Objetivos específicos. Introducción Teórica. Guía

Transcripción

1 7 1 Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Propagación y Antenas. Título: Diseño computarizado de radio enlaces y cálculo de áreas de cobertura. Lugar de Ejecución: Telecomunicaciones Objetivos específicos Hacer uso de software especializado en propagación para diseñar sistemas de radio enlace entre diferentes puntos geográficos. Calcular mapas de área de cobertura para condiciones reales dadas \(geográficas y técnicas) de un sitio de transmisión. Introducción Teórica En el mundo de la electrónica actualmente contamos con herramientas muy poderosas para predecir el comportamiento de cualquier circuito antes de su construcción. Conocemos las grandes ventajas que este método de diseño y construcción nos da en cuanto se refiere a tiempo y costos frente a otros métodos como el de prueba y error. En el diseño de sistemas de radiocomunicación es también muy importante realizar cálculos de propagación teniendo en cuenta perfiles de terreno en cada dirección de interés; y no solo eso, sino también se hace necesario verificar diferentes puntos de enlace bajo diferentes características del equipo de transmisión. Si la tierra fuera una esfera perfecta y la conductividad del suelo homogénea, esto se reduciría a una simple fórmula que evalúe la atenuación en el espacio. Sin embargo, la superficie terrestre es extremadamente irregular, con valles, elevaciones, profundidades, montañas, bosques, desiertos, mares, etc., cada uno con diferentes tipos de conductividad y diferente clima. Todos estos factores influyen en la propagación; y para tener un grado aceptable de exactitud en la predicción de áreas de cobertura es necesario tomarlos en cuenta. Si todo esto se hiciera manualmente fuera necesario realizar una cantidad enorme de complicados cálculos que requieren tiempo y paciencia para revisar mapas y trazar perfiles de elevación de terreno. En este campo se cuenta actualmente con software capaz de evaluar las prestaciones (PERFORMENCE) de una red de radiocomunicaciones previo a su implementación en el campo, (ver Figura 1). Figura 1 Pantalla de inicio de Radio Mobile.

2 2 El programa Radio Mobile está basado en el modelo de predicción de propagación sobre terreno irregular del US Institute for Telecommunications Science (ITS), conocido como modelo de Longley-Rice, diseñado para ser usado en la banda de 20MHz a 20 GHz y distancias de hasta 2000 km. El programa permite simular la conductividad del suelo, considera superficies terrestres extremadamente irregulares, además de predicción de áreas de cobertura (ver Figura 2), entre otras cosas, dando un mapa topográfico de una zona y saber qué cobertura tendrá cierta antena. Puede evaluar si un radio enlace es posible entre dos lugares dados y calcula las prestaciones de dicho enlace. Incluso presenta imágenes digitales del terreno en 3D (ver Figura 3)y se puede mezclar la imagen con una foto aérea. Para ubicar un lugar específico de interés en el mapa se introducen sus coordenadas, las cuales pueden ser tomadas con un GPS. Figura 2 Simulación de condiciones reales de una antena. Figura 3 Imágenes digitales de la cobertura de la antena en 3D.

3 3 El programa permite, entre otras cosas, dado un mapa topográfico de una zona, saber qué cobertura tendrá cierta antena. Puede evaluar si un radio enlace es posible entre dos lugares dados y calcula las prestaciones de dicho enlace. Incluso presenta imágenes digitales del terreno en 3D (ver Figura 3) y se puede mezclar la imagen con una foto aérea. Para ubicar un lugar específico de interés en el mapa se introducen sus coordenadas, las cuales pueden ser tomadas con un GPS. Para entregar estos resultados el programa tomar en cuenta: Las características del equipo a utilizar. Las características de la superficie terrestre y tipo de clima Materiales y equipos Ordenador con el programa Radio Mobile. Procedimiento Esta práctica tiene como intención hacer una introducción al manejo de Radio Mobile y básicamente será demostrativa. Atienda la explicación general que el docente dará sobre el funcionamiento del programa. Una guía de funcionamiento del mismo lo encontrará en el menú HELP- CONTENTS. Realice después las siguientes actividades: DISEÑO DE UN SISTEMA DE RADIOENLACE 1. Obtenga un mapa que aloje el volcán de San Salvador y la ciudad de Chalatenango. Para esto, en el menú File- Map Properties, presione la opción Enter LAT LON e ingrese las coordenadas Latitud Norte y Longitud Oeste. Regule la pantalla para mostrar 60 km en el eje vertical, presione Enter y se dibujará el mapa. 2. Ubique dos sitios de transmisión/recepción, uno en el Volcán de San Salvador y otro en la ciudad de Chalatenango. Esta vez usando la opción Get units from cities.dat, en el menú File Unit Properties. De esta manera a construido una network de dos miembros. Ahora debe configurar las propiedades de esta red tales como frecuencia de transmisión/recepción, potencia del transmisor, tipo de antenas, pérdidas de la línea de transmisión, etc. Configure el sistema con los siguientes parámetros: Frecuencia 200 MHz Potencia del transmisor de enlace: 10 W Tipo de antena: Yagui, ganancia db sobre un dipolo. Altura de la torre: 30 m. en ambos puntos. Pérdidas en la línea de transmisión: 2 db Umbral de recepción: 100 microvoltios.

4 4 Realice esto de la siguiente manera (paso 3) 3. Abra la ventana File-Networks Properties e introduzca los siguientes parámetros : En la opción Parameters, dele unnombre al sistema e introduzca la frecuencia y tipo de polarización. En la opción Topology, marque Visible y Voice net En la opción Systems, introduzca los siguientes datos: potencia del transmisor, umbral de recepción, pérdidas de la línea de transmisión, ganancia de la antena y altura de la torre. En la opción Membership adjudique a la estación transmisora el rol de command y al receptor de subordinate. Después de esto, al presionar Apply tendrá configurada todos los parámetros de la red y en su pantalla verá lo siguiente (ver Figura 4): Figura 4 Pantalla resultante después de haber introducido los parámetros anteriores.

5 5 Evalúe si este enlace es posible o no. Para esto, en el menú Tools Radio Link encontrará una ventana con los datos calculados por el programa tales como el nivel de señal recibida en microvoltios, la atenuación que sufrió la señal en su trayectoria, la altura y la distancia a la que se encuentran las obstrucciones, una gráfica de las zonas de Fresnel, etc. Si considera que el enlace no es posible bajo las condiciones planteadas, proponga los cambios necesarios en el sistema y justifique su propuesta desde el punto de vista técnico, teniendo en cuenta lo siguiente: Indique las coordenas, altura y dfistancia desde el Tx de la obstrucción más alta. Evalúe las zonas de Fresnel Evalúe el nivel de señal recibida bajo estas condiciones, es mayor o menor que el umbral que se ha puesto? Por ejemplo, podría ser necesario elevar la altura de las torres, aumentar la potencia del transmisor, utilizar un punto de retransmisión, etc. CALCULO DE AREAS DE COBERTURA 4. Calcule el área de cobertura que se puede obtener de un sistema de transmisión con las siguientes características: Frecuencia: 100 MHz Potencia 500 W, tipo de antenas: omnidireccional, polarización vertical, ganancia sobre un dipolo db. Pérdidas de la línea de transmisión: 2 db altura de la torre: 40 m Ubicación: N, W (la misma del volcán de San Salvador) Para esto, en el menú File Networks Properties ingrese los nuevos datos de este sistema de la misma forma como lo hizo en la parte I de esta guía. Después de haber ingresado los datos, en el menú Tools Radio Coverage Single Polar ponga el umbral de recepción en 500 microvoltios y elija antenas omnidireccionales. Al aplicar esta configuración el programa le dibujará el área de cobertura calculada. Si todo está bien en su pantalla debería verse como la Figura 5:

6 6 Figura 5 Pantalla resultante después de haber introducido los parámetros anteriores. Realice los siguientes ejercicios: 5. Cambie el umbral de recepción a 50 micro voltios y dibuje nuevamente el área de cobertura Qué observa? Cambie el tipo de antenas. Utilice una YAGI en diferentes posiciones (azimuth) y calcule cada vez el área de cobertura. Anote sus observaciones:

7 7 Análisis de resultados 1. Presentar el análisis de los resultados obtenidos a lo largo de la práctica. Investigación complementaria Bibliografía Teoría electromagnética. William Hayt Jr. Mc Graw Hill. 5ta Edición. Fundamentos de antenas. Belotserkovski. Marcombo