2. Propagación de las Señales

2. Propagación de las Señales
Rubén Canga
Curso de Iniciación a las Telecomunicaciones. CPR de Avilés. Marzo de 2011 Rubén Canga Feito
Propagación de señales.
ž
Existen dos formas de propagar las señales de
radio.
De manera guiada, utilizando líneas de
transmisión.
De manera no guiada, utilizando la atmósfera
como medio de transmisión.
ž
Dentro de cada uno de estos grandes grupos,
disponemos de varias opciones en función de los
componentes de frecuencias de las señales que
tenemos que transmitir.
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Propagación de Señales
ž
Propagación no guiada: Existen dentro de
este grupo 4 opciones.
Propagación de ondas de Superficie.
Propagación de ondas Ionosféricas.
Propagación de ondas Espaciales.
Propagación de ondas por dispersión
troposférica.
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Propagación de Señales
La propagación de la onda depende de la
situación del trayecto, suelo, colinas,
edificios, vegetación.
ž De las características del terreno como la
conductividad.
ž De las propiedades físicas como
precipitaciones, absorción por gases y
vapores.
ž De la frecuencia y de su polarización.
ž
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Propagación de Señales
ž
Ondas de Superficie: Es una señal de radio
que viaja a lo largo de la superficie de la tierra,
también denominada onda de tierra.
ž
La propagación se produce por difracción de la
señal. Esta se produce cuando la longitud de onda
es mayor que las dimensiones del objeto.
ž
Se utiliza en frecuencias de transmisión muy bajas
normalmente en la banda de LF, MF y HF por
debajo de los 30 Mhz.
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ž
Estas señales de baja frecuencia tienen
longitudes de onda muy grandes y tienden por ello
a seguir la curvatura de la tierra propagándose
más allá de la línea del horizonte.
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Propagación de Señales
ž
Cuanto mayor es la longitud de onda de la señal,
menor atenuación por absorción sufre por los
elementos de la superficie como árboles,
montañas y edificios. (Frecuencias bajas del
espectro hasta la OM).
ž
Para mejorar la propagación de estas señales de
superficie se suele utilizar polarización vertical.
ž
Las señales en LF tienen poco ancho de banda y
debido al tamaño necesario de las antenas, no
son muy utilizadas por estaciones comerciales,
(Francia). Señales horarias, aplicaciones militares.
Mayoritariamente se utiliza la OM para Broadcast
comercial.
ž
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Propagación por difracción. Filo de navaja.
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La señal se atenúa con el cuadrado de la
distancia.
P1= Pt / r12
P2= Pt / r22
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ž
Onda Ionosféricas. Se produce este tipo de
propagación en señales de radio comprendidas entre
los 1.5 MHz y los 30 MHz, para enlaces por encima
de los 100 Km. Señales HF o Decamétricas.
ž
Tiene lugar por reflexión en las capas altas ionizadas
de la atmósfera.
ž
Se consiguen grandes alcances pero con cierto grado
de inestabilidad.
ž
Son muy útiles sobre todo en casos de catástrofes y
emergencia.
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Propagación de Señales
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ž
Por debajo de 1.5 Mhz las señales sufre mucha
atenuación por absorción, mientras que por encima de
30 Mhz, las señales atraviesan estas capas de la
ionosfera.
Presenta algunos inconvenientes que son:
— El carácter aleatorio de las capas de la ionosfera.
— La presencia de ruido en las bandas.
— La existencia de elevados niveles de interferencias por
el alto nivel de uso de las bandas.
— Desvanecimiento por multitrayecto. Fading.
— Valores reducidos de frecuencias, limitan el ancho de
banda y la capacidad del canal.
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Propagación de Señales
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ž
La ionosfera es una región ionizada que se
forma al incidir los rayos X y ultravioleta
procedentes del Sol.
ž
Esta zona se extiende entre los 60 km y
500 km formando capas de distinta
ionización.
ž
Las capas están nombradas como D, E y
F, que a su vez se subdivide en F1 y F2 .
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Propagación de Señales
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Propagación de Señales
La capa más utilizada en HF para larga
distancia es la F2.
ž El grado de densidad de ionización varía
en función de:
ž
— La radiación solar. (Predicción por manchas
solares y ciclos solares).
— La situación geográfica.
— La estación del año.
— La hora del día.
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ž
Mapas de predicción de propagación.
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ž
Para poder utilizar estas capas de manera
optima es necesario emitir con un
determinado ángulo y unos limites de
frecuencia.
ž
Existe dos limites de frecuencia, un limite
es el MUF y otro limite es el LUF.
ž
MUF, máxima frecuencia utilizable para un
enlace ionosférico.
ž
LUF, mínima frecuencia utilizable.
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ž
Predicción de MUF en función de la hora
del día.
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ž
ž
Por encima de la MUF, la señal atraviesa las
capas sin producirse reflexión.
Por debajo de la LUF la señal es muy atenuada
por la absorción y los niveles de ruido.
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Propagación de Señales
ž
Propagación por ondas espaciales. Para
frecuencias superiores a los 30MHz la
propagación se realiza a través de las capas
bajas de la atmósfera (Tropósfera).
ž
Tres sub-modos:
— Onda directa, enlaza Tx y Rx directamente.
— Onda Reflejada, enlaza Tx y Rx mediante
una reflexión de la onda en el terreno.
— Ondas multitrayecto, son ondas que
alcanzan el Rx tras sufrir reflexiones en
estratos troposféricos.
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ž
Distribución de las capas de la atmósfera
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Propagación de Señales
La onda espacial es en general estable,
aunque esta, en teoría, limitada al alcance
óptico entre Tx y Rx (LOS).
Dv= 4.1(√Ht + √ hr)
ž
Dv= Km
Ht y hr= m
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ž
No obstante, no siempre tenemos, como es el
caso de la emisiones VHF de FM, línea de visión
entre el Tx y el Rx, pero en función de la
frecuencia, las reflexiones y multitrayectos de la
señal, permiten la recepción del a señal.
ž
Cuando estas señales multitrayecto no llegan en
fase a la antena de Rx pueden producir el
desvanecimiento del radioenlace.
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ž
ž
La propagación espacial es común enlaces
terrestres , es habitual su utilización en los
enlaces de alta capacidad en el rango de las
microondas, debido al margen de frecuencias
donde se encuentran.
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Propagación de Señales
ž
Las señales de radio sufren una
atenuación en el espacio libre. El caso más
favorable es el que nos calcula la mínima
pérdida que vamos a tener en el espacio
libre y que está definida por la ecuación de
Friis:
Lbf (dB)= 32.45 + 20 Log F(Mhz) + 20 Log d(Km)
Lbf (dB)= 92.45 + 20 Log F(Ghz) + 20 Log d(Km)
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Propagación de Señales
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ž
Seguidamente se van añadiendo a estas
pérdidas factores de corrección en función de
las características del medio, la frecuencia, la
presencia de obstáculos, la influencia de la
lluvia y los agentes gaseosos, etc.
ž
Hay otros factores que influyen en la
propagación de señales como son la refracción
junto a la reflexión y la difracción que ya hemos
visto con anterioridad.
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Propagación de Señales
ž
La Refracción se produce cuando las señales
de radio pasan de un medio a otro con distinto
índice de densidad, originando un cambio de
ángulo y velocidad de propagación.
ž
En el caso del aire, este índice va a variar en
función de la temperatura, la presión
atmosférica y la presión de vapor de agua,
generándose canales de radiofrecuencia.
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Propagación de Señales
ž
En circunstancias normales no es problema, esto
efecto se compensa con los anchos del haz de
las antenas.
ž
En circunstancias menos usuales, las señales de
radio pueden quedar atrapadas en este canal
que se a formado, produciendo así un
desvanecimiento del radioenlace.
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Propagación de Señales
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ž
Este tipo de fenómenos es muy común en zonas
de gran inversión térmica, como llanuras
desérticas y sobre grandes masas de agua,
mares, lagos, etc.
ž
En Gijón se aprecia mucho en los meses de
verano, cuando por la temperatura aumenta la
evaporación del mar.
ž
Se puede escuchar emisoras de FM de Francia e
Inglaterra, así como frecuencias utilitarias de
estos países.
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La Reflexión de las señales de radio se produce
cuando la señal incide con un determinado ángulo
sobre una superficie y esta es reflejada con un
ángulo diferente.
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ž
Es tipo de comportamiento de la señal tiene
algunas ventajas y algunos inconvenientes.
ž
La reflexión ayuda a la propagación de las
señales en aquellos lugares donde no
tenemos visión directa con el Tx, como puede
ser las emisoras de FM en la banda de VHF
en ciudades y zonas montañosas.
ž
Esta característica es utilizada también para
hacer repetidores de señal pasivos, de
manera que usando una superficie metálica a
modo de espejo, podemos unir dos puntos sin
visión óptica. (Ibias enlace de telefónica).
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Si la señal reflejada llega en fase a la
antena de Rx, puede tener efectos
beneficiosos, dependiendo de los tiempos
de retardo de la señal, de forma que puede
hacer aumentar el nivel de Rx
ž Pero si no llega en fase, o tiene mucho
retardo, puede producir desvanecimientos
o interferencias en el enlace (Doble
imagen Tv analógica y fading en radio).
ž
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En la práctica se procura ajustar la altura de las
antenas de manera que la señal directa y reflejada
lleguen en una fase conocida.
ž Puede ser minimizado utilizando vanos que pasen
por zonas reflectoras pobres.
ž Muchos problemas en zonas marinas por
diferencia de mareas.
ž
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ž
Algo que tenemos que tener muy en
cuenta a la hora de hacer un radioenlace
son las zonas de Fresnel.
ž
El frente de ondas propagado por una
antena se va desfasando a medida que se
aleja del eje longitudinal de propagación,
definiéndose la primera zona de Fresnel
cuando la señal esta desfasada 90º con
respecto a la señal longitudinal, la segunda
entre los 90º y 180º, y así sucesivamente.
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ž
La señales de radio forman anillos concéntricos
alrededor del eje y la mayor densidad de energía
se concentra en la primera zona de Fresnel.
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En frecuencias inferiores a 3 Ghz, tenemos que
tener libre al menos el 70% de la primera zona
de Fresnel.
ž Para frecuencias superiores a 3 Ghz 100%.
ž
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ž
La fórmula para calcular estas zonas de Fresnel
es:
ž
Donde tenemos
d1: Distancia del Tx al plano considerado (Km).
d2: Distancia del plano considerado al Rx (Km).
f: Frecuencia de la señal (Mhz).
n: Orden de la zona de fase Fresnel.
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Propagación de Señales
ž
ž
Tenemos que dejar en la medida de lo posible
siempre la primera zona de Fresnel libre y
procurar bloquear por completo la segunda zona
de Fresnel, mejorando con esto la fiabilidad del
radioenlace.
En caso de vanos sobre terrenos muy llanos como
arenales y grandes superficies de agua, es
recomendable no instalar las antenas a la misma
altura en torre de con el fin de remover el punto de
inflexión del área de recepción de la antena.
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Bibliografía del curso.
ž
Transmisión por Radio*.
— Jose María Hernando Rábanos.
— Editorial Universitaria Ramón Areces.
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Antenas*.
— Ángel Cardama Aznar, Lluís Jofre Roca, Juan Manuel Rius
Casals,Jordi Romeu Robert,Sebastián Blanch Boris.
— Ediciones UPC, Universidad Politécnica de Cataluña.
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Las Antenas.
— R.Brault y R.Piat.
— Editorial Paraninfo.
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Cálculo de Antenas
— Armando García Dominguez.
— Editorial Marcombo
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Bibliografía del curso.
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Manual de Comunicaciones por Radio*.
— R.Harold Kinley.
— Ediciones Ceac.
ž
Sistemas de Comunicaciones*.
— Heathkit Educational System. Heath Company Benton Harbor,
Michigan.
— Editado por Comercial A.Cruz S. A. Montesa 38 Madrid.
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Electrónica de Comunicaciones.
— Manuel Sierra Perez, Belén Galocha Iragúen, Jose Luis
Fernandez Jambrina, Manuel Sierra Castañer. Universidad
Politécnica de Madrid.
— Editorial Pearson.
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Bibliografía del curso.
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Postgrado Especialista Universitario en Telecomunicaciones.
— Profesorado: Gloria María Torralba Collados, Vicente Gonzalez Millán,
Julio Martos Torres, Enrique J, Sanchis Peris, Jesus Soret Medel,
Nestor García García.
— Universidad de Valencia.
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Recursos de Internet.
— http://www.upv.es/antenas/, página de la universidad de Valencia.
— http://miguel-ferrando.blogspot.com/, blog dedicado a las Antenas,
—
—
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—
—
catedrático de la Universidad de Valencia.
http://webs.uvigo.es/servicios/biblioteca/uit/body.htm,
recomendaciones UIT, Universidad de Vigo.
http://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/csat/, Universidad de Madrid.
http://personal.us.es/murillo/ Profesor de la Universidad de Sevilla.
http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada.
http://www.mityc.es/telecomunicaciones/es-ES/Paginas/index.aspx.
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Bibliografía del curso.
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Recomendaciones UIT
— UIT – R BS.412-9-1998 , Planificación de Radio difusión sonora en
FM, ondas métricas.
— UIT – R BS. 1698 -2005 Evaluación de Campos sistemas Tx.
— UIR- R P.453-9 -2003 Índice de refracción radioeléctrica.
ž
Catálogos, notas técnicas y manuales de distintos
fabricantes disponibles en Internet:
— RVR, Harris,Nautel,Vimesa, Icom.
— Rymsa,Moyano,Televés.
— Exir broadcasting, Spinner, Andrew, RFS.
— Crushcraft, Mosley.
— Rohde and Schwarz, Tektronics, HP.
— Audemat, Axel, Orban.
— Dehnventil.
Fin
FIN