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MSc. Robert Perea Tamayo

UAP- EAPIET

PROPAGACION DE ENLACE

2Sist. de Microondas y Via Satelite - EAPIET - UAP

FACTOR K

K es un factor de escala que ayuda a

cuantificar la curvatura de la trayectoria

de un rayo emitido.

En un radio enlace el factor K=1 es el

horizonte óptico.

En realidad se puede lograr

comunicaciones mas allá del horizonte

óptico.


FACTOR K

Se puede considerar K relacionado a

dos esferas. La primera el radio de la

tierra Ro=3670Km y la segunda la

curvatura del rayo RE.

K=RE/RO

El valor K=4/3, se considera que ocurre

mas del 60% de las veces.


Curvatura terrestre

Construcción del perfil con curvatura corregida.

Método completamente lineal

Realiza líneas rectas desde cada extremo hasta elpunto del obstáculo calculado.

Método terrestre de 4/3

Requiere una grafica de 4/3 de la tierra. Utilizavalores reales

Método de curvatura

Realiza una grafica lineal con los valores reales delos obstáculos con una referencia lineal al nivel delmar y una curva dibujada desde la estacióntransmisora a la receptora.


Curvatura terrestre

Cualquier cambio en la atmosfera se puede

expresar como una variación del factor K.

Se busca encontrar el valor de la altura h

del arco KRo.


Curvatura terrestre

Se puede encontrar utilizando las

ecuaciones:

○ Donde fi es el cambio en la distancia vertical

desde una referencia horizontal.

○ Y para fi=h y RE=KRo


Zona de Fresnel Según la teoría de Huygens-Fresnel, se muestra

el campo electromagnético en el punto S2 el

debido a la suma de los campos causados por la

radiación de pequeñas aéreas que se incrementan

sobre la superficie cercana sobre el punto S1.


Las zonas de Fresnel forman una serie

de círculos concéntricos imaginarios

entre el transmisor y el receptor.

Convencionalmente se necesita libre el

60% de la primera zona de Fresnel para

asegurar que la atenuación producida

por un obstáculo se imperceptible.


El radio de la zona de Fresnel rn en unasuperficie perpendicular al camino depropagación se calcula:

○ n= numero entero de la Zona de Fresnel.

○ l=Longitud de onda

○ d1=Distancia desde el punto 0Km al punto de calculo

○ d2=Distancia del punto evaluado al final del enlace

○ d=Distancia total del enlace


Desvanecimiento

Es el termino general para expresar la

reducción de la intensidad de la señal.

Normalmente debido a variables en la

propagación física de la radiación.

Los cambios de trayectoria se asocian

tanto a condiciones atmosféricas como

a la geometría de la trayectoria misma

(la posición relativa de la antena con

respecto al terreno).


Desvanecimiento de Potencia

La atmosfera es la principal causante deldesvanecimiento, los rayos al propagarsesufren variaciones por el cambio del índicede refracción.

La condición normal prevalece sobre el díacuando las corrientes de aire calurosomantienen la atmosfera bien mezclada.Durante otros tiempos ocurren efectos nolineales de temperatura, humedad ypresión que causan irregularidades en elíndice.


Ductos

Si aire caliente y seco pasa sobre la tierra

fría se evapora la humedad y se pueden

formar capas de atmosfera bien definidas

(ductos).


Atenuación por gases

Las moléculas de O2 y H2O absorbenenergía electromagnética, produciendouna atenuación. Esta atenuación esimportante en frecuencias superiores a10GHz.

En trayectos poco inclinados próximos al suelo se calcula mediante:

○ ga=Atenuacion especifica (dB/m)

○ d=Distancia


El parámetro se puede desglosar en:

Donde g0 y gw son las atenuaciones

especificas para el oxigeno y el vapor

de agua respectivamente.



0676-05

H O2

H O2

102

10

10– 1

10– 2

1

10– 3

2

5

5

2

5

2

5

2

5

2

FIGURA 5

Atenuación específica debida a los gases atmosféricos

Aten

uació

n es

pecíf

ica (d

B/km

)

Aire secoAire seco

Total

1021013,552 52 2

Frecuencia, f (GHz)

3

Presión: 1 013 hPa

Temperatura: 15° C

Vapor de agua: 7,5 g/m

Según la recomendación Rec. 676 del CCIR se puede encontrar:

Para f<57Ghz

Para f<350GHz

Donde r es la densidad de vapor de agua gr/m3


REFRACCION

Debido a las diferentes

capas atmosféricas, las

ondas electromagnéticas

pueden sufrir una desviación

en su trayecto.


La desviación del trayecto esproporcional al índice de refracción.

La propagación en las bandas UHF ySHF es por línea de vista. El índice derefracción es tal que su índice derefracción varia con la altura, lo quecausa una especie de curvatura en latrayectoria de transmisión.


LEY DE SNELL

Si se considera un frente de ondas que

se acerca a una superficie de

separación de dos medios, teniendo la

velocidad de propagación del primer

medio v1 y en el segundo v2 se puede

calcular, aplicando el principio ´de

Huygens, la forma del frente en un

tiempo t


La ley de Snell de la refracción se expresaen términos del índice de refracción de lasiguiente manera:

n1sen q1=n2senq2

En el triangulo OPP’ se tiene

En el triángulo OO’P se tiene

La relación entre los ángulos será:


Para que se de una reflexión total setiene que cumplir con las siguientescondiciones:

A medida que se incrementa el ángulode incidencia el ángulo de refracciónaumenta hasta que se hace igual a p/2


DISPERSION

La dispersión se lleva a cabo cuando lasondas de radio atraviesan alguna masade electrones o pequeñas gotas deagua en espacios adecuadamentegrandes.

Es así por ejemplo, como la refracciónpuede causar la dispersión. Estefenómeno es muy parecido al que seobserva cuando la irradiación de la luzintenta penetrar en la niebla.


Comunicaciones por Dispersión

Las comunicaciones por dispersión resultanútiles en la transmisión de señales o telefoníautilizando grandes potencias y antenasdireccionales.

Con las señales de VHF, UHF y SHF se puedellegar a distancias mayores que el alcancevisual pero perdiendo estabilidad y recogiendoperturbaciones de tipo atmosférico.

La lluvia la nieve, las tormentas con descargaseléctricas, etc. Ocasionan importantesvariaciones en la propagación de las ondas deeste tipo.


DIFRACCION El fenómeno de difracción se presenta cuando

los frentes de onda se encuentran con algún

obstáculo que entorpece parcialmente su

propagación.

La dirección de propagación de una onda, y por

lo tanto la manera en que se propaga la energía,

depende directamente de la forma del frente de

onda.


Fenómenos de propagación

Refracción

Es el cambio de la dirección de la onda

al pasar de manera oblicua de un medio

a otro con distinta velocidad de

propagación.


Refracción



Reflexión

Se presenta cuando la onda incidente choca

con una frontera entre dos medios, y algo o

toda la potencia no entra en el segundo

medio.

Al quedarse ambas ondas en el mismo

medio sus velocidades siguen iguales y por

lo tanto el Angulo de incidencia es igual al

de salida.


Reflexión



Difracción

Es el fenómeno que permite que las ondas

se propaguen entorno a esquinas

(obstrucciones). No se puede utilizar un

modelo geométrico, a esto se recurre al

principio de Huygens.


Índice de refracción troposférica

Cociente de refractividad

El índice de refracción es siempre mayorque la unidad. Pero para una onda de radioviajando por la troposfera es solo unapequeña fracción mayor que la unidad. Porejemplo 1.000315.

Por eso se usa el cociente de refractividad(N)

Substituyendo al índice n=1.000315 en laecuación obtenemos N=315 N-unidades


El cociente de refractividad para

frecuencias menores de 100GHz esta

definido por:

○ Donde P es la presión atmosférica en mbars, T

es la temperatura en Kelvin y e es la presión

parcial del vapor de agua en mbars.

○ La temperatura va disminuyendo en cuanto mas

altura, igualmente sucede con la presión

atmosférica que va disminuyendo con la altura.


En general la atmosfera presenta un

decrecimiento exponencial de N con la

altura, para una atmosfera promedio

esta puede escribirse como:

○ Donde N0=315 y h0=7.35 Km valor

extrapolado de la refractividad promedio.


Gradiente de refractividad

Para el diseño de un enlace no es importante elvalor absoluto de refractividad. Lo importanteson las variaciones es esta.

Para identificar esto utilizamos la gradiente derefractividad.

En condiciones atmosféricas promedio el valores constante. Según resultados experimentalesel valor medio de gradiente de refractividad esde -39N unidades N/Km.

○ Esto varia con el tiempo


Debido a la refracción de la señal la onda

de radio no viaja en línea recta. Si se

promedia la gradiente de cada punto

sobre el trayecto, se puede asumir que el

rayo describe una trayectoria curva.

Entonces se puede considerar como un

arco con radio r, que es inversamente

proporcional a la gradiente del índice de

refracción.


Radio efectivo de la Tierra

Hay que considerar que la tierra dondese propaga no es redonda, es unesferoide ovalado. Sin embargoaproximamos un radio promedio deRo=6370Km.

La forma de tomar en cuenta estacurvatura para referenciar a una línearecta respecto al radio efectivo. Esto sehace multiplicando un factor “K” que esdependiente de la gradiente.


El factor K esta relacionado a la

gradiente de refractividad por:

Si arreglamos el cociente de refractividad N

tenemos:

Por lo tanto la gradiente es:


Obtendremos que el factor K es:

G es la gradiente de radio de refractividad GFactor K Gradiente G

K=1 G=0

K=4/3 G=-39

K=∞ G=-157

K<1 G>045Sist. de Microondas y Via Satelite - EAPIET - UAP

Distribución estadística de la gradiente G


Referencia

Recomendación UIT-R P.453-9, Índice

de Refracción radioeléctrica: su formula

y datos sobre la refractividad.


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