La ley de Snell de la refracción La ley de Snell es una fórmula
simple utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto.
La ley de snell es muy utilizada en muchos casos. La misma afirma que el producto del índice de refracción por el seno del ángulo de incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie separatriz de dos medios. Aunque la ley de Snell fue formulada para explicar los fenómenos de refracción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una superficie de separación entre dos medios en los que la velocidad de propagación de la onda varíe.
Vamos a estudiar el comportamiento de una onda plana que se propaga hacia la superficie de separación de dos medios, formando cierto ángulo de incidencia. Consideremos un frente de ondas que se acerca a la superficie de separación de dos medios de distintas propiedades. Si en el primer medio la velocidad de propagación de las ondas es v1 y en el segundo medio es v2 vamos a determinar, aplicando el principio de Huygens, la forma del frente de onda un tiempo posterior t. A la izquierda, se ha dibujado el frente de ondas que que se refracta en la superficie de separación de dos medio, cuando el frente de ondas incidente entra en contacto con el segundo medio. Las fuentes de ondas secundarias situadas en el frente de ondas incidente, producen ondas que se propagan en todas las direcciones con velocidad v1 en el primer medio y con velocidad v2 en el segundo medio. La envolvente de las circunferencias trazadas nos da la forma del frente de ondas después de tiempo t, una línea quebrada formada por la parte del frente de ondas que se propaga en el primer medio y el frente de ondas refractado que se propaga en el segundo. El frente de ondas incidente forma un ángulo θ1 con la superficie de separación, y frente de ondas refractado forma un ángulo θ2 con dicha superficie. En la parte central de la figura, establecemos la relación entre estos dos ángulos. En el triángulo rectángulo OPP’ tenemos que: v1·t=|OP’|·sinθ1 En el triángulo rectángulo OO’P’ tenemos que
v2·t=|OP’|·sinθ2 La relación entre los ángulos θ1 y θ2 es v1sinθ1=v2sinθ2 Reflexión total Si v1>v2 el ángulo θ1 > θ2 el rayo refractado se acerca a la normal
Si v1
incrementar el ángulo de incidencia, la onda incidente se refleja en el primer medio.
Índice de refracción Se denomina índice de refracción, al cociente entre la velocidad de la luz c en el vacío y la velocidad v de la luz en un medio material transparente. n=c/v La ley de Snell de la refracción se expresa en términos del índice de refracción n1·sinθ1= n2·sinθ2 En la siguiente tabla, se proporcionan datos acerca de los índices de refracción de diversas sustancias Sustancia Azúcar Diamante Mica Benceno Glicerina Agua Alcohol etílico Aceite de oliva
Índice de refracción (línea sodio D) 1.56 2.417 1.56-1.60 1.504 1.47 1.333 1.362 1.46
Polarización La polarización es una de las características fundamentales de cualquier antena. En primer lugar tendremos que entender la polarización de ondas planas, entonces vamos a caminar por el principales tipos de polarización.
La polarización lineal Comencemos por entender la polarización de una onda. Un avión electromagnético (EM) se caracteriza por la onda viaja en una sola dirección (sin campo de la variación en las dos direcciones ortogonales). En este caso, el campo eléctrico y el campo magnético son perpendiculares entre sí ya la dirección de la onda plana se propaga. Como ejemplo, considere la E de frecuencia única de campo dado por la ecuación (1), donde el campo está viajando en la dirección + z-dirección, el E-campo se orienta en la dirección + x, y el campo magnético está en el signo + y-dirección.
En la ecuación (1), el símbolo es un vector unidad (un vector con una longitud de uno), que dice que E-campo "puntos" en la dirección x. Una onda plana se ilustra gráficamente en la Figura 1.
Figura 1. Representación gráfica de E-campo de viaje en + z-dirección. Polarización es la cifra que las huellas de campo E-hacia fuera mientras que la propagación. A modo de ejemplo, considerar la E-campo observado en (x, y, z) = (0,0,0) en función del tiempo de la onda plana se describe por la ecuación anterior (1). La amplitud de este campo se representa en la figura 2 en varios casos de tiempo. El campo está oscilando en frecuencia fr ecuencia f.
Figura 2. La observación de campo E en (x, y, z) = (0,0,0) en diferentes momentos. Observado en el origen, la E-campo oscila hacia adelante y hacia atrás en magnitud, siempre dirigido a lo largo el eje "x". Debido a que el campo E se mantiene a lo largo de una sola línea, este campo se dice que de polarización lineal. Además, si el eje X es paralela al suelo, este campo también puede ser descrito como "horizontal polarizada "(o, a veces h polos de la industria). Si el campo se orientó a lo largo del eje y, esta onda se dice que "polarización vertical" (o v-polo). Una onda polarizada linealmente no tiene por qué ser a lo largo del eje horizontal o
vertical. Por ejemplo, una onda con una E-campo obligado a mentir a lo largo de la línea se muestra en la Figura 3 también se linealmente polarizada.
Figura 3. Locus de las amplitudes de E-campo para una onda linealmente polarizada en un ángulo. El campo E en la Figura 3 puede ser descrita por la ecuación (2). El E-campo, ahora tiene un x e y componentes, de igual magnitud.
Una cosa a notar sobre la ecuación (2) es que el x-e y los componentes de la Ecampo en fase - que ambos tienen la misma magnitud y varían en la misma proporción. Polarización circular Supongamos ahora que el campo E de una onda plana fue dada por la ecuación (3):
En este caso, el x-e y los componentes son de 90 grados fuera de fase. Si el campo se observa en (x, y, z) = (0,0,0) de nuevo como antes, la trama de la Ecampo en función del tiempo que aparecen como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. La fuerza de campo eléctrico en (x, y, z) = (0,0,0) para el campo de la ecuación. (3). El campo E en la Figura 4 rota en un círculo. Este tipo de campo se describe como un polarizada circularmente de onda. Para que la polarización circular, los siguientes criterios se deben cumplir: Criterios para la polarización circular El E-campo debe tener dos ortogonales (perpendiculares) componentes. Componentes ortogonales El campo E-debe haber igual magnitud. Los componentes ortogonales será de 90 grados fuera de fase.
Si la onda en la Figura 4 se desplaza fuera de la pantalla, el campo está girando en el sentido contrario a las agujas del reloj y se dice que es mano derecha circularmente polarizada (RHCP) . Si los campos se giran en sentido horario, el campo se mano izquierda polarización circular (LHCP). La polarización elíptica Si el campo E tiene dos componentes perpendiculares que están fuera de fase de 90 grados, pero se no es igual en magnitud, el campo terminará polarizada elípticamente . Tenga en cuenta la onda plana viajando en la dirección + z, con Ecampo descrito por la ecuación (4):
El lugar geométrico de los puntos que la punta del vector campo E asumiría se da en la figura 5.
Figura 5. Consejo de E-campo de la onda polarizada elíptica de la ecuación. (4). El campo en la figura 5, se desplaza en el sentido contrario a las agujas del reloj, y si se viaja fuera del la pantalla se mano derecha polarizada elípticamente. Si el vector de campo eléctrico fue rota en la dirección opuesta, el campo sería mano izquierda polarizada elípticamente. Además, la polarización elíptica es definida por su excentricidad, que es la relación de el eje mayor y menor amplitud. Por ejemplo, la excentricidad de la onda dada por la ecuación (4) es 1/0.3 = 3.33. Olas polarizada elípticamente se describen con más detalle por el dirección del eje principal. La ola de la ecuación (4) tiene un eje principal propuesta por el eje "x". Tenga en cuenta que el eje principal puede estar en cualquier ángulo en el plano, no tiene por qué coincidir con el x, y, o z-eje. Por último, tenga en cuenta que la polarización circular y polarización lineal son casos especiales de la polarización elíptica. Una onda polarizada elípticamente, con una excentricidad de 1,0 es una onda polarizada circularmente; una onda polarizada elípticamente, con una excentricidad infinita es una onda linealmente polarizada. En la siguiente sección, vamos a utilizar los conocimientos de la polarización de onda plana para caracterizar y entender antenas.
Antenas La polarización de una antena es la polarización de la onda radiada por dicha antena en una dirección dada.
Siempre que hablamos de polarización hacemos referencia a polarizar una onda electromagnética como la siguiente:
Una onda electromagnética polarizada. Las oscilaciones de los campos eléctrico y magnético son perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación. Las oscilaciones del campo eléctrico sólo se producen en el plano de polarización. La polarización de una onda es la figura geométrica determinada por el extremo del vector que representa al campo eléctrico en función del tiempo, en una posición dada. Para ondas con variación sinusoidal dicha figura es en general una elipse. Hay una serie de casos particulares. Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente polarizada, si es un círculo circularmente polarizada y si, por último la figura trazada es una elipse se denomina elípticamente polarizada.
El sentido de giro del campo eléctrico, para una onda que se aleja del observador, determina si la onda está polarizada circularmente a derechas o a
izquierda. Si el sentido de giro coincide con las agujas del reloj, la polarización es circular a derechas. Si el sentido de giro es contrario a las agujas del reloj, la polarización es circular a izquierdas. El mismo convenio aplica a las ondas con polarización elíptica. Se define la relación axial de una onda polarizada elípticamente, como la relación entre los ejes mayor y menor de la elipse de polarización. La relación axial toma valores comprendidos entre 1 e infinito. Los campos se pueden representar en notación fasorial. Para determinar la variación temporal es suficiente con determinar el valor real de cada una de las componentes. Los ejemplos que se citan a continuación son para ondas planas que se propagan en la dirección del eje z. Las expresiones siguientes representan campos con polarización li neal:
Las expresiones siguientes representan campos con polarización circular, la primera a izquierdas y la segunda a derechas:
Finalmente los siguientes ejemplos corresponden a polarizaciones elípticas:
Se produce una polarización lineal cuando las fases de dos componentes ortogonales del campo eléctrico difieren un múltiplo entero de p radianes. Se produce polarización circular cuando las amplitudes son iguales y la diferencia de fase entre las componentes es p/2 o 3p/2. La polarización es elíptica en los demás casos. Cualquier onda se puede descomponer en dos polarizaciones lineales ortogonales, sin más que proyectar el campo eléctrico sobre vectores unitarios orientados según dichas direcciones. Aplicando el mismo principio, cualquier onda se puede descomponer en dos ondas polarizadas circularmente a derechas o izquierdas.
Ejemplo práctico: La siguiente expresión representa una onda polarizada elípticamente a derechas, con relación axial
3. Se puede descomponer en dos ondas polarizadas linealmente de amplitudes 3 y –1, o bien en dos ondas porlarizadas circularmente a derechas e izquierdas:
Resolviendo el siguiente sistema de ecuaciones se determinan los valores de A y B:
Los valores son A=2, B=1.
Ahora que somos conscientes de la polarización de los campos EM onda plana, antena de polarización es fácil de definir. La polarización de una antena es la polarización de los campos electromagnéticos producidos por una antena, evaluados en el campo lejano. Por lo tanto, las antenas se clasifican a menudo como "linealmente polarizada" o una "mano derecha antena de polarización circular". Este simple concepto es importante para la antena a la comunicación de la antena. En primer lugar, una antena con polarización horizontal no se comunicará con una antena de polarización vertical. Debido al teorema de reciprocidad, las antenas de transmisión y recibir exactamente de la misma manera. Por lo tanto, una antena de polarización vertical transmite y recibe verticalmente campos polarizados. En consecuencia, si una antena con polarización horizontal está tratando de comunicarse con una polarización vertical la antena, no habrá recepción.
En general, por dos antenas de polarización lineal, que se rotan entre sí por un ángulo ángulo , la pérdid pérdida a de de poten potenci cia a debid debido o a esta esta falta falta de coinci coinciden dencia cia de polarización se describirá por el factor de polarización pérdida (PLF):
Por lo tanto, si ambas antenas tienen la misma polarización, el ángulo entre su radiada E-campo es cero y no hay pérdida de potencia debido a la desadaptación de polarización. Si una antena de polarización vertical y el otro es polarización horizontal, el ángulo es de 90 grados y ningún poder se transferirá. Como nota al margen, esto explica por qué mover el teléfono celular en la cabeza a un ángulo diferente se puede a veces aumentar la recepción. antenas de teléfonos celulares suelen ser linealmente polarizada, por lo que rota el teléfono muchas veces puede coincidir con la polarización del teléfono y así aumentar la recepción. La polarización circular es una característica deseable para muchas antenas. Dos antenas que son circularmente polarizada no sufren la pérdida de señal debido a la desadaptación de polarización. Antenas utilizadas en los sistemas GPS son diestros circularmente polarizada. Supongamos ahora que una antena de polarización lineal, está tratando de recibir una onda polarizada circularmente. De manera equivalente, supongamos que una antena polarizada circularmente está tratando de recibir una onda linealmente polarizada. ¿Cuál es el resultado polarización Factor de pérdida? Recordemos que la polarización circular es en realidad dos orthongal ondas lineales polarizada a 90 grados fuera de fase. Por lo tanto, una polarización lineal (LP) Antena simplemente recoger la componente en fase de la polarizada circularmente (CP) de onda. Como resultado, la antena LP tendrá una pérdida por desadaptación de polarización de 0.5 (-3dB), no importa lo que el ángulo de la antena LP se rota para. Por lo tanto:
La pérdida de la polarización factor se refiere a veces como eficiencia de la polarización, el factor de la antena no coincide, o factor de antena de recepción. Todos estos nombres se refieren al mismo concepto.
Factores que afectan la transmisión Atenuación La fuerza de la señal decrece con la distancia. La atenuación introduce los siguientes factores a tomar en cuenta para la ingeniería de los medios de transmisión: La señal recibida debe tener la suficiente fuerza para ser interpretada correctamente por el receptor. La señal debe mantener un nivel más alto que el ruido para ser recibido sin error. Si la atenuación es más alta alt a a altas frecuencias causa distorsión.
Pérdida en el Espacio Libre Para algunos tipos de comunicación inalámbrica la señal se dispersa con la distancia. Si se asume que no hay ninguna otra fuente que afecte la señal, la misma se atenúa con la distancia ya que se dispersa en un área grande. La misma es expresada en la siguiente fórmula para antenas ideales: P t P r
(4
d ) 2 2
(4
fd f d ) 2 c2
Eq 1.1
Pt = potencia de la señal de la antena transmisora Pr = potencia de la señal de la antena receptora = longitud de la onda portadora d = distancia de propagación entre las antenas c = velocidad velocidad de la luz (3 * 108 m/s) d y tienen las mismas unidades
Lo anterior puede ser expresado en dB como se muestra a continuación:
LdB
10 log 10
P t P r
20 log 10
(4
d )
20 log10
20 log 10 d 21,98dB
Eq
1.2 Para otras antenas se debe tener en cuenta la ganancia de la antena, quedando la ecuación expresada de la siguiente manera:
P t P r
(4 ) 2 d 2 Gr Gt 2
( d ) 2 Ar At
(cd ) 2 f 2 Ar At Eq 1.3
Gt = ganancia de la antena que transmite Gr = ganancia de la antena que recibe At = área efectiva de la antena que transmite transmite Ar = área efectiva de la antena que recibe Lo anterior puede ser expresado en dB como se muestra a continuación: LdB
10 log 10
P t P r
20 log 10 f 20 log 10 d 10 log 10 ( Ar At ) 169 169 ,54 dB
Eq 1.4
En la práctica se usan las Ecuaciones 1.1 y 12. En este caso se puede observar una relación que resulta útil cuando se están haciendo cálculos de presupuesto de un enlace. Un aumento de 6 dB en la ganancia de una antena resulta en un aumento del EIRP necesario para doblar el rango o distancia de la antena. Una reducción de 6 dB resulta en una reducción del EIRP equivalente a la mitad del rango. La Tabla 1 muestra la relación de la pérdida en el espacio libre para ciertas distancia entre el transmisor y el receptor a 2.4 GHz. Tabla 1: Relación entre la pérdida en el espacio libre y la distancia entre transmisor y receptor
Ruido Los siguientes tipos de ruido pueden afectar la transmisión de las señales: Ruido termal: Debido a la agitación de los electrones. Esta presente en todos los dispositivos y medios de transmisión. No puede ser eliminado. El ruido termal presente en un ancho de banda B Hz es: N kTB
k = constante de Boltzmann = 1.3803 x 10-23 J/K T = temperatura, en grados kelvins (temperatura absoluta) En decibelios
Otros ruidos: Ruido de inter modulación: ocurre cuando diferentes frecuencias comparten el mismo medio. La interferencia es causada por la señal resultante que tiene una frecuencia igual a la suma o diferencia de la frecuencia original. Crosstalk: acoplamiento del camino de las señales no deseable. Ruido impulsivo: pulsos irregulares de corta duración y relativa alta amplitud. Causado por disturbios electromagnéticos o equipos con fallas.
Absorción Una señal es absorbida cuando choca con un objeto y es absorbida en el material del mismo, de forma tal que no pasa a través del mismo (ver Ilustración 1). 1). La absorción puede ser producida por el vapor de agua.
Ilustración 1: Ejemplo de absorción.
Refracción Es la inclinación de las ondas de radio cuando pasan a través de un medio de diferente densidad. La velocidad de las ondas electromagnéticas es una función de la densidad del medio. Cuando las ondas pasan a través de esta medio serán reflejadas alejándose del camino de la señal deseado y otras se inclinarán en el medio en otra dirección (ver Ilustración (ver Ilustración 2). 2).
Ilustración 2: Ejemplo de refracción de una señal. Podemos observar que la refracción puede convertirse un gran problema en los enlaces a grandes distancias debido a los cambios en las condiciones atmosféricas, que pueden pueden ocasionar cambios, cambios, no deseados, en la dirección de la señal.
Difracción Ocurre cuando la señal de radio entre el transmisor y el receptor es obstruida por una superficie que tiene irregularidades puntiagudas o una superficie desigual (ver Ilustración 3). 3). Aunque a veces el término de difracción es confundido con el de refracción, hay que tener en cuenta que este último describe la inclinación de la señal a través del medio. Mientras que difracción se refiere a la inclinación de la onda alrededor alrededor de un obstáculo obstáculo Por ejemplo, considere una máquina generando humo de cigarrillo. El humo seguirá una dirección recta hasta que tropieza un obstáculo. obstáculo. Si se introduce un un bloque de de madera en el humo ocasionará que el humo riza alrededor de las esquinas del bloque, produciendo una degradación en la velocidad del humo en ese punto y un cambio de su dirección.
Ilustración 3: Ejemplo de difracción. dif racción.
Reflexión Ocurre cuando la señal encuentra una superficie que es larga comparado con la longitud de onda de la señal (ver Ilustración 4). 4). La reflexión ocurre de la superficie de la tierra, edificios, paredes, entre otros.
Ilustración 4: Ejemplo de reflexión.
Scattering Ocurre cuando la señal tropieza un cuerpo cuyo tamaño es menor que la longitud de onda de la señal y el volumen de obstáculos por unidad de volumen es larga. Algunos ejemplos de objetos que pueden causar scattering son postes de luz, señales de tránsito.
Ilustración 5: Ejemplo de Scattering.
Producto del scatterring la señal principal se puede destruir cuando, por ejemplo, choca choca con una superficie superficie quebrada y es reflejada en muchas direcciones. Esto puede ocurrir cuando una onda RF es reflejada al chocar con rocas, arena. Por otro lado la señal puede ser reflejada en una pequeña escala producto del choque de la onda RF con partículas tales como las partículas de polvo pesadas. La Ilustración 6 ilustra el efecto de la difracción, scattering y reflexión.
Desvanecimiento (Fading) Es usado para describir las fluctuaciones rápidas en las amplitudes, fases o retardos de una señal de radio en un período corto de tiempo o distancia de viaje. El desvanecimiento es causado por la interferencia entre dos o más versiones de la señal transmitida que llega al receptor en tiempos ligeramente diferentes. La señal recibida denominada onda multi-trayecto puede entonces variar significativamente en sus características.
R
poste S
D R
Ilustración 6: Ejemplo de difracción, d ifracción, reflexión y scattering.
Muchos factores pueden causar el desvanecimiento, entre ellos: a.- Propagación de multi-trayecto b.- Velocidad del usuario móvil c.- Velocidad de los objetos alrededor al rededor del radio del canal.
Multi-trayecto Los obstáculos reflejan las señales causando que múltiples copias con diferentes retardos sean recibidas. Dependiendo de las diferencias en las longitudes de las ondas directas y reflejadas, la señal compuesta puede ser más larga o más pequeña que la señal directa. En la telefonía móvil hay muchos obstáculos. En otros casos como satélites y microondas las antenas pueden ser localizadas donde no existan muchos obstáculos cercanos.
Las fuentes de propagación multi-trayecto son: Reflexión, Difracción y Scattering. Y sus efectos de la propagación multi-trayecto se describen a continuación. En la Ilustración 7 se puede ver que la señal recibida por el usuario móvil puede consistir de un número de ondas con aleatorias características de onda que pueden combinarse vectorialmente en la antena del receptor causando distorsión o pérdida.
Señales recibidas
Tiempo
Resultados combinados
Tiempo
Ilustración 7: Ejemplo de Propagación Pr opagación de Multi-Trayecto.
Decaimiento de la Amplitud de la señal: es producto de las múltiples ondas reflejadas que están desfasadas con respecto a la señal principal, y cuyas amplitudes se suman a su señal principal cuando estas llegan al mismo tiempo que la misma (ver Ilustración (ver Ilustración 8). 8).
Ilustración 8: Ejemplo de decaimiento de la amplitud de la señal.
Corrupción: es causado por el mismo fenómeno que el decaimiento de la amplitud de la señal pero en mayor magnitud. En tal sentido, cuando se suman las amplitudes de las señales desfasadas con la señal principal, principal, la amplitud de la misma puede ser enormemente reducida en vez de un poco reducida como en el caso anterior. La consecuencia es que con la receptividad del receptor este no puede descifrar la información transportada en la señal. Adicionalmente, la señal a ruido es usualmente baja, impidiendo que el receptor distinga entre el ruido y la información transportada por la señal (ver Ilustración 9). 9). La corrupción requiere que la data sea enviada nuevamente.
Ilustración 9: Ejemplo de corrupción.
Nulling cuando múltiples copias de una onda reflejada llegan fuera de fase al receptor y se suman con con la señal principal de forma tal que la amplitud de la señal señal principal es cancelada (ver Ilustración 10). 10). Cuando ocurre la cancelación (nulling) los componentes tales como le transmisor, receptor o los objetos reflexivos deben moverse ya que la retransmisión de la señal no resuelve el problema.
Ilustración 10: Ejemplo de cancelación (nulling).
Aumento de la Amplitud de la señal Es producto de las múltiples ondas reflejadas que están en fase con respecto a la señal principal y cuyas amplitudes se suman a su señal principal cuando estas llegan al mismo tiempo que la misma (ver Ilustración 11). 11). Sin embargo, hay que notar que bajo ninguna condición la señal resultante que llega al receptor es más fuerte que la señal transmitida en el lado del transmisor. Lo que si puede suceder es que, producto de la suma de estas señales reflejadas en fase con la señal principal, la señal resultante sea más fuerte que aquella generada de no haberse producido multi-trayecto.
Ilustración 11: Ejemplo del aumento de la amplitud de la señal.
Mecanismos para Compensar los Efectos de los Factores que Afectan una Señal A continuación se describe algunos mecanismos para compensar compensar los efectos producidos por los factores que afectan las señales descritos anteriormente. Corrección de Errores Hacia delante: Las técnicas de detección y corrección de errores se estudiaran posteriormente
Ecualización: Usado en contra de interferencia ínter símbolos. Algunos métodos comprenden comprenden juntar la energía energía de símbolos dispersos en su intervalo intervalo original. Diversidad: Consiste en proporcionar múltiples canales lógicos entre el transmisor y el receptor y enviar la señal sobre cada canal. Algunos tipos de diversidad se explican a continuación: Diversidad Espacial o Diversidad de Antenas: Por ejemplo, consiste en colocar múltiples antenas para recibir mensajes. Luego, reconstruir la señal que con mayor probabilidad se transmitió. Diversidad en Frecuencia: Dispersar la señal sobre un ancho de banda grande o transportar la señal usando múltiples portadoras de frecuencia. Diversidad Temporal: Dispersar la data en el tiempo para que el ruido afecte unos pocos bits como se muestra en la l a Ilustración 12.
Ilustración 12: Ejemplo de diversidad temporal.
Macro Diversidad: Uso de varios enlaces entre el móvil y estaciones fijas (por ejemplo, el uso del Soft handover).
Diversidad de Antenas Desde que esta es una técnica común para combatir el efecto de los factores que perjudican la transmisión de una señal RF, nos extenderemos un poco más en su explicación. La diversidad de antenas consiste en colocar múltiples antenas, entradas y receptores para compensar las condiciones que causan el multi-trayecto (verIlustración (verIlustración 13). 13). A continuación se enumeran los tipos de diversidad: Diversidad de antena (no activa): es raramente usada y consiste en usar múltiples antenas en una simple entrada.
Diversidad por Conmutación: consiste colocar múltiples antenas en múltiples receptores, quienes se conmutaran basado en la fuerza de la señal recibida. Diversidad por Conmutación de Antena: se usan múltiples antenas en múltiples entradas pero un solo receptor. La señal es recibida a través de una antena a la vez. Diversidad de fase: ajusta la fase de la antena a la fase de la señal para mantener la calidad de la señal. Diversidad de transmisión: consiste en transmitir de la antena última usada para recepción porque la señal recibida tuvo la mejor calida comparado con las otras señales. Si el radio debe retransmitir una señal, alternara las antenas hasta que se realice una transmisión exitosa. Adicionalmentem una unidad puede transmitir o recibir pero no ambas.
Ilustración 13: Ejemplo de diversidad de antenas.
Alcance de un Sistema de Radiocomunicación En esta sección se presentaran varios ejemplos para calcular el alcance de un sistema de radiocomunicación en base a los conceptos y formulas ya vistas. Note que cuando se calcula el alcance de un sistema de este tipo hay que tomar en cuenta todos los elementos que están entre el equipo transmisor/receptor y la antena. Así, en la Ilustración 14 se tiene:
Ilustración 14: Sistema de radiocomunicación.
•
Gs: ganancia de salida.
•
Pca: pérdida del cable del extremo transmisor.
•
Pna: pérdida de los conectores del extremo transmisor. tr ansmisor.
•
Gaa: ganancia de la antena del extremo transmisor.
•
Pp: pérdida en el espacio libre.
•
Gab: ganancia de la antena del extremo receptor.
•
Pab: pérdida de los conectores del extremo receptor.
•
Pcb: pérdida del cable del extremo receptor.
Siendo la señal que llega al receptor:
S = Ga – Pna + Gaa – Pp + Gab – Pnb –Pcb.
Por ejemplo:
•
Potencia de transmisión
+25dBm
•
Pérdida en los cables
-1dB
•
Pérdida en el Diplexer de TX
-2 dB
•
Pérdida en el Cable de TX
-2.5 dB
•
Ganancia de la antena TX
+21 dBi
•
Pérdida en el espacio libre (FSL)
-124.5 dB
•
Ganancia de la antena RX
+21 dBi
•
Pérdida en el Cable RX de
-2.5dB
•
Pérdida en el Diplexer de RX
-2 dB
•
Pérdida en Cable
-1 dB ---------------
•
Nivel de Señal Recibida = -68.5dBm
Sensibilidad del Receptor Dependiendo de las características del equipo receptor, el nivel de señal puede o no ser suficiente. Esto es conocido como sensibilidad del receptor. En la Ilustración 15 podemos observar que el receptor tiene una sensibilidad de -82 dBm. Adicionalmente, existe un margen de desvanecimiento por encima del cual puede estar este valor de la sensibilidad. De allí que la señal recibida debe estar por encima de la sensibilidad del receptor más el margen de desvanecimiento (-82+10), es decir, -72 dBm.
Ilustración 15: Ejemplo de sensibilidad del receptor.
Ilustración 16: Sensibilidad del receptor.
En la Ilustración 16 se ha calculado el nivel de la señal recibida, -71,8 dBm. Como la misma es mayor que la sensibilidad del receptor mas el margen de desvanecimiento calculado anteriormente (ver Ilustración 15), 15), entonces la señal puede ser recibida. En caso contrario habría que cambiar la antena por una con mayor ganancia o tener cables con menos pérdidas.
Fuentes Fuente: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física elemental. Edt. Mir (1975), pág. 209 Hoppe, E.: Die Akkumulatoren für Elektricität . Julius Springer. Berlín, 1898.
