TIPOS DE ANTENAS UTILIZADAS EN RADIOENLACES DE MICROONDAS Profesor: Jaime Vallejos Laos Integrantes: - Rojas Romero, Leo Joel
MARCO TEÓRICO
¿QUE ES RADIOENLACE?
¿QUE ES RADIOENLACE? Un radioenlace es un sistema de comunicación punto a punto, que transmite vía radio una señal, de uno a otro nodo o centro de una red.
COMPONENTES Básicamente un enlace de vía de microondas tiene 3 componentes: Transmisor. Responsable de modular una señal a la frecuencia utilizada para transmitir. Receptor. Encargado de capturar la señal transmitida y llevarla de nuevo a señal. Canal aéreo. Representa un camino abierto entre el transmisor y el receptor
DISEÑO DE RADIOENLACES El diseño de radioenlaces es una disciplina que involucra toda una serie de cuestiones: Banda de frecuencias. El tipo de antenas. Los equipos de radiocomunicaciones. El calculo de Balance de potencias El conocimiento de las distintas modalidades y fenómenos de la propagación radioeléctrica.
CLASIFICACION Según sus terminales: - Radioenlace del servicio fijo - Radioenlace de servicio móvil Según la ubicación de sus terminales - Radioenlace terrestre - Radioenlace satelital Según el tipo de señal que se transmite - Analógicas - Digitales
RADIOENLACE DEL SERVICIO FIJO.
RADIOENLACE DE SERVICIO MÓVIL
RADIOENLACE TERRESTRE
RADIOENLACE SATELITAL
SEÑALES ANALÓGICAS
SEÑALES DIGITALES
TIPOS DE ENLACES DE MICROONDAS A. Microondas terrestres B. Microondas satelitales
C. Repetidores de microondas
A. MICROONDAS TERRESTRE Un radioenlace terrestre o microondas provee conectividad entre dos sitios (estaciones terrenas) en línea de vista (Line – of - Sight, LOS) usando equipo de radio con frecuencias de portadora por encima de 1 GHz. La forma de onda emitida puede ser analógica (convencionalmente en FM) o digital. Las principales aplicaciones de un sistema de microondas terrestre son las siguientes Telefonía básica (canales telefónicos) Datos Telégrafo/Telex/Facsímile Canales de Televisión. Vídeo Telefonía Celular(Troncales)
Enlace de microondas de línea de vista
B. MICROONDAS SATELITALES La idea de comunicación mediante el uso de satélites se debe a Arthur C. Clarke quien se basó en el trabajo matemático y las ecuaciones de Newton y de Kepler, y lo unió con aplicaciones y tecnología existente en esa época (1940's). La propuesta de Clarke en 1945 se basaba en lo siguiente: El satélite serviría como repetidor de comunicaciones El satélite giraría a 36,000 km de altura sobre el ecuador A esa altura estaría en órbita "Geoestacionaria" Tres satélites separados a 120 ° entre sí cubrirían toda la tierra Se obtendría energía eléctrica mediante energía solar
B. MICROONDAS SATELITALES Un satélite actúa como una estación de relevación (relay station) o repetidor. Un transponedor recibe la señal de un transmisor, luego la amplifica y la retransmite hacia la tierra a una frecuencia diferente. Debe notarse que la estación terrena transmisora envía a un solo satélite. El satélite, sin embargo, envía a cualquiera de las estaciones terrenas receptoras en su área de cobertura o huella ( footprint).
C. REPETIDORES DE MICROONDAS Cuando la distancia entre Tx y Rx es tan grande que no permite que la señal de RF sea de los niveles adecuados para ser demodulada eficientemente y no es posible incrementar los niveles de potencia, se hace uso de los repetidores, etapas de relevo de las señales ubicadas entre Tx y Rx originales. La distancia cubierta por enlaces microondas puede ser incrementada por el uso de repetidoras, las cuales amplifican y redireccionan la señal, es importante destacar que los obstáculos de la señal pueden ser salvados a través de reflectores pasivos. Las siguientes figuras muestran cómo trabaja un repetidor y como se ven los reflectores pasivos
A) ACTIVO
B) PASIVO
Pantalla reflectora (pasivo)
Repetidor back-back
ANTENAS UTILIZADAS EN RADIOENLACE La utilidad de una antena depende de lo que se quiera ,por ejemplo en algunos casos lo que se busca es expandir la potencia radiada(central de teléfonos móviles),otras veces se busca canalizar la potencia irradiada y no interferir con otros servicios(antenas entre estaciones de radioenlace) Antena de Apertura o con Reflector Antenas de bocina
Antenas parabólica
PARAMETROS DE UNA ANTENA
ANTENA DE APERTURA Las antenas de apertura son aquellas que utilizan superficies o aperturas para direccionar el haz electromagnético de forma que concentran la emisión y recepción de su sistema radiante en una dirección, formando ángulos sólidos. La más conocida y utilizada es la antena parabólica, tanto en enlaces de radio terrestres como satélites 1. Antenas de bocina 2. Antenas parabólica
1. ANTENA DE BOCINA Una bocina es una antena que consiste en una guía de onda (estructura física que guía ondas electromagnéticas) metálica en a cual el área de la sección se va incrementando progresivamente hasta un extremo abierto, que se comporta como una apertura.
ANTENA DE BOCINA Características: Alta ganancia Baja onda estacionaria Ancho de banda relativamente grande Son relativamente fácil de construir Ganancia de la antena: La ganancia de las antenas de bocina depende de la relación entre la superficie de apertura de la bocina y la longitud de onda de trabajo. La ganancia de la antena de uso practico esta limitado a 20 dB. La antena de bocina se utiliza en aplicaciones donde no se precisen ganancias elevadas o bien en combinaciones con antenas parabólicas
DIAGRAMA DE RADIACION El diagrama de radiación de una antena bocina depende de su ganancia y de su forma Al aumentar la ganancia aumenta la directividad de la antena
2. ANTENA PARABÓLICA Son antenas capaces de proporcionar ganancias y directividad de radiación extremadamente altas usadas comúnmente para enlaces de radio y satélite. Está constituida por dos elementos principales: un reflector parabólico y un mecanismo de alimentación. Este mecanismo de alimentación comúnmente es un dipolo o una red de dipolos en donde se irradian las ondas electromagnéticas hacia el reflector el cual es el encargado de concentrar y direccionar todas las ondas individuales enfasadas entre sí
EFICIENCIA En el caso de un reflector parabólico, la reflaEn el caso de un reflector parabólico, la reflactancia de la superficie del plato no es perfecta. Esto quiere decir, que una pequeña parte de la señal irradiada es absorbida por el plato adicionalmente la energía cercana a las orillas del plato no se refleja. Un valor aproximado de la cantidad de energía que se puede irradiar esta entre el 50 y el 75% de la señal irradiada por la fuente. Debido a estas pérdidas comúnmente se considera que la eficiencia de una antena parabólica es de un 55 %.
GANANCIA DE POTENCIA La ganancia de potencia de una antena parabólica es inversamente proporcional a la longitud de onda elevado al cuadrado por lo cual el área del plato o reflector. Este parámetro juega un factor importante a la hora de diseñar antenas parabólicas, el cual depende directamente de la longitud de onda. La expresión matemática para calcular la ganancia de una antena transmisora es:
SISTEMAS RADIANTES Son sistemas radiantes los sistemas en los cuales se coloca los trasmisores para una comunicación en puntos específicos, de tal manera que se pueda establecer un sistema de comunicaciones entre ellos. Para estos efectos, se entenderá que las torres soporte de antenas y sistemas radiantes de transmisión de telecomunicaciones corresponden al conjunto específico de elementos soportantes de una antena y sistema radiante de transmisión de telecomunicaciones. Los Sistemas Radiantes se clasifican tanto en radio como en T V En Radio: - Sistema radiantes AM - Sistema radiantes FM
SISTEMAS RADIANTES Las antenas no son los únicos elementos que aparecen en una torre de comunicaciones sino que estas pertenecen a un conjunto mayor, que es el sistema radiante, que esta constituido por multiplexores, feeder (alimentadores), distribuidores, latiguillos y paneles.
SISTEMAS RADIANTES Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho mas pequeñas que la longitud de onda, las antenas se denominan elementales. Si tienen dimensiones del orden de media longitud de onda se llaman resonantes. Y si su tamaño es mucho mayor que las longitud de onda son directivas.
SISTEMAS RADIANTES Las antenas comerciales se clasifican generalmente en dos grupos, como omnidireccionales y antenas direccionales.
SISTEMAS RADIANTES Las antenas omnidirecci onales transmiten con la misma potencia en todas las direcciones del plano horizontal, a expensas de una radiación reducida en el plano ver tical.
Las antenas directivas enfocan la mayor par te de la radiación en una dirección especifica, llamada la dirección de máxima ganancia a la par que reducen la cantidad de irradiación en otras direcciones.
CARACTERÍSTICAS DE LAS ANTENAS Al comprar una antena ¿cuales características debemos considerar? Gama de frecuencias en la que se puede usar (ancho de banda). Patrón o diagrama de radiación (ancho del haz, lóbulos laterales, lóbulo trasero, relación adelante –atrás, ubicación de los nulos). Ganancia máxima. Impedancia de entrada (ROE máxima). Tamaño físico y resistencia al viento. Costo.
ANCHO DE BANDA El ancho de banda se refiere al rango de frecuencias sobre el cual la antena opera satisfactoriamente. Las antenas mantienen el valor de sus parámetros mas importante dentro de un rango de frecuencias lo cual se conoce como el ancho de banda.
PATRON DE RADIACION El patrón o diagrama de radiación de una antena es una representación de la distribución de potencia de la radiación recibida o irradiada por la antena en diferentes regiones del espacio. Aunque el patrón de radiación es un volumen es costumbre representarlo por medio de dos graficas, el patrón de radiación vertical y el patrón de radiación horizontal
ANCHO DE HAZ El ancho de haz de una antena es la medida angular de aquella porción del espacio en donde la potencia irradiada es mayor o igual que la mitad de su valor máximo. Mientras mas estrecho sea el ancho del haz, mayor será la ganancia , porque la energía estará enfocada con mas concentración. Una antena de muy alta ganancia tendrá un ancho de haz de unos pocos grados y deberá apuntarse muy cuidadosamente para que pueda cubrir el objetivo.
RELACIÓN DELANTE-ATRAS La relación delante - atrás (f/b) de una antena directiva es el cociente entre la directividad máxima y su directividad en sentido opuesto. La relación delante-atrás es muy importante en redes dorsales construidas usando repetidoras .
POLARIZACIÓN La polarización corresponde a la dirección del vector del campo eléctrico . La polarización de las antenas transmisoras y receptoras debe de ser la misma para optimizar comunicación.
PROBLEMAS DE SOLUCION TECNICAS Y ECONOMICAS
Ventajas Volumen de inversión generalmente más reducida. Instalación rápida y sencilla. Conservación generalmente más económica y de actuación rápida. Puede superarse las irregularidades del terreno. La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que las características del medio de transmisión son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo Puede aumentarse la separación entre repetidores, incrementando la altura de las torres Al aumentar la frecuencias de operación se incrementa su capacidad de transmisión
PROBLEMAS DE SOLUCION TECNICAS Y ECONOMICAS
Desventajas Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces. Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer de energía y acondicionamiento para los equipos y servicios de conservación. Se han hecho ensayos para utilizar generadores autónomos y baterías de células solares. Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseño Por su estructura serial si una terminal falla se cae la red, por lo que es necesario sistemas de supervisión y control Las licencias de operación resultan un poco difíciles ya que las autoridades deben de asegurarse que los enlaces no causen interferencia con los ya existentes
PROBLEMAS DE SOLUCION TECNICAS Y ECONOMICAS Fallas de propagación El número de fallas de propagación y el tiempo fuera de servicio del sistema de transmisión se basan en las siguientes características: Protección del sistema de transmisión mediante diversidad de espacio o frecuencia Margen de 40 dB para contrarrestar el desvanecimiento, presencia de desvanecimiento de Rayleigh en ambas ramas del sistema de diversidad
ACTUALMENTE Por varias décadas las microondas formaron durante décadas el corazón del sistema de transmisión telefónica de larga distancia. A pesar de las ventajas y beneficios que ofrecen los sistemas de enlaces por microondas, desde la introducción de la fibra óptica, los radioenlaces han sufrido un desplazamiento importante de aplicación. Siguen teniendo un lugar importante en el área comercial y telecomunicación a larga distancia. Sin embargo, su aplicación real se encuentra en las ciudades de ciertos países, principalmente de Estados Unidos.
CONCLUSIÓN
Tener un sistema de radioenlace de microondas nos da muchas ventajas como la de transmisión y recepción de información punto a punto teniendo como canal el espectro, ya que ofrece mayor flexibilidad en la solución de las necesidades de comunicación, además por ser mas económicas que implementar conexiones con cable, y con mayor ancho de banda con la capacidad de transmitir voz, videos y datos.
BIBLIOGRAFÍA
ANTENNAS. Jon D.Krauss.McGrawhill ANTENAS. Angel Cardam.Lluis Jofre. Edicions UPC ANTENNA HANDBOOK.VOLUME II. S.W.LEE INGENIERIA DE MICROONDAS. Jose Miranda.Manuel Sierra.Prentice Hall
