FACTIBILIDAD Y EVALUACIN DE PROYECTOS
DISEO, CLCULO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE
SINCRONIZACIN EN ANTENAS DIRECCIONALES DE ACCESO A DATOS DE
INTERNET PARA LA EMPRESA ETB (EMPRESA DE TELECOMUNICACIONES
DE BGOTA) SECCIONAL CCUTA, NORTE DE SANTANDER
ANTEPROYECTO
GRUPO N 4
JENIFFER YEISMAR CALDERN DUARTE
CD. 1160060
DIEGO CAMILO TAMI LPEZ
CD. 1160063
JONATHAN ALEXIS CORZO MANTILLA
CD. 1160064
MARA VICTORIA AFRICANO CONTRERAS
CD. 1160073
PRESENTADO A:
ING. ARISTBULO SIERRA ROJAS
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERA
DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA
INGENIERA ELECTRNICA
SAN JOS DE CCUTA
NOVIEMBRE 11 DE 2010
2
INFORMACIN GENERAL DEL PROYECTO (FICHA TCNICA)
DISEO, CLCULO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE SINCRONIZACIN EN
ANTENAS DIRECCIONALES DE ACCESO A DATOS DE INTERNET PARA LA
EMPRESA ETB (EMPRESA DE TELECOMUNICACIONES DE BGOTA) SECCIONAL
CCUTA, NORTE DE SANTANDER.
Investigadores Principales: Jeniffer Caldern Duarte. Cdigo: 1160060, Diego Tami
Lpez. Cdigo: 1160063 Jonathan Corzo Mantilla. Cdigo: 1160064, Mara V. Africano
Cdigo: 1160073.
Total Investigadores: 4
Nombre del Grupo de Investigacin: Grupo 4
Lnea de Investigacin: Comunicaciones
Representante Legal: Hctor Miguel Parra Lpez
Nombre de la Entidad: Universidad Francisco de Paula Santander
Tipo de Entidad: Educacin Superior Pblica Departamental
Empresa: UFPS
Direccin: Avenida Gran Colombia N 12E-96 Barrio Colsag
Telfono: 5776655 / 5753515
Fax: 5753893
Correo electrnico: [email protected]
Sede de la entidad: Colsag-Fundadores
Nit: UFPS: 890500622-6
Ciudad: San Jos de Ccuta
Departamento: Norte de Santander
Lugar de Ejecucin del Proyecto: Montaje: Empresa ETB S.A. seccional Ccuta, y
Pruebas: Laboratorio de Electricidad y Electrnica de la UFPS.
Ciudad: San Jos de Ccuta
Departamento: Norte de Santander
Duracin del Proyecto: 4 meses
Tipo de proyecto: Investigacin comparada con aplicacin de conocimientos sobre un
diseo experimental y utilizando el mtodo cientfico.
Tipo de financiacin Solicitada: Cofinanciacin
Valor solicitado : ETB S.A. $26900.000
Valor Contrapartida: UFPS: $ $10560.000
Valor total del Proyecto: $37460.000
Descriptores / Palabras claves: Sincroantenas
Programa Nacional de Ciencia y Tecnologa Sugerido:
Electrnica, Telecomunicaciones e Informtica
3
TABLA DE CONTENIDO
Pg.
INFORMACIN GENERAL 2
LISTA DE FIGURAS 7
LISTA DE TABLAS 7
PRESENTACIN 8
1. TITULO 10
2. FORMULACIN DEL PROBLEMA 11
3. JUSTIFICACIN 12
3.1 Beneficios Sociales 12
3.2 Beneficios Tecnolgicos 12
3.3 Beneficios Econmicos 12
3.4 Beneficios Empresariales 13
3.5. Impacto esperado 13
3.6. Usuarios directos e indirectos 13
4. OBJETIVOS 14
4.1 Objetivo General 14
4.2 Objetivos Especficos 14
5. MARCO REFERENCIAL 15
5.1 Antecedentes 15
4
Pg.
5.2 Marco Terico y Conceptual 17
5.2.1 Definicin de antena 17
5.2.2 Circuitos equivalentes en una antena 17
5.2.3 Antena microondas 18
5.2.4 Ecuaciones caractersticas 18
5.2.5 Enlaces fijos terrestres 20
5.2.6 Tipo de antena parablica 21
5.2.7 Elementos de una antena parablica 22
5.2.8 Motor de posicionamiento controlado HH 23
5.2.9 Montar el motor al sistema de la antena 23
5.2.10 Software LabVIEW 8.6 National Instruments 24
5.2.11 Aislamiento y proteccin de la DAQ 25
6. DISEO METODOLGICO PRELIMINAR 26
6.1 Tipo de proyecto 26
6.2 Limitaciones 26
6.3 Actividades y Metodologa 27
6.4 Aspectos Tcnicos 30
6.4.1 Creacin de VI en LabVIEW 30
6.4.2 DAQ USB 6009 (Tarjeta de Adquisicin de datos) 31
6.4.3 Motor HH 34
6.4.4 Antena parablica para enlaces microondas 37
5
Pg.
6.4.5 Ecuaciones aplicables 38
6.5 Metas y Resultados Esperados 39
7. RECURSOS 42
7.1 De Personal 42
7.1.1 Ejecutores 42
7.1.2 Asesores 42
7.1.3 Personal Tcnico Auxiliar 42
7.2 Fsicos 43
7.2.1 Materiales y Suministros 43
7.2.2 Equipos 44
7.2.3 Infraestructura 44
7.2.4 Administrativos 44
7.2.5 Asesoras 45
7.2.6 Viajes 45
7.2.7 Promocin 45
7.2.8 Documentacin 45
8. PRESUPUESTO PROYECTADO 46
8.1 Presupuesto Global del Proyecto 46
8.2 Gastos de Personal 47
8.3 Gastos de Equipos 48
8.4 Gastos de Materiales y Suministros 49
6
Pg.
9. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 50
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 51
BIBLIOGRAFA 51
WEBGRAFA 51
GLOSARIO 53
7
LISTA DE FIGURAS
Pg.
Figura 1. Sistema Transmisin Recepcin. 17
Figura 2. a) Antena como red de cuatro terminales; (b) Circuito
equivalente a una lnea de transmisin; (c) Circuito
equivalente a una antena de recepcin. 18
Figura 3. Antenas parablicas. 21
Figura 4. Diagrama de rayos de una antena parablica. 22
Figura 5. Sistema antena puesta al motor de posicionamiento. 24
Figura 6. Proceso de adquisicin de datos. 25
Figura 7. Sistema de aislamiento y proteccin de la DAQ. 25
Figura 8. Panel frontal del Sistema de sincronizacin de
antenas en LabVIEW. 31
Figura 9. NI USB-6009 NATIONAL INSTRUMENTS. 31
Figura 10. Esquema en bloques de un sistema DAQ. 32
Figura 11. Representacin grafica de la conexin de la DAQ al PC. 33
Figura 12. Esquema fsico de los conectores externos de la DAQ
NI USB-6009. 33
Figura 13. Especificacin de los pines en los conectores I/O de la
DAQ NI USB-6009. 34
Figura 14. Ensamble del motor HH en el soporte del montaje. 35
Figura 15. Antena Parablica Estndar. 37
Figura 16. Caractersticas graficas la directividad de la antena
AP2SR15. 38
LISTA DE TABLAS
Pg.
Tabla 1. Valores de microondas digitales tpicos. 20
Tabla 2. Especificaciones motor de posicionamiento controlado-HH. 36
Tabla 3. Especificaciones de la antena parablica estndar. 37
Tabla 4. Descripcin de los Materiales y Suministros. 43
Tabla 5. Descripcin de los Equipos. 44
Tabla 6. Presupuesto global del proyecto. 46
Tabla 7. Presupuesto de los gastos de Personal. 47
Tabla 8. Presupuesto de los gastos de Equipos. 48
Tabla 9. Presupuesto de los gastos de Materiales y Suministros. 49
Tabla 10. Cronograma de Actividades. 50
8
PRESENTACIN (INCOMPLETO)
El desarrollo tecnolgico en el rea de telecomunicaciones crece a pasos
gigantes por todo el planeta, lo que en un pasado pareca inalcanzable y
presentaba muchos problemas ahora esta al servicio de la comunidad.
Recientemente algunas empresas que se dedican a ofrecer servicios de
comunicacin, estn incursionando en un prometedor sistema para transmisin de
Internet a travs de microondas.
El nuevo sistema inalmbrico logra increbles velocidades de transmisin y
recepcin de datos del orden de los 2048 Kbps y promete convertirse en corto
tiempo en una opcin al alcance de muchos bolsillos. La informacin viaja a travs
del aire de forma similar a la tecnologa de la radio.
La nueva tecnologa inalmbrica trabaja bien en ambientes de ciudades
congestionadas, ambientes suburbanos y ambientes rurales, al sobreponerse a los
problemas de instalacin de lneas terrestres, problemas de alcance de seal,
instalacin y tamao de antena requeridos por los usuarios.
Existen muchos tipos de antenas terrestres para comunicaciones. Estas dependen
del tipo de estacin terrena, la cual comprende desde los centros internacionales
de trafico alto (antenas grandes de hasta 32 metros), pasando por los receptores
domsticos de televisin (antenas de entre 3 y 0.5 metros), hasta pequeos
terminales de comunicacin de datos (antenas de hasta 0.6 metros); siendo estas
ltimas las involucradas en nuestro estudio. Una antena terrestre se instala
generalmente sobre tierra firme en diversos ambientes y estn expuestas a sufrir
alteraciones en sus enlaces debido a cambios atmosfricos del medio.
El sistema est basado en el enlace punto a punto entre antenas. Este enlace
debe tener como caracterstica principal un posicionamiento de vista directo entre
las antenas para establecer su comunicacin inalmbrica ya que ellas poseen una
gran directividad. Cuando por efectos externos las antenas pierden su orientacin
se anula el servicio provocando un colapso de la red en los usuarios.
El presente proyecto est orientado al diseo, clculo e implementacin de un
sistema de sincronizacin de antenas direccionales de acceso a datos de internet.
Su funcionamiento esta basado en el movimiento en coordenadas cartesianas de
las antenas segn la accin del motor, ejecutndose un barrido para encontrar el
punto de mxima directividad. Para este efecto se pretende construir una
estructura que permita realizar el movimiento tanto horizontal como vertical,
9
utilizando dos motores paso a paso, uno para cada sentido de giro, posicionando
el azimut y la elevacin para alinear de la manera ms efectiva los lbulos de
radiacin de las antenas y conseguir el AGC (Control Automtico de Ganancia)
requerido segn el equipo de comunicaciones implementado en el nodo de las
antenas.
Esta sincronizacin de movimiento y posicionamiento se hace en base al AGC,
que indica que tan fuerte y que tan dbil est la seal captada, este procedimiento
es realizado actualmente de manera mecnica por tcnicos, dos en el caso ms
simplista, uno posicionado en la antena transmisora y el otro en la antena
receptora. Ellos suben a las antenas y se comunican va telefnica los datos de las
mediciones tras cada movimiento de la antena la cual es realizada por medio de
una llave mecnica. La implementacin de un sistema de sincronizacin en
antenas direccionales es la mejor solucin al problema, este brinda respuesta
inmediata y precisa para restablecer el enlace.
El software implementado para el control del sistema es la plataforma LabVIEW
con su respectivo dispositivo de adquisicin de datos (DAQ). El diseo est
orientado a la creacin de un VI (Instrumento Virtual) con el objetivo de
sincronizar el movimiento de los motores desde un panel frontal donde se ingresan
los controles del AGC requerido para establecer una buena conexin y poder
observar el resultado final en los indicadores cuando el programa realice su
objetivo.
10
1. TITULO
DISEO, CLCULO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE
SINCRONIZACIN EN ANTENAS DIRECCIONALES DE ACCESO A DATOS DE
INTERNET PARA LA EMPRESA ETB (EMPRESA DE TELECOMUNICACIONES
DE BGOTA) SECCIONAL CCUTA, NORTE DE SANTANDER.
11
2. FORMULACIN DEL PROBLEMA
Cmo mejorar la efectividad en el restablecimiento del enlace entre antenas
direccionales en un sistema de acceso a datos de internet de la empresa ETB s.a.,
sucursal Ccuta, para posicionarse como la primera empresa prestadora de alta
calidad del servicio en Norte de Santander?
En el rea Metropolitana de Ccuta, empresas prestadoras de servicios en el
campo de las telecomunicaciones como ETB, presenta una problemtica muy
frecuente, en los enlaces de los sistemas de comunicacin, y es la pronta
respuesta ante la cada de la red de acceso a internet de los diversos usuarios.
Para establecer una red de acceso a internet se necesitan antenas direccionales
punto a punto que se localizan a un distancia determinada estas son las
encargadas de transmitir la informacin a travs de una portadora con una
frecuencia especifica, cuando estas antenas no cumplen su funcin, debido a
agentes externos tales como el clima, la influencia de diversos objetos, las
perturbaciones snicas, el servicio de acceso a internet es limitado o nulo.
El ingeniero encargado, a travs de un protocolo particular, realiza un anlisis
detallado en diversos puntos por donde viaja la portadora; al identificar el error, se
encomienda la misin a tcnicos para que sincronicen el par de antenas que no
tengan el enlace correcto y las posicione con unas coordenadas aleatorias para la
normalizacin del servicio, proceso que es muy tedioso y tardo pues deben
desplazarse hasta las torres afectadas, subirse en ellas y posicionar manualmente
las antenas.
En la actualidad empresas beneficiarias de este servicio de comunicacin, como lo
son bancos, entidades gubernamentales y usuarios del comn; necesitan la red
constantemente para su funcionamiento y la ausencia de este servicio genera
prdidas de tiempo y dinero.
12
3. JUSTIFICACIN
Implementar el sistema de sincronizacin en antenas de acceso a datos de
internet, permitir respuestas eficaces ante la ausencia de la red, reduciendo el
tiempo de ejecucin del posicionamiento de las antenas direccionales y eliminando
riesgos profesionales. Consecuente con esto se generan los siguientes beneficios
generales:
3.1. Beneficios Sociales
La respuesta pronta ante la cada de la red, generar un ahorro al usuario,
de tiempo y dinero, sobre todo en empresas que constantemente deben su
funcionamiento al acceso de internet como los bancos, entidades de salud y
entes gubernamentales.
Reducir riesgos en el plano de recursos humanos es un factor muy
importante para la empresa, con la implementacin del proyecto no sera
necesario el trabajo del tcnico en la accin de escalar la torre.
3.2. Beneficios Tecnolgicos
El proceso de sincronizacin y posicionamiento se basa en una tecnologa
flexible que hace referencia a la amplitud con que las mquinas, el
conocimiento tcnico y las materias primas pueden ser utilizadas en otros
productos o servicios, permitiendo que empresas que trabajen en el acceso
a datos de internet mejoren su proceso de comunicacin siendo ms
eficientes y brindando una solucin ms rpida ante la cada de la red.
El sistema de sincronizacin nos dar la opcin de mantener las
condiciones necesarias en cualquier enlace de una manera automatizada
para el ptimo desarrollo del posicionamiento en cada una de las antenas
involucradas en el proceso de acceso a datos de internet.
3.3. Beneficios Econmicos
Se tendr una reduccin del 60% en los costos de capacitacin profesional
del trabajo en alturas para los tcnicos involucrados en esta rea y de su
equipamiento tcnico.
Al prestarse un servicio de mejor calidad se incrementar la demanda de
usuarios produciendo un aumento del 40% en los ingresos anuales de la
empresa.
13
3.4. Beneficios Empresariales
Disminuir el tiempo de ejecucin para la solucin de los problemas es un
tem muy importante para la calidad del servicio o producto ofrecido, lo cual
clasificar a la empresa con prestigio y productividad.
La empresa ETB al poseer esta nueva tecnologa en donde mejora la
calidad del servicio, se incrementar el nmero de usuarios en la regin, lo
que conllevar al crecimiento y desarrollo de la empresa tanto en la parte
tcnico-profesional, administrativa y planta fsica.
3.5. Impacto esperado
Con la puesta en marcha del proyecto en la empresa ETB, el impacto esperado
ser el reconocimiento nacional por parte de las empresas de telecomunicaciones;
por tratarse de una propuesta innovadora en este campo, cumpliendo con todas
las normativas estipulada por el MINTIC (Ministerio de Tecnologa de la
Informacin y las Comunicaciones). Adems se espera que con el uso de esta
nueva tecnologa se logra mejorar la calidad del servicio, para su posterior
implementacin en las empresas de comunicaciones a nivel regional y/o nacional.
3.6. Usuarios directos e indirectos
Usuarios directos: correspondern a las empresas pblicas y/o privadas
dedicadas a la prestacin del servicio de conectividad de acceso a datos de
internet como lo son ETB, UNE, EPM Telecomunicaciones S.A., TELMEX,
Telefnica TELECOM, etc.
Usuarios indirectos: ser todo el recurso humano necesario para la
implementacin del sistema, convirtindose en una fuente de trabajo que
contribuir a la disminucin del desempleo que existe actualmente en la
regin.
14
4. OBJETIVOS
4.1. Objetivo general
Diseo, clculo e implementacin de un sistema de sincronizacin en antenas
direccionales de acceso a datos de internet para la empresa ETB seccional
Ccuta, Norte de Santander.
Dar a conocer a la comunidad universitaria y empresarial de la regin los avances
tecnolgicos y beneficios de la implementacin de nuestro sistema.
4.2. Objetivos especficos
4.2.1. Recolectar informacin correspondiente al diseo, clculo e implementacin
de sistemas de sincronizacin en antenas de acceso a datos de internet.
4.2.2. Realizar el diseo de la propuesta para el posicionamiento de la antena,
utilizando modelos matemticos y crear las simulaciones necesarias para
encontrar los valores requeridos en la sincronizacin del sistema.
4.2.3. Crear un programa donde se visualice continuamente el funcionamiento de
las antenas, de tal forma que le permita al usuario interactuar con el
proceso de sincronizacin y posicionamiento de dos antenas direccionales
punto a punto.
4.2.4. Acondicionar un dispositivo lgico programable que reciba las
instrucciones de la DAQ.
4.2.5. Realizar el montaje, ensamble e implementacin del sistema de
sincronizacin y posicionamiento de antenas en sus respectivas torres.
4.2.6. Hacer pruebas de funcionamiento del sistema de control implementado,
aplicando disturbios para observar su respuesta ante stos y de esta
manera poder comprobar la robustez del sistema y realizar la correccin de
fallas si es necesario.
4.2.7. Dar a conocer mediante la televisin local, el internet, prensa y revistas
cientficas a los diversos usuarios del servicio de acceso a datos de internet
de la regin, la aplicacin de esta nueva tecnologa en donde les explique la
importancia que tiene respecto al mejoramiento de la calidad del servicio, lo
que contribuir al desarrollo social, econmico y tecnolgico de nuestra
regin.
15
5. MARCO REFERENCIAL
5.1. Antecedentes
Diseo de una antena reflectora con base rotora.
Se instal en la misin SACD/Aquarius, emprendimiento conjunto entre
CONAE y la NASA.
Para la creacin de la superficie de la antena se emplearon mquinas
herramienta comandadas por control numrico computarizado de ejes. Se
dise un dispositivo de sujecin para permitir alinear el material de partida
con su base rotada, ubicando el eje de revolucin del toroide en posicin
horizontal. Con esto se logr obtener la superficie deseada.
Herramienta interactiva entre antenas direccionales (AntennaLab
Discovery).
Es utilizado, con exclusividad en La Pontificia Universidad Catlica de Chile,
escuela de ingeniera.
El software realiza diferentes mediciones de recepcin de seales, emisin
de seales, prdidas, diagramas Polares y Cartesianos de emisividad, as
como respuesta en frecuencia para diferentes tipos de antenas. El Software
utiliza un par emisor-receptor de antenas que deben ser configuradas para
cada tipo de medicin.
Diseo de un sistema de movimiento en una antena parablica.
Este fue un proyecto previo para la obtencin del ttulo de ingeniero en
electrnica y telecomunicaciones para la Escuela Politcnica Nacional
(Quito, Ecuador).
Se construy una antena tipo panel con una estructura que permiti realizar
movimiento tanto horizontal como vertical, utilizando dos motores de pasos,
uno para cada sentido de giro; cuyo control de movimiento y
posicionamiento se lo hace en base al control automtico de ganancia del
receptor de televisin.
16
Sistema de rastreo y posicionamiento de una antena parablica para
comunicaciones con satlites geoestacionarios y orbitales
Tesis presentada por Jos Alejandro Hernndez Cruz y Samuel Legorreta
Garca para adquirir el ttulo de ingeniero mecnico electricista en la
universidad Nacional Autnoma de Mxico, facultad de ingeniera.
Se dise e implement un sistema de rastreo y posicionamiento de una
antena de reflector parablico para comunicaciones con satlites
geoestacionarios y orbitales. Debido a las fuerzas perturbadoras que se
genera en la comunicacin de la estacin terrena con el satlite puede no
ser confiable, en este caso se requiere de un sistema de posicionamiento
para mantener la antena de la estacin con la mejor orientacin tanto para
la transmisin y recepcin de la seal con respecto al satlite.
Reactivacin de La antena parablica satelital y diseo de un sistema
de recepcin y difusin de televisin satelital para propsitos
educativos en la Espol (Escuela Superior politcnica del Litoral)
Tesis de Grado de estudiantes de la ESPOL Hctor Fiallos, Jos Flix
Morn, Douglas Morn, Roxana lvarez, Facultad de Ingeniera en
Electricidad y Computacin.
Esta pretende implementar la infraestructura bsica necesaria para recibir
en la ESPOL, teleconferencias y televisin educativa originadas en diversos
pases del mundo, y as crear la base para el desarrollo futuro de un modelo
de televisin educativa local. El corazn del proyecto es un sistema de
recepcin de televisin satelital que permite abrir seales tanto en formato
digital como analgico.
17
5.2. Marco Terico Y Conceptual
5.2.1. Definicin de Antena
Es un elemento metlico hecho de cobre y/o aluminio que tiene la capacidad de
radiar y captar ondas electromagnticas. Se la conoce como un elemento
transductor que transforma la energa elctrica en una onda electromagntica.
En el extremo del transmisor una antena convierte la energa elctrica que viaja
por una lnea de transmisin en ondas electromagnticas que se propagan en el
espacio. En el extremo receptor, ocurre el proceso inverso, a travs de la antena
las ondas electromagnticas en el espacio se convierten en energa elctrica en
una lnea de transmisin (ver Fig. 1). Podemos mencionar tambin que es un
elemento bsico entre el punto de transmisin y el punto de recepcin de un
sistema de radio comunicaciones1.
Fig. 1. Sistema Transmisin Recepcin.
5.2.2. Circuitos equivalentes en una Antena 1
El acoplamiento entre transmisor y receptor a travs del espacio libre se realiza en
forma similar a como se acopla la energa entre el primario y el secundario en un
transformador, pero hablando de antenas, ste es menor e intervienen tanto el
campo elctrico como el campo magntico.
De esta manera su circuito equivalente estara representado por cuatro terminales
(ver Fig. 2a). Aqu la energa electromagntica se transfiere a travs del espacio
libre entre las antenas tanto de transmisin como de recepcin. Asimismo la
grfica presenta el circuito equivalente de una antena transmisora (Fig. 2b), y una
antena receptora (Fig. 2c).
1 Diseo y construccin de un sistema de rastreo de seal de televisin para UHF comercial, p. 1.
18
Fig. 2. (a) Antena como red de cuatro terminales; (b) Circuito equivalente a una
lnea de transmisin; (c) Circuito equivalente a una antena de recepcin
5.2.3 Antena microondas
Una antena de microondas es aquella diseada para transmitir ptimamente en
alguna banda de frecuencias entre los 2GHz y 300GHz. Generalmente cada
antena transmite o recibe en uno o varios canales contiguos, de manera que el
ancho de banda que ocupan en cada canal es mucho menor al rango de
frecuencias, pero se encuentra comprendido entre los valores anteriormente
mencionados.
Los usos tpicos de estas antenas son para transmisin de datos punto a punto en
forma radiada.
5.2.4. Ecuaciones caractersticas 2
La antena ms comn en las microondas es la de tipo parablico. Esta antena se
fija rgidamente, y en este caso el haz estrecho debe estar perfectamente
enfocado hacia la antena receptora.
2 HERNNDEZ, Comunicacin de Datos. Unidad II, p. 108.
19
Las antenas de microondas se sitan a una altura apreciable sobre el nivel del
suelo para con ello conseguir mayores separaciones entre ellas, y para evitar
posibles obstculos en la transmisin. Si no hay obstculos intermedios, la
distancia mxima entre antenas es:
= 7.14. ()
Donde d es la distancia de separacin entre las antenas expresada en kilmetros,
h es la altura de la antena en metros, y K es un factor de correccin que tiene en
cuenta que las microondas se desvan o refractan con la curvatura de la tierra.
El uso principal de los sistemas de microondas terrestres son los servicios de
telecomunicacin de larga distancia, como alternativa al cable coaxial o a las fibras
pticas. Para una distancia dada, las microondas requieren menor nmero de
repetidores o amplificadores que el cable coaxial, pero necesita que las antenas
estn perfectamente alineadas.
Otro uso cada vez ms frecuente es en enlaces punto a punto a cortas distancias
entre edificios. En este ltimo caso, aplicaciones tpicas son circuitos cerrados de
TV o la interconexin de redes locales. Adems, las microondas a corta distancia
tambin se utilizan en las aplicaciones denominadas de by-pass, con las que una
determinada compaa puede establecer un enlace privado hasta el centro
proveedor de transmisiones a larga distancia, evitando as tener que contratar el
servicio a la compaa telefnica local.
El rango de las microondas cubre una parte sustancial del espectro
electromagntico. La banda de frecuencias est comprendida entre 2 y 40 GHz.
Cuanto mayor sea la frecuencia utilizada, mayor es el ancho de banda potencial, y
por tanto, mayor es la posible velocidad de transmisin, en la tabla 1 se indican
diversos valores de anchos de banda y velocidad de transmisin de datos para
algunos sistemas tpicos. Al igual que en cualquier sistema de transmisin, la
principal causa de prdidas en las microondas es la atenuacin. Para las
microondas, las prdidas o atenuacin se pueden expresar como:
= 10 (4
)
2
()
Donde d es la distancia y es la longitud de onda. Por tanto, las prdidas varan
con el cuadrado de la distancia.
20
Tabla 1. Valores de microondas digitales tpicos.
Por lo tanto, en los sistemas que usan microondas, los amplificadores o
repetidores se pueden distanciar ms (de 10 a 100 Km.) que en coaxiales y pares
trenzados. La atenuacin aumenta con las lluvias, siendo este efecto
especialmente significativo para frecuencias por encima de 10 GHz. Otra dificultad
adicional son las interferencias por el traslape de frecuencias, por lo tanto, la
asignacin de bandas tiene que realizarse siguiendo una regulacin estricta. Las
bandas ms usuales en la transmisin a larga distancia se sitan entre 4 GHz y 6
GHz.
Debido a la creciente congestin que estn sufriendo estas bandas, la banda de
11 GHz se est empezando a utilizar. La banda de 12 GHz se usa para
proporcionar la seal de TV a las cabeceras de distribucin de TV por cable, en
las que para llegar al abonado se utiliza el cable coaxial. Las microondas de altas
frecuencias se estn utilizando para enlaces cortos punto a punto entre edificios.
Para tal fin se usa generalmente la banda de 22 GHz.
Las bandas de frecuencias superiores son menos tiles para distancias ms
largas debido a que cada vez la atenuacin es mayor, ahora bien, son bastante
adecuadas para distancias ms cortas. Y adems, a frecuencias superiores, las
antenas son ms pequeas y ms baratas.
5.2.5. Enlaces Fijos Terrestres
En los enlaces radioelctricos terrestres por problemas de interferencias se
requieren reflectores adicionales de alto rendimiento y ancho de banda. En una
antena parablica tpica una onda esfrica procede del alimentador de la antena el
cual acta de fuente primaria y es transformada en una onda plana tras el paso
por el reflector. El problema reside en iluminar el reflector desde el foco del mismo.
21
El reflector de la antena debe cumplir la condicin de entregar una onda plana a la
salida del mismo. En teora el alimentador es una fuente puntual que alimenta al
reflector que est situado en el foco de la parbola.
La tecnologa de microondas para enlaces terrestres fijos, con el fin de lograr
transmisin de datos, sigue siendo muy utilizada hoy en da. Al ser estos enlaces
fijos, nos interesa utilizar antenas que concentren la mayor cantidad de potencia
en una sola direccin, sea, que tengan gran directividad. Por este motivo las
antenas parablicas son el tipo de antenas ms utilizadas.
5.2.6. Tipo de antena parablica 3
Existen varios tipos de antenas parablicas segn su construccin. A continuacin
veremos la antena ms utilizada:
Estndar - Estas antenas son simplemente parablicas convencionales,
generalmente construidas con aluminio debido al bajo peso del material. (Ver Fig.
4)3. La ganancia de las antenas parablicas es directamente proporcional al
cuadrado del dimetro del plato e inversamente al cuadrado de la longitud de
onda.
Tienen la ventaja de que el bloqueo por parte del iluminador de la abertura de la
antena es reducido y la bocina alimentadora es reducida y pequea. Sin embargo,
requiere de tramos de cable coaxial o gua de onda largos. Es la antena tpica
usada para radioenlaces terrestres.
Fig. 3. Antenas parablicas.
3 KOZYNSKI, Antenas de microondas, Electrnica de Radio, Ingeniera Telecomunicaciones, p. 5,8.
22
5.2.7. Elementos de una antena parablica
Debido a que la longitud de onda es mucho menor que el tamao de las antenas
parablicas, las mismas pueden ser analizadas desde el punto de vista de la
ptica geomtrica. Consideremos las ondas electromagnticas como rayos
rectilneos los cuales se reflejan en las superficies segn su ngulo de incidencia.
Como se ve en la Fig. 5, al colocar el iluminador (dispositivo desde el cual se
alimenta o se recibe la seal de la antena) en el foco de la parbola, los rayos que
salen del mismo se reflejan en el reflector parablico y se transmiten en direccin
paralela al eje. Esto permite una gran directividad.
Fig. 4. Diagrama de rayos de una antena parablica
En la prctica no se satisface el diagrama direccional. La energa radiada por el
alimentador desborda al reflector y produce una emisin espuria que crea lbulos
laterales. Por consiguiente se disean las antenas teniendo en cuenta las
principales caractersticas constructivas, las cuales son:
Reflector - Se construye de fibra de vidrio o aluminio4. Es muy importante
minimizar la rugosidad del reflector, de manera de evitar reflexiones y
difracciones indeseadas. Adems es muy importante disear el tamao de la
antena de manera de minimizar el spill-over (difraccin de la onda en los bordes
del plato) as como colocar el iluminador en la posicin correcta para evitar sub
o sobre iluminacin.
El tamao del reflector influye directamente en el rea efectiva de la antena, ya
que a mayor tamao, es capaz de captar (y radiar) una mayor proporcin de
onda electromagntica. Esto da lugar a la eficiencia de apertura.
Shield y Radome - El shield es una visera cilndrica de material absorbente que
se coloca a continuacin del plato para disminuir los lbulos laterales,
4 Antenas para Microondas, Sobre los distintos tipos de antenas y las principales caractersticas de
radiacin de las antenas para enlaces de microondas, p. 2.
23
generalmente estn hechas de fibra de vidrio o aluminio. Tiene un compensador
de presin consistente en un tubo de descarga que permite la variacin de la
presin interna y el equilibrio con la externa cuando el viento acciona sobre el
radome.
El radome es una cubierta de material no conductor (fibra de vidrio o tela de
Hypalon) que se coloca sobre la abertura de la antena. Se utiliza para impedir
que se acumule agua de lluvia en los platos reflectores o la carga del viento
sobre la antena. Se realiza en forma plana cuando existe shield o de lo contrario
es parablico. Cabe destacar que el radome introduce una atenuacin a la onda
transmitida.
5.2.8. Motor de posicionamiento controlado HH 5
Los motores H-H para antenas con un dimetro de hasta 120 cm. motorizadas
horizonte a horizonte, como el propio nombre implica, han estado en el mercado
durante aproximadamente diez aos. El diseo bsico de estos motores ha
permanecido en estos diez aos principalmente inalterados, y puede tomarse
como una indicacin que ya es bastante perfecta.
Estn hechos de materiales de calidad superior, los elementos del montaje son a
prueba de xido y una dispone de una carcasa estanca de acero inoxidable que le
garantiza un alto grado proteccin atmosfrica. Una regla de ajuste de fcil lectura
y las seales exactas para alinear la antena en la direccin precisa.
5.2.9. Montaje del motor al sistema de la antena
El motor puede montarse rpidamente con la ayuda de un tornillo de 13 mm en
mstiles con un dimetro entre 35 y 65 mm y garantizar un ajuste estable, sin
embargo, no debe ser menos de 50 mm. ste tambin es el dimetro
seleccionado para el rotor.
Le queda a todas las antenas populares, el motor es de fcil instalacin, un solo
cable coaxial es necesario, ajuste para precisin, alto esfuerzo de torsin,
estructura compacta, extremadamente silencioso, limites de rendimiento
ajustables, hasta 140 grados de cobertura, indicador manual de este / oeste.
5 MOTECK SG-2100, Test Report, Una tecnologa innovadora para el motor HH, p. 48-52.
24
Fig. 5. Sistema antena puesta al motor de posicionamiento.5
5.2.10. Software LabVIEW 8.6 National Instruments
La instrumentacin tiene que ver con el conjunto de equipos y dispositivos
mediante los cuales se puede supervisar y controlar los procesos industriales,
domsticos o comerciales haciendo la transformacin de estos instrumentos
fsicos en instrumentos virtuales, capaces de ser manipulados a distancia a travs
de computadores o la red. El sistema de sincronizacin se ejecuta desde el
software LabView 8.6, el cual maneja y controla una tarjeta de adquisicin de
datos de propsito general, la DAQ USB 6009, que es conectada al computador.
Esta adquiere y genera seales analgicas y digitales al recibir rdenes del
programa construido conocido con el nombre de VI (Instrumento virtual), con lo
que se pudo establecer de forma remota, la supervisin del funcionamiento del
enlace punto a punto
La adquisicin de datos o adquisicin de seales, consiste en la toma de muestras
del mundo real para generar datos que puedan ser manipulados por un ordenador
u otros sistemas electrnicos (ver Fig. 7). El propsito de adquisicin de datos es
medir un fenmeno elctrico y/o fsico como voltaje, corriente, temperatura,
presin o sonido. Un sistema tpico de adquisicin utiliza sensores, transductores,
25
amplificadores, convertidores anlogo-digital y digital-anlogo, para procesar
informacin acerca de un sistema fsico de forma digitalizada.6
Fig. 6. Proceso de adquisicin de datos.7
5.2.11. Aislamiento y proteccin de la DAQ
Luego de conocer la funcin de la tarjeta DAQ USB 6009, se disea un circuito
electrnico para aislar elctricamente la tarjeta DAQ de la conexin con las
seales de los instrumentos, al igual que proteger elctricamente la tarjeta de
niveles de voltaje y corriente (ver Fig. 8).
Fig. 7. Sistema de aislamiento y proteccin de la DAQ.
6 Construccin de una tarjeta electrnica de adquisicin de datos con comunicacin por puerto USB
al computador, p. 9,10. 7 National Instruments, Data Acquisition (DAQ). http://www.ni.com/dataacquisition/whatis.htm
26
6. DISEO METODOLOGICO PRELIMINAR
El proyecto consiste en la sincronizacin para el posicionamiento de antenas
parablicas como solucin a la desalineacin de las mismas, permitiendo el
restablecimiento del enlace microondas ms eficiente.
A continuacin se describen el tipo de proyecto, las limitaciones, los aspectos
tcnicos, las actividades y metodologas empleada para cada objetivo, as como
sus metas y resultados esperados que hacen referencia a la secuencia que se
sigui para conseguir el desarrollo del proyecto.
6.1 Tipo de Proyecto
Investigacin comparada con aplicacin de conocimientos sobre un diseo
experimental y utilizando el mtodo cientfico.
El diseo experimental consiste en someter a un objeto o grupo de individuos a
determinadas condiciones, estmulos o tratamiento (variable independiente), para
observar los efectos o reacciones que se producen (variable dependiente). El
diseo de investigacin experimental es netamente explicativo, por cuanto su
propsito es demostrar que los cambios en la variable dependiente fueron
causados por la variable independiente. Es decir, se pretende establecer con
precisin una relacin causa-efecto.
El mtodo cientfico es un proceso destinado a explicar fenmenos, establecer
relaciones entre los hechos y enunciar leyes que expliquen los fenmenos fsicos
del mundo y permitan obtener, con estos conocimientos, aplicaciones tiles al
hombre.
6.2 Limitaciones
El desarrollo del proyecto se limita a las caractersticas fsicas, mecnicas y
elctricas propias de los materiales implementados en el sistema de
sincronizacin de antenas parablicas y las consideraciones que se tuvieron
en cuenta para la ubicacin en campo abierto de las torres de comunicacin
involucradas en el enlace de las antenas.
El anlisis del entorno en el enlace microondas se realiza mediante modelos de
simulacin en un par de antenas direccionales, especficamente puestas en la
27
torre para dicho proyecto, sin riesgo de afectar el continuo servicio que presta
la empresa.
El desarrollo del VI (Instrumento Virtual) en la plataforma de LabVIEW est
limitado por la constante supervisin del tcnico a cargo, en el panel frontal,
propio del programa, diseado para el posicionamiento de las antenas
direccionales de acceso a internet.
Debido a la gran variedad de tamaos de antenas parablicas que se
involucran en la transferencia de acceso a datos de internet, se puede ver
limitado el uso del sistema de sincronizacin, pues los motores seleccionados
para el posicionamiento soportan unas caractersticas especificas tales como el
dimetro del plato parablico y el peso propios de las antenas.
La utilizacin de determinados elementos tales como los motores, el dispositivo
amplificador de potencia y el programa seleccionado para la adquisicin de
datos se limitaron en base a los clculos efectuados para el ptimo desarrollo
del sistema de sincronizacin.
La alineacin de las antenas presenta la limitacin del desconocimiento de las
coordenadas del posicionamiento espacial de cada una, por lo que no se
efecta la sincronizacin por la ruta ms corta.
6.3 Actividades y Metodologa
Para cumplir con las metas propuestas requerir de las siguientes actividades y
metodologas:
6.3.1Recolectar informacin correspondiente al diseo, clculo e implementacin
de sistemas de sincronizacin en antenas de acceso a datos de internet.
Actividad: Se explorar informacin relacionada con proyectos
desarrollados en el rea de las telecomunicaciones para el posicionamiento
y sincronizacin de antenas direccionales punto a punto.
Metodologa: Se utilizarn diversos medios tales como, artculos, papers,
tesis e internet, para la recoleccin de informacin correspondiente al
posicionamiento y sincronizacin de antenas, de la mano con la
participacin y asistencia a los diversos sitios de inters.
28
6.3.2 Realizar el diseo de la propuesta para el posicionamiento de la antena,
utilizando modelos matemticos y crear las simulaciones necesarias para
encontrar los valores requeridos en la sincronizacin del sistema.
Actividad: Se desarrollarn los clculos matemticos teniendo en cuenta
las variables analizadas para llevar a cabo la estrategia de sincronizacin,
que garantice el barrido y ubicacin de las antenas.
Metodologa: Se utilizar el programa LabVIEW mediante el cual se crear
una interfaz de usuario que permitir interactuar y enviar los niveles de
voltaje a travs de una DAQ (Dispositivo de adquisicin de datos). Este
software es una herramienta grfica, muy utilizada, para pruebas, control y
diseo de procesos mediante la programacin. LabVIEW ofrece variados
beneficios a ingenieros y cientficos que requieran productividad, precisin y
rendimiento.
6.3.3 Crear un programa donde se visualice continuamente el funcionamiento de
las antenas, de tal forma que le permita al usuario interactuar con el proceso de
sincronizacin y posicionamiento de dos antenas direccionales punto a punto.
Actividad: Se disear un panel frontal con su respectivo diagrama de
bloques que contenga los controles y funciones necesarias para el ptimo
desarrollo de la propuesta.
Metodologa: Se utilizarn las funciones y controles necesarios en
LabVIEW para la generacin de instrumentos virtuales, teniendo en cuenta
el tipo de variables a analizar, para el sostenimiento de intercambio de
datos entre el equipo (PC) y el sistema de posicionamiento (antenas).
6.3.4 Acondicionar un dispositivo lgico programable que reciba las instrucciones
de la DAQ.
Actividad: Se implementar un dispositivo lgico programable para la
recepcin de instrucciones enviadas por el tcnico que van dirigidas al
movimiento de los motores.
Metodologa: Se aplicarn conceptos referentes para la programacin del
dispositivo lgico a usar, a su vez se implementar un acondicionador de
seal que permita que los motores realicen su desplazamiento.
6.3.5 Realizar el montaje, ensamble e implementacin del sistema de
sincronizacin y posicionamiento de antenas en sus respectivas torres.
29
Actividad: Se implementar el sistema de control diseado para las
antenas direccionales de acceso a datos de internet de la empresa ETB,
para luego realizar las respectivas pruebas de funcionamiento.
Metodologa: Se realizar el montaje, ensamble e implementacin del
sistema el sistema de sincronizacin y posicionamiento de antenas,
haciendo entrega del proyecto a la empresa ETB en el tiempo establecido
para esta labor.
6.3.6 Hacer pruebas de funcionamiento del sistema de control implementado,
aplicando disturbios para observar sus respuestas ante estos y de esta manera
poder comprobar la robustez del sistema y realizar la correccin de fallas si es
necesario.
Actividad: Se implementa el sistema de control diseado para las antenas
direccionales punto a punto se coloca en funcionamiento el sistema de
control, luego se vara la posicin de las antenas para observar que tan
buena respuesta tiene la estrategia de control.
Metodologa: Se harn lecturas en determinados momentos para observar
las variables controladas y los comportamientos a los distintos disturbios
que se le apliquen para comprobar su funcionamiento, teniendo en cuenta
las simulaciones antes realizadas, de esta forma comprobaremos la
robustez del sistema.
6.3.7 Dar a conocer mediante la televisin local, el internet, prensa y revistas
cientficas a los diversos usuarios del servicio de acceso a datos de internet de la
regin, la aplicacin de esta nueva tecnologa en donde les explique la importancia
que tiene respecto al mejoramiento de la calidad del servicio, lo que contribuir al
desarrollo social, econmico y tecnolgico de nuestra regin.
Actividad: Se les informar a los usuarios mediante los medios masivos
como la televisin local, el internet y de manera escrita a travs de la
prensa y revistas cientficas donde se explique la importancia de la
implementacin del proyecto.
Metodologa: Se realizarn propagandas por la televisin local, se crear
una pgina web oficial, tambin se harn publicaciones en revistas
cientficas y la participacin en ferias de ciencia y la tecnologa de carcter
regional y/o nacional en donde se d a conocer el proyecto.
30
6.4 Aspectos Tcnicos
Para llevar a cabo este proyecto se utilizaron diferentes elementos que se
describen a continuacin y el motivo de su seleccin.
6.4.1. Creacin de VI en LabVIEW
El instrumento virtual fue diseado por National Instruments, lo elegimos porque
nos ofrece la posibilidad de crear programas para la instrumentacin virtual por
medio de programacin en lenguaje G. Cuando nos referimos a instrumentacin
virtual, significa que gran parte del acondicionamiento realizado, as como la
recepcin, procesamiento y transmisin de los datos de control se implementan
mediante programacin, ahorrando as gran cantidad de elementos fsicos.
La programacin en lenguaje G resulta distinto a la programacin a la que
usualmente nos enfrentamos. En esta plataforma se programa a partir de
diagramas de bloques predefinidos que representan diversas funciones y que son
interconectadas entre si, en lugar de utilizar secuencias escritas en un programa.
El panel frontal de nuestro programa en LabVIEW esta compuesto por las antenas
direccionales a posicionar, transmisin (TX), recepcin (RX); en cada una de ellas
se ilustran las siguientes caractersticas:
1. Indicadores y controladores de voltajes: me permite tener bajo control y
visualizar la variable a ajustar.
2. Indicador de revoluciones de motor: me muestra las revoluciones efectuadas
por parte del motor para adquirir el correspondiente posicionamiento
3. Indicador azimut y de elevacin: me permite la informacin paso a paso del
proceso de liberalizacin.
4. Indicador de ngulo: este me marca de forma anloga los grados que se
desplaza cada antena microondas para que se lleve a cabo la sincronizacin
requerida.
5. Led: me indica la ptima ejecucin del programa.
6. Cuadro de instruccin: me facilita el uso del programa para el tcnico
encargado.
31
Fig. 8. Panel frontal del Sistema de sincronizacin de antenas en LabVIEW.
6.4.2. DAQ USB 6009 (Tarjeta de Adquisicin de Datos)
Para el procesamiento de los datos por medio de la computadora, se requiere de
un sistema de adquisicin de datos que realice el muestreo de la seal y que
transforme dicha informacin en formato digital. Para el objetivo de nuestro
proyecto se eligi utilizar el dispositivo de adquisicin de datos NI USB-6009.
Fig. 9. NI USB-6009 NATIONAL INSTRUMENTS8.
8 National Instruments, NI USB-6009. http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/201987
32
La tarjeta NI 6009 presenta caractersticas importantes que fueron determinadas al
momento de tomar la decisin de ser utilizada para el diseo. Entre ellas
mencionamos:
- Uso del puerto USB (Universal Serial Port) para la transferencia de datos
con la PC. La mayora de los computadores porttiles en la actualidad
poseen este puerto de comunicacin.
- La NI 6009 es un dispositivo verstil que presenta un rango amplio de
entradas analgicas y digital. Las entradas analgicas son las utilizadas en
nuestro proyecto con un mximo de 10 entradas con voltajes de entre -10V
a 10V.
- Es compatible con la interfaz de LabVIEW, en el cual se implementara el
panel frontal de control.
- Es un dispositivo de bajo costo, portable, liviano ideal para el tipo de
mediciones analgicas.
- Despliega diversas tcnicas de acondicionamiento de seales para
modificar adecuadamente diferentes seales elctricas de tensin, que
luego puedan ser digitalizados.
Fig.10. Esquema en bloques de un sistema DAQ.
En las siguientes graficas se pueden visualizar el esquema fsico de una DAQ, su
conexin con una PC y las especificaciones de los terminales de conexin.
33
Fig.11. Representacin grafica de la conexin de la DAQ al PC.
Fig. 12. Esquema fsico de los conectores externos de la DAQ NI USB-6009 9.
9 USER GUIDE AND SPECIFICATIONS, USB-6008/6009.
http://www.tau.ac.il/~electro/pdf_files/computer/ni_6008_ADC_manual.pdf
34
Fig. 13. Especificacin de los pines en los conectores I/O de la DAQ NI USB-6009.
Donde:
- AI Canales de entadas analgicos.
- AO Canales de salida analgica.
- PI y PO Canales de salida digital programables como entradas
o salidas.
6.4.3. Motor HH
El innovador motor metlico usado por el MOTECK SG-2100 tiene unas
innovaciones excelentes en reserva. Nuestras consultas revelaron que
claramente que el nuevo motor reduce el nivel de ruido considerablemente en todo
el arco entre 75 Este y 75 Oeste, sin consumir ms potencia que otros motores
usados antes. Esto hace que la rotacin de la antena sea casi inaudible para el
35
vecindario. Si tambin se usa una antena plana muy discreta no hay ninguna
razn para quejas basadas en las molestias visibles o audibles.
El nuevo motor MOTECK SG-2100 funciona fiable y silenciosamente. Su nuevo
sistema del motor libre de tolerancias permite la separacin precisa de las
posiciones segn el grado de rotacin y por consiguiente aumenta al mximo la
calidad de la recepcin.
La eleccin de este motor estuvo determinada por su fcil montaje, sus
especificaciones las cuales satisfacen el desarrollo del proyecto y su buena
comercializacin en la industria. El montaje del motor se especifica en el siguiente
diagrama. Asegrese de que el mstil de montaje es exactamente vertical antes la
instalacin. Fijar el motor HH en el mstil de montaje.
Fig. 14. Ensamble del motor HH en el soporte del montaje. 10
Una de las funciones ms importantes de resaltar es la de Ir a X Posicin. Se
puede hacer girar el motor para exigir XX Este u Oeste, en relacin a la posicin
0 del motor. (Por ejemplo, 15.2 Este en la parte inferior del motor).
Especificaciones elctricas, fsicas, mecnicas y electrnicas de motor:
10 Manual Motorized H-H Motor SG-2100. http://www.satcruiser.com/PubFiles/SG_2100.pdf
36
Tabla 2. Especificaciones motor de posicionamiento controlado HH11.
11 cp-electronics, Distribuidor Electrnico Mxico, Disecq - H-H motor - GS-120 - antena hasta
1.2m. http://www.cp-electronics.com/esp/proddetail.php?prod=GS-120
Dimetro Mximo de Antena 1.2 m
Alcance 70Este ~ 70Oeste (140 Ajustable)
Angulo de Elevacin 25 - 75
Voltaje Entrada / Salida 13 / 18 VDC
Consumo de Energa
50 mA ( Standby )
200 mA ( Normal )
350 mA ( Max. )
Velocidad de Rotacin 1.9 / seg ( a 13V) ; 2.5 / seg ( a 18V)
Conectores Tipo F x 2 (a travs del lazo)
Funcin para ir a posicin 0 Si
Funcin para ir a X posicin Si
Sensor de Posicin Si
Botones para Control Manual Hardware Ajustable & Software
Programable
Peso 3.29 Kg.
Indicacin de luz emitida
Color Estatus Indicacin
Verde Encendi
do
Receptor
Encendido, Modo
Santdby
Anaranj
ado
Parpade
ando
Recibiendo
Comandos del
Software
Anaranj
ado
Encendi
do
Mensaje de Error:
Sobrecarga /
Limite de
Hardware
37
6.4.4. Antena parablica para enlace microondas
El tipo de antena que utilizamos en nuestro proyecto es la parablica estndar
debido a que esta es utilizada tpicamente en los enlaces radio terrestres.
Fig. 15. Antena Parablica Estndar 12.
Especificaciones elctricas, fsicas, mecnicas y electrnicas de la antena:
Tabla 3. Especificaciones de la antena parablica estndar 12.
12 CONSULFEM S.A. Antena para microondas. Especificaciones tcnicas, p. 1,2.
38
Cuando esta antena est perfectamente alineada con la otra antena, el enlace
microondas es estable, estableciendo una gran directividad en las antenas como
se puede visualizar en la siguiente grafica:
Fig. 16. Caractersticas graficas la directividad de la antena AP2SR15.
6.4.5. Ecuaciones aplicables
El clculo de la distancia entre un enlace punto a punto se determina mediante la
siguiente formula:
= 7.14. ()
Donde d es la distancia de separacin entre las antenas expresada en kilmetros,
h es la altura de la antena en metros, y K es un factor de correccin que tiene en
cuenta que las microondas se desvan o refractan con la curvatura de la tierra.
Una buena aproximacin es considerar K = 4/3. Por lo tanto, a modo de ejemplo,
dos antenas de microondas con altura de 30 metros pueden separarse una
distancia de:
= 7.14. = 7.144
3(30) = 45
39
Para llevar a cabo transmisiones a largas distancias, se utiliza la concatenacin de
enlaces punto a punto entre antenas situadas en torres adyacentes, hasta cubrir la
distancia deseada.
Eligiendo la banda de 2 GHz para el enlace microondas podemos calcular las
perdidas las cuales por lo general son de atenuacin segn la formula:
= 10 (4
)
2
()
Donde d es la distancia y es la longitud de onda. Por tanto, las prdidas varan
con el cuadrado de la distancia.
= 10 (4
)
2
= 10 (4. 45
150)
2
= 11,53
6.5 Metas y Resultados Esperados
6.5.1 Meta 1: Recolectar informacin correspondiente al diseo, clculo e
implementacin de sistemas de sincronizacin en antenas de acceso a datos de
internet.
Resultados Esperados
Obtener la informacin suficiente y precisa que permita determinar de forma
adecuada los parmetros principales del sistema de control multivariable a
implementar.
6.5.2 Meta 2: Realizar el diseo de la propuesta para el posicionamiento de la
antena, utilizando modelos matemticos y crear las simulaciones necesarias para
encontrar los valores requeridos en la sincronizacin del sistema.
Resultados Esperados
Obtener el modelo matemtico para el sistema de posicionamiento de las
antenas, calculando los parmetros elementales del sistema de acuerdo a
las necesidades requeridas por las antenas direccionales punto a punto. A
40
su vez obtener las simulaciones necesarias para encontrar los valores
requeridos en la sincronizacin del sistema.
6.5.3 Meta 3: Crear un programa donde se visualice continuamente el
funcionamiento de las antenas, de tal forma que le permita al usuario interactuar
con el proceso de sincronizacin y posicionamiento de dos antenas direccionales
punto a punto.
Resultados Esperados
Aplicar el programa que realice la visualizacin continua del funcionamiento
del sistema de posicionamiento y sincronizacin de dos antenas
direccionales, permitiendo al usuario interactuar con el proceso en tiempo
real.
6.5.4 Meta 4: Acondicionar un dispositivo lgico programable que reciba las
instrucciones de la DAQ.
Resultados Esperados
Obtener el cdigo de la lgica de control del dispositivo de lgica
programable en donde se acondicione a las instrucciones recibidas por la
DAQ.
6.5.5 Meta 5: Realizar el montaje, ensamble e implementacin del sistema de
sincronizacin y posicionamiento de antenas en sus respectivas torres.
Resultados Esperados
Implementar el diseo de control en las antenas direccionales punto a
punto en el tiempo estimado con un funcionamiento ptimo, cumpliendo con
todos los requerimientos para los que fue diseado.
6.5.6 Meta 6: Hacer pruebas de funcionamiento del sistema de control
implementado, aplicando disturbios para observar sus respuestas ante estos y de
esta manera poder comprobar la robustez del sistema y realizar la correccin de
fallas si es necesario.
Resultados Esperados
Se espera un buen funcionamiento del sistema de control una excelente
respuesta a los cambios de las variables adems que el sistema tenga un
41
buen tiempo de respuesta y mantenga los niveles de referencia. Llegado el
caso corregir los problemas que hayan surgido durante las pruebas e
implementacin del sistema para llevarlo a un punto ptimo de calidad.
6.5.7 Meta 7: Dar a conocer mediante la televisin local, el internet, prensa y
revistas cientficas a los diversos usuarios del servicio de acceso a datos de
internet de la regin, la aplicacin de esta nueva tecnologa en donde les explique
la importancia que tiene respecto al mejoramiento de la calidad del servicio, lo que
contribuir al desarrollo social, econmico y tecnolgico de nuestra regin.
Resultados Esperados
Recibir la aceptacin de los diversos usuarios de acceso a datos de
internet, por la implementacin de esta nueva tecnologa, debido a sus
ventajas y beneficios en cuanto al mejoramiento de la calidad del servicio
para el desarrollo de la regin.
42
7. RECURSOS
En el desarrollo del proyecto de sincronizacin de antenas parablicas en la
empresa ETB se involucraron diferentes recursos para llevar a cabo la conclusin
de este. Para la seleccin de estos se tuvieron en cuenta diferentes aspectos que
estuvieron presentes durante el tiempo de ejecucin del proyecto y se presentan a
continuacin.
7.1 De Personal
7.1.1 Ejecutores
Jeniffer Yeismar Caldern Duarte
Diego Camilo Tami Lpez
Jonathan Alexis Corzo Mantilla
Mara Victoria Africano Contreras
Estudiantes de octavo semestre de Ingeniera Electrnica de la Universidad
Francisco de Paula Santander.
7.1.2 Asesores
Ingeniero Byron Medina Delgado
Docente adscrito al Departamento de Electricidad y Electrnica de la Universidad
Francisco de Paula Santander.
7.1.3 Personal tcnico auxiliar
Mario Espinoza
Tcnico Profesional en Mantenimiento Electrnico.
43
7.2 Recursos Fsicos
7.2.1 Materiales y suministros
ITEM MATERIAL ESPECIFICACIONES CANTIDAD
1 Antena Parablica
Estndar
Plato parablico de hasta 1.2m
Con Shield y Radome 2
2 Kit del Motor HH SG-2100 o SG-2500 2
3 DAQ NI-USB 6009 NATIONAL
INSTRUMENTS 2
4 Cable coaxial RG-62 tipo red ARCnet 50m
5 Conectores Tipo F x 2 de rosca y presin 4c/u
6 Abrazadera del poste 35 - 68 mm (3.81 cm. - 6.67 cm.)
Acero Reforzado 4
7 Tornillera Tipo U abrazadera de acero
reforzado 8
8 Kit de herramientas
mecnicas
Llaves, destornilladores, martillo,
pinzas, alicates, cintas, limas, etc. 1
9 Taladro Mediana potencia, pila recargable,
con juego de copas y brocas. 1
10 Kit de arns de
seguridad
Arns industrial de cuerpo
completo 2
11 Licencia Software
LabVIEW 1
12 Papelera CD-DVD 700Mb, resma de papel
carta blanco, marcadores, etc. Varios
13 Memoria USB 4 Gb 4
Tabla 4. Descripcin de los Materiales y Suministros.
44
7.2.2 Equipos
ITEM EQUIPO ESPECIFICACIONES CANTIDAD
1 Computador Porttil
Intel Core i3 2.4 GHz,
Disco Duro 120Gb,
Memoria RAM 3 Gb
Unidad de DVD-RW
2
2 Impresora Multifuncional, tinta a color y
negro. 1
3 Multmetro Digital Voltaje y corriente AC-DC,
continuidad. 2
Tabla 5. Descripcin de los Equipos.
7.2.3 Infraestructura
Laboratorios de Electrnica de la Universidad Francisco de Paula Santander
para investigar, documentarse, tomar asesoras y disear el programa que
permitan el desarrollo del proyecto.
En la empresa ETB se utilizara su espacio fsico de campo abierto para realizar
el montaje tcnico del sistema de sincronizacin de las antenas parablicas en
las torres de comunicaciones para efectuar las respectivas pruebas
experimentales que proporcionan la recoleccin de datos contribuyendo al
desarrollo del proyecto para as lograr su puesta en marcha.
7.2.4 Administrativos
Servicio de un digitador encargado de la organizacin y presentacin del
proyecto por escrito y dems documentos que se soliciten.
Servicio de conexin a internet mvil el cual representa la ruta de
comunicacin y adquisicin de informacin referente al proyecto.
45
7.2.5 Asesoras
Servicio de disponibilidad de un empleado tcnico de la empresa ETB para
asesoras constantes en el trabajo a campo abierto del proyecto.
Servicio de asesoras de personal calificado propio de la empresa ETB para
conocer todas las caractersticas propias del enlace microondas, tambin para
evaluar el mapa de posicionamiento de las torres de comunicaciones y
establecer el mejor punto de trabajo.
7.2.6 Viajes
Servicio de transporte y alimentacin en jornada diurna laboral para el
desplazamiento de los investigadores, personal tcnico y especialistas al sitio
de trabajo donde se encuentran ubicadas las torres de prueba.
Servicio de transporte, hospedaje y alimentacin para posibles conferencias,
diplomados o asesoras, que sirvan para ampliar los conocimientos sobre el
desarrollo del proyecto y su puesta en marcha.
Servicio de transporte hospedaje y alimentacin para posibles exposiciones o
reuniones que fomente la promocin y divulgacin del proyecto.
7.2.7 Promocin
Prever publicaciones relacionadas con el proyecto en revistas cientficas o
pginas web, las cuales hay que preparar, editar y divulgar.
7.2.8 Documentacin
Libros, publicaciones cientficas y tcnicas, documentos pdf, hojas de
especificaciones tcnicas (datasheet), manuales de los equipos y materiales
son indispensables para la recoleccin de informacin que contribuye al
desarrollo del proyecto.
46
8. PRESUPUESTO PROYECTADO
8.1 Presupuesto global del Proyecto
El costo aproximado del proyecto se establece de la siguiente manera en pesos
colombianos:
Tabla 6. Presupuesto global del proyecto.
ITEM RUBRO
FUENTES DE FINANCIACIN
TOTAL
UFPS ETB
1 Personal $10620.000 $13880.000 $24500.000
2 Equipos $2200.000 $1800.000 $4000.000
3 Materiales y
suministros $11230.000 $6770.000 $18000.000
4 Infraestructura $500.000 $1000.000 $1500.000
5 Administrativos $200.000 $500.000 $700.000
6 Servicios
tcnicos $500.000 $2000.000 $2500.000
7 Imprevistos $1000.000 $1500.000 $2500.000
Subtotal $26250.000 $27450.000
TOTAL $53700.000
47
8.2 Gastos de Personal
Tabla 7. Presupuesto de los gastos de Personal.
ITEM PERSONAL
FUNCIN
DENTRO DEL
PROYECTO
FORMACIN
PROFESIONAL
RECURSOS
TOTAL
UFPS ETB
1 Jeniffer
Caldern Ejecutor Estudiante $1600.000 $2400.000 $4000.000
2 Jonathan
Corzo Ejecutor Estudiante $1600.000 $2400.000 $4000.000
3 Mara V.
Africano Ejecutor Estudiante $1600.000 $2400.000 $4000.000
4 Diego C.
Tami Ejecutor Estudiante $1600.000 $2400.000 $4000.000
5 Byron
Medina Asesor Ing. Electrnico $3200.000 $1000.000 $4200.000
6 Mario
Espinoza Tcnico Auxiliar Tcnico en redes $1000.000 $3200.000 $4200.000
7 1 Digitador Bachiller $20.000 $80.000 $100.000
Subtotal $10620.000 $13880.000
TOTAL $24500.000
48
8.3 Gastos de Equipos
Tabla 8. Presupuesto de los gastos de Equipos.
TEM EQUIPO JUSTIFICACIN
FUENTES DE
FINANCIACIN TOTAL
UFPS ETB
1
2
Computadora
s Porttiles
Se realizaran las
simulaciones,
pruebas y
clculos en
campo abierto.
$1500.000 $1500.000 $3000.000
2 Impresora
Impresin de
documentos,
planos, diagramas,
avances, etc.
$200.000 $200.000 $400.000
3 2 Multmetros
Digitales
Para realizar
medidas de
diferentes
parmetros.
$500.000 $100.000 $600.000
Subtotal $2200.000 $1800.000
TOTAL $4000.000
49
8.4 Gastos de Materiales y Suministros
Tabla 9. Presupuesto de los gastos de Materiales y Suministros.
TEM
MATERIALES
Y
SUMINISTROS
JUSTIFICACIN
FUENTES DE
FINANCIACIN TOTAL
UFPS ETB
1
2 Antenas
Parablica
Estndar
Establecer el
enlace microondas
sin afectar el
servicio
$100.000 $300.000 $400.000
2 2 Kit del Motor
HH
Realizar el
proceso de
sincronizacin de
las antenas
$100.000 $400.000 $500.000
3 2 DAQ
Adquisicin de las
variables de
medicin en las
antenas
$800.000 $400.000 $1200.000
5 Accesorios de
instalacin
Implementacin,
montaje y ajustes
del sistema
$50.000 $250.000 $300.000
6 2 Kit de arns
de seguridad
Instalacin del
sistema en la torre
de comunicacin
$100.000 $400.000 $500.000
7
Licencia
Software
LabVIEW
Plataforma de
control e
indicacin del
programa
ejecutable
$10000.000 $5000.000 $15000.000
8 4 Memorias
USB
Almacenamiento e
intercambio de
informacin
$80.000 $20.000 $100.000
Subtotal $11230.000 $6770.000
TOTAL $18000.000
50
9. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
A continuacin se presenta el cronograma de las actividades que se realizaron
para la ejecucin del proyecto.
ITEM ACTIVIDAD
SEMANA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 Recoleccin de
informacin
2
Modelamiento
matemtico y diseo
del VI
3 Simulaciones y
pruebas virtuales
4
Seleccin y
adquisicin de
equipos
5
Ensamble, acople e
implementacin
fsica del sistema en
la torre
6 Realizacin de
pruebas
7 Ajustes finales al
montaje del sistema
8 Entrega del Proyecto
9 Promocin del
proyecto
Tabla 10. Cronograma de Actividades.
Fecha de inicio: Agosto 21 de 2010.
51
REFERENCIAS BIBLIOGRAFCAS
BIBLIOGRAFA
TOMASI Wayne. Sistemas de Comunicaciones Electrnicas. Segunda Edicin
Prentice Hall Hispanoamericana S.A.
BALANIS Constantine A. Antenna Theory, Analysis and Design. Second Edition
1997 by John Wiley and Sons, Inc.
FLICKENGER Rob. Redes Inalmbricas en los Pases en Desarrollo. Primera
Edicin 2006 Limehouse Book Sprint Team.
WEBGRAFA
KOZYNSKI Fabin y LEVY Nicols. Antenas de microondas, Electrnica de Radio,
Ingeniera en Telecomunicaciones 2009. [En lnea] Disponible en:
http://subversion.assembla.com/svn/MonoER/principal.pdf
Antenas para Microondas, Sobre los distintos tipos de antenas y las principales
caractersticas de radiacin de las antenas para enlaces de microondas. [En lnea]
Disponible en:
http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/jruiz/jairocd/texto/usm/cd/docu
mento5.pdf
HERNNDEZ M. Luis M. Comunicacin de Datos. Instituto Tecnolgico de la
Laguna. Unidad II. [En lnea] Disponible en:
http://www.itlalaguna.edu.mx/academico/carreras/electronica/COMUNICACION%2
0DE%20DATOS/Unidad%20II/UNIDAD%20II-8.pdf
ESTRELLA S. Juan C. y SUING O. Marco A. Diseo y construccin de un sistema
de rastreo de seal de televisin para UHF comercial. Escuela Politcnica
Nacional de Quito 2006. [En lnea] Disponible en:
http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/328/1/CD-0308.pdf
Mejora de Laboratorios Tradicionales mediante el uso de Instrumentacin Virtual
LabVIEW. VirtualEduca2006 2006 [En lnea] Disponible en:
http://ihm.ccadet.unam.mx/virtualeduca2006/pdf/175-ACR.pdf
52
User Guide and Specifications USB-6008/6009. 2004-2005 National Instruments
Corporation. [En lnea] Disponible en:
http://www.tau.ac.il/~electro/pdf_files/computer/ni_6008_ADC_manual.pdf
Manual Motorized H-H Motor SG-2100. [En lnea] Disponible en:
http://www.satcruiser.com/PubFiles/SG_2100.pdf
53
GLOSARIO
Directividad - Es la relacin entre la intensidad de radiacin mxima y la
intensidad promedio de la antena.
Ganancia - La ganancia de una antena de microondas en la direccin de mxima
directividad respecto a una antena isotrpica ideal.
() = 10 (4
2) = (
2)
2
Donde Ao= rea de apertura, d= dimetro de la antena, = eficiencia de la
antena.
Polarizacin - Se define la polarizacin de la antena como el plano de campo
elctrico que genera mayor transmisin de potencia. Generalmente las antenas
para enlaces terrestres de punto a punto poseen polarizaciones lineales, basta con
girar la antena para obtener una polarizacin horizontal o una polarizacin
vertical.
Patrn de radiacin - Es la representacin de alguno de los parmetros de la
antena en el espacio. Generalmente se presentan los planos horizontal y vertical
centrados en la antena.
Lbulos laterales - En antenas muy directivas es indeseable tener lbulos
laterales en el patrn de radiacin dado que representan potencia radiada en otras
direcciones. Los diseos de antenas directivas buscan reducir estos lbulos.
Relacin frente-espalda - El lbulo trasero de una antena directiva es muy
indeseado para poder evitar interferencias con otros radios. La relacin frente-
espalda (F/B) es dada por la razn entre la ganancia del lbulo principal y la
ganancia del lbulo trasero.
Ancho de haz o HPWB - Definimos el ancho de haz como el ngulo formado
entre los puntos a mitad de potencia del lbulo principal. En antenas directivas
este ngulo debe ser pequeo para poder tener menor dispersin de energa a
grandes distancias.
54
rea efectiva - Es una relacin entre la potencia recibida y la densidad de
potencia incidente en la antena. Es una forma de ver cunto de la potencia
recibida es aprovechado realmente.
Eficiencia - Para transmisin podemos ver a la eficiencia como la relacin entre
potencia radiada y potencia incidente:
=
=
+
Mientras que en recepcin lo podemos ver como la relacin entre potencia
recibida y potencia transferida a la lnea de transmisin:
=
La eficiencia de una antena esta ligada a las perdidas por conductores, perdidas
por dielctricos y reflexin, adems de caractersticas de la construccin como
pueden ser focos no posicionados adecuadamente, reas de sombra, Spill Over
y defectos de construccin entre otros.
Impedancia de entrada - Depende de las caractersticas constructivas de la
antena, as como de los obstculos presentes en el espacio libre frente a la
antena. Determina como se adaptar la misma a la lnea de transmisin con la que
se alimenta y por lo tanto que tanto ROE (relacin de onda estacionaria)
presentar.
=