calculos de radioenlaces

5/23/2018 Calculos de Radioenlaces

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Calcular el claro que requiere una trayectoria demicroondas y la potencia en el receptor para diversasconfiguraciones de transmisor, antena y terreno.

RADIOENLACES PORMICROONDASCLCULOS

DE TRAYECTORIA

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Contenido

Objetivo

Edison Coimbra G.

ANTENAS Y PROPAGACIN DE ONDAS

Tema 6 de:ltima modificacin:

8 de mayo de 2013

2.- Propagacin de la onda de radio.

3.- Lnea de vista.4.- Zona de Fresnel.

1.- Esquema de un radioenlace.

5.- Prdida en el espacio libre.6.- Multitrayectoria.

Apuntes de clases


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1.- Esquema de un radioenlace

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La transmisin por ondas de radio

Las seales de voz, video o datosse transmiten, por lo general, a travs de medios guiados.Pero, cuando las distancias son grandes, o cablear es caro, o por razones de movilidad, se

utiliza la transmisin por ondas de radio radioenlace. (APC, 2007)

Esquema bsico de un radioenlace (Kraus & Fleisch, 2000)

Es una interconexin entre terminales fijos omviles efectuada por ondas de radio.


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Tipos de radioenlaces

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Existen dos tipos

TerrestreTodos los

terminales estnen Tierra.

SatelitalUno de los

terminales est enun satlite.

Satelital

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

El satlite es un repetidoremplazado en el espacio.

Radioenlaces pormicroondas

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

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


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Radioenlace terrestre

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En frecuenciasde microondas

El RadioMobile es un software para simulacin de radioenlaces.

TerrestreTodos los

terminales estnen Tierra. Para construir un enlace, se debe calcular

cunta potenciase necesita para cruzar unadistancia dada, y predecircmo van a viajarlas ondas a lo largo del camino.

El perfilde trayecto entre el transmisor y receptor sepuede simularmediante el software RadioMobilequeusa modelos digitales de la elevacin del terreno (mapasdigitales).

Por lo general, el trayectoque sigue una ondade radio se encuentra lleno de obstculos,como montaas, rboles y edificios, adems

de estar afectado por la curvaturade la Tierra.

Simulacin con RadioMobile (RadioMobile)


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2.- Propagacin de la onda de radio

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Qu establecen las Ecuaciones de Maxwell?

Que un campo elctrico E, variable en el tiempo,produce un campo magntico H, tambin

variable en el tiempo y, en forma recproca, un H,produce un E. Este proceso cclico genera unaonda electromagntica (onda de radio) que sepropaga en el espacio libre a la velocidad de laluz.

Cmo se expande la energa radiada?

TEM (Transverse Electro-Magnetic Wave).

La energa que radia una antena se expande en forma de onda esfrica, pero para un observadordistante, el frente de onda de la onda esfrica parece ser casi plano.

Una de las propiedades quecaracteriza a la onda plana esque los campos son modo

TEM, es decir que el campo E,el Hy la direccindepropagacin sonperpendicularesentre s.

(Kraus & Fleisch, 2000)

(Kraus & Fleisch, 2000)


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Mecanismo de propagacin de la onda

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Principio de Huygens

Un frente de onda no perturbado viaja como una sola pieza.

Un principio importante para entender la propagacin de la onda de radio en el espacio libre es elPrincipio de Huygens.

Cuando una onda se propaga, aparecen unos puntosque tomanparte en el movimiento. La superficie que los contiene es un frente deonda.

El Principio de Huygens establece que todo puntode un frente deonda acta como foco secundario de ondas esfricas.

La superposicin de las ondas esfricas producidas por los focossecundarios conforman un nuevo frente de onda.

El nuevo frente de onda es la superficie que contiene a nuevosfocos secundarios, y as sucesivamente.


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Propiedades pticas de la onda de radio

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Qu sucede con la onda cuando viaja?

La onda cuando viaja est sometida a una serie de efectos.

1 Absorcin. Transfiere energa al medio cuandoviaja.

2Reflexin. Se refleja en metales, superficie delagua y desde el suelo; con el mismo ngulo conel que impacta la superficie.

3 Refraccin. Se desva de su trayectoria cuandopasa de un medio a otro de diferente densidad;cambiando de velocidad.

4 Difraccin.Al incidir en un objeto se esparcetodas direcciones, rellenando la zona de sombra openetrando por un agujero.

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

La onda de radio es idnticaa la de luz, excepto por la frecuencia, y se comporta de forma similaren cuanto a sus propiedades. Su menor frecuencia se asocia con una longitud de onda ms larga,

y esto repercute en situaciones prcticas (Blake, 2004).

Propiedades pticas bsicas de una onda de radio


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1.- Absorcin

Un cambio en el clima puede hacer caer un radioenlace.

Satelital

Metal. Los electrones se mueven libremente en el metal, yson capaces de oscilar y por tanto absorberla energa de unaonda que lo atraviesa.

Transfiere energa al medio cuando viaja. Para las microondas, el metal y el aguason absorbentesperfectos; son a las microondas lo que una pared de ladrillo es a la luz.

Agua. Las microondas provocan que las molculas deagua se agiten y capturenenerga de la onda. La mayorabsorcin la produce el vapor de agua en 22 GHz.

La lluvia y la niebla causan, adems, que la onda se disperselo que resulta en atenuacin.

(APC, 2007)

Rocas, ladrillos, concreto, rbolesy

madera. El nivel de absorcin dependede cunta agua contienen. La maderaseca es transparente. Segn laexperiencia, los rboles causan de 10 a20 dB de prdida por cada uno que esten el camino directo de la onda; lasparedes causan de 10 a 15 dB.

Plsticos. No absorben energa de radio, aunque dependede la frecuencia y la constitucin del plstico.

Elcuerpode los humanos y de animales. Compuestomayormente de agua; en consecuencia es un absorbenteprominente.

Otros materiales tienen un efecto ms complejo


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2.- Reflexincomo un salto

La reflexin se utiliza en las antenas parablicas.

Satelital

La reflexin inviertela polaridad, lo cual equivale aun desfase de 180o al cambio de direccin delcampo elctrico Edel frente de onda.

Las superficies reflectoras no siempre son uniformes.Las ondas, a menudo, se reflejan desde el suelo,produciendo una reflexin difusa, es decir, la ondareflejada se dispersa.

Se refleja en metales, superficie del aguay desde el suelo; con el mismo ngulo con el que impactala superficie. Para la onda de radio, una rejilla metlica con separaciones ms pequeas que la

longitud de onda, acta como una placa de metal.

Reflexin difusa

En ambientes internos o en exteriores, abundan objetos demetal de formas variadas y complicadas que producen elefectomultitrayectoria: la onda llega al receptor pordiferentes caminos y, por consiguiente, en tiemposdiferentes causando el desvanecimientoparcial en laseal recibida.

Multitrayectoria

(Frenzel, 2003)

(Blake, 2004)


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3.- Refraccincomo un doblamiento

Los cambios en las condiciones atmosfricas tambinproducen cambios en la velocidad de la onda.

Se desva de su trayectoria cuando pasa de un medio a otro de diferente densidad(ndice derefraccin); cambiando de velocidad.

Se presenta en noches despejadas. Elsuelo se enfrapor radiacin y enfra alaire en contacto con l, que se vuelvems fro y pesado que el que est en lacapa inmediatamente superior.

La onda se refracta en la atmsfera

La densidaddel aire disminuye con la altura, debido a la reduccin de presin, temperatura yhumedad al incrementarse la altura.

Fenmeno de la inversin trmica

Estas diferentes densidades de las capas de la atmosfera ocasionan que la onda aumente suvelocidad con la altura y se refracte, se doble hacia la Tierra.

El resultado es que la energa transmitida, por ejemplo por un radar, se extiende a una distanciamayor que su rango normal.

(Blake, 2004)


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4.- Difraccincomo esparcimiento

Se aprovecha el efecto de la difraccin para rodear obstculos.

Al incidir en un objeto se esparceen todasdirecciones, rellenando la zona de sombra o

penetrando por un agujero.

Depende de la longitud de onda

Y la potencia?

La difraccines mayor cuando el objeto tiene unborde afilado, es decir sus dimensiones sonpequeas comparadas con la longitud de onda, ocuando el tamao del agujero es parecido a lalongitud de onda.

La potenciade la onda difractada essignificativamente menorque la del frente onda quela produce.

El efecto se describe suponiendo que cada punto enun frente de onda acta como un foco secundariode ondas esfricas.

(Blake, 2004)


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5.- Interferenciacomo una colisin

Las tcnicas de modulacin ayudan a manejar la interferencia.

Para que ocurra la mximaampli f icacino anulacincompleta, las ondas debentener exactamente lamisma longitud de onda yenerga, y una relacin de

faseespecfica yconstante.

Tiene un significado ms amplio, como la perturbacindebido a otras emisiones de radio frecuencia,por ejemplo canales adyacentes.

Al interferirsecon otra onda de la misma frecuencia, se amplifica o se anula, dependiendo dela relacin de faseo posicin relativa entre ellas.

El caso ms comn es que las ondas se combineny generen una nueva onda que no pueda serutilizada para la comunicacin.

La interferencia entecnologa inalmbrica

(APC, 2007)


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Conceptos en la propagacin de ondas


Para planificar enlaces punto a punto

1

Prdida en el espacio libre. La ondapierde potencia porque se esparce sobre

una mayor regin en el espacio a medida que sealeja de la antena transmisora.

2 Zona de Fresnel. Un radioenlace necesitauna lnea de vista y un poco de espacioalrededor definido por la primera zona deFresnel, libre de obstculos.

3

4 Multitrayectoria. Un radioenlace se planificacon una lnea de vista libre de obstculos; sinembargo, se reciben mltiples copias de la onda.

Un radioenlace terrestre debe disponer de la potencia necesaria para cruzar una distancia dada ytener condiciones de visibilidad directa, habida cuenta de la curvatura de la Tierra.

Existen 4 conceptos relevantes enfrecuencias de microondas

La onda de radio se propaga por el espacio libre en lnea recta.

Lnea de vista. La onda se propaga en lnearecta de la antena transmisora a la receptora.


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3.- Lnea de vista


Qu tipo de propagacin utiliza un radioenlace por microondas?

Utiliza la propagacin por lnea de vista, porque en estas frecuencias la onda se propaga en lnearectade la antena transmisora a la receptora.

Tambin se llama troposfrica, porque utiliza la tropsfera.

La distanciade comunicacin porlnea de vista est limitada por lacurvaturade la Tierra.

Con base a la geometrade la Tierra yla alturaen que est la antenatransmisora.

Al h orizonte pt ico:

En la prctica, la distancia va ms all del horizon te pt icodebido a que la refraccin en laatmsfera, originada por diferencias de densidades, tiende a curvar la onda hacia Tierra. Este efectoposibilita que llegue una distancia 1/3 veces mayor, al horizon te de radio.

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

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

r1= distancia del transmisor al horizonte. En km.


K4/3, factor de correccin.Al ho rizonte de radio:

Cmo se calcula la distancia?

1 km = 12,74 1(m)= 171(m)

(Stallings, 2007)

C


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Clculo de la distancia de una linea de vista


Se incluye en el clculo la altura en que est la antena receptora

A veces la distancia se amplia por difraccin, sihay obstculos afilados en el trayecto.

Entonces, se obtiene un valor aproximado para la distancia mxima entre antena transmisora yreceptora, 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.


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

Ejemplo 1 Compaa de taxis

Una compaa de taxis, para comunicarse con sus taxis, ha instalado, en su oficina central, una antena enla parte superior de una torrede 15 m de altura. Las antenas de los taxis estn sobre sus techos, ms omenos a 1,5 m del suelo. Calcule la distancia de comunicacin mxima: a)entre la central y un taxi y b)entre dos taxis.

Respuesta.- a)r= 21 km.b)r= 10 km.

(Blake, 2004)

Ejemplos para frecuencias que requieren lnea de vista

Di t i d l d i t Ej l


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Distancia de una lnea de vista- Ejemplos

16www.coimbraweb.comA veces la distancia se amplia por difraccin, sihay obstculos afilados en el trayecto.

Estacin de radio FM

Respuesta.- a)r= 34,2 km.b)r= 43,4 km.

(Blake, 2004)

Una estacin de radiodifusin FM tiene una antena transmisora puesta a 50 m sobre el nivel del terrenopromedio. Qu tan lejos se puede recibir la seal: a)por un radio de automvil con una antena a 1,5 m delsuelo?, b)por una antena de techo puesta a 12 m sobre el nivel del suelo?

Calcule la altura a la cual debe estar la antena deuna estacin de TV abierta para que sucobertura sea de 50 Km a la redonda.

Estacin de TV

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

Enlace de microondas

Respuesta.- h1= 47 m.

Suponga que se encuentra con un enlace de microondas cuya antena transmisora est a 100 m de alturay la receptora al nivel del suelo, es decir a 0 m. Calcule la altura a la que debe estar la antena transmisorasi la receptora se eleva a 10 m sobre el nivel del suelo, para alcanzar la misma distancia.

(Stallings, 2007)

Para frecuencias que requieren lnea de vista

Ejemplo 2

Ejemplo 3

Ejemplo 4

4 Z d F l


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4.- Zona de Fresnel


No es suficiente tener una lnea de vista

Un radioenlace necesita una lnea de vista y un poco de espacio alrededor, definido por laprimera zona de Fresnel, libre de obstculos. Esta aseveracin se fundamenta en que:

La antena es el foco primario de un frente de onda que se expande.Huygensestablece que cada punto del frente de onda genera una onda esfrica.Las ondas de una misma frecuencia pueden interferirse.

En un radioenlace no basta la lnea de vista.

Si la distanciaentre la trayectoria directa y el objeto que difracta la onda se incrementa, laintensidad de la onda difractada disminuye y la interferencia se vuelve menos pronunciada.

Las ondas directa y difractada se sumanen el receptor, pero debido a la diferencia en la longitud de

trayectoria de ambas, la interferenciapuede ser:Constructiva, si ambas ondas estn en fase.Destructiva, si estn fuera de fase, es decir podran cancelarse entre s hasta cierto grado,produciendo el desvanecimientode la seal.

Si el frente de onda en expansinincide en

una montaa, un rbol o un edificio, ocurrela difraccin, es decir, el punto incidenteacta como si fuera una segunda fuente deesa onda, generando una onda difractada.

Cmo afecta la obstruccin parcial?

(APC, 2007)

A li i d l i t f i


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Anlisis de las interferencias


El concepto de las zonas de Fresnel

La primera zona de Fresnel debe estar libre de obstculos.

Para analizar las interferenciasdebidas aobstrucciones, se utiliza el concepto de las zonas

de Fresnel, que es una familia de elipsoides confocos en las antenas.

Una onda que se refleja en la superficie delelipsoide, recorre una distancia mayor enmltiplos de /2y se desfasa en mltiplos de180. El valor del mltiplo determina la primera,

segunda, etc., zona de Fresnel.

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.

P i d F l Cl l


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Primera zona de Fresnel - Clculos


Cuando no est totalmente libre

La teora de Fresnel examina a la lnea desde A hasta B y su contorno.

El radio F1 en cualquier punto del elipsoide de

la primera zona de Fresnel se calcula con lasiguiente frmula:

En la prctica, para que el nivel de recepcinsea equivalente al obtenido en el espacio

libre, es suficiente tener libre al menos el 60%de la primera zona de Fresnel a lo largo detodo el trayecto.

Clculo del radio del elipsoide

1 m = 17,321 km2 km

km GHz

F1= radio de la primera zona de Fresnel. En m.r1, r

2= distancia de la antena al obstculo. En km.

r= distancia entre antenas. En km.f= frecuencia de operacin del sistema. En GHz.

Interferencia por difraccin

Respuesta.- 0.6F1= 11,62 m.

(Blake, 2004)

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

Ejemplo 5

P i d F l Ej l


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Primera zona de Fresnel - Ejemplos

2www.coimbraweb.comPara que el nivel de recepcin sea equivalenteal obtenido en el espacio libre.

Obstruccin por el trfico vehicular

Respuesta.- h= 4,2 m.

(Twibrights Labs)

Respuesta.-

Respuesta.-h = 6,41 m.

Debe quedar libre al menos el 60%

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.

Obstruccin por el suelo

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

No, porque las antenas

deben estar a 5.8 m.

Obstruccin por un rbol

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.

Ejemplo 5

Ejemplo 6

Ejemplo 7

P i d F l Ej l


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Primera zona de Fresnel - Ejemplos


Utilizando el software RadioMobile

RadioMobile se usa para el diseo y simulacin de radioenlaces.

RadioMobile construye automticamente un perfilentre dos puntos en el mapa digital, mostrandoel rea de cobertura y la primera zona de Fresnel, la cual debe ser un claro de, al menos, 0.6F1

entre la lnea de vista y el obstculo, a lo largo de todo el trayecto.

El peor Fresnel

Realice la simulacinde un enlace WLAN de2,4 GHz entre las ciudades de Santa Cruz yPailn, y determine el Peor Fresnel encaso que las antenas estn puestas en torresde 23 m de altura.

Respuesta.- 0.7 F1. Ver figura.

Ejemplo 8

4 P did l i lib


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4.- Prdida en el espacio libre


Porqu la onda pierde potencia en el espacio libre?

Porque se esparcesobre una mayor regin en el espacio a medida que se aleja de la antenatransmisora. Esta forma de atenuacin se conoce como prdida en el espacio libre.

El espacio libre no absorbe energa.

El radiador isotrpico

Sera intil hablar de antenas si no se tiene algo con qu compararlas. Por eso se cre el radiadorisotrpico, una antena imaginaria omnidireccionalque radia potencia en forma de esferaperfectamente uniforme, con la misma intensidad en todas direcciones.

Si se dibujara una esferaconcntrica al radiador, toda la energa radiadapasara por la superficie de la esfera. En consecuencia, la densidad depotencia sera la potencia radiada o transmitida entre el rea de lasuperficie de la esfera.

Qu densidad de potencia produce el radiador?

Densidad de potenciaRespuesta.-

Se suministra 100 W de potencia a un radiador isotrpico. Calculela densidad de potencia a un punto distante 10 km.

Si= 79,6 nW/m2. En trminos de radio,es una seal bastante fuerte.

(Blake, 2004)

Si=densidad de potencia isotrpica, en W/m2.

PT= potencia radiada o transmitida, en W.

r= distancia radial desde el radiador, en m.

(Suponiendo un radiador isotrpico)

=

42

Ejemplo 9

Ganancia de la antena transmisora


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Ganancia de la antena transmisora


Cmo se interpreta la ganancia de una antena?

Una antena se disea de modo que radie ms potencia en una direccinque en otras. Se dice quetiene gananciaen la direccin de mxima radiacin, cuando se compara con un radiador isotrpico.

Antena omnidireccionalEl dipolo estndar

Su radiacin es omnidireccional;tiene una forma similar a undonut sin agujero, donde las

puntas de los brazos son puntossordos hacia donde no radia. Sela usa tambin como punto decomparacin.

Antena directiva

Tiene un patrn de radiacinsimilar al conode luz de unproyector. Ejemplos deantenas directivas son laYagi, la bocina cnica, etc.

No se trata de una ganancia en el sentido que tiene la amplificacin.

Clculo de la ganancia de la antena transmisora


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Clculo de la ganancia de la antena transmisora


El dipolo estndar radia 1, 64 veces con mayor intensidad en la direccin demxima radiacin que un radiador isotrpico, por tanto su ganancia es 10 log1,64= 2,15 dBi.

Como la razn entre la densidad de potencia en la direccin de mxima radiacin y la que radiaraun radiador isotrpicocon la misma potencia radiada o transmitida.

Cmo se calcula?

Ganancia del dipolo estndar: 10 log 1,64 = 2,15 dBi

=

= 42

GT= ganancia de la antena transmisora.S = densidad de potencia en la direccin de mxima radiacin, en W/m2.

Si= densidad de potencia isotrpica, en W/m2.

PT= potencias radiada o transmitida, en W.r= distancia radial desde la antena transmisora, en m.

Ganancia del dipolo estndar

Densidad de potencia del dipolo

Respuesta.-Se suministra 100 W de potencia a un dipolo estndar. Calcule la densidad de

potencia a un punto distante 10 km en la direccin de mxima radiacin. S= 130,5 nW/m2

.

Densidad de potencia de la antena Yagi

Respuesta.-

Se suministra 100 W de potencia a una antena Yagi de 12 dBi. Calcule ladensidad de potencia a un punto distante 10 km en la direccin demxima radiacin.

S= 1,26 W/m2

.

Ejemplo 10

Ejemplo 11

(Blake, 2004)

Ganancia de la antena receptora


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Ganancia de la antena receptora


La antena receptora absorbe parte de la potencia que pasa por ella.

Por tanto, es razonable pensar que:

Absorbe ms potencia si es ms grande, porque

cubre un reams grande.Es ms eficiente para absorber potencia desdeuna direccinque desde otra.

La ganancia es la misma si la antena se utiliza pararecibir o transmitir (principio de reciprocidad).

Con base a la teoraelectromagntica, se demuestra que

el rea equivalente depende de laganancia de la antena y de la

longitud de onda

Quiere decir que la antena receptora tiene ganancia, yla potenciaque absorbe depende de su tamao fsicoy de su ganancia.

Es el rea de la cual extrae la potencia del frente de onda para entregarla al receptor.

rea equivalente de absorcin de la antena

=

Aeq=rea equivalente de absorcin, en m2.

PR= potencia absorbida o recibida, en W.

S = densidad de potencia en la direccin de mxima radiacin, en W/m2.

=

4

Aeq =rea equivalente de absorcin, en m2.

= longitud de onda de la onda, en m.

GR= ganancia de la antena receptora.

(Blake, 2004)

Ecuacin de Transmisin de Friis


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Ecuacin de Transmisin de Friis

26www.coimbraweb.comLas antenas crean un efecto de amplificacin quecompensan parte de las prdidas.

SatelitalQu establece?

Establece la prdida en el espacio libre, es decir, la raznentre la potencia recibida y la potenciatransmitida. La ecuacin se obtiene al combinar las ecuaciones de las gananciasde las dosantenas.

PR= potencia recibida, en W.

PT= potencia transmitida, en W.GT= ganancia de la antena transmisora.GR= ganancia de la antena receptora.= longitud de onda de la onda, en m.r= distancia radial entre antenas, en m.

=

162

Es comn expresarla en trminos de prdidas en elespacio libre (Lfs) en dB con el signo cambiado.

Ecuacin prctica prdida en el espacio libre

(dB) = 10 log()

(W)

Potencia entregada al receptor

Respuesta.-

Un transmisor y un receptor que operan a 6 GHz estn separados por 40 km. Calcule la potencia (en dBm)que se entrega al receptorsi el transmisor tiene una potencia de salida de 2 W, la antena transmisora tieneuna ganancia de 20 dBi y la receptora de 25 dBi.

PR= -62 dBm.

Ejemplo 12 (Blake, 2004)

(dB) = 92,44 + 20 log km + 20 log GHz

dBi

(dBi)

Clculo del presupuesto de potencia


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Clculo del presupuesto de potencia


SatelitalQu es? Es el proceso mediante el cual se evalasi el enlace es viable, y para ello se deben

calcular las prdidas en el trayecto y conocer las caractersticas delequipamiento y de las antenas. (APC, 2007)

Caractersticasdel equipamiento.

Sensibilidad del receptor. La especifica el fabricante delreceptor. Es el nivel mnimo de potencia que debe recibir para

una determinada calidad. Generalmente en el rango de -75 a -95 dBm.

Potencia de Transmisin. La especifica el fabricante deltransmisor. Generalmente, ms de 30 mW.

Prdida en el espacio libre. La ondapierde potencia porque se esparce en elespacio. La prdida aumenta con ladistancia y la frecuencia, pero disminuyecon la ganancia de las antenas.

Prdida en la lnea o gua. Parte depotencia se pierde en la lnea detransmisin. La prdida para un coaxialcorto con conectores es de 2 a 3 dB.

Prdidas enel trayecto.

Prdida por el medio ambiente. Laonda pierde potencia por absorcin,cuando pasa a travs de rboles, paredes,ventanas, pisos de edificios, y pordispersiny desvanecimientodebido a lamultitrayectoria y a situaciones climticas.La experiencia demuestra que un margende tolerancia de 20 dB para contrarrestaresta prdida es lo apropiado.

Se puede calcular en forma manual y automticamente por software.

Caractersticasde las antenas.

Ganancia de las antenas. Son dispositivos pasivos quecrean el efecto de amplificacin debido a su forma fsica.Tienen las mismas caractersticas cuando transmiten quecuando reciben. Las omnidireccionalestienen una gananciade 5 a 12 dBi. Las sectorialesde 12 a 15 dBi. Lasparablicasde 19 a 24 dBi.

1

2

3

Clculo del presupuesto de potencia Ejemplo


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Clculo del presupuesto de potencia - Ejemplo


Satelital

La prdida del medio ambiente se considera para una evaluacin exacta.

El margen de tolerancia contrarresta la prdida por el medio ambiente

Estimacin viabilidad del enlace

Estime la viabilidadde un enlace de 5km con un punto de acceso WiFi (AP) y un cliente. El AP estconectado a una antena omnidireccional de 10dBi de ganancia, mientras que el cliente a una sectorial de14dBi. La potenciade transmisin del AP es 100mW (o 20dBm) y su sensibilidades de -89dBm. Lapotencia de transmisin del cliente es de 30mW (o 15dBm) y su sensibilidad es de -82dBm. Los cablesson cortos, con una prdidade 2dB a cada lado.

Estimacin AP - Cliente

Ejemplo 13

Hay un margen de 8dB que permite trabajarcon buen tiempo, pero probablemente nosea suficiente para enfrentar condicionesclimticas extremas.

Estimacin Cliente - AP

Hay un margende10 dB. El enlacefunciona, pero si se utiliza un plato de 24dBien el lado del cliente, se tendra unaganancia adicional de 10dBi en ambasdirecciones. Otra opcin ms cara es utilizarequipos de radio de mayor potenciaenambos extremos del enlace.

(APC, 2007)

Software de planificacin del enlace


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Software de planificacin del enlace


Simulacin con RadioMobile

RadioMobile se usa para el diseo y simulacin de radioenlaces.

Construye automticamente un perfilentre dospuntos. Durante la simulacinanaliza la lnea

visual y calcula la prdida en el espacio librey las debidas a otros factores, como absorcinde los rboles, efectos del terreno, clima, yadems estima la prdida en el trayecto enreas urbanas.

Radio Mobile presenta un modelo que seasemeja a la realidad, y hasta se puedensimular los niveles de potenciade lasestaciones y las gananciasde las antenas,diseando de tal manera el nivel de recepcinque se desea.

5 Multitrayectoria


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5.- Multitrayectoria

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Caso de radioenlaces fijos

Un radioenlace se planifica con una lnea de vista libre de obstculos; sin embargo,adicionalmente. se reciben mltiples copiasde la onda, con diferentes retardos.

La onda resultante ser mayor o menor que la directa, dependiendo de la diferencia en la longitudde los trayectos de la onda directa y de las refractadas y reflejadas, es decir habr una amplificacino anulacin parcial (desvanecimiento) de la onda.

Debido a la refraccinen laatmosfera que dobla a Tierrala trayectoria de la onda.O por la reflexincausada por lasuperficie del suelo.

Una seal de telefona a 1.9 GHz llega a una antena va dos trayectorias que difieren en longitud por 19m.a)Calcule la diferencia en el tiempo de llegada para las dos trayectorias.b)Calcule la diferencia de fase entre las dos seales. (Sugerencia: 360 es lo mismo que 0 conrespecto a la fase, as que se pueden ignorar los mltiplos de 360).

Ejemplo 14

Respuesta.- a)t= 63,3 ns. b)= 120.

Una onda directa se cancela parcialmente porrefracciones y reflexiones desde el suelo o agua.

(Blake, 2004)Multitrayectoria

(Stallings, 2007)

Desvanecimiento debido a multitrayectoria


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Desvanecimiento debido a multitrayectoria


Cmo se puede controlar?

No se pueden aplicar estas tcnicas cuando la superficie reflectora es el agua, debido a que el vientola mantiene en movimiento.

Existen dos mtodos bsicos para tratar con el desvanecimiento por multitrayectoria.

Sobreconstruirel sistema

SeIncrementala potencia del transmisor, laganancia de la antena o la sensibilidad delreceptor, para obtener un margen dedesvanecimientode, por lo menos, 20 dB.

Tcnicas dediversidad.

Diversidad de frecuencia. Utiliza2frecuencias. Ladiferencia, en longitudes deonda, entre las longitudes de las trayectoriases diferentepara cada frecuencia. Requiere 2transmisores y 2 receptores separados enfrecuencia, por lo menos en un 5%.

1

2

Diversidad de espacio. Utiliza 2 antenasmontadas una sobre otra en la misma torre. La

diferencia entre las longitudes de lastrayectorias es diferentepara cada antena.Requiere que las antenas estn separadas 200longitudes de onda o ms.

El desvanecimiento de la onda puede llegar hasta 20 dB.

(Blake, 2004)

Multitrayectoria en comunicaciones mviles


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Multitrayectoria en comunicaciones mviles


Caso de ambiente mvil y porttil

Un enlace sin lnea de vista es posible.

En comunicaciones mviles, lamultitrayectoriaes primordial. Las superficies

reflectoras las proporcionan los rasgosestructurales y topogrficos del ambiente.

Las antenas inteligentes controlan la amplitudy fasede las ondas recibidas, hasta obtener unaptima recepcin y superar, inclusive, los lmites de la lnea de vista cuando se dispone desuficiente potencia.

Mltiple Input Mltiple Output es una tecnologade antenas inteligentes que utiliza varias antenasen el transmisor y en el receptor. Capitaliza losbeneficios de la multitrayectoriay de ladiversidad de espacio para conseguir una mayorvelocidad y alcance del que se consigue consistemas tradicionales. MIMOse utiliza hoy en redes WiFiy en

tecnologas 4G: WiMAXy LTE.

Los efectos se controlan conantenas inteligentes

Sistemas MIMO

Bibliografa


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BibliografaCules son las referencias bibliogrficas?

BibliografaAPC, Asociacin para el progreso de las comunicaciones (2007). Redes Inalmbricas en los Pases en

Desarrollo.Mountain View, CA. USA: Limehouse Book Sprint Team.Blake, Roy (2004). Sistemas electrnicos de comunicaciones .Mxico: Thomson.Frenzel (2003). Sistemas Electrnicos de Comunicaciones.Madrid: Alfaomega.Kraus, J., & Fleisch, D. (2000). Electromagnetismo con Aplicaciones.Mxico: McGraw-Hill.

RadioMobile. RadioMobile. Recuperado el 16 de marzo de 2013, dehttp://www.cplus.org/rmw/english1.html .Stallings, William (2007). Data and Computer Communication.New Jersey: Pearson.

Twibrights Labs. Ronja, a solution to the Fresnel Zone problem. Recuperado el 21 de abril de 2013, dehttp://ronja.twibright.com/fresnel.php

FINEdi C i b G

ANTENAS Y PROPAGACIN DE ONDAS

Tema 6 de:
http://www.cplus.org/rmw/english1.htmlhttp://ronja.twibright.com/fresnel.phphttp://ronja.twibright.com/fresnel.phphttp://www.cplus.org/rmw/english1.htmlhttp://www.cplus.org/rmw/english1.html

calculos de radioenlaces

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