TEMA 22 Secciones 7 y 8 TRANSMISIONES Y COMUNICACIONES

Transcripción

1 TEMA 22 Secciones 7 y 8 TRANSMISIONES Y COMUNICACIONES 1

2 Tema EQUIPOS REPETIDORES 2

3 EQUIPOS REPETIDORES Son elementos que hacen posible la transmisión de señales a lugares en muchas ocasiones inaccesibles de otro modo, aumentando la cobertura de las comunicaciones. 3

4 Generalidades Un equipo repetidor es básicamente un elemento receptor y emisor de comunicaciones. Funcionan de forma automática, recibiendo y emitiendo ondas de radio Los repetidores generalmente se utilizan en frecuencias de VHF, UHF y microondas. Son especialmente útiles para estaciones móviles, haciendo que el alcance eficaz aumente considerablemente. Por ejemplo, en una banda de radioaficionado, la comunicación simplex directa entre estaciones móviles de potencia moderada, oscila de 15 a 50 km, según la situación y orografía. Con un repetidor, al salvar el terreno, se consiguen distancias superiores a 150 km. Los repetidores se colocan en lugares elevados, sean naturales o artificiales. 4

5 Generalidades La antena se ha de colocar lo más alta posible sobre el nivel del suelo. La sensibilidad del receptor y la potencia disponible del transmisor deben ser tales que la cobertura del repetidor sea la misma para la recepción y la transmisión. El transmisor y el receptor han de funcionar a frecuencias ligeramente distintas, aproximadamente entre un 0,3 y 1 % de la frecuencia del transmisor. Esta diferencia de frecuencia evita la insensibilización y la realimentación, que son indeseables. En cada uno (receptor y transmisor) están invertidas 5

6 Generalidades El repetidor consta de un receptor y un transmisor que trabajan simultáneamente. El receptor recibe una señal, extrae la información (moduladora) y la pasa al transmisor Toda señal que llegue al receptor en buenas condiciones será radiada en buenas condiciones. Si llega en malas condiciones, será radiada en las mismas condiciones. Se debe filtrar la señal recibida antes de ser transmitida 6

7 Generalidades Para asegurar una buena comunicación hay que conocer la situación del repetidor para buscar una buena posición con mayor cobertura. Para saber si estamos dentro de zona de cobertura de un repetidor se puede recurrir a una sencilla prueba con un radioteléfono (simplex): Dado que el proceso recibir filtrar - emitir ocupa un tiempo, cuando se acaba la transmisión (soltamos el PTT) se puede oír una señal cola de repetidor durante unas décimas de segundo. 7

8 Tipos de repetidores Repetidores activos: Reciben la señal en una frecuencia de llegada y la convierten en otra frecuencia próxima, que se amplifica y se vuelve a transmitir. Puede haber o no demodulación de la señal (según nivel exigencia calidad de señal). Por lo tanto, estos repetidores constan de un conjunto transmisor- receptor para cada sentido de la transmisión. Repetidores pasivos: Son repetidores que actúan como simples reflectores, ya que solo cambian la dirección del haz radioeléctrico. Se utilizan para salvar obstáculos aislados. 8

9 Uso de los repetidores En Alzado En Planta 9

10 Enlace entre repetidores Los repetidores se colocan formando una red con otros repetidores, con objeto de que si en algún momento uno de los repetidores no funcionara, la transmisión de la comunicación se pueda realizar por otro camino de la red, sin interrumpir la comunicación. 10

11 Redes de repetidores Si los repetidores se conectaran en serie, es decir, un solo camino, se podría dar el caso de que se cortara la comunicación, por un desvanecimiento de la señal, o cualquier otra circunstancia (averia) Para que no se interrumpa la recepción y transmisión de la señal, se han de duplicar los equipos, establecer un sistema de supervisión y control para la aplicación automática de las técnicas de diversidad contra los desvanecimientos. La mayoría de los repetidores funcionan de forma automática y conmutan al equipo de reserva en caso de avería o de necesidad 11

12 Uso de los repetidores Entre estaciones receptoras y emisoras fijas. Entre estaciones receptoras y emisoras, donde una o las dos son móviles. Entre vehículos móviles. Entre teléfonos portátiles y fijos. Entre teléfonos móviles y fijos. Entre equipos portátiles (walkie - talkie). Buscapersonas. 12

13 Tema PROPAGACIÓN Y ALCANCES 13

14 PROPAGACIÓN Y ALCANCES Las ondas electromagnéticas son una perturbación que se propaga a través del espacio (vacío, aire, etc.) y como toda onda, transporta energía. Las ondas electromagnéticas, radioeléctricas o hertzianas son de origen eléctrico. No se propagan bien a través de conductores con pérdidas como el agua de mar ya que los campos eléctricos hacen que fluyan corrientes en el material disipando con rapidez la energía de las ondas. Las superficies muy conductoras suponen un obstáculo y se comportan como reflectores. La propagación se refiere a la propagación de ondas electromagnéticas en el espacio libre. Estrictamente implica vacío, pero a la propagación en la atmósfera terrestre también se llama propagación en espacio libre, pero teniendo en cuenta que la atmósfera de la Tierra introduce pérdidas y desviaciones de la señal que no se producen en el vacío. 14

15 PROPAGACIÓN Las ondas electromagnéticas se propagan en línea recta, siempre que el medio sea uniforme y sin obstáculos. Si encuentran obstáculos en su camino, además de debilitarlas y atenuarlas, las pueden hacer variar de dirección de tres modos distintos, cumpliendo las propiedades ópticas de la irradiación de la luz: Modo de reflexión: cambio de dirección al chocar con un obstáculo que no pueda atravesar. Modo de refracción: es un cambio de dirección al pasar por un medio con variaciones de densidad ó cambio de medio (aire-agua). Modo de difracción: es la capacidad que tienen las ondas electromagnéticas (y otras) de adaptarse al terreno, bordeando los obstáculos, curvándose (interferencia con un pico de una montaña o un edificio...). El efecto de la difracción aumenta al crecer la longitud de onda 15

16 PROPAGACIÓN Interferencia: cuando coinciden dos ondas en el mismo punto del espacio. Pueden sumarse (constructiva) o restarse (destructiva). Efecto Doppler: Efecto debido al movimiento relativo entre el emisor y el receptor. La frecuencia aumenta cuando se acercan (en A mayor) y disminuye cuando se alejan (en B menor). A B 16

17 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA La onda electromagnética transmitida al espacio por una antena es una forma de energía compleja, que contiene dos componentes, un campo magnético y otro eléctrico, por eso se la conoce como radiación electromagnética. Un campo eléctrico variable, siempre crea un campo magnético, de igual manera que un campo magnético variable, siempre crea un campo eléctrico. Las líneas de fuerza de estos campos magnéticos y eléctricos son perpendiculares entre sí. 17

18 PROPAGACIÓN Y ALCANCES Atenuación. Supuesta radicación en todas direcciones viene descrita por la ley del cuadrado inverso, se define como la reducción de la densidad de potencia con la distancia a la fuente. El campo electromagnético continuo se dispersa (la energía se reparte en un área mayor) a medida que el frente de ondas se aleja de la fuente. Pérdidas de la señal en el espacio libre. Cuando las ondas electromagnéticas se propagan en el espacio libre, se llegan a dispersar y se reduce su densidad de potencia, lo que definimos como atenuación. Esta, se presenta tanto en el espacio libre como en la atmósfera terrestre. La atmósfera terrestre no se le considera vacío debido a que contiene partículas que pueden absorber la energía electromagnética y a este tipo de reducción de potencia se le llama pérdidas por absorción. Es relativamente insignificante a menos de unos 10 GHz. 18

19 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA La onda que procede de una antena se expande en todas direcciones y en línea recta (con excepciones). Parte de ellas se propagan siguiendo la superficie terrestre (ondas terrestres o de tierra) Otra parte se propaga hacia la vertical, en dirección al espacio (onda espacial) Las terrestres, pueden ser directas (sin obstáculos) y/o reflejadas, pero tanto la Tierra como la atmósfera pueden alterar su trayectoria.. Las espaciales se propagan verticalmente hacia el espacio y se subdividen: troposféricas (< 10km) e ionosféricas (50 a 400 km). Son reflejadas hacia la Tierra. Las refracciones troposféricas dependen de las condiciones atmosféricas. Si hay mucha diferencia de humedad y temperatura las ondas se dispersan. 19

20 PROPAGACIÓN TERRESTRE DE ONDAS EM Existen tres formas de propagación de ondas electromagnéticas dentro de la atmósfera: ondas terrestres, ondas espaciales (troposféricas) y ondas celestes (ionosféricas). Cuando las ondas viajan directamente del transmisor al receptor se le llama transmisión de línea de vista (LOS - Line Of Sight). 20

21 Alcances en función de la frecuencia En las ondas largas (VLF), (long. onda 10 km a 100 km) la onda terrestre tiende a propagarse contorneando los obstáculos terrestres y de este modo alcanza grandes distancias en condiciones de mucha estabilidad. La onda espacial se pierde y no es aprovechada. En las ondas medias (MF), (long. onda 10 km a 100 m) la onda terrestre es absorbida por algunos obstáculos naturales. Sin embargo por la noche la onda espacial puede ser refractada hacia abajo por lo que puede alcanzar varios millares de kilómetros. En las ondas cortas (HF), (long. onda 100 m a 10 m) la onda terrestre es absorbida rápidamente por los obstáculos del suelo pero la onda espacial tiende a refractarse con gran facilidad en una capa ionizada, de tal forma que varios miles de kilómetros más allá de donde se extinguió la onda directa, aparece la onda espacial que puede incluso reflejarse de nuevo. En las ondas ultracortas (VHF), (long. onda 10 m a 1 m) su uso se limita a transmisión por onda directa. Puede reflejarse en obstáculos que reúnan ciertas características, pero quien asegura la comunicación es la onda directa. Tiene un alcance típico de 30 km. En UHF (long. onda 1 m a 0.1 m) tiene un alcance típico de 10 km. 21

22 ONDAS TERRESTRES Es la onda de radio que se desplaza por la superficie terrestre. Se utilizan principalmente para las bandas de VLF, MF (sin obstáculos). La construcción de antenas para LF es complicada, por lo que la mayoría de las comunicaciones de onda terrestre están en banda MF. 22

23 ONDAS ESPACIALES U ONDA DIRECTA La limitación de las ondas terrestres a frecuencias superiores a la MF, implica que la propagación de las ondas de esas frecuencias debe realizarse de forma directa entre la antena emisora y la receptora, lo que se conoce como ondas espaciales y se utilizan principalmente para las bandas de VHF y UHF. En general la propagación de este tipo de onda se limita a un alcance óptico, aunque las ondas de la banda VHF, se desplazan bien por la curvatura de la tierra, las de las bandas UHF sólo tienen un alcance limitado al alcance óptico. Para incrementar dicho alcance, se aumenta la altura de las antenas, bien de la emisora o bien de la receptora o de ambas, con lo que el alcance de la emisión aumenta. 23

24 Ondas directas - Horizonte radioeléctrico En las transmisiones de ondas espaciales directas, existe un fenómeno llamado horizonte radioeléctrico, cuya distancia es aproximadamente un tercio mayor que el horizonte óptico. Este fenómeno se produce por la refracción de las ondas en las capas más bajas de la atmósfera. Para poder calcular el horizonte radioeléctrico para antenas emisoras y receptoras se utilizan las siguientes fórmulas, cuya suma de ambas, nos proporciona la distancia máxima de las comunicaciones por onda espacial. Antena emisora: D t = distancia del horizonte radioeléctrico en km H t = altura de la antena emisora en metros Antena receptora: D r = distancia del horizonte radioeléctrico en km H r = altura de la antena receptora en metros. Distancia máxima: 24

25 ONDAS CELESTES U ONDAS INDIRECTAS Son las ondas emitidas al espacio, en dirección a la ionosfera, que es la capa de la atmósfera que está a una altura entre 48 y 400 km Si se emiten ondas de radio con cierta frecuencia e inclinación, la ionosfera las reflejará. Las ondas de radio a otras frecuencias y ángulos distintos a los correctos se refractan a menor altura, con alcances menores. La propagación en bandas de HF y MF, a larga distancia, se realiza con ondas celestes. Las ondas de frecuencias mayores a 3 GHz (bandas de SHF y EHF), penetran fácilmente en la ionosfera y continúan viajando por el espacio. Solo un pequeño porcentaje de la energía de la onda se refracta de vuelta a la tierra. 25

26 Ondas celestes. Variaciones espaciales La existencia y altura de la ionosfera depende de la radiación solar, por lo que cualquier variación de esa radiación puede influir sobre dicha capa. Existen los siguientes tipos de variaciones: Diurnas: Causadas por la rotación de la tierra. Estacionarias: Causadas por el cambio de posición de cualquier punto de la tierra con relación al sol a medida que da la vuelta a su alrededor. Geográficas: Causadas por la intensidad variable de la radiación solar que choca contra la ionosfera a distintas latitudes. Críticas: están causadas por la actividad de las manchas solares en (ciclos de 11 años). 26

27 Ondas celestes Frecuencia crítica: Es la frecuencia más alta para la que las ondas vuelven a la tierra cuando se irradian en dirección vertical. El valor de esta frecuencia dependerá de las condiciones de la ionosfera. Ángulo crítico: Ángulo mayor al que se pueden emitir las ondas hacia la ionosfera, de tal forma que se refracten hacia la tierra. Cuanto menor sea ese ángulo critico, mayor será la distancia recorrida por las ondas. 27

28 Desvanecimiento o fading Cuando se emplea la propagación por ondas celestes, con variaciones de la ionosfera y múltiples reflexiones, puede que en determinados momentos la señal aumente o disminuya de intensidad, por lo que la recepción puede tener mayor o menor potencia. Si estas diferencias de potencia son pequeñas, los equipos receptores pueden compensarlo automáticamente y mantener un nivel de señal óptimo. Si la disminución de potencia es muy grandes, la señal puede perderse por completo y el receptor se queda sin ninguna señal, lo que se denomina desvanecimiento o en inglés fading. 28

29 Comunicación por satélite Los sistemas de comunicación por satélite están compuestos de un satélite en órbita estacionaria a unos km sobre la superficie terrestre, con una antena transmisora y una receptora, ambas en la tierra. El satélite es básicamente un repetidor de microondas, que recibe por transmisión ascendente del emisor, (5,925 a 6,425 GHz), la amplifica y la retransmite a una frecuencia de transmisión descendente, (3,7 a 4,2 GHz), destinada al receptor de la tierra. Como el satélite es estacionario puede aumentar el alcance de las comunicaciones. 29

30 Comunicación por satélite Los satélites existentes pueden manejar circuitos telefónicos, canales de voz en dúplex, 27 canales de televisión u otra combinación de ellos. El satélite se alimenta de unas baterías que se recargan con energía solar. 30