UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Sistemas de Microondas
ZONAS ZONA S FRESNEL FRES NEL
Integrantes: Cappillo
Medina Leonardo Carlo Claussen Portocarrero Gary Andre Quiñones Usaqui Fransisco Rodriguez Taipe Marco Antonio Rosario Salazar Juan Carlos
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Se describe como microondas a aquellas ondas electromagnéticas cuyas frecuencias van desde los 300 MHz hasta los 300 GHz aproximadamente. Por consiguiente, las señales de microondas tienen longitudes de onda relativamente
pequeñas . Se usa el espacio aéreo como medio físico de transmisión. La información se transmite en forma digital a través de ondas de radio de muy corta longitud (unos pocos centímetros). Pueden direccionarse múltiples canales a múltiples estaciones dentro de un enlace dado, o pueden establecer enlaces punto a punto. Las estaciones consisten en una antena tipo plato y de circuitos que interconectan la antena con la terminal del usuario.
Fig 1. Espectro Electromagnetico
Fig 2. Bandas de frecuencia
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Se conoce como radioenlace a cualquier interconexión entre terminales de
telecomunicación efectuada por ondas electromagnéticas, específicamente por aquellas que entran en el rango de las señales de radio. Los radioenlaces, establecen un concepto de comunicación del tipo dúplex, de donde se deben transmitir dos portadoras moduladas : una para la Transmisión y
otra para la recepción. Los enlaces se hacen básicamente entre puntos visibles, es decir, puntos altos de la topografía. Cualquiera que sea la magnitud del sistema de microondas, para un correcto funcionamiento es necesario que los recorridos entre enlaces tengan una altura
libre adecuada para la propagación en toda época del año, tomando en cuenta las variaciones de las condiciones atmosféricas de la región. Clasificación:
Según sus terminales: : Son sistemas de comunicaciones entre puntos
fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de
información, con características de calidad y disponibilidad determinadas. Típicamente estos enlaces se explotan entre los 800 MHz y 42 GHz.
Fig. 3. Radioenlace fijo
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Fig. 4. Antena móvil
Según la localización de los terminales:
Fig. 5. Antena repetidora
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Fig. 6. Satélite repetidor
Microondas terrestres (radio relay system): 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 analógic a (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) 4
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Fig. 7. Enlace de microondas de línea de vista
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
Un satélite actúa como una estación de relevación (relay station) o repetidor. Un transponedor r ecibe 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).
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Fig. 8. Enlace satelital 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.
: En ellos se recibe la señal en la frecuencia de portadora y se la baja a una frecuencia intermedia (FI) para amplificarla y retransmitirla en la frecuencia de
salida. No hay demodulación y son transceptores.
Fig. 9. Diagrama de bloques de repetidor activo
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: Se comportan como espejos que reflejan la señal. Hay repetidores que son una pantalla reflectora y los back- back, que están constituidos por dos
antenas espalda a espalda. Se los utiliza en ciertos casos para salvar obstáculos aislados y de corta distancia.
Fig.10. Pantalla reflectora
Fig. 11. Repetidor back-back
La utildad 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 telefonos moviles),otras veses se busca canalizar la potencia irradiada y no interferir con otros servicios(antenas entre estaciones de radioenlace)
Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, en función de la dirección (coordenadas en azimut y elevación.) Se define como la relación entre la intensidad de
radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total
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Se define como la ganancia de potencia en la
dirección de máxima radiación. La Ganancia (G) se produce por el efecto de la directividad al concentrarse la potencia en las zonas indicadas
en el diagrama de radiación Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena Tabla 1. Parametros de una antena
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
Fig. 12. Antena bocina
Una bocina es una antena que consiste en una guia de onda (estructura fisica que guia ondas electromagneticas) metalica en a cual el area de la seccion se va incrementando progresivamnete hasta un extremo abierto, que se comporta como una apertura.
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Caracteristicas:
Alta ganancia Baja onda estacionaria Ancho de banda relativamente grande Son relatvamente facil dec construir
Clasificacion:
a. Bocina retangular tipo piramide b. Bocina retangular palno E c. Bocina retangular plano H d. Bocina conica e. Bocina expotencial
Fig. 13. Clasificación
Observacion: El modo dominante en la guia tiene el campo electrico vertica (plano E) y el plano magnetico horizontal(plano H)
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Ganancia de la antena:
La ganancia de las antenas de bocina depende de la relacion entre la superficie de aetura de la bocina y la longitud de onda de trabajo.
La ganancia de la antena de uso paractico esta limitado a 20 dB.
La antena de bocina se utiliza en aplicaciones donde no se precisen gananckas elevadas o bien en conbinaciones con antenas parabolicas
Diagrama de radiacion:
El diagrama de radiacion de una antena bocina depende de su ganancia y de su forma
Al aumentar la ganancia aumenta la directividad de la antena
Fig. 14. Diagrama de radiación
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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.
Fig. 15. Antena parabólica
OBSERVACION:
El reflector parabólico se considera como el componente más importante de una antena parabólica, es semejante a un plato y la reflexión que produce depende de su construcción geométrica la cual es semejante a una parábola. Abertura de una antena Parabólica
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Dónde:
: Abertura del haz entre puntos de mitad de potencia (grados) : Longitud de onda : Diámetro de la boca del reflector parabólico (metros) : Frecuencia de operación (Hz) : Velocidad de propagación en espacio libre Eficiencia de una antena parabólica :
En el caso de u n reflector parabólico, la refle ctancia 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 de una antena parabólica : 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 d irectamente de la longitud de onda. La expresión matemática para calcular la ganancia de una antena transmisora es:
( ) Dónde:
: Ganancia de potencia con respecto a una antena isotrópica : Eficiencia de la antena 12
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: Diámetro de la boca del reflector parabólico (metros) : Longitud de onda 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 soportantes
de
corresponden una
antena
y
al
conjunto
sistema
específico
radiante
de
de
elementos
transmisión
de
telecomunicaciones. Los Sistemas Radiantes se clasifican tanto en radio como en TV
Mástiles radiantes auto estables y arriostrados, garantiza las condiciones de servicio a las que van a estar sometidos.
Requiere instalación, cimentación, balizamiento, tomas de tierra, soportes, etc.
Balizas LED para mástiles que cumplen con las especificaciones de la OACI. Estas balizas tienen garantizado su funcionamiento por 5 años, y algunos modelos son compatibles con el conector E-27.
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Los puentes sumadores están preparados para sumar dos señales de radio coherentes en fase y modulación.
Los
para AM
permite el montaje del
diplexor en un armario estanco para su uso en intemperie. Los
de rechazo
son pasivos y se encargan
de aislar, en la frecuencia de rechazo, a dos
secciones de una instalación permitiendo una plena transparencia a la frecuencia de operación.
Las unidades de acoplamiento.
CARACTERÍSTICAS: - Gran ancho de banda para garantizar la máxima fidelidad en audio. -
Disponen
de
dos
descargadores
mecánicos. - Disponen de protecciones para la
estática. 14
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Se utiliza en las bandas de Onda Corta, Onda Media y Onda Larga.
Todas las bobinas están fabricadas en tubería de cobre con dos diámetros estándar. Sus soportes son de fibra de vidrio sellada para evitar
la absorción de humedad.
Antena de dipolo plegado circularmente, por lo que se obtiene un diagrama de
radiación omnidireccional. Están construidas enteramente de aluminio y utilizan plástico resistente a las radiaciones UV. Por lo tanto, no se oxidan y resisten las más duras condiciones climatológicas, en especial en las zonas costeras donde la concentración salina ambiental es muy alta.
Volumen de inversión generalmente más r educida.
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.
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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 ensa yos para utilizar generadores autónomos y baterías de células solares.
La segregación, aunque es posible y se realiza, no es tan flexible como en los sistemas por cable
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.
Fig. 16. Pérdidas en un enlace microondas
El número de fallas de propagación y al 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.
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Introducción de un factor de 100 a 1 por mejora de diversidad.
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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. Debemos tener en cuenta la importancia de la calidad de los equipos que pertenecen al sistema radiante ya que a partir de estos se juega un papel
importante en el papel global del mismo y pequeños cambios pueden afectar la señal y/o área de cobertura. Además de comprender el funcionamiento de los
tipos de antenas con sus reflectores que se usan para la transmisión y recepción de señales microondas, que a raíz de trabajar en altas frecuencias se encuentra la necesidad de reemplazar los cables por guías de ondas para que no hayan
grandes atenuaciones en las etapas de transmisión y recepción. Existen también en sistemas microondas factores que dificultan la transmisión como perdidas en el espacio libre, difracción, reflexión, absorción, factores climáticos, etc. que deben ser cuidadosamente evaluados al momento del diseño y montaje de las antenas para que se soluciones dic has dificultades y así lograr una
comunicación exitosa.
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
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