PROPAGACION POR RAYO DIRECTO J. A. BAVA

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Ana Isabel Blanco Morales
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1 PROPAGACION POR RAYO DIRECTO J. A. BAVA

2 Espectro Electromagnético Rayo Directo LF MF HF VHF UHF SHF EHF 30Khz 300KHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300 GHz Microondas 40GHz L S C X Ku K Ka U E F G 1GHz , ,5 Q V W P 33GHz

4 Propagación por Rayo Directo

5 Fenómenos básicos de propagación por Rayo Directo Refracción Difracción Reflexión Dispersión OPTICA

$Directo Refracción$

6 Fenómenos básicos de propagación por Rayo Directo Refracción Reflexión Dispersión Difracción

7 Refracción - Indices El índice de refracción varía con la altura y con la hora del día (ya que la composición del aire cambia con la temperatura, presión y humedad). Debido a que el valor de n varía sólo unas pocas millonésimas, se utiliza otro índice, llamado Indice Radio Refractivo o Coindice Refractivo (N), que se define de la siguiente manera N = (n 1) 6 10 Así, para n = (que es un valor típico del índice de refracción), resulta N= 300 unidades N. Esto permite una mas sencilla visualización de las diferencias. Podemos expresar este condice en función de parámetros meteorológicos de acuerdo a la siguiente expresión (determinada empíricamente): Donde P : presión atmosférica (hpa) T: temperatura (K) e: presión parcial del vapor de agua (hpa) Moléculas de N y O Moléculas de agua Error < 0,5 % para f < 100 GHz

8 Refracción Las variaciones de P, T y e pueden ser consideradas en diferentes escalas: A escala global, la troposfera está estratificada debido a la acción de la gravedad. A escala media (100 m a 100 Km), la geografía y meteorología pueden producir variaciones temporales y espaciales. A pequeña escala (d < 100 m), las corrientes de aire causan dispersión y centelleo. En general se considera que las variaciones del índice o condice de refracción solo son verticales ( al menos, las variaciones verticales son de dos ordenes de magnitud mayores a la variabilidad horizontal). Puesto que el índice de refracción presenta un gradiente con la vertical, las onda electromagnéticas viajarán a mayor velocidad en algunas regiones que en otras, resultando esto en el curvado de la trayectoria de propagación. En propagación de microondas es de mayor interés el gradiente de N (dn/dh) que su valor absoluto, ya que la curvatura del rayo depende de este gradiente. Si σ es el radio de la curva descripta por la onda, entonces Curvatura 40 x 10-6 [unid N/Km] para una atmósfera normal de latitud media en cond. normales

9 Factor K En realidad, lo que nos resulta de interés es la curvatura relativa del rayo respecto de la curvatura de la tierra. Se define además el factor de radio ficticio de la Tierra K que permite suponer a la onda en una propagación rectilínea y a la Tierra con un radio aparente R tf distinto al radio real R t. Rtf = K. R 0 R 0 = 6370 Km =>

10 Factor K Rft

11 PERFILES ATMOSFERICOS

12 PERFIL TOPOGRAFICO

13 PERFIL TOPOGRAFICO

14 REFLEXIÓN La reflexión electromagnética se presenta cuando una onda incidente choca con una frontera entre dos medios, y algo o toda la potencia incidente no entra al segundo material. x x x x x.... Conductor perfecto Criterio de Rayleigh de reflexión especular Reflexión Especular Difusa

15 Perfil K=4/3 digital

16 Difracción. Principio de Huygens Establece que todo punto de un frente de onda se puede considerar como una fuente puntual secundaria de ondas electromagnéticas, desde la cual se irradian y se alejan otras ondas secundarias. distancia Frente de onda Iluminación Uniforme Nuevo frente de onda Iluminación db

17 Zonas de Fresnel L2 L3 L1 d1 d2 L1 L2=L1+λ/2 L3=L1+λ... r n = 547,723 n f d1 d2 d + d 1 2 donde d1 y d2 corresponden a las distancias desde las antenas en Km., f es la frecuencia en MHz y n es el número del elipsoide.

18 Elipsoide de Fresnel

19 DIFRACCION

20 Optical and Radio Horizons d = [Km] 7,14 K hantena m

21 Altura de antena La altura que agrega la curvatura terrestre se puede calcular en metros de acuerdo a la siguiente ecuación [Km] C = d 1 d2 K [ m] donde: d1 : distancia entre el transmisor y el punto donde se efectúa la corrección [Km]. d2 : distancia entre el punto donde se realiza la corrección y el receptor [Km]. Para una condición de atmósfera normal (K=4/3), la ecuación anterior se expresa d d C = [ m]

22 Altura de las antenas Donde: C: Elevación x Curvatura de la tierra Z 4/5 =0,66. C r 1 : primera zona de Fresnel Ha: altura de antena H: altura de obstáculo D: despeje

23 Despeje D = 0,6 R F1 + Factor de Seguridad Factor de Seguridad: Z 4/5 =0,66. C 3 mts 0,6 de R F1

24 Ubicación de un Sitio Latitud es la distancia angular desde el ecuador a un punto dado de la superficie terrestre. Puntos situados al norte del ecuador tienen latitud Norte (N), los situados al Sur tienen latitud Sur (S). Longitud es la distancia angular desde el meridiano 0º (Greenwich) a un punto dado de la superficie terrestre. Los lugares situados al Oeste del meridiano 0º (Greenwich) tienen longitud Oeste (W) mientras que los situados al Este de aquel meridiano tienen longitud Este (E). Un grado de latitud corresponde a una distancia entre y Km. debido al achatamiento de la tierra, sin embargo un grado de longitud no tiene medida concreta dado que los círculos sobre los cuales se miden convergen hacia los polos. En el ecuador, un grado de longitud equivale a 111,32 Km. (69.72 millas) que es el resultado de dividir la circunferencia ecuatorial entre 360º.

25 USANDO EL GOOGLE EARTH GoogleEarth Distancia entre puntos Poner nombre de sitio o latitud y longitud Escala Latitud Longitud Altura

27 Perfil digital

28 Perfil digital GlobeMaper

29 Link Planner

30 CALCULO DEL ENLACE

31 Cálculo del enlace Densidad de potencia [W/m 2 ] : S i Potencia Pt = = Area _ Esfera 4 π d Pt Gt S = 4 π d Potencia Isotropica Radiada Efectiva 2 t 2 Gt PIRE PIRE = EIRP = P G t Pt Luego: S PIRE = 4 π d 2

32 Cálculo del enlace G t Aef G r d La potencia recibida será entonces: P = S A = PIRE A 4 π d r ef 2 ef Para cualquier antena el área efectiva de apertura es: 2 A ef = λ 4 π Reemplazando en la ecuación de la potencia recibida: 2 λ PIRE P = PIRE G = G ( 4 π d) r 2 r r Ptel G r P tel 4 π d = λ 2

33 P Pérdida en el Espacio Libre Una fórmula de aplicación práctica, expresada de acuerdo a recomendaciones del ITU-R (ex CCIR) RC.525 y RC.341 es: tel 4 π d = λ 2 P = 32, log( f ) + 20 log( d) tel [MHz] [Km] [ db]

34 Pérdida en el Espacio Libre

35 Cálculo del enlace G t P tel P atm G r P t PIRE P obst P r d P = P + G + G P P P r t t r tel obst atm P = PIRE + G P P P r r tel obst atm

36 Pérdidas por Vegetación

37 Pérdidas por lluvia

38 Pérdidas atmosféricas

39 Evaluación del enlace P = PIRE + G P P P r r tel obst atm Luego: o P P + MF r min.det. T a Siendo: CNR = P N r N = K T B = K ( T + T ) B sys a eq T eq CNR CNR + MF Confiabilidad u Satisfacción del usuario

40 CNR y MF Fade Margins for Rayleigh Fading Fiabilidad de propagación Considerando un único salto (%) Margen de desvanecimiento Requerido (db) Pag. 73 Freeman

41 Evaluación del enlace P = f ( E / N ) e b o E Pot tiempo P T = = N N N E P T B b = r b. N N B o b r b o o o o CNR 1 R η = = T B B b E N b o = CNR η

42 PROBABILIDAD DE FADING El desvanecimiento o fading en un enlace de RF se produce por distintos fenómenos atmosféricos y múltiples propagaciones. El método empírico que propone la UIT para su cálculo esta dado por: P = P F/10 Ecuación empírica de Vigants Barnett Donde la probabilidad de fading P, es función de P0 y del margen de fading F. Además podemos decir que: P 0 = K.Q. f b. d c Siendo K factor geoclimatico, Q la rugosidad, f la frecuencia y d la distancia del enlace. Note que P esta expresado como una fracción de tiempo y no como porcentaje Los exponentes b y c son constantes basados en datos empíricos.

43 PROBABILIDAD DE FADING La probabilidad de Fading P en un mes desfavorable esta dado por: P mes ( 12 ) = M P año Donde M es el número de meses en un año con intenso fading de multipropagación, por ejemplo en Europa M es aproximadamente 3, por lo tanto: P mes = 4 P P = 0, 25 P año año mes

44 PROBABILIDAD DE FADING Los métodos de calculo de probabilidad son: La probabilidad de Fading P se determina como: El rendimiento anual puede evaluarse como:

45 MIDIENDO LA PROBABILIDAD DE ERROR P e = BER= Nº de bits erróneos recibidos Nº total de bits recibidos Probabilidad de disponibilidad = Tiempo de intervalos sin errores o Confiabilidad Tiempo total de intervalos Ejemplo: Se trasmitieron: bits Se recibieron: 714 errores de bits Tiempo total: seg con 24 seg erróneos Pe Confiabilidad 714 = BER = = 0, =.100 = 99,85% 15600

46 REFERENCIAS Telecomunicaciones Digitales R. Ares Arbo. Sistemas de Comunicaciones Electrónicos W. Tomasi Prentcie Hall. Microondas y Recepción Satelital J. A. Bava y A. Sanz - CEILp Sistemas Electrónicos de Comunicaciones R. Blake Thompson. Introducción a los Sistemas de Comunicaciones F. G. Strembler Addison Weslwy Iberoamericana. Electrónica Aplicada a los Sistemas de Comunicaciones Frenzel Alfaomega. Telecommunications Trasmission Handbook- Roger Freeman John Qilley & Sons Radio System Design for Telecommunications - Roger Freeman John Qilley & Sons 2006.

47 CONTINUA

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