Microondas terrestres

Microondas Terrestres Telecomunicaciones III

UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS

Y MATEMÁTICAS

MICROONDAS TERRESTRES

ESCUELA : INGENIERIA ELECTRÓNICA

CURSO: TELECOMUNICACIONES III

PROFESOR: ING. LUIS MOSTACERO ARRAGUI

INTEGRANTES: DIAZ DELGADO MANUELMANAYAY RAMIREZ CRISTIAN

Lambayeque 10 de Mayo del 2013

1 ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA


1. Introducción:

Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias determinado; generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns a 3 ps y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm. Otras definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050 y IEEE 100 sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 1 cm a 100 micrómetros

El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las UHF (ultra-high frequency, frecuencia) (0.3 – 3 GHz), SHF (super-high frequency) (3 – 30 GHz) y EHF (extremely high frequency) (30 – 300 GHz). Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas de menor frecuencia y mayor longitud de onda que las microondas. Las microondas de mayor frecuencia y menor longitud de onda en el orden de milímetros— se denominan ondas milimétricas, radiación terahercio o rayos T.

La existencia de ondas electromagnéticas, de las cuales las microondas forman parte del espectro de alta frecuencia, fueron predichas por Maxwell en 1864 a partir de sus famosas Ecuaciones de Maxwell. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz fue el primero en demostrar la existencia de ondas electromagnéticas mediante la construcción de un aparato para producir ondas de radio.



2. Microondas Terrestres:

Los sistemas de microondas terrestres han abierto una puerta a los problemas de transmisión de datos, sin importar cuales sean, aunque sus aplicaciones no estén restringidas a este campo solamente. Las microondas están definidas como un tipo de onda electromagnética situada en el intervalo del milímetro al metro y cuya propagación puede efectuarse por el interior de tubos metálicos. Es en si una onda de corta longitud.

Tiene como características que su ancho de banda varía entre 300 a 3.000 MHz, aunque con algunos canales de banda superior, entre 3´5 GHz y 26 GHz. Es usado como enlace entre una empresa y un centro que funcione como centro de conmutación del operador, o como un enlace entre redes LAN.

Para la comunicación de microondas terrestres se deben usar antenas parabólicas, las cuales deben estar alineadas o tener visión directa entre ellas, además entre mayor sea la altura mayor el alcance, sus problemas se dan perdidas de datos por atenuación e interferencias, y es muy sensible a las malas condiciones atmosféricas.

Las licencias para operar enlaces de microondas pueden resultar un poco difíciles ya que las autoridades deben de asegurarse que ambos enlaces no causen interferencia a los enlaces ya existentes.

El clima y el terreno son los mayores factores a considerar antes de instalar un sistema de microondas. Como por ejemplo, no se recomienda instalar sistemas en lugares donde no llueva mucho; en este caso deben usarse radios con frecuencias bajas. Las consideraciones en terreno incluyen la ausencia de montañas o grandes cuerpos de agua las cuales pueden ocasionar reflexiones de multi-trayectorias.



3. Transmisión de Microondas Terrestres:

Las microondas terrestres no siguen la curvatura de la tierra y por tanto necesitan equipo de transmisión y recepción por visión directa. La distancia que se puede cubrir con una señal por visión directa depende principalmente de la altura de la antena: cuantas más altas sean las antenas, más larga es la distancia que se puede ver. La altura permite que la señal viaje más lejos sin ser interferida por la curvatura del planeta y eleva la señal por encima de muchos obstáculos de la superficie, como colinas bajas y edificios altos que de otra forma bloquearían la transmisión. Habitualmente, las antenas se montan sobre torres que a su vez están construidas sobre colinas o montañas.

Un sistema en el que se utilizan localmente las microondas constará fundamentalmente de un generador y de un medio de transmisión de la onda hasta la carga; en caso contrario, tendremos necesidad de un sistema emisor y otro receptor, estando el emisor compuesto por los elementos anteriormente citados, donde la carga será una antena emisora, mientras que el receptor será otra antena, medio de transmisión y detector adecuado.

Además de estos elementos existirán otras componentes como pueden ser atenuadores, desfasadores, frecuencímetros, medidores de onda estacionaria, etc.

La guía de onda es esencia una tubería metálica, a través de la cual se propaga el campo electromagnético sin prácticamente atenuación, dependiendo esta del material de que la misma esté fabricada; así, a una frecuencia determinada, y para una geometría concreta, la atenuación será tanto menor cuanto mejor conductor sea el material.

Zonas Fresnel:

Se llama zona de Fresnel al volumen de espacio entre el emisor de una onda -electromagnética, acústica, etc.- y un receptor, de modo que el desfase de las ondas en dicho volumen no supere los 180º.

Así, la fase mínima se produce para el rayo que une en línea recta al emisor y el receptor. Tomando su valor de fase como cero, la primera zona de Fresnel abarca hasta que la fase llegue



a 180º, adoptando la forma de un elipsoide de revolución. La segunda zona abarca hasta un desfase de 360º, y es un segundo elipsoide que contiene al primero. Del mismo modo se obtienen las zonas superiores. La obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el 40% de la primera zona de Fresnel.

La obstrucción máxima recomendada es el 20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del factor K (curvatura de la tierra) considerando que para un K=4/3 la primera zona de fresnel debe estar despejada al 100% mientras que para un estudio con K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la primera zona de Fresnel.

Para establecer las zonas de Fresnel, primero debemos determinar la línea de vista de RF, que de forma simple, es la línea recta que une los focos de las antenas transmisora y receptora.

La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel es:

Dónde:

rn = radio de la enésima zona de Fresnel en metros (n=1,2,3...).

d1 = distancia desde el transmisor al objeto en metros. d2 = distancia desde el objeto al receptor en metros. λ = longitud de onda de la señal transmitida en metros.

Aplicando la fórmula se obtiene del radio de la primera zona de Fresnel (r1 de la fórmula superior), conocida la distancia entre dos antenas y la frecuencia en la cual transmiten la señal, suponiendo al objeto situado en el punto central. En unidades del SI:

Dónde:



r1 = radio en metros (m). D = distancia en kilómetros (km) (d1 = d2, D = d1 + d2). f = frecuencia de la transmisión en gigahercios (GHz) (

)

Enlaces Punto a Punto:

Los enlaces punto a punto juegan un papel muy importante en las telecomunicaciones. Constituyen una manera de comunicar dos puntos a diferentes distancias; así los enlaces punto a punto se han convertido en un medio de comunicación muy efectivo en redes metropolitanas para interconectar puntos como bancos, mercados, tiendas departamentales, radio bases celulares, etc., sobre distancias moderadas y a través de obstáculos como autopistas, edificios, ríos, etc.

En un radioenlace se dan pérdidas por:

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)

4. Antenas de Microondas:

Una antena es un dispositivo (conductor metálico) diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.

Características de las antenas:

Una antena es un dispositivo hecho para transmitir (radiar) y recibir ondas de radio (electromagnéticas). Existen varias características importantes de una antena que deben de ser consideradas al momento de elegir una específica para su aplicación:

a. Patrón de radiación:

El patrón de radiación de una antena se puede representar como una gráfica tridimensional de la energía radiada vista desde fuera de esta. Los patrones de radiación usualmente se representan de dos formas, el patrón de elevación y el patrón de azimuth. El patrón de elevación es una gráfica de la energía radiada por la antena vista de perfil. El patrón de azimuth es una gráfica de la energía radiada vista directamente desde arriba. Al combinar ambas gráficas se tiene una representación tridimensional de cómo es realmente radiada la energía desde la antena.

b. Ganancia:

La ganancia de una antena es la relación entre la potencia que entra en una antena y la potencia que sale de esta. Esta ganancia es comúnmente referida en dB, y se refiere a la comparación de cuanta energía sale de la antena en cuestión, comparada con la que saldría de una antena isotrópica. Una antena isotrópica es aquella que cuenta con un patrón de radiación esférico perfecto y una ganancia lineal unitaria.

c. Directividad:



La directividad de la antena es una medida de la concentración de la potencia radiada en una dirección particular. Se puede entender también como la habilidad de la antena para direccionar la energía radiada en una dirección especifica. Es usualmente una relación de intensidad de radiación en una dirección particular en comparación a la intensidad promedio isotrópica.

d. Polarización:

Es la orientación de las ondas electromagnéticas al salir de la antena. Hay dos tipos básicos de polarización que aplican a las antenas, como son: Lineal (incluye vertical, horizontal y oblicua) y circular (que incluye circular derecha, circular izquierda, elíptica derecha, y elíptica izquierda). No olvide que tomar en cuenta la polaridad de la antena es muy importante si se quiere obtener el máximo rendimiento de esta. La antena transmisora debe de tener la misma polaridad de la antena receptora para máximo rendimiento.

Las señales de microondas se propagan en una dirección concreta, lo que significa que hacen falta dos frecuencias para una comunicación en dos sentidos, como por ejemplo una conversación telefónica. Una frecuencia se reserva para la transmisión por microondas en una dirección y la otra para la transmisión en otra. Cada frecuencia necesita su propio transmisor y receptor. Actualmente ambas partes del equipo se combinan habitualmente en un equipo denominado transceptor, lo que permite usar una única antena para dar servicio a ambas frecuencias y funciones.

Repetidoras: Para incrementar la distancia útil de las microondas terrestres, se puede instalar un sistema de repetidores con cada antena. La señal recibida por una antena se puede convertir de nuevo en forma transmisible y entregarla a la antena siguiente. La distancia mínima entre el repetidor varia con la frecuencia de la señal y el entorno en el cual se encuentran las antenas. Un repetidor puede radiar la señal regenerada a la frecuencia original o con una nueva frecuencia, dependiendo del sistema. Las microondas terrestres con repetidores constituyen la base de la mayoría de los sistemas de telefonía contemporánea alrededor del mundo.



Antenas: Para las comunicaciones con microondas terrestres se usan dos tipos de antenas: Parabólicas y de Cornete.

Una antena parabólica se basa en la geometría de una parábola: cada línea paralela a la línea de simetría (línea de vista) refleja la curvatura en ángulos tales que inciden en un punto común denominado foco. El plato parabólico funciona como embudo, capturando un amplio rango de ondas y dirigiéndolas a un punto común. De esta forma, se recupera más señal de lo que sería posible con un receptor de punto único.Las transmisiones de salida se radian a través de un cornete apuntado al disco. Las microondas golpean el disco y son deflexionadas hacia afuera en sentido contrario al camino de recepción.

Una antena cornete se parece a una cuchara gigante. Las transmisiones de salida son radiadas hacia arriba de un mástil (que se parece a un mango) y deflexionadas hacia afuera en una serie de estrechos haces paralelos mediante la cabeza curvada. Las transmisiones recibidas son recolectadas por la forma de cuchara del cornete, de forma similar a la antena parabólica, y son deflexionadas mástil abajo.



5. Ventajas y Desventajas:

Ventajas:

•Transferencia de información a altas velocidades (Kbps, Mbps) •Ideal para comunicaciones en puntos distantes y no fácilmente accesibles geográficamente. •Ideal en servicios de acceso múltiple a un gran número de puntos. •Permite establecer la comunicación entre dos usuarios distantes con la posibilidad de evitar las redes públicas telefónicas.

Desventajas:

•1/4 de segundo de tiempo de propagación. (Retardo) •Sensibilidad a efectos atmosféricos •Sensibles a eclipses •Falla del satélite (no es muy común) •Requieren transmitir a mucha potencia •Posibilidad de interrupción por cuestiones de estrategia militar.



6. Aplicaciones de Microondas Terrestres:

Las microondas son ondas electromagnéticas de frecuencias muy altas que abarcan una amplísima zona del espectro radioeléctrico (entre 1 y 300 GHz). Sus principales aplicaciones son la telefonía, la televisión y el enlace entre redes informáticas, por vía terrestre.

1. Comunicaciones terrestres. Estas comunicaciones se realizan directamente, es decir, las ondas siguen una trayectoria recta ya que tienen poca capacidad para reflejarse y traspasar obstáculos. Además, se atenúan por la acción de fenómenos meteorológicos como la lluvia, la nieve, etc., y son absorbidas por la atmósfera, por lo que solo se transmiten a unas decenas de kilómetros. Para distancias mayores es preciso situar estaciones repetidoras, con antenas y equipos que amplifican y retransmiten las señales hasta que llegan a su destino.

2. Transmisiones de larga distancia.Se utilizan antenas direccionales de plato parabólico, por lo que deben tener una alineación muy precisa y estar situadas en espacios abiertos o a gran altura. Son fundamentalmente de imagen y sonido

3. Transmisiones de pequeña distancia.Se utilizan antenas tanto omnidireccionales como direccionales, dependiendo de la aplicación: telefonía móvil, enlace entre edificios cercanos para circuitos cerrados de televisión o interconexión de pequeñas redes locales informáticas con nodos de grandes redes.



7. Bibliografía:

http://bryn91.blogspot.com/ http://luiscalvomicroondasii.blogspot.com/2012/12/

antenas.html http://es.wikipedia.org/wiki/Microondas http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/

recursos/r80314.PDF


http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r80314.PDF

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http://es.wikipedia.org/wiki/Microondas

http://luiscalvomicroondasii.blogspot.com/2012/12/antenas.html

http://luiscalvomicroondasii.blogspot.com/2012/12/antenas.html

http://bryn91.blogspot.com/

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