Comunicaciones en la Banda VHF y UHFTEMA IVPARTE I

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA ANTONIO JOS DE SUCREVICE-RECTORADO PUERTO ORDAZDepartamento de Ingeniera Electrnica

RANGOS DE FRECUENCIASLos rangos de frecuencia de las bandas de VHF y UHF, son:

BandaFrecuencia inferiorFrecuencia superiorVHF30 MHz300 MHzUHF300 MHz3000 MHz

Las longitudes de ondas correspondientes son:RANGOS DE FRECUENCIAS

BandaLongitud de onda inferiorLongitud de onda superiorVHFUHF

PROPAGACIN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA PLANA Cuando las antenas trasmisoras y receptoras estn ubicadas a corta distancia entre ambas, se puede, con garanta, ignorar el efecto de la curvatura de la Tierra y considerar que las ondas de radio se propagan a lo largo de una superficie plana conductora imperfecta.

En la prctica los trasmisores emplazados en la Tierra usan antenas elevadas que trasmiten en el intervalo de onda corta y ultra corta, siendo tpico este uso en el trasmisor de televisin, los trasmisores de VHF, FM, etc.TVRadio FMCom. privadasPROPAGACIN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA PLANA

Problemas de la esfericidad de la TierraSe presentan tres casosIntervalo de visibilidad directaRadiopropagacin de visibilidad directa sobre colinasRadiopropagacin sobre filos de cuchillos

EFECTO DE LA PROPAGACIN DE LAS ONDAS TROPOSFRICAS La troposfera es la capa de la atmsfera que ms afecta las trasmisiones de televisin. Sus caractersticas fsicas influyen notablemente sobre las ondas de radio.

Entre estas caractersticas tenemos el ndice de refraccin, el cual vara con la altura y que es el responsable ms directo de la curvatura que experimenta la onda trasmitida, dando lugar a diferentes tipos de refraccin troposfricas.

La troposfera causa un efecto de curvatura en el rayo, el cual es ms acentuado en las trasmisiones de VHF y UHF, las ondas de radio que se propagan segn un ngulo de elevacin pequeo viajaran formando arcos cuyos radios sern iguales adondeEFECTO DE LA PROPAGACIN DE LAS ONDAS TROPOSFRICAS

Debe notarse que las ondas de VHF y UHF experimentan una refraccin mayor en la troposfera estndar que los rayos con frecuencias pticas. Esto se debe a que las molculas de agua que poseen un momento dipolo permanente y una masa finita, no pueden seguir fluctuaciones de frecuencia tan elevadas...

... pero si pueden reaccionar positivamente a las perturbaciones de frecuencias del tipo VHF y UHF, participar activamente en el movimiento oscilatorio y contribuir a los cambios del ndice de refraccin.EFECTO DE LA PROPAGACIN DE LAS ONDAS TROPOSFRICAS

Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como:

aumento del radio efectivo de la Tierra (ya que como vimos, las ondas se propagan produciendo un efecto de aumento del radio de la Tierra)

Los casos en que la trayectoria de las ondas electromagnticas alcanzan distancias muy superiores a las previstas tericamente.EFECTO DE LA PROPAGACIN DE LAS ONDAS TROPOSFRICAS

Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como: (cont.)La existencia de la sper refraccin, que es una de las formas de refraccin troposfrica, en la cual por condiciones especificas y de carcter aleatorio, en dependencia de las condiciones meteorolgicas, se forma lo que es conocido como ductos troposfricos.

Los ductos producen una serie de reflexiones sucesivas en la superficie terrestre que se extiende hasta distancias bastante grandes.EFECTO DE LA PROPAGACIN DE LAS ONDAS TROPOSFRICAS

La condicin para que una onda electromagntica se propague dentro de un ducto es que su longitud de onda no exceda a una critica, conocida como de corte. Para la mayora de los casos, la siguiente expresin nos da el valor de esta crtica:donde ho es la altura del ducto.EFECTO DE LA PROPAGACIN DE LAS ONDAS TROPOSFRICAS

Valores de longitud de onda crticos para algunos ductosEFECTO DE LA PROPAGACIN DE LAS ONDAS TROPOSFRICAS

Ho(m)624120600c(m)0.010.1110

ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA La atenuacin en la troposfera se debe a cuatro factores:

La absorcin por partculas suspendidas, lluvia, nieve, niebla, etc.Absorcin por molculas.Dispersin por molculas y sus colisiones.Absorcin por slidos.

Las experiencias practicas han verificado que las ondas ms largas que 10 cm. no experimentan atenuacin apreciable en la troposfera. Sin embargo, las ondas ms cortas s sufren atenuaciones las que pueden ser considerables.AtenuacinAtenuacinATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA

La expresin para el campo es:donde es la prdida por unidad de longitud; y L, la longitud del rea lluviosa. ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA

SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESMOVIL TERRESTREEs un sistema de radiocomunicaciones en el cual las estaciones (transmisoras y receptoras) estn en movimiento permanente y eventual.

El servicio mvil terrestre est compuesto en lo fundamental por una estacin base a la cual est asociado un grupo de estaciones mviles. La estacin base puede servir a diferentes estaciones mviles o sistemas mviles que trabajan a diferentes frecuencias cada uno para servir a un solo sistema. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESMOVIL TERRESTRE

Clasificacin de los sistemas de radiocomunicaciones mviles terrestresSegn sea la forma en que operen los sistemas de radiocomunicaciones mviles, se pueden caracterizar los siguientes modos de explotacin de frecuencias:

Sistemas simplex de una y de dos frecuencias Sistemas base duplex de dos frecuencias Sistemas duplex de dos frecuencias.

Sistema simplex de una sola frecuenciaEn estos sistemas, tanto la estacin base como la mvil, transmiten a una frecuencia comn.

Cada estacin debe tomar su turno para hablar mediante el uso del procedimiento push to talk (pulse para hablar).

Se transmite y recibe en frecuencias diferentes. Ambas estaciones, base y mvil, operan en rgimen push-to-talk. Los sistemas mviles pueden operar en zonas, ubicando una estacin base en el centro de cada zona que se debe cubrir. f1f2Sistema simplex de dos frecuencias

Sistema Base Duplex de dos frecuenciasLas estaciones bases se disean de tal forma que se pueda trasmitir con una frecuencia y recibir con otra simultneamente, mientras que el mvil opera en el modo simplex de dos frecuencias en rgimen push-to-talk. f2f1

Sistema Duplex de dos frecuenciasEn estos sistemas, ambas estaciones, base y mvil, pueden trasmitir a una frecuencia y recibir simultneamente a otra. El diseo de la estacin base en este caso es similar al de base duplex, pero la estacin mvil debe ser equipada con una segunda antena o filtros necesarios entre el trasmisor y receptor, para evitar la interferencia. f2f1

BANDAS DE FRECUENCIAS El CCIR recomienda para los sistemas de comunicaciones mviles la utilizacin de cinco bandas de frecuencias que son las que se muestran en la tabla siguiente:f2

BandasFrecuencias (MHz)I30 50II50 100III150 250IV450 500V500 - 1000

SEPARACION ENTRE CANALESEl ancho de banda nominal de transmisin, Bn es:

siendo:M: la frecuencia mxima de modulacin. Para un caso medio de telefona comercial M = 3 kHz.D: la mitad de la diferencia entre los valores mximos y mnimos de la frecuencia instantnea.K: el factor numrico que vara segn la emisin y depende de la distorsin admisible de la seal. Normalmente K = 1.

En nuestro caso hemos adoptado la canalizacin de 25 kHz para la cual se tiene que M=3 kHz, D=5 kHz y K=1, obtenindose as un ancho de banda nominal, Bn=16 kHz lo que permite un ancho de banda de guarda de 9 kHz.SEPARACION ENTRE CANALES

APLICACIONES DE LAS BANDAS VHF Y UHFEntre las aplicaciones ms comunes tenemos: Sistemas de televisin de banda VHF Sistemas de televisin de banda UHF Sistemas de radio troncalizado Sistemas de radio de comunicaciones privadas de VHF y UHF Sistemas de telefona mvil celular Sistemas de radio control de VHF Sistemas de ayudas para radio navegacin Banda martima y area.

ZONAS DE FRESNELLZonas de Fresnel: Retome los aspectos relativos a las zonas de Fresnel estudiados en el tema 1.

CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL

La frmula genrica de clculo de las zonas de Fresnel es:Donde:rn es el radio de la ensima zona de Fresnel [m].d1 es la distancia desde el transmisor al objeto en [Km].d2 es la distancia desde el objeto al receptor en [Km].d es la distancia total del enlace en [Km].f es la frecuencia en [MHz].ZONAS DE FRESNELL

FIN DEL TEMA 4Gracias

Intervalo de Visibilidad DirectaLa cuestin crucial del estudio de la propagacin en la Tierra real consiste en determinar si las antenas trasmisoras y receptoras estn dentro del intervalo de visibilidad directa entre s.Es deseable que las dos antenas se veanuna a la otra. Este es un termino que no debe tratarse literalmente. l indica que no debe haber obstaculo entre la antena transmisora y la receptora.

Caso 1: Si una de las antenas, (la cual la podemos denominar A) est elevada y la otra (llamada B), se encuentra en la Tierra, como se muestra en la figura.El problema se reduce a encontrar la distancia hasta el horizonte visible. Si se establece un radio terrestre de 6,37xl06 km, a partir del tringulo OAC tenemos que:La distancia del intervalo de visibilidad directa la representa el segmento ACIntervalo de Visibilidad Directa

Considerando el triangulo AOB, se tiene:Donde r es el radio terrestre en kilometro (6371 km), h la altura de la entena en kilometro.PROPAGACIN DE ONDASOndas Espaciales y radio horizonte

PROPAGACIN DE ONDASOndas Espaciales y radio horizonted= distancia a radio horizonte (km)h = a la altura de la antena sobre el nivel del mar (km)Clculo de la distancia de radio horizonte (una antena):

Caso 2: La propagacin de ondas terrestres con antenas elevadas (trasmisor y receptor) se muestra en la figura. La intensidad de campo total ser la suma del rayo directo AB y el reflejado AOB debido a que se considera la tierra plana.Intervalo de Visibilidad Directa

PROPAGACIN DE ONDASOndas Espaciales y radio horizonteClculo de la distancia de radio horizonte (dos antenas):d= distancia a radio horizonte (km)h = a la altura de la antena sobre el nivel del mar (km)

Radiopropagacin de visibilidad directa sobre colinas.Es frecuente encontrar elevaciones en la trayectoria de propagacin.

En tales casos las ondas viajarn en presencia de obstculos, aunque las antenas transmisoras y receptoras estn dentro del intervalo de visibilidad directa.

La cuestin radica en que las dimensiones del obstculo son una funcin de la longitud de onda .

Por tanto, un terreno puede ser considerado plano para las ondas OL (ondas largas) y OM (ondas medias), mientras que esta consideracin puede cesar para las ultracortas, cuando los obstculos presentan dimensiones considerables, como se muestra en la figura a continuacin. Radiopropagacin de visibilidad directa sobre colinas.

Las ondas parten de la antena en A y llegan a la antena en B pero por trayectos diferentes.Radiopropagacin de visibilidad directa sobre colinas.

A primera vista puede parecer que las ondas de radio se propagan sobre las colinas de la misma forma que en un terreno plano, exceptuando que en vez de un solo rayo, llegarn ahora ms.

Esto no es as, porque el rayo reflejado se forma dentro de la primera zona de Fresnell y no en un punto geomtrico, y en la mayora de los casos las cimas de las colinas son mucho ms pequeas, en tamao, que la primera zona de Fresnell.Radiopropagacin de visibilidad directa sobre colinas.

Radiopropagacin sobre filos de cuchilloLos filos de Cuchillo, son obstculos puntiagudos y opacos, en la trayectoria de propagacin. Este filo idealizado, desprovisto de toda propiedad elctrica, permite el clculo del campo difractado por un mtodo ampliamente conocido de la ptica fsica.Estacin AEstacin BFilos de CuchilloPatrn de radiacin

CASO 1:En el caso de la figura a, el obstculo no corta el rayo directo y solo emerge parcialmente dentro del volumen significativo. No se obstruye el paso del rayoSe analizarn dos casos de radiopropagacin sobre filos de cuchillos. Radiopropagacin sobre filos de cuchillo

CASO 2: En el caso de la figura b el filo corta el rayo directo AB. En este caso el filo de cuchillo obstruye el paso del frente de onda.Radiopropagacin sobre filos de cuchillo

La atenuacin se puede determinar haciendo uso de la teora de la difraccin ptica, con lo cual la atenuacin se expresa por:En la expresin anterior, C(V) y S(V) son las integrales de Fresnell, donde:donde b es el radio de la primera zona de Fresnell en el obstculo; y H, la altura del obstculo.Radiopropagacin sobre filos de cuchillo

El grfico de la funcin F (V) se muestra en la figura Radiopropagacin sobre filos de cuchillo

Contribucin de trayectorias para filos de cuchillo: La figura muestra que el campo en el punto B se debe a la combinacin de cuatro rayos, cada uno de los cuales ha sufrido difraccin en el filo de cuchillo. En esta figura los rayos se denominan AMB, AMB, AMB y AMB.Radiopropagacin sobre filos de cuchillo

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