ser radioenlaces capitulo 9

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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Ing. Francisco Ruffa

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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 )

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