07- sistema radiante. ssrr

7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr

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7 SISTEMA RADIANTE SSRR

El sistema radiante es el conjunto formado por las antenas de panel o

paneles y los cables de alimentacin o feeders. Lgicamente tambin habra que

considerar todos los tipos de conectores pero no es interesante desde el punto de vista

del ingeniero de radio ya que no influyen prcticamente en nada para el diseo.

7 1 Paneles

Los paneles son el tipo usual de antenas de exterior usadas en la telefona

mvil. El diagrama de radiacin de cualquier antena se puede representar tanto en el

plano horizontal como vertical mediante unos grficos en coordenadas polares.

- 22 -

dB

dB3

dB20

En estos diagramas se muestran los lbulos principales y secundarios en

funcin de la ganancia segn el ngulo que forma el eje de los mismos con el punto

emisor. El lbulo principal que coincide con el eje de la antena, es el de mayor tamao y

alcanza el crculo de coordenadas polares correspondiente a 0 . El ngulo deradiacin est en el lbulo principal y abarca todo el ancho del lbulo que tenga una

ganancia por encima de que es lo que se denomina anchura del haz. Los lbulos

secundarios que envuelven al principal disminuyen de tamao a medida que se acercan

al ngulo de 180 y tpicamente estn unos por debajo del principal. Todo esto es

bajo la suposicin de campo lejano.

El campo lejano es la zona de campo alejada de la antena (se produce a una

distancia equivalente al cuadrado de la dimensin de la antena) en la que la propagacin

de los campos electromagnticos se asemeja a una onda plana cuya densidad de

potencia disminuye con el cuadrado de la distancia a la antena.

El ancho de haz a - es la separacin angular de las direcciones en las que el

diagrama de radiacin ha cado y su valor se expresa en grados.

dB3

dB3

La directividad o ganancia especfica es la capacidad que tiene una antena de

concentrar potencia absorbida o radiada en la direccin de mxima ganancia. El ancho

de banda es el margen de frecuencias para el cual la antena mantiene sus caractersticas.

La relacin entre la densidad de potencia radiada por la antena en la direccin til

y la que radia por el lbulo trasero se conoce como relacin delante/atrs o Front to

Back ratio, y es un importante parmetro de diseo de la antena en lo relativo a

interferencias.El ngulo que hace referencia al diagrama de radiacin del lbulo principal en el

plano horizontal de la antena se denomina azimut y para el diagrama de radiacin

vertical se denomina ngulo de elevacin, se disea para concentrar el mximo de

radiacin para aquellos ngulos por debajo de la horizontal, que es donde se agrupan los

abonados.

Otro de los parmetros que hay que tener en cuenta es la impedancia

caractersticas que es la resistencia que presenta la antena en la frecuencia a la que ha

sido sintonizada, que toma un valor tpico de 50

Para proteger los elementos radiantes de las inclemencias del tiempo y otros

agentes como pueden ser los pjaros e insectos se cubren con una carcasa o radomo de

un material que permite el paso de las ondas sin afectar a sus propiedades depropagacin.

DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez


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En la telefona mvil se suelen usar antenas de panel formadas por arrays de

dipolos y que funcionan en base a una doble polarizacin, polarizacin +45/-45 o

crosspolar. Que permite tener diversidad en recepcin.

Vamos a ver las especificaciones de un panel real para ver las caractersticas ms

importantes.

7.1.1 Ejemplo de panel. KATHREIN 739636.

El cuadro de caractersticas de los paneles es como sigue:

Ilustracin 5: caractersticas de antena 739 636

Vamos a ir viendo los campos que son interesantes para un ingeniero de diseo

radio:

Input:Son las entradas al panel.

Nos dice el tipo y cantidad de conectores. Lo usual son los 7-16.

Connector position:

Nos indica en qu posicin del panel se encuentran los conectores. Eneste caso se encuentran en la base del mismo.

- 23 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez


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Frecuency Range:Nos especifica el rango de frecuencias en el que la antena de panel

conserva sus caractersticas y en el que debe de funcionar.

VSWR:

Es laROEo razn de onda estacionaria que nos indica cuanta parte de laenerga enviada por el transmisor regresa al mismo reflejada. UnaROE

de 1,5 implica un regreso del 4% de la potencia.

Suele estar bastante bien controlada en este tipo de antenas para no

provocar problemas a los transmisores. Es un parmetro dependiente de

la frecuencia.

Gain:Es la ganancia del panel. Suele ser dependiente de la frecuencia. Aparece

como 2x debido a que este tipo de antenas tienen dos entradas, una por

cada polarizacin y que se transmiten al mismo tiempo. Se expresa en

dBi y para las antenas de GSM 900 toma valores entre 14 y 19 dBi.

ImpedanceEs la impedancia de entrada a la antena.

Como vimos antes ser de 50para este tipo de sistemas.

PolarizationEs la polarizacin a la que va a transmitir el panel. Lo normal es tener

siempre que sea posible paneles con dos polarizaciones, a +45 y -45 para

as dotar a la seal recibida de diversidad sin necesidad de montar dos

paneles. Hay que hacer notar que tendremos un conector de entrada porcada polarizacin que tenga el panel.

Front to back ratio, copolar.Como antes comentamos es la relacin entre la potencia de la seal que

va por el lbulo principal y la que radia el lbulo trasero.

Half-power beam width.Es la anchura del haz a -3dB. Se observa en los diagramas de radiacin

que vienen adjuntos en las caractersticas del panel.



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Ilustracin 6: diagrama de radiacin horizontal de antena panel

Ilustracin 7: diagrama de radiacin vertical de antena panel

Este panel viene especificado para las dos polarizaciones aunque siempre

son iguales. Este modelo de panel en concreto viene con un downtilt

elctrico predefinido e igual a 6.

IsolationVa a indicar el aislamiento entre las entradas del panel. Suele ser

dependiente de la frecuencia.

Max power per input.Es la mxima potencia que puede soportar el panel por entrada. Hay que

tener en cuenta que un mismo panel puede ser utilizado por una conexin

en cascada de transmisores que debern tener en cuenta este parmetro a

la hora de limitar la potencia de los mismos.



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Height/width/depth

Son las dimensiones del panel. Las debemos conocer para as colocarlas

de manera ptima en los soportes. Las antenas de GSM 900 tienen una

longitud de 2,6 metros ms o menos.

Ilustracin 8: panel tpic o GSM 900 de 2,6 metros

Como norma general se instalarn paneles de 65 de apertura horizontal y con

una separacin mnima entre la orientacin de los sectores de 90.



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7.1.2 Clcu lo de la inc linacin de la antena o downti lt.

Dotar de cobertura ptima es el objetivo principal de un sistema radiante.

Dependiendo de las caractersticas y la situacin del emplazamiento con respecto al

objetivo de cobertura es muy posible que necesitemos aplicar un cierto downtilt a las

antenas.

Este tipo de clculos se suele hacer en el mismo replanteo tcnico aunque se

puede haber hecho un estudio previo sobre plano para ir hacindonos una idea de los

posibles resultados. Aunque existen unas tablas lo ideal es hacer el clculo a mano.

Tambin se suelen hacer simulaciones de cobertura con herramientas

informticas especficas para ello donde podemos observar los cambios que se producen

al dotar a las antenas de una u otra inclinacin.

Nosotros nos vamos a centrar en la forma de hacer los clculos a mano que nos

resulta ms didctico desde el punto de vista del diseo.

Las frmulas a usar son las siguientes:

+

+=

2

)()(tan1000

)()()()( 21int

BW

mcmcmHKmR erior

+=

2

)()(tan1000

)()()()( 21

BW

mcmcmHKmRexterior

( ))(tan1000)()()()( 21

+= mcmcmHKmRcentro

=

)(1000

)(tan)( 1

KmR

mH

centro

)( es el downtilt de la antena.

es el radio interior de la celda.)(int KmR erior

es el radio exterior o de mayor alcance de la celda)(KmRexterior

es la distancia al centro de la celda)(KmRcentro

es la altura sobre el terreno de la antena)(mH

es la cota AMSL del emplazamiento)(1 mc

es la cota AMSL del objetivo de cobertura)(2 mc

es el ancho de haz a -3dB de la antena.)(BW

En la siguiente ilustracin mostraremos todos estos parmetros de manera visual para

que nos podamos hacer una idea real de cmo se aplican estas frmulas.



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Ilustracin 9: diagrama clculo downtilt antenas

Si tenemos en cuenta una torre de =40, con cota =400 y un pueblo a

=2 con cota en su centro de =300 el resultado sera:

)(mH

c

)(1 mc

)(KmRcentro )(2 m

+=

21000

30040040tan)( 1 = 4

Tendramos que dotar por tanto a los paneles de una inclinacin de 4 para cubrir de

forma ptima la poblacin.

Si calculamos los radios interior y exterior con ambos extremos:

+

+=

2

7

4tan1000

30040040)(int KmR erior = 1,063

+=

2

74tan1000

30040040)(KmRexterior = 16,420

En la mayora de los casos el downtilt mnimo que se coloca es la mitad del ancho de

haz vertical, con idea de no radiar nada hacia arriba.



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7.1.3 Downtilt elctr ico y mecnico. El RET( Remote electrical til t)

En todo despliegue de telefona mvil se hacen estudios completos de

cobertura y vecindades. Se intenta cubrir una zona especfica pero evitando las

interferencias excesivas entre las BTS. En la planificacin se establece siempre una

inclinacin o downtilt a instalar en los paneles, pero luego una vez en el aire, estosdowntilts pueden necesitar ser modificados a la luz de las medidas obtenidas en los

drive test.

Tambin hay que tener muy en cuenta que una cosa es lo que se disea y

otra cosa bien distinta lo que en la realidad se implementa.

Hay que distinguir entre inclinacin elctrica o mecnica. El tilt mecnico es inclinar la

antena fsicamente como vemos en la figura:

Ilustracin 10: downtilt de antenas

El downtilt elctrico sin embargo no modifica para nada la posicin del

panel, sino que acta sobre la fase de la seal electromagntica a emitir. De esta manera

cambiando la fase, cambiamos los parmetros de la seal y conseguimos el efecto

deseado.

Los paneles que permiten modificar el downtilt elctrico presentan en su base una

tuerca o similar que permite modificar y visualizar el que tiene en ese momento

asignado.



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Como para modificar el downtilt elctrico hay que estar en contacto directo con la

antena esto nos implicar un coste cada vez que tengamos que hacerlo ya que tendremos

la necesidad de que un tcnico suba al sistema radiante.

Para facilitar los cambios de tilt elctrico se instala un dispositivo que nos va a permitir

hacerlo de manera remoto. Este dispositivo es el RET.

El RET o remote electrical tiltse conecta directamente al panel y por cable

al ASC o en su defecto al bastidor de los equipos.

Ilustracin 11: diagrama RET con ASC/TMA

En este ltimo dibujo observarnos las conexiones del RET cuando tenemos un LNA o

ASC cerca de los paneles.



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Ilustracin 12: diagrama RET con conexin directa al bastidor

Ilustraci n 13: RET

Las dimensiones suelen ser las siguientes:

Altura: 178 mm

Anchura: 50 mm

Profundidad: 60 mm



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7.1.4 Tma/Asc

El TMA o tower mounted amplifier, es un elemento que se coloca para

minimizar las prdidas en los feeders de la seal proveniente del uplink, de esta manera

extiende el rango de alcance de la celda.

Los TMA por tanto se usan para mejorar la potencia de seal recibida en las antenas en

aquellos sitios en los que el uplink es dbil.

El TMA nos permite:

Disminuir las llamadas cadas

Aumentar la cobertura dentro de los edificios.

Aumentar la cobertura dentro de los coches

Disminuir la potencia transmitida por el mvil con el consiguiente ahorro debatera.

El TMA nos puede servir para optimizar las redes ya que nos puede ahorrar la

colocacin de estaciones base en entornos quemados donde es complicado conseguir

nuevos sites.

Es bsicamente un filtro paso de banda con eliminacin de continua y un LNA (low

noise amplifier).

Hay 3 tipos de TMA segn el tipo de configuracin que nos interese y vamos a ver sin

entrar en muchos detalles las caractersticas de cada una de ellas.



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7.1.4.1 Simplex TMA

Es bsicamente un LNA que amplifica la seal recibida por la antena

adems de un filtro paso de banda para eliminar los elementos espreos de la seal y la

componente de continua. Este tipo de TMA se usa en recepcin solamente ya que suele

ser el uplink la parte ms dbil del enlace radio, y la que nos limita la cobertura y lacalidad de los KPIs. En este caso los cables de Tx y Rx entran por bocas diferentes a la

antena.

Ilustracin 14: simplex TMA



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7.1.4.2 Duplex TMA

Permite compartir la Tx y la Rx en un mismo feeder desde el TMA al panel. Nos

permite en este caso ahorrar una boca del panel. Est formado por un diplexor que hace

la separacin de TX/RX y el filtrado de seal. La Rx va por el LNA hacia la BTS.

Desde el TMA a la BTS la Tx y la Rx van porfeedersseparados.

Ilustracin 15: dplex TMA



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7.1.4.3 Dual Duplex TMA:

Es un Duplex TMA que nos permite el uso de un solofeederhasta la BTS

compartiendo Rx/Tx. Lo hace gracias a la inclusin de otro filtro duplexor. De esta

manera podemos usar diversidad en la recepcin. Tambin es el encargado de dotar de

alimentacin del RET y hacer de interfaz entre este y la BTS

Ilustracin 16: dual dplex TMA



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7.1.4.4 ASC.

Es un dual duplex TMA de alta ganancia para UMTS formado por dos

elementos Tx/Rx que permite usar los dos feeders para uplink y downlink. Tambin es

el encargado de dotar de alimentacin del RET y hacer de interfaz entre este y la BTS.

Aunque los equipos suelen estar preparados para Tx/Rx por los dos feeders, slousaremos un cable para Tx/Rx y otro para Rx.

Ilustraci n 17: ASC



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7 2 Feeders

Losfeederso cables de alimentacin se usan para conectar el bastidor de los

equipos con los paneles, as pues se encargan de transportar la seal desde los

transceptores hasta las antenas y viceversa. Las caractersticas principales de estos

cables en cuanto a lo que para el diseo nos concierne son la impedancia, las perdidas y

el radio de curvatura. La impedancia ser de 50.

Las prdidas de losfeeders son dependientes de la frecuencia y aumentan a

medida que sube la misma. A la hora del clculo aproximado de las prdidas tomaremos

la frecuencia ms alta de la banda de GSM 900 que ser 960Mhz.

A medida que aumentamos la seccin delfeederdisminuiremos las prdidas

pero complicaremos la instalacin de los mismos debido a que cuanta ms seccin

tengan losfeedersmenor es la flexibilidad del mismo y por lo tanto aumentar el radio

de curvatura. El radio de curvatura es el radio mnimo al que uno puede doblar el cablesin daarlo ni acortar si vida til.

Las medidas usuales de losfeedersen telefona mvil sern de 1/2, 7/8 y

1-5/8.

A continuacin mostraremos las caractersticas de estos cables:

feeder Perdidas dB/100m a 960Mhz

Radio decurvatura (cm)

Uso tpico

1 /2 11 3,2 Hasta 25 metros7 /8 5,09 12,5 Entre 25 y 50 metros

1-5 /8 2,33 20 Ms de 50 metros

Ilustracin 18: tabla de feeders

Las conexiones con los paneles y con los bastidores se harn siempre con

latiguillos de 1/2. Los latiguillos son secciones de cable de longitud no superior a los

1,5 metros.

Por ejemplo para que nos hagamos una idea de las prdidas reales tendremos que:

Para un cable de 1/2.Usado a su longitud mxima de 25 metros tendremos unas

prdidas de 2,75dB. Para un cable de 7/8usado a su longitud mxima de 50 metros tendremos unas

prdidas de 2,5dB.

Para un cable de 1 5/8usado a 50 metros sus prdidas sern de 1,15dB.

El coste de los cables aumenta conforme aumenta la seccin de los mismos pero

ms aumenta el coste de la instalacin de los mismos debido a que son bastantes ms

pesados y difciles de manejar.

La instalacin por ejemplo de los cables de seccin 1 5/8 normalmente implican el

uso de gras debido a su elevado peso y reducida movilidad.

As pues en los usos habituales se ha tenido en cuenta el compromiso entre lasprdidas de los cables y el coste total del uso de los mismos.


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