Comunicación por Microondas

Radioenlace:Un radioenlace terrestre o microondas terrestre 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 analógica (convencionalmente en FM) o digital.Las microondas son ondas electromagnéticas cuyas frecuencias se encuentran dentro del espectro de las super altas frecuencias, SHF.

Rango de FrecuenciasLas principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 12 GHz, 18 y 23 GHz, las cuales son capaces de conectar dos localidades entre 2 y 15 Km de distancia una de la otra. El equipo de microondas que opera entre 2 y 6 GHz puede transmitir a distancias entre 30 y 50 Km.

Modulación en MicroondasEn una primera etapa, se modula en FM una portadora de baja frecuencia, por ejemplo 70 MHz. En una segunda etapa, esta portadora modulada es mezclada con la portadora principal en frecuencia de GHz, por ejemplo 10 GHz.Un filtro de frecuencias deja pasar la frecuencia suma, 10070 MHz con sus bandas laterales de 3 MHz y por lo tanto la banda pasante será de 10067 a 10073 MHz que es la señal final de microondas.En el receptor se hace la mezcla de esta señal con el oscilador local de 10 GHz seguido de un filtro que aprovecha la frecuencia de diferencia 70 MHz la cual es amplificada y después detectada por las técnicas usuales en FM.

Estructura General de un Enlace por MicroondasEquipos: Un radioenlace esta constituido por equipos terminales y repetidores intermedios. La función de los repetidores es salvar la falta de visibilidad impuesta por la curvatura terrestre y conseguir así enlaces superiores al horizonte óptico. La distancia entre repetidores se llama vano.

Los repetidores pueden ser:•Activos•Pasivos

En los repetidores pasivos o reflectores.•No hay ganancia•Se limitan a cambiar la dirección del haz radioeléctrico.

Microondas en el Espectromagnético

Antenas de MicroondasLa antena utilizada generalmente en las microondas es la de tipo parabólico. El tamaño típico es de un diámetro de unos 3 metros. La antena es fijada rígidamente, y transmite un haz estrecho que debe estar perfectamente enfocado hacia la antena receptora.Estas antenas de microondas se deben ubicar a una altura considerable sobre el nivel del suelo, con el fin de conseguir mayores separaciones posibles entre ellas y poder superar posibles obstáculos. Si se aprovecha la característica de curvatura de la tierra, por medio de la cual las microondas se desvían o refractan en la atmósfera terrestre.Por ejemplo dos antenas de microondas situadas a una altura de 100 metros pueden separarse una distancia total de 82 Km, esto se da bajo ciertas condiciones, como terreno y topografía. Es por ello que esta distancia puede variar de acuerdo a las condiciones que se manejen.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.La señal de microondas transmitidas es distorsionada y atenuada mientras viaja desde el transmisor hasta el receptor, estas atenuaciones y distorsiones son causadas por una perdida de potencia dependiente a la distancia, reflexión y refracción debido a obstáculos y superficies reflectoras, y a pérdidas atmosféricas.

Reflector Parabólico: se construye de fibra de vidrio o aluminio. El caso de fibra de vidrio se construye con un laminado reforzado con resina poliester; la superficie se metaliza con Zinc.

Eficiencia: en una antena se ve reducida la ganancia por las siguientes causas:• Spill over: la potencia incidente es irradiada en todas las direcciones por el borde de la parábola (rendimiento 90%).• El iluminador tiene un diagrama de emisión que abarca más que la superficie de la antena (rendimiento de 70%).• El iluminador absorbe parte de la energía reflejada en la parábola por que obstruye el camino (rendimiento de 95%).• La rugosidad del reflector produce una diferencia de fase en las ondas reflejadas (rendimiento de 93%).• Se genera una diferencia de fase cuando el iluminador no está exactamente en el foco de la parábola (rend. 98%).• Como el reflector no es un conductor ideal parte de la energía penetra en el material y es absorbida (rendimiento 99%).

El clima y el terreno son los mayores factores a considerar antes de instalar un sistema de microondas. En resumen, en un radioenlace se dan pérdidas por:

Factores que afectan un sistema de microondas

•Espacio libre•Difracción •Reflexión •Refracción •Absorción •Desvanecimientos •Desajustes de ángulos

•Lluvias •Gases y vapores •Difracción por zonas de Fresnel (atenuación por obstáculo) •Desvanecimiento por múltiple trayectoria (formación de ductos)

Radio de la primera zona de Fresnel

R=17.32(x(d-x)/fd)1/2

donde d = distancia entre antenas (en Km)

R= radio de la primera zona de Fresnel en metros.

f= frecuencia en GHz.

Zonas de Fresnel

Cálculo del enlace de Microondas

Transmisor 1

Receptor 1

Splitter Splitter

Tarnsmisor 2

Receptor 2

Potencia de salida (Tx)

Otraspérdidas

Guía de onda

Pérd

idas

por

Pr

opag

ació

n

Gan

de

ant e

na

OtrasPérdidas

Received Power (Rx)

Valor mínimo de Receptor

Margen de deavanecimineto

Gan

de

ant e

na

Pérdidas por Propagación

• Pérdidas de espacio libre (con línea vista)

Lfsl=92.45+20log(f)+20log(d) [dB] donde f = frecuencia (GHz)

d = distancia entre antenas (km)

• Atenuación por vegetación (provisión para ser considerada luego de 5 años de crecimiento de vegetación).L=0.2f 0.3R0.6(dB) f=frecuencia (MHz) profundidad de vegetación en metros (para R<400m)

Aplicaciones de los enlaces de Microondas:•El uso principal de este tipo de transmisión se da en las telecomunicaciones de largas distancias, se presenta como alternativa del cable coaxial o la fibra óptica.•Este sistema necesita menor número de repetidores o amplificadores que el cable coaxial pero necesita que las antenas estén alineadas.•Los principales usos de las microondas terrestres son para la transmisión de televisión y voz.Las principales aplicaciones de un sistema de microondas terrestre son las siguientes:

• Telefonía básica (canales telefónicos)• Datos• Telegrafo/Telex/Facsímile• Canales de Televisión.• Video• Telefonía Celular (entre troncales)• transmisión de televisión y voz.

•Pero a pesar de todo, las microondas terrestres siguen conformando un medio de comunicación muy efectivo para redes metropolitanas para interconectar bancos, mercados, tiendas departa-mentales y radio bases celulares.

Ventajas de los enlaces de Microondas:•Más baratos•Instalación más 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.

Desventajas de los enlaces de Microondas:•Se requiere se frecuencias asignadas por el Gobierno para la explotación de las frecuencias de operación del microondas.•Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces( necesita “Línea Vista”).•Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer.•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.•Ancho de banda limitado en comparación de la fibra óptica.