna onda difractada.

Cmo afecta la obstruccin parcial?

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Anlisis de las interferenciasConcepto de la zona de fresnel

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Para analizar las interferencias debidas aobstrucciones, se utiliza el concepto de laszonas de Fresnel, que es una familia deelipsoides con focos en las antenas.

Existen muchas zonas de Fresnel, pero la queinteresa es la primera zona, porque contiene el50% de la potencia de la onda.

Primera zona de Fresnel

Si la primera zona de Fresnel se encuentra librede obstculos, el nivel de recepcin serequivalente al obtenido en el espacio libre.

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Primera zona de fresnel Clculos

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El radio F1 en cualquier punto del elipsoidede la primera zona de Fresnel se calcula con

la siguiente frmula:

En la prctica, para que el nivel de recepcinsea equivalente al obtenido en el espaciolibre, es suficiente tener libre al menos el60% de la primera zona de Fresnel a lo largode todo el trayecto.

Clculo del radio del elipsoide

1 m = 17,321 km 2 km

km GHz

F1 = radio de la primera zona de Fresnel. En m.

r1, r2 = distancia de la antena al obstculo. En km.

r= distancia entre antenas. En km.

f= frecuencia de operacin del sistema. En GHz.

Un radioenlace por lnea de vista que opera a una frecuencia de 6 GHz tiene unaseparacin de 40 km entre antenas. Un obstculo en la trayectoria se sita a 10 km dela antena transmisora. Calcule el claro que debe existir entre la trayectoria directa y elobstculo.

Ejemplo 5 Enlace de microondas

Respuesta.- 0.6F1 = 11,62 m.

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Primera zona de fresnel Clculos

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Ejemplo 6 Obstruccin por el trfico vehicular

Respuesta.- h= 4,2 m.

En la figura se observa un enlace de WLAN de 2,4

GHz. Calcule la altura mxima que puede tener elcamin para que no afecte al enlace. El camin seencuentra a la mitad de la trayectoria.

Ejemplo 7 Obstruccin por el suelo

Respuesta.-

En la figura se observa un enlace de WLAN de 2,4GHz. Determine si su funcionamiento es el adecuado.

No, porque las antenas deben estar a5.8 m.

Ejemplo 8 Obstruccin por un rbol

Respuesta.- h = 6,41 m.

En la figura se observa un enlace de WLAN de 2,4GHz. Calcule la altura mxima que puede tener elrbol para que no afecte al enlace. El rbol seencuentran a 400 m de la antena ms cercana.

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Potencia Isotrpica Radiadaefectiva

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El PIRE se utiliza para expresar la potencia transmitida de una estacinterrena o satlite. El PIRE es simplemente la potencia generada por unamplificador de alta potencia considerando la ganancia de la antenna ytomando en cuenta las prdidas en la linea de transmission que connectala salida del amplificador de alta potencia (HPA) con la antenna de laestacin terrrena o satlite. EL PIRE se puede calcular con la ecuacin:

= [Watts]

Donde:

es la potencia de transmission [Watts]. es la ganancia de la antena transmisora [adimensional]

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Frmulas para el Pire

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= [Watts]

[]= 10 log + 10 log [dBW]

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Prdidas en el cable

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= 10 log

Donde:

es la prdida en el cable

es la longitud de cable resistividad del material