Ingeniería de Radio Primera Parte
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INGENIERÍA DE RADIO
Ing. Ruddy Valdivia
INGENIERÍA DE RADIO:COMUNICACIONES RURALES
LA NATURALEZA Y LA RADIOTECNIA:-Servicios Finales: Redes de Última Milla-Servicios Portadores: Redes de Transporte
ALGUNOS APUNTES SOBRE SISTEMAS IRRADIANTES
Pt
FUENTE ISOTRÓPICA
Irradia uniformemente en cualquier dirección. Es la fuente de referencia
NOTA: Fuente Omnidireccional
RcV
Rf
THEVENIN : Si Rf = Rc hay máxima transferencia de energía
Tx
Dipolo de media onda
Za = 120 ln(2D/d)
d
D
Línea balanceadaZc
Si Za = ZcMáxima transferencia
FORMACIÓN DEL CAMPO RADIANTE
Si en la fórmula Za = 120 ln(2D/d) se varían D y d en forma proporcional, se mantendrá la impedancia característica de la línea.Recordar que D es la separación entre conductores y d es el díametro delconductor
SIMPLIFICANDO EL DIPOLO
ONDAS ESTACIONARIAS
DIPOLO DELGADO (MÍNIMOANCHO DE BANDA)
FORMACIÓN DEL CAMPO RADIANTEConformación de los elementos radiantes, a partir de la línea infinita
Recordar que existen dos tipos de líneas de transmisión, la balanceada y la desbalanceada, cuyas impedancias características son :
Za = 120 ln(2D/d) para la línea balanceada
y Za = 60ln(2D/d) para la línea desbalanceada (en este casoD es el diámetro del conductor externo y d es el diámetro
del conductor interno
APLICACIONES DEL CAMPO CERCANO
Doble Reflector
Periscopio
APLICACIONES DEL CAMPO CERCANO
PARÁMETROS IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS IRRADIANTES:
DIAGRAMA DE RADIACIÓN: - NO DIRECCIONAL caso de la isotrópica (antena de referencia) NOTA: La Antena Omnidireccional - DIRECCIONAL
Los diagramas de radiaciónPueden ser:-Diagramas de potencia-Diagramas de Intensidad de Campo
PARTES DEL DIAGRAMA DE RADIACIÓN
-LÓBULO PRINCIPAL: Máxima radiación-LÓBULOS SECUNDARIOS: *Lóbulos Laterales *Lóbulo posterior
-Ancho de Haz a -3dB:ángulo entre los puntos de media potencia del lóbulo principal BW-3dB
-Ancho de Haz entre nulos:ángulo del haz principal entre sus nulos BWnulos
-Nivel de Lóbulos Laterales: Hay casos en que se tienen que controlar los lóbulos laterales para evitar interferencias y hay casos en que se requieren contar con niveles de lóbulos secundarios para resolver coberturas
-Relación Frente / Atrás: controla nivel de interferencias
PARÁMETROS IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS IRRADIANTES:
-DIRECTIVIDAD
-GANANCIA
-DIRECTIVIDAD: .Si tanto la fuente no direccional como la fuente direccional se alimentan con la misma fuente, la Directividad D dela antena directiva, se define como la relación de las máximas Intensidadesde Radiación: D=Um/UoDonde Uo es la Intensidad de Radiación de la antena de referencia y Um es la Intensidad de Radiación de la antena directiva en la dirección de máxima radiación.
-GANANCIA:Se define como G=kDDonde k es la eficiencia de la antena y se expresa normalmente referida en dB referidas a la isotrópica, (dBi).Si es referida a potencias GdBi = 10 log GEn la mayor parte de los casos las antenas son de alta eficiencia con k muy cercanas a 1.
Um
Uo
PARÁMETROS IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS IRRADIANTES:
-DIRECTIVIDAD
-GANANCIA
Um
Uo
DIRECTIVIDAD DEL DIPOLO DE /2 SOBRE LA ISOTRÓPICA = 0.13/0.079 =1.64 ó 2.15 dB
GANANCIA DEL DIPOLO DE /2 DADA LA ALTA EFICIENCIA DEL DIPOLO, LA GANANCIA SOBRE LA ISOTRÓPICA ES TAMBIÉN 2.15 dB Y QUE SE ESTILA REPRESENTAR COMO
G /2 = 2.15 dBi
Esto es, 2.15 dB referidos a la isotrópicaNOTA: Cuando se define ganancia referida a potencia
Recordar que se estila tener como referencias, tanto a la isotrópica como al dipolo de media onda, entonces la ganancia en dB, podrá expresarse en dBi o en dBd
PARÁMETROS IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS IRRADIANTES:
-POLARIZACIÓN LINEAL Vertical Horizontal NOTAS: Lineal Copolar, donde Tx y RX utilizan la misma polarización Lineal Ortogonal, donde TX y RX utilizan polarizaciones V y H CIRCULAR LHC RHC
PARÁMETROS IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS IRRADIANTES:
-ANCHO DE BANDA: es la respuesta en frecuencia para un determinado nivel de ROE o VSWR y cuyo valor depende de cada tipo de transmisión
IMPEDANCIA DE UN DIPOLO PARA DIFERENTES DIÁMETROS DE DIPOLO
PARÁMETROS IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS IRRADIANTES:
-ROE o VSWR: Relación de Ondas EstacionariasVSWR no es más que el resultado de la desadaptación de impedancias y por tanto ese desacople produce una reflexión de la onda incidente hacia el punto de origen.
PARÁMETROS IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS IRRADIANTES:
NOTAS ADICIONALES: Como quiera que los elementos de TX y RX son elementos desbalanceados, por lo cual utilizan líneas de transmisión desbalancedas, frente a la mayor parte de antenas que son elementos desbalanceados, es importante mencionar como NOTA, la presencia de dispositivos de conversión como es el BALUN
Ptr
Aef
APERTURAS:
APERTURA EFECTIVA: relacionada con la potencia que se transfiere a la carga ANTENA ISOTRÓPICA :
ANTENA DIPOLO /2 :
APERTURA DE DISPERSIÓN: relacionada con la potencia que se reirradia
APERTURA DE PÈRDIDAS: relacionada con la potencia que se consume en calor
PARÁMETROS IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS IRRADIANTES:
Zt ZtV
Za = Zr + Zp
AntenaDipolo
OndaIncidente
NOTA ESPECIAL SOBRE APERTURA DE DISPERSIÓN: relacionada con la potencia quese reirradia
Efectos de cuando Zt = 0 vale decir, corto circuito
PARÁMETROS IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS IRRADIANTES:
Zt ZtV
Za = Zr + Zp
AntenaDipolo
OndaIncidente
ARREGLO DE ANTENAS: CASO DE DOS ANTENAS ISOTRÓPICAS UOMNIDIRECCIONALES EN UN PLANO
E=cos(/2)
=drcos+
dr=2d/
d
d=/2=0
d=/2=
ARREGLO DE ANTENAS: CASO DE DOS ANTENAS DIRECTIVAS IGUALES:Principio de la multiplicación de Patrones de Radiación
E=f()cos(/2)
=drcos+
dr=2d/
fdiagrama de radiación fuente directiva
d
X ===
Arreglo de dos Diagrama de Resultado de laFuentes isotró- Radiación de multiplicaciónpicas iguales la fuente direc- de diagramas. cional(dipolo)
Ejemplo:Arreglo de dos dipolos:
ARREGLO DE ANTENAS: CASO DE “n”ANTENAS DIRECTIVAS IGUALES:Patrón de Radiación Universal para n fuentes isotrópicas de igual amplitud y
espaciamiento
DIAGRAMAS HORIZONTALES
DIAGRAMAS
VERTICALES
ALGUNOS APUNTES SOBRE RADIOPROPAGACIÓN
Pt
rAer
Si referimos todo a milivatios, esto es 1 mW = 0 dBm y se expresa la fórmula en dB:
Pr(dBm)=Pt(dBm)-Ao(dB)
Ao=32.43+20log(dKm)+20log(fMHz)
Donde Ao es la pérdida en el espacio libre.
Si las antenas son directivas con ganancia Gt y Gr, entonces:
Pr(dBm) = Pt(dBm) – Ao(dB) +Gt(dBi) +Gr(dBi)
FÓRMULA DE FRIIS EN EL ESPACIO LIBRE
Pr = (Pt/4r2)Aer , donde Aer : área efectiva de la antena de recepción
Pero Pt= Ptx x Gtx Entonces si ambas antenas son isotrópicas:
Pr = Ptx x (1/r22)
Pt
rAef
Pr(dBm)=Pt(dBm)-Ao(dB)
Ao=32.43+20log(dKm)+20log(fMHz)
Ao=92.43+20log(dkm)+20log(fGHz)
F1
d1 d2
F1 = 548 (d1 x d2)/(f x d)
Donde:F1:radio de la primera zona de Fresnel en metrosd: distancia total del trayecto en Kmd1 y d2: distancias de cada extremo al punto de cálculo en metrosf: Frecuencia en MHz
h = 0.0785d1d2/k
Donde:h es la altura de la curvatura (en metros)d1 y d2 son las distancias al punto de medición (en Km)K factor de corrección del radio de la tierra
h = (d1d2)/17 para k=4/3
450 MHz
Pt
rAef
Pr(dBm)=Pt(dBm)-Ao(dB)-Ad(dB)
Ao=32.43+20log(dKm)+20log(fMHz)
EFECTOS DE LA TROPÓSFERA EN LOS CÁLCULOS DE ENLACE
Pt
rAef
Pr(dBm)=Pt(dBm)-Ao(dB)-Ad(dB)-Aad(dB)
Ao=32.43+20log(dKm)+20log(fMHz)
Pt
rAef
-Antena Isotrópica
-Antena Directiva
-Directividad
-Ganancia
Pr(dBm)=Pt(dBm)-Ao(dB)-Ad(dB)-Aad(dB)+Gt+Gr
Pt
rAef
Pr(dBm)=Pt(dBm)-Ao-Ad-Aad+Gt+Gr
ANTENAS MUY DIRECTIVAS
ANTENAS POCO DIRECTIVAS
0 dB 1
0 dB 1
G(dB) = 10 log(G)
9 dB 8
6 dB 4
3 dB 2
0 dB 1
0 dB 1
-3 dB 0.5
-6 dB 0.25
-9 dB 0.125
G(dB) = 10 log(G)
10 dB 10
9 dB 8
7 dB 5
6 dB 4
4 dB 2.5
3 dB 2
1 dB 1.25
0 dB 1
0 dB 1
-2 dB 0.625
-3 dB 0.5
-5 dB 0.3125
-6 dB 0.25
-8 dB 0.15625
-9 dB 0.125
G(dB) = 10 log(G)
10 dB 10
9 dB 8
8 dB 6.4
7 dB 5
6 dB 4
5 dB 3.2
4 dB 2.5
3 dB 2
2 dB 1.6
1 dB 1.25
0 dB 1
0 dB 1
-1 dB 0.8
-2 dB 0.625
-3 dB 0.5
-4 dB 0.4
-5 dB 0.3125
-6 dB 0.25
-7 dB 0.2
-8 dB 0.15625
-9 dB 0.125
-10 dB 0.1
G(dB) = 10 log(G)
PROPAGACIÓN POR ONDA DE ESPACIO
PROPAGACIÓN POR ONDADE SUPERFICIE O DE TIERRA
PROPAGACIÓN POR ONDAIONOSFÉRICA
PROPAGACIÓN POR ONDADE SUPERFICIE
MONOPOLO DE CUARTO DE ONDA
TXAM
Distribución deCorriente
PROPAGACIÓN POR ONDAS IONOSFÉRICAS
ENLACES TERRESTRES
Tupicocha
Incli: -15.05°
Azith:153.5°
San Cosme
Incli: -3.725°
Azith:135.9°
Cullpe
Incli: -4.764°
Azith:132.9°
Samaltambo
Incli: -2.326°
Azith:137.6°
Lahuaytambo
Incli: -2.583°
Azith:141.3°
Canlle
Incli: -3.839°
Azith:146°
Escomarca
Incli: -1°
Azith:148°
QUEÑIHUA
LEYENDA
Repetidora
Localidad con
Línea de Vista
Localidad sin
Línea de Vista
Queñihua
Y CON LA ESPERANZA DE QUE ANOCHE, DESPUES DEL CURSO DE DANZA SIN HABERSE CALENTADO MUCHO, HAYAN MEDITADO…