UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
COMPONENTE PRÁCTICO
ANTENAS Y PROPAGACIÓN
JHON HERNANDEZ GOMEZ CÓDIGO: 1.098.738.507
Tutor:
IVAN CAMILO NIETO
BOGOTA CUNDINAMARCA 2017
INTRODUCCIÓN
En el desarrollo de las presentes actividades prácticas, se planteara una situación-problema en donde se deberá presentar un profundo análisis general sobre las teorías de antenas y propagación, algunos de sus términos, su modelamiento en los sistemas de telecomunicaciones, sus aplicaciones y sus características más relevantes, con el fin de establecer un análisis personal sobre posibles soluciones a la cuestión propuesta. A sí mismo, se construirá una tabla conceptual sobre algunos temas relevantes, dentro del curso.
FASE UNO
1. El estudiante revisa en el material material de estudio los siguientes temas y profundiza consultando en libros o sitios confiables como e Biblioteca (sugiero: e Libro, Academic Search Premier, Applied Science & Technology Source) de la UNAD y https://scholar.google.es/ Potencia y energía, ecuaciones de onda, ondas planas, parámetros de propagación, polarización, ondas guiadas, características de la propagación, velocidad y dispersión, potencia, pérdidas, parámetros de una antena, fundamentos de radiación, Relación de Onda Estacionaria, tipos de antenas y zona de Fresnel.
DEFINICION DE CONCEPTOS:
-
Potencia: La potencia es transferencia de energía por unidad de tiempo y puede ser medida en cualquier instante de tiempo, mientras que la energía debe ser medida durante un cierto periodo, p.ej. un segundo, una hora o un año. La potencia eléctrica suele medirse en vatios (W), kilovatios (kW), megavatios (MW), etc Cuanto mayor sean los campos en un punto del medio de propagación, mayor será también la potencia de la onda en ese punto, este parámetro marca, por lo tanto, la cantidad de energía que transporta la señal.
-
Energía: Los físicos definen la palabra energía como la cantidad de trabajo que un sistema físico es capaz de producir. La energía, de acuerdo con la definición de los físicos, no puede ser creada, ni consumida, ni destruida. Sin embargo la energía puede ser convertida o transferida en diferentes formas: la energía cinética del movimiento de las moléculas de aire puede ser convertida en energía rotacional por el rotor de una turbina eólica, que a su vez puede ser convertida en energía eléctrica por el generador de la turbina eólica. En cada conversión de energía, parte de la energía proveniente de la fuente es convertida en energía calorífica.
-
La ecuación de la onda: La ecuación de onda de una onda plana de propagación en la dirección x es:
Donde v es la velociodad velociodad de fase de la onda e y representa la variable que cambiaal paso de la onda. Esta es la ecuacion de la onda que aplica a una cuerda estirada o a una onda electromagnetica plana. La descripcion matematica de una onda, hace uso de las derivadas parciales. En dos dimensiones, la ecuacion de onda toma la forma
La cual podria describir una onda sobre una membrana estirada.
-
Ondas Planas: Una onda plana o también llamada onda monodimensional, es una onda de frecuencia constante, cuyos frentes de onda (superficies con fase constante) son planos paralelos de amplitud constante normales al vector velocidad de fase. Es decir, son aquellas ondas que se propagan en una sola dirección a lo largo del espacio, como por ejemplo las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de ondas son planos y paralelos.
-
Parámetros de propagación: Velocidad de propagación, Densidad de potencia, Frecuencia crítica y ángulo crítico, Altura virtual, Máxima frecuencia útil, Distancia de salto.
-
Polarización: Es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila solo en un plano denominado plano de polarización. Este polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.
-
Características de propagación: o
Velocidad de propagación.
o
Frecuencia.
o
Longitud de onda.
-
Velocidad: Todas las ondas tienen una velocidad de propagación finita., en cuyo valor influyen las fuerzas recuperadoras elásticas del medio y determinados factores de la masa del medio: la densidad lineal en las cuerdas; la profundidad del agua bajo la superficie, o el coeficiente adiabático, la masa molecular y la temperatura en el caso de la propagación del sonido en un gas.
-
Dispersión: Se denomina dispersión al fenómeno de separación de las ondas de distinta frecuencia al atravesar un material. Todos los medios materiales son más o menos dispersivos, y la dispersión afecta a todas las ondas; por ejemplo, a las ondas sonoras que se desplazan a través de la atmósfera, a las ondas de radio que atraviesan el espacio interestelar o a la luz que atraviesa el agua, el vidrio o el aire.
-
-
Parámetros de una antena: o
Impedancia. cx
o
Intensidad de radiación.
o
Directividad.
o
Ancho de banda.
o
Altura o longitud efectiva.
o
Coeficiente de onda
o
Longitud eléctrica.
o
Inductancia.
o
Capacidad.
o
Área efectiva.
Relación de onda estacionaria: La ROE es la relación entre la cantidad de energía emitida por el equipo y la cantidad de energía reflejada de vuelta por el cable coaxial, la antena, el montaje, el plano de tierra, etc. En términos generales, la cantidad de energía reflejada está en relación directa a la mala calidad de componentes o instalación de nuestro equipo.
-
-
Tipos de antenas: o
Antenas Dipolo.
o
Antenas dipolo multi-elemento.
o
Antenas yagi.
o
Antenas panel Plano (Flat Panel)
o
Antenas parabolicas (Plato parabolico).
Zona de Fresnel: Se llama zona de Fresnel al volumen de espacio entre el emisor de una onda electromagnética, acústica, etc.- y un receptor, de modo que el desfase de las ondas en dicho volumen no supere los 180º. Así, la fase mínima se produce para el rayo que une en línea recta al emisor y el receptor. Tomando su valor de fase como cero, la primera zona de Fresnel abarca hasta que la fase llegue a 180º, adoptando la forma de un elipsoide de revolución. La segunda zona abarca hasta un desfase de 360º, y es un segundo elipsoide que contiene al primero. Del mismo modo se obtienen las zonas superiores.
2. Completar la siguiente Tabla Antenas
Definición
Ventajas
Desventajas
Monopolo
Se denomina antena Monopolo vertical a un tipo de antena receptora o transmisora que es la mitad de un dipolo, en este caso vertical. Cuando el Monopolo vertical se instala sobre un plano de tierra, según la teoría óptica de antenas, puede ser modelado como un clásico dipolo.
El diagrama de emisión de la antena Monopolo vertical muestra emisiones sumamente rasantes, lo que garantiza que la energía este concentrada a pocos grados por encima del horizonte, lo cual favorece el alcance máximo por reflexión en la ionosfera; la extensiones de agua salada son espejos ideales para las ondas HF, que les sirven de plano de masa.
La resistencia de radiación del monopolo es la mitad del dipolo largo. - Las pérdidas en éste tipo de antenas se relacionan directamente con el tipo del terreno donde se encuentra la antena aterrizado, es decir, si el terreno es buen conductor (arcilloso) o mal conductor (arenoso)
Un plano conductor infinito refleja la distribución de cargas eléctricas que están por encima de él.
Un dipolo es una antena con una alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia, es decir, es un elemento de corriente de longitud h, recorridos por una corriente uniforme, cuyas dimensiones son pequeñas comparadas con la longitud de onda
En el espacio ideal, la impedancia del dipolo simple es de 73 Ohm. Antenas dipolo ofrecen la ventaja de recibir señales balanceadas. El diseño de dos polos permite que el dispositivo recibir señales de diferentes frecuencias. También ayuda el dispositivo resolver problemas causados por las señales contradictorias sin perder calidad de recepción
•
El monopolo se alimenta en la base. La alimentación es asimétrica y habitualmente se alimenta con cable coaxial.
•
La antena vertical emite en polarización vertica l, o sea, el campo eléctrico es perpendicular al plano del suelo.
•
En el monopolo y el plano de tierra se configura una alimentación de tipo desbalanceada, siendo el "vivo" conectado al monopolo propiamente, y el
Frecuencia de trabajo
Aplicaciones
2-30 MHz
El uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio móvil en vehículos
>2MHz
Recepción de televisión, estaciones de FM, radio de onda corta y otras emisiones
"retorno" conectado al plano de tierra.
En Monopolos de ¼ de onda: la impedancia de la antena es de 36 ohmios
Dipolo
Parámetros Característicos
•
Ganancia baja: 2.2 dBi Una de sus principales desventajas es que generalmente no funcionan adecuadamente para recibir las frecuencias muy altas o bajas, como las estaciones en ultra alta frecuencia, UHF o longitud de onda larga. Antenas dipolo a menudo necesitan la ayuda de un corbatín o lazo antena p ara recepción de UHF adecuado. Aunque las antenas de dipolo interior son generalmente pequeñas, las versiones al aire libre
Monopolo: Usada en radiodifusión … Zin: 36.5 [Ohm], Ganancia: 2-6 dB, BW: 10%, Directividad: 3.28 dB
- Dipolo en un cable coaxial: debemos simetrizar - Dipolo en línea bi-cable: no se tiene que simetrizar. Dipolo: Usada principalmente en radiodifusión … Ganancia: 2dB, BW: 10%, HPBW: 78º, Directividad: 2.15 dB (1.64 Iso) Ganancia : 2.2 dBi
"retorno" conectado al plano de tierra.
En Monopolos de ¼ de onda: la impedancia de la antena es de 36 ohmios
Dipolo
Un dipolo es una antena con una alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia, es decir, es un elemento de corriente de longitud h, recorridos por una corriente uniforme, cuyas dimensiones son pequeñas comparadas con la longitud de onda
En el espacio ideal, la impedancia del dipolo simple es de 73 Ohm. Antenas dipolo ofrecen la ventaja de recibir señales balanceadas. El diseño de dos polos permite que el dispositivo recibir señales de diferentes frecuencias. También ayuda el dispositivo resolver problemas causados por las señales contradictorias sin perder calidad de recepción
•
Ganancia baja: 2.2 dBi Una de sus principales desventajas es que generalmente no funcionan adecuadamente para recibir las frecuencias muy altas o bajas, como las estaciones en ultra alta frecuencia, UHF o longitud de onda larga. Antenas dipolo a menudo necesitan la ayuda de un corbatín o lazo antena p ara recepción de UHF adecuado.
Monopolo: Usada en radiodifusión … Zin: 36.5 [Ohm], Ganancia: 2-6 dB, BW: 10%, Directividad: 3.28 dB
- Dipolo en un cable coaxial: debemos simetrizar - Dipolo en línea bi-cable: no se tiene que simetrizar.
>2MHz
Recepción de televisión, estaciones de FM, radio de onda corta y otras emisiones
Dipolo: Usada principalmente en radiodifusión … Ganancia: 2dB, BW: 10%, HPBW: 78º, Directividad: 2.15 dB (1.64 Iso) Ganancia : 2.2 dBi
Aunque las antenas de dipolo interior son generalmente pequeñas, las versiones al aire libre
pueden ser grandes difíciles de manejar.
Yagi
La antena Yagi o antena Yagi-Uda es una antena direccional inventada por el Dr. Shintaro Uda. Esta invención dio avanzada a las antenas convencionales, produjo que mediante una estructura simple de dipolo, combinada con elementos parásitos conocidos como reflector y directores, se pudiera construir una antena de muy alto rendimiento Esta Antena está constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. (figura siguiente)
Alta Directividad Ganancia.
y
Fácil construcción montaje.
y
y
Direccionarlas en la posición correcta no son tan difícil como una antena parabólica, pero aun así puede llegar a ser difícil.
Bajo Costo. Poca resistencia al viento
La antena yagi resulta ser de ancho de banda angosto, ya que el elemento dipolar está cortado a una sola frecuencia que generalmente se selecciona en la mitad del ancho de banda de los canales bajos de TV; es decir, del canal 2 al canal 6 (de 50MHz a 86 MHz). Esto resulta ser una desventaja ya que no es posible cubrir varios canales de TV con una misma ganancia seleccionada. Por tal razón se utiliza la denominada antena yagi de banda ancha, la cual puede cubrir varios canales a la vez
Ganancia elevada: 8-15 dBi Manejan una impedancia de 50 a 75 Ohms
30Mhz 3Ghz
y
Utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas
pueden ser grandes difíciles de manejar.
Yagi
La antena Yagi o antena Yagi-Uda es una antena direccional inventada por el Dr. Shintaro Uda. Esta invención dio avanzada a las antenas convencionales, produjo que mediante una estructura simple de dipolo, combinada con elementos parásitos conocidos como reflector y directores, se pudiera construir una antena de muy alto rendimiento
Alta Directividad Ganancia.
y
Fácil construcción montaje.
y
y
Direccionarlas en la posición correcta no son tan difícil como una antena parabólica, pero aun así puede llegar a ser difícil.
Ganancia elevada: 8-15 dBi
30Mhz 3Ghz
y
Manejan una impedancia de 50 a 75 Ohms
Utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas
Bajo Costo. Poca resistencia al viento
Esta Antena está constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. (figura siguiente)
La antena yagi resulta ser de ancho de banda angosto, ya que el elemento dipolar está cortado a una sola frecuencia que generalmente se selecciona en la mitad del ancho de banda de los canales bajos de TV; es decir, del canal 2 al canal 6 (de 50MHz a 86 MHz). Esto resulta ser una desventaja ya que no es posible cubrir varios canales de TV con una misma ganancia seleccionada. Por tal razón se utiliza la denominada antena yagi de banda ancha, la cual puede cubrir varios canales a la vez
aunque sacrificando ganancia.
Los elementos no activados se denominan parásitos, en donde la antena yagi puede tener varios elementos activos y
la
varios parásitos.
Drooping
Espiral
Es una antena de patrón de radiación simple, de similares características a una antena dipolo de media onda.
- Sus costes de instalación son muy económicos.
En frecuencias inferiores a 2MHz, la longitud física de la antena es prohibitiva.
El patrón de radiación de espacio libre de la antena, depende de la ubicación vertical o horizontal con relación a la superficie de la tierra.
Ideales para Frecuencia arriba: 2MHz
Su uso más común, es para transmisiones de corto alcance, ideales para radioaficionados aprendices.
La antena espiral es un tipo de antena de radiofrecuencia y de microondas, cuya forma física es un espiral de dos o más brazos.
- Funciona en un rango muy amplio de frecuencia.
- Presenta un diseño muy difícil de elaborar.
- Presentan polarización circular.
- Telemetría en aviones y misiles.
Su polarización, diagrama de enlace e impedancia permanecen constantes en una banda muy ancha.
- No depende frecuencia
- Diagrama de radiación con lóbulos perpendiculares al plano
Su banda de trabajo va desde los 0,2 hasta los 18GHz
- Presente fiabilidad en la predicción de su comportamiento.
de
la
- Sus costos de instalación y fabricación son muy elevados.
- Son de tamaño reducido - La antena es resonante y con valor de impedancia manejable.
Es compleja de manipular, debido a sus características de funcionamiento.
- Su ancho de banda es bastante grande, hasta de 20 a 1.
Gestión de contenidos empresariales. Pruebas de compatibilidad electromagnética
aunque sacrificando ganancia.
Los elementos no activados se denominan parásitos, en donde la antena yagi puede tener varios elementos activos y
la
varios parásitos.
Drooping
Espiral
Es una antena de patrón de radiación simple, de similares características a una antena dipolo de media onda.
- Sus costes de instalación son muy económicos.
En frecuencias inferiores a 2MHz, la longitud física de la antena es prohibitiva.
El patrón de radiación de espacio libre de la antena, depende de la ubicación vertical o horizontal con relación a la superficie de la tierra.
Ideales para Frecuencia arriba: 2MHz
Su uso más común, es para transmisiones de corto alcance, ideales para radioaficionados aprendices.
La antena espiral es un tipo de antena de radiofrecuencia y de microondas, cuya forma física es un espiral de dos o más brazos.
- Funciona en un rango muy amplio de frecuencia.
- Presenta un diseño muy difícil de elaborar.
- Presentan polarización circular.
- Telemetría en aviones y misiles.
Su polarización, diagrama de enlace e impedancia permanecen constantes en una banda muy ancha.
- No depende frecuencia
- Diagrama de radiación con lóbulos perpendiculares al plano
Su banda de trabajo va desde los 0,2 hasta los 18GHz
- Presente fiabilidad en la predicción de su comportamiento.
de
la
- Sus costos de instalación y fabricación son muy elevados.
- Son de tamaño reducido - La antena es resonante y con valor de impedancia manejable.
Microstrip
Las antenas Microstrip son una extensión de las líneas de transmisión en la tecnología plana. Está compuesta por un sustrato dieléctrico delgado, y una superficie completamente cubierta por una metalización, normalmente cobre.
Tendencia miniaturización componentes.
a de
la los
- Su ancho de banda es bastante grande, hasta de 20 a 1.
- Son de fácil producción - Fáciles de adaptar con circuitos integrados de microondas
Pruebas de compatibilidad electromagnética
Es compleja de manipular, debido a sus características de funcionamiento.
Baja radiación
potencia
de
- El ancho de la antena controla la impedancia de entrada.
- Baja eficiencia - Fácil de integrar tanto a superficies planas como no planas
Gestión de contenidos empresariales.
- Ancho de banda angosto - Son fácilmente factores térmicos
por
- Considerables perdidas
Los campos son linealmente polarizados
Sus rangos de operación oscilan en valores inferiores a los 8GHz
- Aviación - Aeronáutica - Aplicaciones en misiles - Aplicaciones en dispositivos móviles
Microstrip
Espira
Las antenas Microstrip son una extensión de las líneas de transmisión en la tecnología plana. Está compuesta por un sustrato dieléctrico delgado, y una superficie completamente cubierta por una metalización, normalmente cobre.
Tendencia miniaturización componentes.
a de
la los
Baja radiación
potencia
de
- Fáciles de adaptar con circuitos integrados de microondas
- Considerables perdidas
La antena circular o antena loop, es una antena de radio que consiste en lazos o bucles de cable, tubos y otros conductores eléctricos, con sus extremos conectados a una equilibrada línea de transmisión.
- Son económicas
- Tiene un reducido ancho de banda operativo, que requiere la resintonia del condensador cuando se cambia de frecuencia.
- El ancho de la antena controla la impedancia de entrada.
- Baja eficiencia - Fácil de integrar tanto a superficies planas como no planas - Son de fácil producción
- Reducido tamaño - Alto rendimiento - Presenta buena relación señal/ruido
- Ancho de banda angosto - Son fácilmente factores térmicos
Los campos son linealmente polarizados
Sus rangos de operación oscilan en valores inferiores a los 8GHz
por
- No se puede emplear en potencias altas. - Debe cuidarse su construcción desde el punto de vista eléctrico, su rendimiento puede llegar a ser totalmente inaceptable.
- Aviación - Aeronáutica - Aplicaciones en misiles - Aplicaciones en dispositivos móviles
- Es necesario utilizar materiales de bajas perdidas resistivas, como el cobre. - El rendimiento de la antena, depende en gran medida de sus conductores y del condensador de sintonía. La inductancia de la espora, habitualmente esta sintonizada por un condensador
Los rangos de las antenas circulares, son: - HF (3 300MHz) VHF (30MHz300MHz) UHF (300MHz3.000MHz)
Sus aplicaciones son mayormente militares, debido a su portabilidad y fiabilidad.
Espira
La antena circular o antena loop, es una antena de radio que consiste en lazos o bucles de cable, tubos y otros conductores eléctricos, con sus extremos conectados a una equilibrada línea de transmisión.
- Son económicas - Reducido tamaño - Alto rendimiento - Presenta buena relación señal/ruido
- Tiene un reducido ancho de banda operativo, que requiere la resintonia del condensador cuando se cambia de frecuencia. - No se puede emplear en potencias altas. - Debe cuidarse su construcción desde el punto de vista eléctrico, su rendimiento puede llegar a ser totalmente inaceptable.
- Es necesario utilizar materiales de bajas perdidas resistivas, como el cobre. - El rendimiento de la antena, depende en gran medida de sus conductores y del condensador de sintonía. La inductancia de la espora, habitualmente esta sintonizada por un condensador
Los rangos de las antenas circulares, son:
Sus aplicaciones son mayormente militares, debido a su portabilidad y fiabilidad.
- HF (3 300MHz) VHF (30MHz300MHz) UHF (300MHz3.000MHz)
3. El estudiante explica la importancia de las magnitudes logarítmicas para el estudio de pérdidas y ganancias en un radioenlace. Si se incrementa la amplitud de una onda electromagnética su potencia aumenta, este aumento de potencia se llama ganancia; si se llega a disminuir la amplitud, su potencia decrece. Esta reducción de potencia se denomina pérdida. En el diseño de radioenlaces se trata de maximizar las ganancias y minimizar las pérdidas, se gana señal en el transmisor usando un amplificador, o alineando apropiadamente la antena. Se pierde señal en los conectores, líneas de transmisión y naturalmente a medida que la onda se propaga en el medio. Los decibelios son unidades de medida relativas, a diferencia de los milivatios que constituyen unidades absolutas. El decibelio (dB) es 10 veces el logaritmo decimal del cociente de dos valores de una variable. El decibelio usa el logaritmo para permitir que relaciones muy grandes o muy pequeñas puedan ser representadas con números convenientemente pequeños. En una escala logarítmica, la referencia nunca puede ser cero porque ¡el logaritmo de cero no existe!
FASE 2
3. El estudiante explica la importancia de las magnitudes logarítmicas para el estudio de pérdidas y ganancias en un radioenlace. Si se incrementa la amplitud de una onda electromagnética su potencia aumenta, este aumento de potencia se llama ganancia; si se llega a disminuir la amplitud, su potencia decrece. Esta reducción de potencia se denomina pérdida. En el diseño de radioenlaces se trata de maximizar las ganancias y minimizar las pérdidas, se gana señal en el transmisor usando un amplificador, o alineando apropiadamente la antena. Se pierde señal en los conectores, líneas de transmisión y naturalmente a medida que la onda se propaga en el medio. Los decibelios son unidades de medida relativas, a diferencia de los milivatios que constituyen unidades absolutas. El decibelio (dB) es 10 veces el logaritmo decimal del cociente de dos valores de una variable. El decibelio usa el logaritmo para permitir que relaciones muy grandes o muy pequeñas puedan ser representadas con números convenientemente pequeños. En una escala logarítmica, la referencia nunca puede ser cero porque ¡el logaritmo de cero no existe!
FASE 2
3. Ubicación de dos puntos que se encuentran separados a una distancia de 55 Km: •
Base de exploración: Mosquera Cundinamarca
•
Base de Operaciones: edificio parque central tintal etapa 2 Barrio tierra buena
•
Repetidor doble enlace ubicado en vereda Roquemonte
UBICACIÓN Base de exploración Centro de operaciones
LATITUD 4°41'36.51"N
4°40'12.75"N
LONGITUD 74°41'51.38"O
74°43'12.71"O
ALTITUD 30 m 34m
Repetidor enlace
doble
4°35'41.84"N
74°17'25.36"O
50m
Tabla. 2 Información de la ubicación de los puntos.
Fig. 1 – Ubicación geográfica de la zona de exploración.
-Ubicación geográfica repetidor doble enlace
Fig 2. Ubicación geográfica centro de operaciones
Fig. 3 – Distancia entre los puntos geográficos (58,27 Km)
3.1. Teniendo los dos puntos unidos, observe el Perfil de Elevación. ¿Qué puede concluir?
Fig. 4 – Perfil de elevación del enlace.
A pesar de que muchos fabricantes puedan prometer infinidades de ventajas y características de operación de los componentes de un radio enlace, estos básicamente no son la pieza fundamental, ya que una de las premisas principales para llevar a cabo el diseño óptimo de un radioenlace es asegurar que existe la adecuada visibilidad entre los dos extremos del mismo. Esta tarea que en ocasiones es sumamente sencilla, tiende a complicarse enormemente cuando se contemplan con una gran distancia entre emisor y receptor o cuando por un motivo cualquiera no podemos situarnos en la perspectiva de alguno de los extremos. Por lo tanto, el perfil de elevación es una excelente herramienta para determinar la elevación de una determinada ruta, para ver si hay “línea de vista” entre dos puntos o más, permitiendo la detección temprana de elementos que puedan obstruir el radioenlace.
4. De acuerdo a la distancia, la normatividad y el análisis análisis realizado al perfil de elevación; explique en forma argumentativa qué antenas deben utilizar para diseñar un radioenlace y a qué frecuencia deben trabajar. 4.1. Bandas de Frecuencia Para el esquema de transmisión nos basaremos en el análisis de la reglamentación nacional, en poder de la Agencia Nacional del Espectro (ANE) en donde establece las atribuciones de Bandas de Frecuencia para el espectro radioeléctrico colombiano. Para el enlace de la zona de exploración con el centro de operaciones, la banda de frecuencia será en el orden de los 2400MHz - 2450MHz.
Fig. 5 – Cuadro Nacional de Atribución de Bandas de Frecuencia
4.2. Antena: HyperLink HG2424G El HyperLink HG2424G de alto rendimiento Reflector Rejilla antena Wi-Fi proporciona 24 dBi de ganancia con un ancho de haz de 8 grados para aplicaciones de largo alcance altamente direccionales. Las aplicaciones incluyen sistemas punto a punto, punto a multipunto y puentes inalámbricos en la banda ISM de 2,4 GHz, así como sistemas de LAN inalámbrica IEEE 802.11b, 802.11gy 802.11n. Se puede instalar ya sea para polarización vertical u horizontal. -
Diseño: Esta construcción de rejilla de antena de 24dB cuenta con una fundición de rejilla reflector de aluminio a prueba de óxido de mayor resistencia y peso ligero. 2 piezas de rejilla reflectora de esta antena es fácil de montar y reduce significativamente los costes de envío. La superficie de la rejilla está recubierta en polvo UV para mayor durabilidad y estética. El diseño de la rejilla de marco abierto minimiza la carga del viento. La antena HG2424G se puede ajustar de acuerdo a las necesidades de instalación, ya que permite diversos grados de inclinación para facilitar la alineación.
Fig. 6 – Antena HyperLink HG2424G -
Especificaciones
4.3. Un radioenlace está formado por dos antenas de 3 dB de Directividad separadas a 10 km. Si el Transmisor tiene una potencia de 1kW y trabaja a una frecuencia de 100Mhz, calcúlese la potencia de señal a la salida de la antena receptora. - Hallamos la frecuencia La fórmula para calcular la pérdida del espacio libre es:
FSL =20Logd +20Logf + k d = distanci tancia queque debe debe recorrer recorrer la señal señal f = frecue ecuencincia de la señseñalal k=constante que depende de las unidades epresadas de distancia ! frecuencia SiSi dd estesta estaa enen "et ros r os ! f en #$% k = &'()* &'( )* ," ! f en -#$% -#$ % k = .2* / Si d esta esta en ,"," ! f enen #$% #$% k = 12*// d = '0 ," f = '00 #$ k=12*/ FSL =20Log'0 +20Log'00 +12*/ 3456 = 78* 9: 5656 ;< ;< = potenci encia+gananci de salsalidad+ ada del+ ganaci ganreceptor+sensi acia de la anten antenabilaid&adperdi perddelidreceptor ad en el espa espacicio libre ;< =0d>"+1d>&.2*/d>+1d> ;< =&2*/d>" ?@ = 88 AB Dónde:
-
Operamos de acuerdo a los datos del radioenlace
-
Hallamos
FASE 3
5. Teniendo en cuenta la solución de los puntos 2, 3 y 4 en la fase dos, diseñe el radioenlace. Es necesario elaborar el presupuesto de potencia, de acuerdo a las tres partes del radioenlace: -
Lado de Transmisión con potencia efectiva de transmisión.
-
Pérdidas en la propagación.
-
Lado de Recepción con efectiva sensibilidad receptiva
5.1. Calculo del radio de la zona de Fresnel La ecuación que determina los radios de las zonas de Fresnel a cualquier distancia de la trayectoria es:
df'Cd2 r'"etros=')*1'C D d'Cd2 CE Dónde: d1: distancia del sitio 1 hasta la obstrucción en kilómetros. d2: distancia del sitio 2 hasta la obstrucción en kilómetros. f: frecuencia expresada en GHz. D: distancia total en kilómetros del enlace.
Se reemplazan valores:
d'=''*)," d2 = /'*)2 ,"," f = 2*/ -#$ E = ((**2) ,"
C/'*2))2 r"etros=')*1'C D ''*2*/)C(* GHIJK = 8* 9G 5.2. Altura de las antenas - Calculo para la altura de la antena Tx
-
M=altura del obstaculo+la $ona fresnel0*Cr' + la curNatura curNatura de la tierra MO ='(*)"+ 0*C12*/" +'0" PQ =9R*99G M=altura del obstaculo+la $ona fresnel0*Cr' + la curNatura curNatura de la tierra M =1"+ 0*C12*/" +'0" P8 = 8* 8R G
Calculo para la altura de la antena Rx
5.3. Cálculo de la pérdida del espacio libre (FSL).
La fórmula para calcular la pérdida del espacio libre es:
FSL =20Logd +20Logf + k d = distanci tancia queque debe debe recorrer recorrer la señal señal f = frecue ecuencincia de la señseñalal k=constante que depende de las unidades epresadas de distancia ! frecuencia SiSi dd estesta estaa enen "et ros r os ! f en #$% k = &'()* &'( )* ," ! f en -#$% -#$ % k = .2* / Si d esta esta en ,"," ! f enen #$% #$% k = 12*// d = (*2) ," Dónde:
-
Operamos de acuerdo a los datos del radioenlace
f = 2*/ -#$ k=.2* /
FSL =20Log(*2) +20Log2*/ +.2*/ 3456 = QRQ*RQ* 5656
5.4. Elementos de Transmisión Tx
Totenci encia de trans"i rans"ision=n = /1%' d>" Terdida del cable+conectores = d> -anancia dede la antena = 2/ d>i 5.5. Elementos de Recepción Rx
Sensi Sensibilidaddad del ;; = &)' d>" d>" Terdida del cable+conectores = d> -ananci -anancia de la antena = 2/ d>i 5.6. Calculo del Margen de Potencia de Recepción
=TUV &Wcc' +-anUX &FSL +-an;X &Wcc2 &T;V = argen argen de potencia de recepci recepcion TUV =Totencia del Urans"isor T;V =Sensibilidad del ;ceptor -anUX =-an;X = -anancia de las antenas del trans"i trans"isor ! receptor receptor FSL =Terdida del espacio libre Wcc' =Wcc2 = Wtenuaci Wtenuacion en los cables ! conectores del trans"i trans"isor ! receptor receptor Dónde:
=/1*0'V & + 2/X &'1/*( + 2/X & &&)'V Y56 =QR*QZ56 6. Realizar la simulación. Comparar valores obtenidos en el presupuesto de potencia.
Fig. 7 – Esquema del radioenlace
Fig. 8 – Configuración de los parámetros del enlace.
Fig. 9 – Simulación del radioenlace. Zona de exploración a repetidor doble enlace.
Fig. 10 – Resultados del radioenlace.
Fig. 11 – Margen de ganancia del radioenlace.
Fig. 12 – simulación de radio enlace entre repetidor de doble enlace a centro de operaciones
Fig. 13 – Margen de ganancia del radioenlace
Fig. 14 – enlace 1 zona de exploración a repetidor doble enlace
Fig. 15 – enlace 2 repetidor doble enlace a centro de operaciones
Fig. 16 – enlace total entre zona de exploración y centro de operaciones
6.1. Sustentación del radioenlace: Para la simulación del enlace en Radio Mobile, se configuro el sistema en base de los análisis teóricos, las especificaciones técnicas de la antena, las perdidas por conectorizacion y el tipo de clima, en este caso es clima ecuatorial. Después de analizar los resultados obtenidos, se llega a la conclusión de considerar el sistema de radio-enlace como viable de ejecutar; ya que si se toma la simulación de Radio Mobile, el Nivel RX en dBm, se encuentra = -49.9dBm y la teoría dice que cuanto menor sean los niveles de RX, mejor será la calidad del enlace, lo ideal es que se encuentre dentro de los rangos de: -40 y -80 dBm, por lo que el enlace si se puede efectuar. Por otra parte, se halló el margen de ganancia del receptor por medio de cálculos teóricos y prácticamente, con el uso del simulador Radio Mobile, en donde se evidencia una excelente ganancia del receptor; aunque los cálculos guardan un margen de error:
[\ =[alor Ueorico
[] =[alor Tractico
^ errerroror== [\ [&\ [] C'00 ' 1 ^ errerroror== ')*'')*&2'* ' C'00 ^ HHJ = 8*Q ^
CONCLUSIONES
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La importancia de los radio enlaces en la industria se simplifica en una sola palabra: “movilidad”, ya que le permite al usuario estar conectado en tiempo real a los servicios de telecomunicaciones, sin la necesidad de estar en un área geográfica específica y sin instalar un medio guiado (cable, fibra óptica, etc.).
Se aprecia con claridad las temáticas y finalidades del curso, aunque simplemente es un repaso de los contenidos que se van a tratar, sirve como base teórica para presentar una buena propuesta para la problemática planteada. Los conocimientos adquiridos durante el desarrollo de este curso, permitieron dar solución a los ítems propuestos en la guía, de igual manera ampliaron los conceptos referidos a la propagación de antenas, proponiendo nuevas metodologías que permitieran finalizar el proceso. El modelamiento realizado desde radiomobile ofrece fiabilidad en los datos y facilidad para el graficado de señales complejas como la de la señal del radioenlace.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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