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7/27/2019 SER Radioenlaces Capitulo 9
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Ing. Francisco Ruffa1
Sistemas en Red
Radioenlaces
Captulo 10
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Clculo de radioenlaces
Analizaremos el comportamiento de sistemas que operan en
frecuencias entre 150 y 900 MHz.
Modo de propagacin: TROPOSFERICA
Esto significa que la onda progresa en un ngulo tal que parte
se pierde y parte queda cerca de la superficie por reflexin en
las capas bajas de la atmsfera.
La seal sigue una trayectoria de lnea visual.
Es afectada por la prdida de ESPACIO LIBRE, mas prdidas
adicionales que analizaremos.
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Se define CONFIABILIDAD como el factor de mrito que
caracteriza la utilizacin de un sistema en un determinado
tiempo, expresndose en porcientos del tiempo til en el cual
el peor canal puede ser util izado.
Esto significa especificar una determinada relacin seal ruido,
usualmente 30 dB, que debe mantenerse en la mayor cantidad
de tiempo til posible.
Incluye:
9 Fallas del sistema electrnico e irradiante.
9 Fallas de alimentacin.
9 Fallas de propagacin.
Porcentaje de confiabil idad: 80 al 99%.
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Propagacin del trayecto: Posee propiedades semejantes a la
luz, por lo que se aplican principios de ptica.Refraccin.
Reflexin.
Difraccion.
En forma individual o colectiva, afectan la propagacin y por lo
tanto la confiabil idad del enlace.
Refraccin
Llamamos refraccin hacia la troposfera, la causada por la
diferencia de velocidad con que la onda viaja en un medio deconstante dielctrica distinta.
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1) espacio libre (vaco): la velocidad es mxima.
2) Atmsfera estndar:
9 La constante dielctrica es mayor debido al gas y al vapor
de agua, por lo que la velocidad es menor.
9 Presin, temperatura y humedad disminuyen linealmentecon la altura, por lo que la constante dielctrica tambin.
9 La onda electromagntica viaja mas rpido en un medio de
constante dielctrica menor.
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Esto causar una curvatura de la onda hacia abajo, tendiendo a
seguir la curvatura terrestre con un radio tal que ve a la tierra conuna radio mayor que el real, es decir mas plana que la realidad.
La relacin del radio ficticio o aparente al actual se denomina
factor K, o factor efectivo de radio terrestre.
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Valores de K
En atmsfera estandar el valor nominal es K = 4 / 3 (pudiendo
variar de 1 a 2).
K = 1 = climas frios o secos; altura.
K = 2 = alta humedad.
Otros valores:
K = 2 a = refraccin superestandard. K = 1 a 1/2 = refraccin subestandard (se da en zonas
costeras de reas subtropicales).
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Refraccin superestandard: Debida a la disminucin de la
constante dielctrica con la altura.
9 Se produce por inversin brusca de la temperatura y/o lahumedad, por ejemplo por el pasaje de aire caliente sobre
una masa de agua fria.
Refraccin subestandard: Debida al incremento de laconstante dielctrica con la altura.
9 Se produce por la formacin de neblina baja al enfriarse la
tierra (inversin del haz).
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Determinacion de K
A.- Conociendo parmetros meteorolgicos.
B.- Por tablas.
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Reflexin
Zona de Fresnel: Definimos a la primera zona de fresnel como
el lugar de los infinitos puntos que geometricamente muestren
que la seal reflejada llega 1,5 longitudes de onda atrasadarespecto al rayo directo.
Consideraciones:
9 A.- En el punto de reflexin la fase se invierte 180.
9 B.- La onda reflejada por la primera zona, est, adems,
atrasada 1,5 veces (180).
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Por lo tanto, entre el punto transmisor y el receptor suceder
que:
A) Si la superficie es absolutamente reflejante, el haz directo y el
reflejado se suman.
B) Si es totalmente absorbente, solo existe el haz directo.
La segunda zona de fresnel atrasa una longitud de onda, por lo
que, en el caso A habra cancelacion completa ( 360 + 180 ).
La zona de Fresnel conforma un elipsoide de revolucin donde
ambas antenas ocupan los focos.
Actua como una barrera intangible de proteccin que no debeser violada con obstrucciones sin efectuar correcciones al
diseo.
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Definimos al Radio de Fresnel como la distancia medida
perpendicularmente desde el haz directo hasta la superficie
del elipsoide, en un punto determinado del trayecto.
Primer radio de Fresnel:
F1 = 17,3[d1 x d2 / f (d1 + d2)]1/2 (mts.)
Donde:
d1 y d2 = distancia en Km. desde el punto considerado hasta
los extremos del trayecto.
f = frecuencia en GHz.
Zonas sucesivas (n): Fn = n1/2 x F1
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Fundamentalmente, la propagacin por espacio libre se
cumple cuando el area frontal de propagacin, limitada por
0,6 del radio de Fresnel de la primera zona, esta libre de
obstrucciones en todo el trayecto.
Cualquier obstruccin dentro de esta regin, obstruye el
rayo, reduciendo la seal.
Esta ser funcion del coeficiente de reflexion de los
obstculos.
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Difraccin
No es importante en frecuencias superiores a 3000 MHz.
En las frecuencias consideradas, la onda tiende a curvarsealrededor de los objetos dentro de su trayecto.
Un despeje de 0,6 en todo el trayecto, es suficiente para
considerar la perdida de espacio libre como atenuacin total,
siempre que ninguna obstruccin penetre mas de 0,7.
En la realidad, la mayora de los trayectos t ienen obstruccionesdentro de la primera zona.
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La condicin de espacio l ibre para 0,6 F, sera:
Atel
= 10 log (.02388/d x F)2 + 4,3 (dB)
Donde:
d = distancia total en Km.
F = Frecuencia en MHz.
Cuando los despejes son menores a 0,6F, se deber tener en
cuenta las prdidas por difraccin.
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1.- Cuando exista despeje de fresnel cerca de ambas antenas
pero no en las obstrucciones, es conveniente usar la Att. por
espacio libre mas las prdidas por difraccin de cada
obstculo tomada en forma individual.
2.- Cuando no exista despeje de Fresnel cerca de una o
ambas antenas y en cualquier lugar del trayecto, la prdida
por tierra plana con el agregado de la debida a la obstruccinser la mas adecuada.
Si existe mas de una obstruccin se utilizar una simple
equivalente.
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Varias teoras contemplan la atenuacin por difraccin yreflexin.
A.- Teora de tierra plana: la mayor de todas.
B.- prdida por filo de cuchillo: la menor.
C.- Difraccin por tierra rugosa.
D.- Difraccin por tierra lisa.
La diferencia en las aplicaciones de cada teora es la naturaleza
de la superficie reflectante.
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La teora de la tierra plana es funcin de una superficie
perfectamente plana tal que el rayo reflejado tenga igualintensidad que el rayo directo.
Diferencias:
9 Tierra lisa: un lago calmo o una salina.
9 Tierra plana: artifcio para evaluar trayectos donde las
prdidas son mayores que las de espacio libre.
9 Filo de cuchillo: obstculos de seccin transversal pequea,
por lo que no hay reflexiones.
9 Bullington dice: La trancisin entre la existencia o no dereflexiones ocurre cuando las variaciones del terreno exceden
1/8 a 1/4 del valor de la primera zona
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Cuando no exista despeje de fresnel en:
A) Proximidad de ambas antenas.
B) En cualquier lugar del trayecto.
C) En cualesquiera de los casos anteriores.
Debemos recordar que en tierra plana el rayo reflejado invierte
su fase 180 en el punto de reflexin.
Teora de la tierra plana
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La mayora de los trayectos en las frecuencias de trabajo,
tienen despejes menores a 0,6F, por lo que:
A tp = 10log [h1xh2 x (1,028 x 10-6)]2 x 2,689
Donde:h1 y h2 = altura efectiva de las antenas (mts.)
d = distancia del trayecto en Km.
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El nomograma es valido siempre que la atenuacin resultante
sea mayor que la obtenida por espacio l ibre.
Las alturas de las antenas debern ser las efectivas.
Para obtenerlas, se deber construir un diagrama geomtricotal como el de la figura.
1.- Se marcan las alturas realesAF y BG.
2.- Se traza la tangente CD sobre la tierra
lisa.
3.- Se obtiene los tringulosACE y BDE.
4.- Se debe cumplir que AC / BD = CE / ED
5.- Las alturas efectivas sernAC y BD
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Obtenida la atenuacion por tierra plana, debemos agregar
la atenuacin debida a las obstrucciones.
Esta adicin la haremos, considerando los obstaculos en
total como un obstruccion simple equivalente.
El grfico siguiente permite efectuar este clculo.
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Balance del trayecto
(G + P) = PT + GT + GR - AA + AC - Att - DesvDonde:
PT = Potencia del transmisor = 10 log. W (dBW)
GT = Ganancia de la antena transmisora (dB) respecto al dipolo de 1/2
GR = Ganancia de la antena transmisora (dB)
AA =Atenuacin del alimentador (dB) = Att. X mt x cantidad de metros
AC =Atenuacin de conectores y accesorios (dB)
Att =Atenuacin del trayecto (dB)
Desv = Desvanecimiento (dB)
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Por lo tanto:
(G + P) = Seal recibida en dB en bornes receptor ( dBV / m ) Esto equivale a una tensin en bornes del receptor de:
V (V ) = ZA [ anti log (dBW / 10) ] La curva de silenciamiento del receptor nos dar la relacin
seal a ruido de baja frecuencia en funcin de V (V )