LABORATORIO N°1- ANTENAS
ESCUELA PROFESIONAL: INGENIERÍA ELECTRÓNICA TEMA: BANDAS DE FRECUENCIA CURSO: ANTENAS PROFESOR: ING. JOSÉ VIDAL HUARCAYA INTEGRANTES: TRUJILLO GARCIA, ANDY CASTILLO ENRÍQUEZ, DENNIS MINAYA SÁNCHEZ, JESÚS DE LA CRUZ AGUILAR, ALEX
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2018-A
1. OBJETIVOS: Conocer la clasificación de las bandas de frecuencia del Espectro Radioeléctrico y a partir de allí poder clasificar a las Antenas por su rango de operación y determinar sus características principales. Conocer las normas que rigen el uso de las Antenas en el Perú.
2. BANDAS DE FRECUENCIA Y ESPECTRO RADIOELÉCTRICO Sigla
Rango
Denominación
Empleo
VLF
10 kHz a 30 kHz
Muy baja frecuencia
Radio gran alcance
LF
30 kHz a 300 kHz
Baja frecuencia
Radio, navegación
MF
300 kHz a 3 MHz
Frecuencia media
Radio de onda media
HF
3 MHz a 30 MHz
Alta frecuencia
Radio de onda corta
VHF
30 MHz a 300 MHz
Muy alta frecuencia
TV, radio
UHF
300 MHz a 3 GHz
Ultra alta frecuencia
TV, radar, telefonía móvil
SHF
3 GHz a 30 GHz
Super alta frecuencia
Radar
EHF
30 GHz a 300 GHz
Extra alta frecuencia
Radar
Recurso natural limitado por el cual se propagan las ondas radioeléctricas sin guía artificial, vale decir por el aire. En el Perú su administración está asignada al MTC. Indicado el uso del espectro a través del PNAF: “Plan Nacional de Atribución de Frecuencias”.
En todos los países el espectro está dividido en bandas que van desde 10 kHz hasta 300 GHz. Los sistemas de telecomunicaciones operan en diferentes frecuencias y para el caso de las soluciones inalámbricas se utilizan una variedad de Antenas.
3. MARCO TEÓRICO: El espectro radioeléctrico, por su naturaleza, tiene las siguientes características inherentes:
Es un recurso limitado. No puede ser creado ni destruido. Es inexhaustible en el tiempo, es decir no se agota o consume. Su uso en un momento dado no tiene impacto físico sobre la disponibilidad en otro momento. La propagación de ondas radioeléctricas no puede ser limitada por fronteras políticas, no respeta fronteras políticas de “áreas locales”,
países, etc. En los últimos años, el espectro radioeléctrico se ha convertido en un recurso esencial para el desarrollo de los servicios de telecomunicaciones, principalmente porque el desarrollo tecnológico está permitiendo que se pueda obtener cada vez una mayor eficiencia por cada Hz de espectro. En ese sentido, el espectro radioeléctrico hace posible que se puedan brindar una gran gama de servicios, muchos de los cuales antes sólo se podrían brindar por medios alámbricos. Ello permite no solo minimizar los costos de despliegue de red con relación a las redes fijas, sino que permite también alcanzar mayores coberturas, lo cual redunda en una mayor masificación de los servicios de telecomunicaciones. Un aspecto estratégico con relación al espectro radioeléctrico es que éste, justamente debido a su carácter de recurso escaso e insumo esencial para la prestación de servicios móviles, se ha constituido en un instrumento para la promoción de la competencia, al permitir que el diseño de su asignación pueda apuntar a la entrada de nuevos operadores, contribuyendo así a una desconcentración del mercado. En ese sentido, los esquemas de asignación pueden representar una herramienta poderosa de política de entrada. Más específicamente, esquemas bien diseñados pueden contribuir a un mayor bienestar, incrementando la competencia y reduciendo los costos de los servicios de telecomunicaciones. Sin embargo, el conjunto de herramientas de la que dispone el regulador no sólo termina con la asignación. Si bien este proceso garantiza que el espectro sea asignado a aquellos operadores que valoran más dicho recurso, puede darse el caso que, al pasar el tiempo, los adjudicatarios lo utilicen de manera poco eficiente. En tal sentido, incentivos administrativos basados en el canon o medidas como el refarming y la reversión sirven para garantizar que dicho recurso sea empleado eficientemente desde un punto de vista dinámico. Por ello, el Estado, a través de sus autoridades regulatorias, es responsable de la adecuada y eficiente administración del espectro radioeléctrico, para lo cual debe asegurar que las funciones de atribución, canalización y asignación del espectro deban ser realizadas con el fin de expandir las redes y servicios de telecomunicaciones en el país, y mejorar los niveles de competencia.
BANDA DE FRECUENCIA El espectro de frecuencias es el nombre que recibe una pequeña parte del espectro electro magnético, es decir, el conjunto de radiaciones emitidas por los cuerpos en el universo. Las radiaciones, que con forma de ondas y fotones conforman el espectro electromagnético, incluyen el espectro de luz visible, las radiaciones infrarrojas (por debajo del espectro de luz visible) y las radiaciones ultravioleta (por encima del espectro de luz visible).
La frecuencia de un fenómeno es básicamente el rango de vibración de la fuente de energía que lo emite. Cuando modulamos, es decir, restringimos la emisión dentro de una serie de parámetros de energía dados, podemos utilizar la emisión para enviar señales posibles de ser entendidas por un aparato de recepción de las mismas. Este es el caso de las radios comerciales, donde la banda de AM (de 560 KHz a 1100 KHz), menor espacio modulable que la banda de FM (88 MHz a 104 MHz), por lo que la calidad de las señales de la segunda banda será mayor que las de la banda AM El proceso de utilización de la señal radiante, es decir de la señal enviada a través del espacio, consiste en cuatro pasos básicamente similares para cualquier tipo de transmisión:
Añadir las señales que se quieren enviar (audio, vídeo, datos) a una corriente alterna, que se llamará el portador, es decir modular la frecuencia del portador. Generar una onda electromagnética dentro del ancho de banda a ser utilizado para este específico fin (emisión de señal modulada). Recibir la señal modulada y tomar la información reflejada en la modulación, mediante aparatos eléctricos (demodulación del portador). Convertir las señales eléctricas resultantes al formato originalmente creado (audio, vídeo, datos) para su uso final.
Las de VLF a EHF son utilizadas radiantemente, o para broadcasting, es decir, para emitir señales que recorren de acuerdo a sus propias características, la atmósfera terrestre para ser recogidas por antenas, demoduladas y emitidas. Las señales limitadas a canales físicos, como pueden ser la televisión por cable o en general la gran mayoría de transmisiones de datos de computadora, no son tan importantes desde el punto de vista de la administración del espectro, porque la interferencia entre distintas emisiones está limitada por el alcance del campo magnético que circunda el medio físico, y puede atenuarse mediante dispositivos de blindaje o por el simple expediente de alejarlas de cualquier fuente de interferencia o canal interferible. Partamos de la definición misma de espectro que encontramos en el Texto Único Ordenado de la Ley de Telecomunicaciones del Perú: El espectro radioeléctrico es un recurso natural de dimensiones limitadas que forma parte del patrimonio de la Nación. Su utilización y otorgamiento de uso a particulares se efectuará en las condiciones señaladas en la presente Ley y su reglamento. Perú, artículo 57. Aunque aquí no aparece, el consenso internacional sobre el espectro de frecuencias es que se trata de un bien común, de la misma manera que el suelo, el subsuelo, el espacio aéreo y el mar territorial. De ello se sigue que en el ámbito de cada país, los estados son soberanos y determinan con entera libertad la regulación del uso tanto técnico como comunicacional del espectro. Ciertamente, y por las razones que esbozamos en la primera parte de este trabajo, no es posible ejercer dominio sobre el espectro de la misma manera que se hace con el subsuelo o con el espacio aéreo. Las ondas radioeléctricas no entienden de fronteras, y una vez emitidas pueden ingresar sin inconvenientes dentro de los espacios espectrales de otra nación. De hecho, y como experiencias muy concretas al estilo de Radio y TV Martí, como antes fue Radio Europa Libre o las radios internacionales de los países socialistas, este potencial de penetración en las fronteras nacionales ha sido usada innumerables veces con propósitos políticos, como ahora se planifica para fines comerciales (Direct TV, caso a presentarse más adelante). Un corolario del principio del espectro como bien común es la siguiente norma Toda persona tiene derecho a usar y prestar servicios de telecomunicaciones en la forma señalada por las disposiciones que regulan la materia. Perú, artículo 3.
Estándares que usan las antenas Artículo 3.- Referencias normativas Para efectos de este Reglamento, se entiende por: Ley: Ley Nº 29022, Ley para la Expansión de Infraestructura en Telecomunicaciones. Ley de Telecomunicaciones: Texto Único Ordenado de la Ley de Telecomunicaciones, aprobado por Decreto Supremo Nº 013-93-TCC, modificado por Ley Nº 28737.
Ley de Tributación Municipal: Decreto Legislativo Nº 776, cuyo Texto Único Ordenado fue aprobado por Decreto Supremo Nº 156-2004-EF. Ley Orgánica de Municipalidades: Ley Nº 27972. Ministerio: Ministerio de Transportes y Comunicaciones. OSINERGMIN: Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería. Reglamento: El presente Reglamento de la Ley Nº 29022. Reglamento de la Ley de Telecomunicaciones: Texto Único Ordenado del Reglamento General de la Ley de Telecomunicaciones, aprobado por Decreto Supremo Nº 020-2007-MTC. Reglamento de Bienes de Propiedad Estatal: Reglamento General de Procedimientos Administrativos de los Bienes de Propiedad Estatal, aprobado por Decreto Supremo Nº 154-2001EF. Asimismo, cuando se haga referencia a un artículo sin indicar a continuación el dispositivo al que pertenece, se entenderá referido al presente Reglamento.
4. CUESTIONARIO: 4.1. ¿Qué es el PNAF? Es Plan Nacional de Atribución de Frecuencias que contiene los cuadros de atribución de frecuencias de los diferentes servicios de telecomunicaciones en la República del Perú
4.2. ¿Quién controla y supervisa el uso de las frecuencias en el Perú? El que controla y supervisa es el Ministerio de Transporte y Comunicaciones (MTC) quien ve la conformidad del uso de las frecuencias.
4.3. ¿Cuál es la diferencia entre espectro electromagnético y espectro radioeléctrico? El espectro radioeléctrico es una porción del espectro electromagnético, no todas las ondas electromagnéticas son propicias para usarse como medios de transmisión de los servicios de telecomunicaciones y radiodifusión, de forma que sólo las que se encuentran en determinado rango serán susceptibles de ser empleadas para la prestación de este tipo de servicios es en el espectro radioeléctrico el ámbito en el que se desarrollan una buena parte de los servicios de telecomunicaciones.
4.4. ¿Qué tipos de Antenas se tienen en base a las Bandas de Frecuencia que existen? Antena dipolo simple En su versión más sencilla, el dipolo consiste en dos elementos conductores rectilíneos colineales de igual longitud, alimentados en el centro, y de radio mucho menor que el largo. La longitud del dipolo es la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de resonancia del dipolo, y puede calcularse como 150/frecuencia (MHz). El resultado estará dado en metros. A causa del efecto de bordes la longitud real será algo inferior, del orden del
95% de la longitud calculada.
Antenas tipo yagi La antena Yagi o antena Yagi-Uda es una antena direccional inventada por el Dr. Shintaro Uda de la Universidad Imperial de Tohoku y en menor parte, el Dr. Hidetsugu Yagi (de ahí al nombre Yagi-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.
Antena vertical Se denomina 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.
4.5. Que sistemas y/o servicios de telecomunicaciones se tienen en las Bandas de Frecuencia MF, HF, VHF, UHF y SHF? Sistemas que funcionan en onda media MF de 300 a 3000 KHz:
Radiofusión en AM.
Radioafición en la banda de 1800 hasta los 2000 KHz
Radioayudas para orientar el tráfico marítimo y como balizas a la aviación entre los 300 y 500 KHz.
Radiolocalización
Frecuencia patrón y señales horarias en los 2500 KHz.
Sistemas que funcionan en onda de alta frecuencia HF 3 a 30 MHz:
Existen bandas reservadas para la UIT en conjunción con la OMI para la navegación marítima.
Según la noma GMDSS en áreas polares se usa radioteléfono debido a la baja cobertura satelital.
Radioaficionados.
Frecuencias reservadas para las fuerzas de seguridad y de defensa.
Banda ciudadana.
Algunos teléfonos inalámbricos.
Sistemas que funcionan en onda de muy alta frecuencia VHF 30 MHz a 300 MHz:
Televisión comercial “canales bajos” desde los 50 MHz.
Radiofusión en FM (88 – 108 MHz)
Aviación entre los 108 a 137 MHz.
Radiofaros entre los 108.7 a 117.9 MHz
Satélites meteorológicos (137 MHz)
Comunicación entre buques y control de tráfico marítimo.
Radioaficionados en la banda de 144 a 148 MHz
También existen servicios como bomberos, ambulancias, radio-taxis, etc.
Sistemas que funcionan en onda de ultra alta frecuencia UHF 300 MHz a 3 GHz:
Televisión con canales locales como nacionales.
Radios para uso no profesional (servicio FRS) utilizando transmisores de baja potencia.
Radioaficionados entre los 430 a 440 MHz junto con transmisores de baja potencia para apretura de garaje, repetidoras hogareñas de TV, etc.
Telefonía móvil.
Identificación por RFID entre los 860 y 960 MHz.
Sistemas que funcionan en onda de súper alta frecuencia SHF 3 a 30 GHz:
Comunicación vía microondas.
Teléfonos móviles (W-CDMA).
WLAN
Radares de última generación.
Enlaces terrestres de alta velocidad (backhauls)
Televisión satelital en la banca C.
Radioenlaces
4.6. En todos los tipos de Antenas, ¿qué características pueden tener en común y que diferencias tienen? Los diferentes tipos de antenas tiene como característica común su funcionamiento como receptoras y emisoras de señales electromagnética y sus diferencias están en la directividad, ganancia, sensibilidad, potencia, polarización.
4.7. Incluir fotos de las principales antenas o las más utilizadas.
Antena Omnidireccional.
Monopolo Vertical
Es una antena constituida de un solo brazo rectilíneo irradiante en posición vertical. Podemos ver una antena vertical con Ganancias de 3 dBi hasta 17 dBi. El uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio móvil en vehículos. En Monopolos de ¼ de onda: la impedancia de la antena es de 36 ohmios Dipolo
Usada en frecuencias arriba de 2MHz Ganancia baja: 2.2 dBi Angulo de radiación ancho En el espacio ideal, la impedancia del dipolo simple es de 73 Ohm.
Antenas Direccionales Yagi
Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores. Utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas, comúnmente en frecuencias de 30Mhz y 3Ghz, (canal 2 al canal 6 de 50MHz a 86 MHz). Ganancia elevada: 8-15 dBi Para el servicio 802.11 pueden tener ganancias entre el dBi 12 y 18. Manejan una impedancia de 50 a 75 Ohms Direccionarlas en la posición correcta no son tan difícil como una antena parabólica, pero aun así puede llegar a ser difícil.
Parabólica
Antena provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas. Se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite. Ganancia alta: 12-25 dBi. Directividad alta. Ángulo de radiación bajo.
Infrarrojo
Los enlaces infrarrojos se encuentran limitados por el espacio y los obstáculos. El hecho de que la longitud de onda de los rayos infrarrojos sea tan pequeña (850-900 nm), hace que no pueda propagarse de la misma forma en que lo hacen las señales de radio. Panel o 'Patch A ntenna'
Panel o .parche. metálico radiante sobre un plano de tierra metálico. Normalmente planas, en encapsulado de PVC. Ganancia media-elevada: 5-20 dBi. Directividad moderada. Ángulo de radiación medio.
Helic oidal (modo axial)
Hilo conductor bobinado sobre un soporte rígido. Detrás plano de tierra. Ganancia media-elevada: 6-18 dBi. Directividad moderada. Ángulo de radiación medio.
Mic roondas terres tres
Microondas: rango de frecuencias comprendido entre 2 GHz y 40 GHz. Son altamente direccionales. Requieren antenas parabólicas en la recepción. Las antenas han de estar muy altas para evitar obstáculos. Constituyen una alternativa al cable coaxial y a la fibra óptica para comunicaciones a larga distancia. Se usan en la Transmisión de televisión y voz.
Mic roondas por s atélite
Se usa un rango de frecuencias entre 1GHz a 50 Ghz. Se usan en los satélites. Reciben una señal terrestre. La señal es amplificada o repetida. Envían la señal a uno o varios receptores terrestres. Los satélites han de tener órbita geoestacionaria. Se producen retardos en las comunicaciones.
5. CONCLUSIONES:
Las antenas son una parte fundamental en la comunicación hoy en dia, nacional e internacionalmente. Los diferentes tipos de antenas tiene como característica común su funcionamiento como receptoras y emisoras de señales electromagnética y sus diferencias están en la directividad, ganancia, sensibilidad, potencia, polarización. Los sistemas de telecomunicaciones operan en diferentes frecuencias y para el caso de las soluciones inalámbricas se utilizan una variedad de Antenas.
6. BIBLIOGRAFÍA: [1] Comunicaciones Electrónicas Wayne Tomassi [2] Ingeniería de Telecomunicaciones Roger Freeman [3] Comunicaciones por Radio de 1 a 100 GHz Roger Freeman [4] Radio Link Data Book Alcatel Telettra [5] Las Antenas Brault R./Piat R. [6] Antenas de VHF y microondas. Unidades de Medición. INICTEL [7] Antenas. UPC-Universidad Politécnica de Cataluña, 1999.
