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UNIVERSIDAD POLITECNICA DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ELECTRÓNICA 2

SISTEMAS RADIOELÉCTRICOS La radiocomunicación puede definirse como telecomunicación realizada por medio de ondas electromagnéticas, que se propagan en el espacio sin guía artificial. Se denomina radiación al flujo saliente de energía de una fuente cualquiera en forma de ondas electromagnéticas. Y emisión, a la producción de radiación o radiación producida por una estación transmisora radioeléctrica. Se denomina, en general, radioenlace a cualquier interconexión entre terminales de telecomunicación efectuada por ondas radioeléctricas. Cuando los terminales son fijos, se habla de radioenlaces del servicio fijo. Si todos los terminales están en la Tierra, se califican los radioenlaces como enlaces terrenales. Por lo que podemos definir un radioenlace terrenal del servicio fijo como sistemas de radiocomunicaciones entre puntos fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de transmisión con unas características de disponibilidad y calidad determinadas. Generalmente, los sistemas de radioenlaces se explotan entre unos 800 MHz y 50 GHz, dependiendo de su capacidad. Como la mayoría de los sistemas de radioenlaces de servicio fijo utilizan frecuencias superiores a 1 GHz, en la región de microondas, se les llama también radioenlaces de microondas. Esencialmente, la técnica de radiocomunicación consiste en superponer la información que desea transmitir a una onda electromagnética que se propaga en el espacio. La onda soporte y la inserción de la información en la misma se producen en el transmisor. La información se extrae de la onda en el receptor que recoge una fracción de la energía radioeléctrica transmitida. Junto a estos elementos básicos, se requieren órganos de acoplamiento entre los equipos y el medio de propagación que son la antena transmisora y receptora. 1.1 SITUACIÓN ACTUAL DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES. Las telecomunicaciones a lo largo de su evolución han pasado por varias etapas tanto sociales como técnicas. Desde el punto de vista social, se tienen tres etapas: la primera es la de la introducción, cuando eran una novedad. La segunda es la de la expansión y la tercera es la de la utilización masiva como herramienta indispensable para el funcionamiento de todas las demás actividades del ser humano. Desde el punto de vista técnico, los primeros sistemas fueron alámbricos y digitales (telégrafo); luego llegó el sistema telefónico local, básicamente analógico. Cuando el interés social y económico propició las

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comunicaciones a larga distancia y con cobertura amplia, se desarrollaron los sistemas analógicos de telefonía a larga distancia, el radio, la televisión y los primeros satélites artificiales. Los teléfonos celulares desde un principio fueron sistemas híbridos; esto es, la comunicación era analógica y el control digital. La siguiente figura muestra una grafica comparativa de los principales sistemas alámbricos utilizados.

Las redes de computadoras nacieron como resultado de la necesidad de agilizar la actividad bancaria. Esta tecnología encontró inmediatamente aplicación en todas las actividades donde se requieren varias computadoras personales, expandiéndose a escala mundial, como es de todos conocido.

Uno de los objetivos de los que desarrollan sistemas de comunicación es el de disminuir los costos y una de las partes del sistema que más cuestan es el cableado, tanto por el cobre como por su instalación y mantenimiento.

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La solución evidente consiste en suprimir los cables, transmitiendo por el aire, que no cuesta y no requiere mantenimiento. Existe, no obstante, un problema, consistente en que no hay suficientes frecuencias para repartirlas entre todos los que solicitan servicios inalámbricos. Ya está funcionando la solución, que no es mas que el "préstamo" de frecuencias durante el lapso que dura la comunicación; al finalizar esta, la frecuencia

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utilizada se le presta a otro usuario y así indefinidamente (la figura anterior muestra los diferentes enlaces analógicos y digitales que estaban en operación con ANTEL). Se ha desarrollado otra tecnología consistente en que varios usuarios pueden usar la misma gama de frecuencias al mismo tiempo y en la misma ubicación geográfica, pero con códigos binarios diferentes. Lo anterior, asociado a la tecnología celular, al control computarizado y a los satélites de órbita baja permite atender a una cantidad sumamente grande de usuarios a precios realmente bajos, así como diversificar los servicios con gran facilidad. Uno de los problemas que frenan más el avance, no solo de las comunicaciones sino de cualquier tecnología, es el de la estandarización o normalización. Cuando un país tiene en uso un sistema solo para sus ciudadanos, puede establecer normas relativamente sencillas y elásticas pero si el sistema es compartido por varios países; por ejemplo, los aviones o los teléfonos, las normas tienen que ser internacionales. Cuando esto sucede, los acuerdos se vuelven extremadamente difíciles y se requiere mucho tiempo para lograrlos. De esta manera, los fabricantes que producen alguna innovación, la ponen en el mercado sin sujetarse a normas, lo que origina muchos conflictos a los clientes, que tienen que trabajar fuera de norma y con equipos que a veces son incompatibles con los que ya tienen funcionando. Esta dificultad la experimenta cualquiera que adquiere un sistema operativo nuevo, que además de tener que aprender a usarlo, algunos de los programas "no corren" adecuadamente. Este problema no tiene una solución sencilla.

1.1.1. CLASE DE EMISIÓN Se denomina clase de emisión al conjunto de características de una emisión como son el tipo de modulación de la portadora principal, la naturaleza de la señal moduladora, tipo de información que se transmite, etc. La clase de una emisiones designa mediante un conjunto de símbolos normalizados. 1.1.2. ANCHURA DE BANDA NECESARIA Y OCUPADA Se define la anchura de banda necesaria para una clase de emisión determinada, como la anchura de la banda de frecuencia estrictamente suficiente para asegurar la transmisión de la información a la velocidad de transmisión y con la calidad requeridas en condiciones especificadas. Se define Anchura de banda ocupada: como la anchura de banda de frecuencias tal que, por debajo de su frecuencia límite inferior y por encima de su frecuencia límite superior, se emitan potencias medias iguales cada una a un porcentaje especificado, β/2, de la potencia media total de una emisión. En ausencia de especificaciones del CCIR para la clase de emisión considerada, se tomará un valor de β/2 igual a 0.5 %. 1.1.3. TOLERANCIA DE FRECUENCIA Es la desviación máxima admisible entre la frecuencia asignada y la situada en el centro de la banda de frecuencias ocupada por una emisión. 1.1.4. POTENCIA La potencia de un transmisor radioeléctrico se especifica según sea la clase de emisión, en una de las formas siguientes:

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Potencia en la cresta de la envolvente (PEP o Px)

Potencia media (Pm ó Py)

Potencia portadora (Pc ó Pz) 1.1.5. EMISIONES NO DESEADAS Son emisiones que se producen en un equipo como consecuencia de imperfecciones del mismo. Pueden controlarse pero difícilmente suprimirse. Se clasifican en emisiones no esenciales y emisiones fuera de banda. Las emisiones fuera de banda son aquellas que se producen en una o varias frecuencias inmediatamente fuera de la anchura de banda necesaria, resultante del proceso de modulación, excluyendo los emisores no esenciales. Las emisiones no esenciales se producen en una o varias frecuencias situadas fuera de la anchura de banda necesaria, cuyo nivel puede reducirse sin influir en la transmisión de la información correspondiente. Las emisiones armónicas, las emisiones parásitas, los productos de ínter modulación y los productos de la conversión de frecuencias están comprendidas en las emisiones no esenciales, pero están excluidas las emisiones fuera de banda. 1.1.6. MODALIDAD DE PROPAGACIÓN La propagación de la onda radioeléctrica depende de su frecuencia y de las características del terreno. Bajo este contexto se estudian y valoran las pérdidas que experimenta la onda en su recorrido del transmisor al receptor. 1.1.7. TIPOS DE SISTEMAS Desde el punto de vista del enlace radioeléctrico, se distingue entre sistemas de radiocomunicación punto a punto, o entre puntos fijos, que a su vez dan el nombre de “servicio fijo” a los servicios radioeléctricos que funcionan en esta modalidad y sistemas zonales o de punto a zona de los que son ejemplos los servicios móviles y de radiodifusión y en los que hay múltiples caminos de propagación. 1.1.8. INTENSIDAD DE CAMPO Y POTENCIA RECIBIDA SEGÚN LA CLASE DE SERVICIO Se distingue entre intensidad de campo mínima utilizable, también llamada campo mínimo necesario o campo a proteger, que es el valor mínimo del campo que permite obtener una determinada calidad de recepción en condiciones especificadas y en presencia de ruido (natural o artificial) solamente e intensidad de campo utilizable que tiene en cuenta, además del ruido, las interferencias existentes en un caso real o previstas en una planificación. La calidad de la recepción se especifica en términos de la relación de protección contra el ruido e interferencia y el porcentaje de tiempo en el que ha de lograrse tal relación. Los campos mínimos, por debajo de 1 GHz se especifican en μv/m, o dB/( μv/m) ya que en esas frecuencias se utilizan antenas lineales en las que la f.e.m. inducida es proporcional al campo. Por encima de 1 GHz, la especificación se hace en términos de potencia recibida o densidad de flujo de potencia (W/m2), ya que predominan las antenas de apertura, obteniéndose directamente la potencia disponible como producto de la densidad de flujo por la superficie eficaz de la antena.

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1.1.9. CONDICIONES DE RECEPCIÓN En la planificación y proyecto de sistemas radioeléctricos se consideran unas determinadas condiciones que dependen de:

La instalación de la recepción

El tipo de transmisión

La banda de frecuencias

Las condiciones de explotación (zona, hora, época del año). 1.1.10. INTERFERENCIAS Se define interferencia en radiocomunicación como el efecto de una energía no deseada debido a una o varias emisiones, radiaciones, inducciones o sus combinaciones sobre la recepción en un sistema de radiocomunicación, que se manifiesta como degradación de la calidad, falseamiento o pérdida de la información que se podría obtener en ausencia de esta energía no deseada. Se denomina interferencia perjudicial a la que compromete el funcionamiento de un servicio de radionavegación o de otros servicios de seguridad, o que degrada gravemente, interrumpe repentinamente o impide el funcionamiento de un servicio de radiocomunicación, explotado de acuerdo con el Reglamento de Radiocomunicaciones. El análisis y control de interferencias tiene gran importancia para la comparición de canales radioeléctricos por diferentes usuarios y servicios, aspecto de enorme interés debido a la congestión del espectro radioeléctrico. 1.1.11. RELACIÓN DE PROTECCIÓN DE RF Se define como el valor mínimo, generalmente expresado en decibelios, de la relación entre la señal deseada y la señal no deseada a la entrada del receptor, determinada bajo condiciones especificadas, que permite obtener una calidad de recepción especificada de la señal deseada a la salida del receptor. 1.1.12. ZONA DE COBERTURA Es la zona dentro de la cual la intensidad de campo de un transmisor es mayor o igual que la intensidad de campo utilizable. En el caso de fluctuaciones de señal, se especifica el porcentaje del tiempo durante el cual se cumple esa condición. La zona de cobertura puede ser puntual, sectorial o circular y diferir entre el día y la noche en función de otros factores. 1.1.13. ZONA DE SERVICIO Es aquella dentro de la cual se asegura a la señal la protección convenida contra las interferencias. 1.1.14. DESVANECIMIENTO DE LAS SEÑALES RADIOELÉCTRICAS Es la atenuación ocasional sufrida por una señal radioeléctrica provocada por anomalías en la propagación o por interferencias provocadas por propagación multitrayecto. Para proteger una señal frente al desvanecimiento se emplean técnicas de diversidad que consisten en efectuar la recepción por dos vías (caminos o frecuencias).

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1.1.15. FIABILIDAD Y CONFIABILIDAD Técnicas de diversidad para asegurar la fiabilidad y calidad de un enlace radioeléctrico en presencia de desvanecimientos. 1.1.16. REGLAMENTACIÓN Explotación y Reglamentación nacional e internacional que recogen el Reglamento de radiocomunicaciones de la UIT y los textos del CCIR. 1.2 MODULACIÓN Técnica empleada para modificar una señal con la finalidad de posibilitar el transporte de informaciones a través de un canal de comunicación y recuperar la señal en su forma original en la otra extremidad. La modulación es la alteración sistemática de los parámetros de una onda llamada portadora (en inglés se dice "carrier") en función del voltaje instantáneo de otra onda llamada mensaje o moduladora.

El mensaje puede ser analógico o digital. En el caso de mensaje analógico, el parámetro alterado (amplitud, frecuencia o fase de la portadora) puede tener un número infinito de posibles valores. En el caso de mensaje digital, el parámetro alterado podrá tener tantos valores como niveles de voltaje tenga el mensaje. En la siguiente figura, podemos ver las tres modulaciones analógicas comparadas con las tres modulaciones digitales. Si el mensaje digital tuviese cuatro niveles (cuaternario), los parámetros tendrían cuatro posibles valores y así sucesivamente.

En modulación analógica hay tres variantes, que son amplitud modulada, frecuencia modulada y fase modulada. En modulación digital hay las mismas tres variantes básicas, que se llaman variación de amplitud por interrupción, variación de frecuencia por interrupción y variación de fase por interrupción. En este caso, por costumbre, se conocen por sus nombres en ingles: amplitude shift key (ASK), frequency shift key (FSK) y phase shift key (PSK).

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CARACTERÍSTICAS

Mod

ulac

ión

AS

K

La amplitud de la onda es alterada de acuerdo con la variación de la señal de información. Exige un medio en que la respuesta de amplitud sea estable , ya que este tipo de modulación es bastante sensible a ruidos y distorsiones.

Mod

ulac

ión

FS

K

Consiste en un procedimiento de 2 osciladores con Frecuencias Diferentes para dígitos 0 y 1. Normalmente es usada para transmisión de datos en bajas velocidades y puede ser : Coherente : Donde no ocurre variación de fase de la portadora para dígitos del mismo valor. No Coherente : Donde puede ocurrir variación de fase de la portadora para dígitos del mismo valor.

Mod

ulac

ión

PS

K

Consiste en un procedimiento de la onda portadora en función de un bit de dato (0 , 1). Un bit 0 corresponde a la fase 0 ; en cuanto al bit 1 , corresponde a la fase g . Por tanto , este ángulo está asociado con un dato al ser transmitido y con una técnica de codificación usada para representar un bit.

Mod

ulac

ión

DP

SK

Variación de la modulación PSK , que tiene como característica un procedimiento de la fase de acuerdo con un dígito a ser transmitido.

Mod

ulac

ió

n Q

AM

Es caracterizada por la superposición de 2 portadoras en cuadratura moduladas en amplitud. Con eso al colocar 4 bits dentro de un tronco de señal y operar con tasas de 2400 bauds, se alcanza tasas de 9600 bps.

1.3 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS RADIOENLACES Dentro de las ventajas generales de los radioenlaces, en comparación con los sistemas de línea metálica tenemos:

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1. Volumen de inversión generalmente más reducido. 2. Instalación más rápida y sencilla. 3. Conservación generalmente más económica y de actuación rápida. 4. Pueden superarse las irregularidades del terreno. 5. La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que las características del medio de transmisión

son esencialmente constantes en la anchura de banda del trabajo. 6. Puede aumentarse la separación entre repetidoras, incrementando la altura de las torres.

Por otra parte esos sistemas presentan inconvenientes al compararlos con los de línea:

1. Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces convencionales. 2. Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer de energía

y acondicionamiento para los equipos y establecer algún tipo de mantenimiento. En radiocanales de baja capacidad (monocanales sobretodo), suelen utilizarse generadores autónomos y baterías de células solares.

3. La segregación, aunque es posible y se realiza, no es tan flexible como en los sistemas por cable. 4. Las condiciones atmosféricas adversas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones

del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar de conmutación. 5. La gran linealidad requerida en los repetidores, supone un importante problema de diseño. 6. La anchura de banda de un radioenlace digital es muy superior a la de otro analógico de capacidad

comparable. Esto es así por la alta redundancia de la señal múltiplex MIC. Sin embargo, tal anchura se está reduciendo progresivamente con la introducción de sistemas de modulación de mayor rendimiento espectral (Bits/seg/Hz) y técnicas de codificación más perfeccionadas, como por ejemplo la interpolación digital de la voz en radioenlaces digitales por satélite.

1.4 ESTRUCTURA GENERAL DE UN RADIOENLACE Un radioenlace comprende prácticamente de los siguientes elementos principales

1. El equipo 2. El sistema de reserva 3. El sistema de supervisión

Un radioenlace está constituido por equipos terminales y repetidores intermedios, la función de los repetidores es la de salvar la falta de visibilidad impuesta por la curvatura terrestre y conseguir así enlaces superiores al horizonte óptico. La distancia entre repetidores se llama vano. Los repetidores pueden ser activos o pasivos. En estos últimos, no hay ganancia y se limitan a cambiar la dirección del ancho del haz radioeléctrico por lo que comúnmente se le llaman reflectores. Los sistemas de radioenlaces se caracterizan por el número de radiocanales principales y de reserva con los que están equipados. Se entiende por radiocanal una portadora de ida y retorno con su señal moduladora. En consecuencia, un radiocanal con n radiocanales principales, con una capacidad de c canales telefónicos cada uno de ellos, se comporta como n radioenlaces de c canales yuxtapuestos sobre el mismo trayecto. La capacidad total es n.c canales telefónicos. Con objeto de lograr la fiabilidad necesaria en un sistema de radioenlaces y de permitir las operaciones de conservación es necesario de disponer de radioenlaces de protección o reserva activa (stand – by), que entren en servicio en caso de fallo del enlace en explotación.

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Si un sistema dispone de un radioenlace de reserva, común a los n radioenlaces principales o de trabajo, se dice que tiene un sistema 1 + 1. Si el número de radioenlaces de reserva es superior a uno, tendremos sistemas n + 2, n + 3, etc. El sistema de supervisión comprende el conjunto de medios puestos a disposición del servicio de explotación, con el fin de obtener la máxima información posible sobre el estado del radioenlace en un momento determinado, y facilitar las operaciones de conservación propiamente dichas. 2. DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN TRANSMISOR DIGITAL GENERAL En el transmisor de microondas FM mostrado en la figura, una red de preénfasis precede al desviador de FM. La red de preénfasis proporciona un impulso artificial a la amplitud de las frecuencias de banda base más altas. Esto permite que las frecuencias de banda base más bajas modulen la frecuencia de la portadora de IF y las frecuencias de banda base más altas le modulan la fase. Este esquema asegura una relación señal-a-ruido más uniforme, en todo el espectro de banda base. Un desviador de FM proporciona la modulación de la portadora de IF que eventualmente se convierte en la portadora principal de microondas. Típicamente, si las frecuencias de la portadora de IF se encuentran entre 60 y 80 MHz, con 70 MHz la más común, se utiliza la modulación de frecuencias de bajo índice en el desviador de FM. Por lo general, los índices de modulación se mantienen entre 0.5 y 1. Esto produce una señal de FM de banda angosta en la salida del desviador. En consecuencia, el ancho de banda de IF se asemeja a la AM convencional y es aproximadamente igual al doble de la frecuencia de la banda base más alta. A continuación se amplifica la señal en un amplificador no lineal, a fin de lograr más rendimiento en transmisión analógica o con amplificadores casi lineales para transmisión digital.

La IF y sus bandas laterales asociadas se convierten en ascendentes en la región de microondas, por el mezclador de AM, el oscilador de microondas y el filtro pasa-bandas (BPF) para eliminar armónicos. Se utiliza la mezcla, en lugar de multiplicar, para trasladar las frecuencias de IF a frecuencias de RF, porque el índice de modulación no se cambia con el proceso de heterodinación. Si se multiplica la portadora de IF, esto también multiplicaría la desviación de la frecuencia y el índice de modulación, incrementando así, el ancho de banda. Típicamente, las frecuencias por arriba de 1000 MHz (1 GHz) se consideran frecuencias de microondas. Actualmente, existen sistemas de microondas que operan con frecuencias de portadora, hasta aproximadamente 18 GHz. Las frecuencias de microondas que se utilizan actualmente en forma más común son las bandas de 2, 4, 6, 12 y 14 GHz. La red combinada de canal proporciona una forma de conectar más de un transmisor de microondas a una sola línea de transmisión alimentando la antena.

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3. DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN RECEPTOR

En el receptor que se muestra en la figura, la red de separación de canal proporciona el aislamiento y filtración que constituyen el cabezal de RF. El filtro pasa-banda, el mezclador de AM, y el oscilador de microondas convierten descendentemente las frecuencias de RF de microondas a frecuencias de IF y pasan al demodulador de FM. El demodulador de FM es un detector de FM convencional no coherente. En la salida del detector de FM, una red de deénfasis restaura la señal de banda base a su amplitud original contra las características de las frecuencias.

3.1. PARÁMETROS DE RECEPCIÓN El parámetro primordial de recepción es la intensidad de campo o potencia recibida, según la clase de servicio. En cuanto a la intensidad de campo, se definen dos términos:

Intensidad de campo mínima utilizable, también llamado campo mínimo necesario o campo a proteger, que es el valor mínimo del campo que permite obtener una determinada calidad de recepción. Depende de la sensibilidad del receptor, del rendimiento de la antena y del ruido natural o artificial.

Intensidad de campo utilizable, que tiene en cuenta, además del campo mínimo, los efectos de las interferencias de otros transmisores, tanto de las existentes en un caso real como las previstas en una planificación.

Para frecuencias inferiores a 1 Ghz, se especifica la señal en recepción en términos de la intensidad de campo eléctrico E en uV/m o dBu, donde:

))/(log(20)( mVedBuE

ya que en esas frecuencias se suelen emplear en recepción antenas lineales, en las cuales la fuerza electromotriz inducida por la onda es igual al producto de la intensidad de campo incidente por la longitud efectiva de la antena.

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Arriba de 1 GHz, la especificación de la señal recibida se hace en términos de potencia recibida (dBW o dBm) o densidad de flujo de potencia (dBW/m2 o dBm/m2), ya que predominan las antenas superficiales. de apertura, para las cuales se obtiene directamente la potencia disponible de recepción como producto de la densidad de flujo de potencia por la superficie eficaz de la antena.

Condiciones de recepción. En la planificación y proyecto de sistemas radioeléctricos, han de considerarse unas determinadas condiciones que dependen de: - la instalación de recepción, - el tipo de transmisión, - la banda de frecuencias y - las condiciones de explotación (zona, hora, época del año).

Interferencia. Se define la interferencia en radiocomunicación como el efecto de una energía no deseada debida a una o varias emisiones, radiaciones, inducciones o sus combinaciones, sobre la recepción de un sistema de radiocomunicación, que se manifiesta como degradación de la calidad, falseamiento o pérdida de la información que se podría obtener en ausencia de esta energía no deseada.

El análisis y control de la interferencia tiene gran importancia para la compartición de canales radioeléctricos por diferentes usuarios y servicios, aspecto de enorme interés, debido a la congestión del espectro radioeléctrico.

Relación de protección en RF, que se define como el valor mínimo. generalmente expresado en decibelios, de la relación entre la señal deseada y la señal no deseada (interferencia) a la entrada del receptor, determinada bajo condiciones concretas, que permite obtener una calidad de recepción especificada de la señal deseada a la salida del receptor. Suele indicarse el porcentaje de tiempo en el que ha de lograrse tal relación.

Con referencia a la Fig. , los parámetros de mayor relieve por su influencia en los cálculos de calidad del enlace son los siguientes:

PT (dBm): Potencia entregada por el amplificador del transmisor a los circuitos de acoplamiento a la antena, que se suele denominar potencia de transmisión.

LTT, LTR (dB): Pérdidas en los circuitos de acoplamiento a la antena del transmisor y receptor, respectivamente, que suelen llamarse pérdidas en terminales.

GT, GR (dB): Ganancias de las antenas de transmisión y recepción, respectivamente, con relación a la antena isótropa.

Lb (dB): Pérdida básica de propagación.

PR (dBm): Potencia recibida, que se define a la entrada del amplificador RF del receptor

Fr (dB): Factor de ruido del receptor

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U (dBm): Umbral del receptor (umbral de FM para los radioenlaces analógicos o umbral, para una

determinada tasa de error en el caso de los radioenlaces digitales), normalmente referido al punto R.

PR/N = C/N (dB): Relación potencia recibida/ruido antes de la desmodulación. S/N (dB): Relación señal/ruido en un canal de la banda de base.

EbINo (dB): Relación energía por bit/densidad espectral de ruido, para radioenlaces digitales.

Peb: Probabilidad de error en los bits para radioenlaces digitales. Los parámetros C/N y Eb/No,

aunque realmente son los medidos en la entrada del demodulador, se refieren siempre al punto R de la Fig. , mediante las conversiones adecuadas.

Las pérdidas en los elementos terminales suelen especificarse en forma global para los duplexores, circuladores y filtros y en forma unitaria para los alimentadores de antena.

3.2 POTENCIA RECIBIDA Se denomina potencia recibida en un enlace de radiocomunicación a la potencia disponible en una antena adaptada. Considerando una antena receptora cuya superficie equivalente de recepción es Seq y situada en un punto separada del suelo en el que la intensidad de campo eléctrico es e y la densidad de flujo de potencia

es , la potencia recibida es:

eqR SP .

La potencia recibida también se calcula mediante la ecuación de balance del enlace:

PR (dBm) = PT (dBm) -LTT (dB) + GT (dB) - Lb (dB) + GR (dB) - LTR (d8) Se denomina diagrama de niveles o hipsograma a la curva que representa las variaciones de la intensidad de señal a lo largo del trayecto de propagación. Del esquema básico de la Fig. y la ecuación de balance, se obtiene el hipsograma de la Fig. 2, en la que se han dibujado dos líneas para el trayecto de propagación, correspondiendo la inferior al caso en que haya desvanecimiento. El receptor presenta una ganancia variable en función del nivel de señal de entrada, que se refleja en la distinta pendiente de las rectas, para entregar un nivel fijo de señal al demodulador.

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4. RUIDO Las fuentes de ruido pueden ser naturales y artificiales. Las fuentes naturales se clasifican, a su vez, en externas e internas al sistema. Las primeras se deben a la radiación producida por elementos naturales: tierra, cielo, considerados como cuerpos negros y a los efectos del medio (lluvia, gases atmosféricos) sobre esta radiación. Las fuentes internas de ruido residen en los circuitos pasivos de conexión de la antena al receptor y en el propio receptor.

El ruido artificial aparece como consecuencia de actividades industriales: tracción de vehículos, transporte y distribución de energía eléctrica, etc. A diferencia del ruido natural de radiación que tiene una densidad espectral de potencia plana, para las frecuencias de trabajo usuales en radiocomunicaciones, el espectro del ruido artificial disminuye al aumentar la frecuencia, por lo que sólo debe tenerse en cuenta en el estudio de enlaces hasta la banda de 1 GHz aproximadamente.

La evaluación de la influencia del ruido sobre la calidad de funcionamiento de un sistema receptor se efectúa mediante el valor normalizado de la potencia total de ruido, que incluye el ruido captado por la antena y el generado en ésta, en sus circuitos de conexión al receptor y en el propio receptor. La potencia de ruido normalizada (ganancia neta de la red igual a uno) se calcula mediante la expresión general:

sison fbTkP ···

donde:

k, constante de Boltzmann: 1,38 -10-2° mJ/ K

To, temperatura de referencia: = To = 290 K b, anchura de banda de predetección (Hz) fsis, factor de ruido en el receptor La potencia de ruido normalizada y el factor de ruido asociado se utilizan para los cálculos de ruido en sistemas radioeléctricos terrenales, tanto fijos como móviles. En radiocomunicaciones por satélite, se prefiere trabajar con la temperatura equivalente de ruido, Teq, del sistema receptor, en cuyo caso la potencia normalizada de ruido se evalúa mediante:

bTkP on ··

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5 BANDAS DE FRECUENCIA

La banda de frecuencia asignada a una estación, es la banda de frecuencias en el interior de la cual se autoriza la emisión de estación determinada; la anchura de esta banda es igual a la anchura de banda necesaria más el doble del valor absoluto de la tolerancia de la frecuencia. La frecuencia asignada a una estación es el centro de la banda de frecuencia asignada a dicha estación.

5.1 NOMENCLATURA DE LA BANDA DE FRECUENCIAS

El espectro radioeléctrico se subdivide en nueve bandas de frecuencia, que se designan por números enteros, en orden creciente. Dado que la unidad de frecuencias es el hertz (Hz), las frecuencias se expresan:

en kilohertz (KHz) hasta 3000 KHz, inclusive;

en megahertz (MHz) por encima de 3 MHz

en gigahertz (GHz) por encima de 3 GHz hasta 3000 GHz, inclusive.

Para las bandas de frecuencia por encima de 3000 GHz, es decir, para ondas centimilimétricas, micrométricas y decimicrométricas, conviene utilizar el terahertz (THz).

Número de la banda

Símbolo Gama de frecuencia (excluido el limite inferior pero incluido el superior)

Subdivisión métrica correspondiente

Abreviaturas métricas para las

bandas

4 VLF 3 a 30 KHz Ondas miriamétricas B.Mam

5 LF 30 a 300 KHz Ondas Kilométricas B.km

6 MF 300 a 3000 KHz Ondas Hectométricas B.hm

7 HF 3 a 30 MHz Ondas Decamétricas B.dam

8 VHF 30 a 300 MHz Ondas Métricas B.m

9 UHF 300 a 3000MHz Ondas Decimétricas B.dm

10 SHF 3 a 30 GHz Ondas Centimétricas B.cm

11 EHF 30 a 300 GHz Ondas Milimétricas B.mm

12 300 a 3000 GHz Ondas Decimilimétricas

En algunos textos del CCIR, relativos a radiodifusión, aparece la siguiente designación de bandas:

Banda I 41 – 68 MHz

Banda II 87.5 – 150 MHz

Banda III 162 – 230 MHz

Banda IV 470 – 582 MHz

Banda V 582 – 960 MHz

Banda VI 12 GHz (Radiodifusión por satélite)

En microondas se emplean algunas derivaciones del sistema de radar:

Banda Frecuencia (GHz)

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L 1 – 2

S 2 – 4

C 4 – 8

X 8 – 12

Ku 12 – 18

K 18 – 27

Ks 27 – 40

Mm 40 – 300

En las ondas electromagnéticas están incluidas desde las ondas de larga longitud hasta las mas pequeñas como son los infrarrojos, rayos X, Gamma etc. La clasificación de las mismas se puede ver desde las siguientes ópticas. 5.2 CLASIFICACION DE LAS ONDAS

DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA TRANSMISIÓN

Los parámetros a ser considerados para la transmisión son:

Frecuencia.

Distancia

Altitud de la antena

La naturaleza eléctrica de la tierra

Condiciones de las capas atmosféricas de la troposfera y la ionosfera.

DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA FÍSICA

Onda directa.

Onda reflejada.

Onda refractada.

Onda difractada.

Onda superficial.

Onda dispersa.

DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL APROVECHAMIENTO DE LAS ONDAS

Onda de tierra.

Onda directa

Onda reflejada en la tierra

Onda difractada en la tierra

Onda superficial. Onda del espacio.

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Onda troposferica. i) Onda de reflexión y refracción en la troposfera ii) Onda dispersa en la troposfera

Onda ionosférica. i) Onda de reflexión y refracción en ]a ionosfera. ii) Onda dispersa en la ionosfera,

La siguiente figura muestra las formas de las ondas de propagación.

1 . Onda directa. 2. Onda reflejada. 3. Onda difractada. 4. Onda Superficial.5. Onda dispersa en la troposfera.

6. Onda de reflexión y refracción en la ionosfera capa E. 7. Onda de reflexión y refracción en la ionosfera capa F.

5.3 CARACTERÍSTICAS DE PROPAGACIÓN PARA CADA CLASIFICACIÓN En general en la propagación de las ondas superficiales y difractadas entre menor sea la frecuencia será menor la atenuación. La refracción y reflexión de las ondas HF en la ionosfera son muy apropiadas, por lo cual la absorción y la atenuación que sufren durante la propagación es menor. Las ondas superficiales y las difractadas de mayor frecuencia que las VHF son las que sufren mayor atenuación y además cruzan el espacio de la ionosfera, por esto cuando se utilizan las ondas directas y las reflejadas debernos tomar en cuenta sus funciones mas importantes. Entre las ondas de VLF, LF y MF, las ondas ionosféricas son las que se utilizan en propagaciones de muy larga distancia.

Distancia de propagación 100 Km o menor

100-800 Km 800-4000 Km 4000 Km o mayor

Limite de frecuencias

Onda superficial

Onda Directa

Día Noche Día Noche Día Noche

LF x x X x x x x

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MF x X

HF x x x x

VHF x

UHF, SHF x

El signo x indica lo más apropiado 5.3 SEMEJANZAS ENTRE LAS MICROONDAS Y LA LUZ Tanto la luz como las microondas son formas de ondas electromagnéticas y como se puede ver en la tabla anterior sus limites de frecuencia son cercanos y consecuentemente guardan bastante semejanza. Así como la luz, también las microondas producen sombras por atrás de los edificios, montes, etc. Así como la luz se refleja en el espejo, las microondas se reflejan muy bien en superficies terrestres planas. La luz sufre refracción; semejantemente, la trayectoria de propagación de microondas cambia por refracciones que sufre cuando pasa por el limite de medios diferentes. En superficies irregulares la luz se dispersa, asimismo, las microondas sufren reflexión irregular, por las irregularidades de la superficie terrestre (Árboles, pequeñas colinas, etc) las olas del mar y las masas de aire irregular que existen en el medio atmosférico. Tanto la luz como las microondas, al encontrar un obstáculo a su paso sufren difracción en el borde exterior del obstáculo. 5.4 VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN Y LONGITUD DE ONDA La voz y el repicar de las campanas producen vibraciones que se transmiten en el espacio, y son captadas par el tímpano del oído humano. Se requieren un elemento creador de ondas, un medio de transmisión y un elemento receptor que reciben respectivamente el nombre de: oscilador, medio y receptor. El movimiento de las oscilaciones al transmitirse en el medio, es lo que Lamamos ondulación. La velocidad de transmisión de las ondas electrónicas tanto en el aire como en el vació es de mas a menos 3 x 108 m, y se denomina como velocidad de Ia luz. Si determinamos un punto dentro del medio de transmisión, nos podemos dar cuenta que el numero de oscilaciones no varia en ese punto, de Ias producidas por el objeto oscilador, Sea cual sea el medio de transmisión; sin embargo, si encontramos diferencia en Ia velocidad con que se transmiten, par lo tanto, las ondas adoptan diferentes longitudes. La Longitud de las ondas eléctricas en el vació (espacio libre) se calculan de la siguiente ecuación:

)(10*3 8

mff

c

Donde:

= Longitud de onda (m) c = Velocidad de luz

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f = Frecuencia La velocidad de la luz varia en un medio con permitividad ε, permeabilidad µ, y tomando Como base la formula principal, esa variación se representa así :

)(' mf

c

La longitud de onda en la es casi igual a la de onda en un espacio libre y la relación entre la frecuencia y la longitud de onda se muestra de la siguiente forma:

)(30

)(300

)( Ghzf

Mhzf

m

5.5 FASE DE UNA ONDA Cuando el elemento oscilador crea ondas regulares, se puede observar que de cualquier punto de Ia onda a otro, a una longitud de onda exacta, sus formas son semejantes. Por lo tanto, en vez de representar a la onda en su forma continua, se la puede representar solo por la longitud de onda, con valor de 360* es lo que recibe el nombre de ángulo de fase. No esta determinado el punto donde empieza una onda, pero generalmente se toma el punto donde la amplitud de onda es cero. Cuando en un medio encontramos mas de dos ondulaciones, con amplitud de ondas diferentes, Únicamente se suman las amplitudes de ondas de las dos ondulaciones en cualquier punto. 5.6 ONDAS TRANSVERSAS Y ONDAS LONGITUDINALES Cuando observamos ondulaciones, generalmente se encuentran dos formas de ondulación, por ejemplo, según la figura en (a). Las ondulaciones se propagan a lo largo del eje del resorte, se observa una oscilación compuesta de una parte desparramada y una densa, en (b) se observa otra oscilación que indica como se propaga una ola sobre la superficie del agua.

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Se llama onda longitudinal cuando la dirección de oscilación de la ondulación es paralela al eje direccional de la propagación, y cuando la oscilación es perpendicular al eje direccional se llama onda transversal. Las ondas electromagnéticas pertenecen al grupo de las ondas transversales, y están formadas por un campo magnético y un campo eléctrico cuyas oscilaciones son perpendiculares entre si y también al eje direccional. En la figura se muestra como los campos magnéticos H y eléctrico E son perpendiculares entre si y al eje direccional y se muestra también que si nosotros medimos la amplitud de ambos campos con unidades electrostáticas del CGS y magnéticas del CGS podemos observar que ambas amplitudes de campo son iguales.

5.7 FRENTE DE ONDA Y POLARIZACIÓN

FRENTE DE ONDA

Cuando el medio que rodea al objeto oscilador es de características uniformes, las ondas se propagan a la misma velocidad en todas direcciones; por lo cual las ondas que han sido enviadas al mismo tiempo en un momento dado, forman una esfera. Las ondas que se propagan de esta forma se les da el nombre de andas esféricas. La superficie que resulta de unir los puntos de las ondas de igual fase es lo que llamamos frente de onda. Cuando las ondas creadas por el objeto oscilador plano proyectan frentes planos de onda se les denomina ondas planas. Cuando el objeto oscilador es una superficie o una línea, se originan ondas cilíndricas o planas en las cercanías del objeto oscilador y conforme se alejan. el frente de onda toma forma esférica.

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Sin embargo, tanto las ondas esféricas como las cilíndricas, se pueden considerar como ondas planas cuando vemos solo una parte de su frente de onda. El Area de la antena parabólica para microondas y la antena de lente electromagnético para microondas permiten igualar las fases de las ondas. Este equipo sirve para cambiar el frente de las ondas, por un frente plano sin embargo, después de escasos kilómetros, el frente general de las ondas se vuelve esférico, pero, como dijimos anteriormente, cuando se considera solo una parte de ese frente, lo podemos tomar como un frente plano.

POLARIZACION

Según la figura cuando el plano de oscilación del campo eléctrico (plano E, o polarización) de la onda es paralelo al eje terrestre, se tiene una onda de polarización vertical, y cuando es perpendicular, se tiene una onda de polarización horizontal. Ambas ondas se denominan ondas de polarización lineal o polarización plana.

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Si hacemos girar la antena transmisora sobre su dirección de propagación (eje de la antena, la polarización gira en la misma proporción y se producen las ondas con polarización giratoria. Si el vector del campo eléctrico de la onda al girar describe un circulo perfecto, se dice que la onda es de polarización circular. En cambio si aquel describe un elipsoide se tiene una onda de polarización elíptica esto se puede observar en la figura

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6.0 LINEAS DE TRANSMISIÓN Las características de impedancia de una línea de transmisión están dadas por la siguiente ecuación

Para líneas balanceadas )(log*267 100a

bZ

Para líneas desbalanceadas )(log*138

100d

DZ

Donde b = Distancia entre centros de ambas líneas a = Radio de cada conductor D = Diámetro del conductor externo D = Diámetro del conductor interno

= Constante relativa del dieléctrico Las perdidas en el cable y sus conectores dependen de

Frecuencia de transmisión en el cable

Longitud del cable

Diámetro interno y externo

Parámetros de los materiales conductores y aislantes

Diferentes tipos de cable

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En el mercado los cables se seleccionan de acuerdo al tipo de aplicación, esto es si es para uso interno, externo etc. De acuerdo a lo anterior algunos tipos son

Cables flexibles y superflexibles

Estos normalmente se utilizan para instalaciones en cuartos de comunicaciones y espacios pequeños ya que su flexibilidad permite su manipulación

Cables con polietileno para la protección contra el agua y dieléctrico de espuma en medidas desde ¼ hasta 2 ¼ se utilizan para aplicaciones de radio y estaciones celulares

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Cables con dieléctrico de aire, se utilizan para aplicaciones de altas potencias de transmisión y elevadas temperaturas. Además proveen bajas perdidas de atenuación.

A continuación se presenta la tabla de los cables arriba descritos, los cuales nos proporcionan la siguiente información

Atenuación por cada 100 metros o 100 pies para determinada frecuencia de operación

Condiciones ambientales con las cuales se realizaron las medidas presentadas

Máximas frecuencias de operación de cada uno de los cables

Condiciones de VSWR para diferentes frecuencias de operación

Características mecánicas Se puede notar de la tabla siguiente que entre mas se aumenta la frecuencia las perdidas en los cables aumentan. Para efectos de personalización de los cálculos en caso de poseer una frecuencia que no aparezca en la tabla se podrá realizar una interpolación de puntos.

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** Tomado del catalogo 37 de Andrew es importante mencionar que en caso de no contar con una tabla, los fabricantes de cable presentan curvas de las cuales se puede obtener el dato para el calculo de perdidas en la linea de transmisión. Adicionalmente a lo anterior los conectores y bifurcaciones proporcionan atenuaciones en el orden de 0.3 a 0.5 dB por conector, por lo que es preciso poseer sumo cuidado al realizar la conectarizacion de los terminadores. A continuación se presentan algunos tipos de conectores en el mercado (tomado del catalogo 37 de Andrew).

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