ZONAS FRESNEL

Universidad Nacional del CallaoEscuela Profesional de Ingeniera ElectrnicaZONAS FRESNEL

Integrantes: Cappillo Medina Leonardo Carlo Claussen Portocarrero Gary Andre Quiones Usaqui Fransisco Rodriguez Taipe Marco Antonio Rosario Salazar Juan Carlos

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRNICAUNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOSistemas de MicroondasI. MARCO TEORICO:Se describe como microondas a aquellas ondas electromagnticas cuyas frecuencias van desde los 300 MHz hasta los 300 GHz aproximadamente. Por consiguiente, las seales de microondas tienen longitudes de onda relativamente pequeas. Se usa el espacio areo como medio fsico de transmisin. La informacin se transmite en forma digital a travs deondasderadiode muy corta longitud (unos pocos centmetros). Pueden direccionarse mltiples canales a mltiples estaciones dentro de un enlace dado, o pueden establecer enlaces punto a punto. Las estaciones consisten en una antena tipo plato y de circuitos que interconectan la antena con la terminal del usuario.

Fig 1. Espectro Electromagnetico

Fig 2. Bandas de frecuencia1) RADIOENLACE:Se conoce como radioenlace a cualquier interconexin entre terminales de telecomunicacin efectuada por ondas electromagnticas, especficamente por aquellas que entran en el rango de las seales de radio.Los radioenlaces, establecen un concepto de comunicacin del tipo dplex, de donde se deben transmitir dosportadoras moduladas: una para la Transmisin y otra para la recepcin.Los enlaces se hacen bsicamente entre puntos visibles, es decir, puntos altos de la topografa.Cualquiera que sea la magnitud del sistema de microondas, para un correcto funcionamiento es necesario que los recorridos entre enlaces tengan una altura libre adecuada para la propagacin en toda poca del ao, tomando en cuenta las variaciones de las condiciones atmosfricas de la regin.Clasificacin: Segn sus terminales: Radioenlace del servicio fijo: Son sistemas de comunicaciones entre puntos fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de informacin, con caractersticas de calidad y disponibilidad determinadas. Tpicamente estos enlaces se explotan entre los 800 MHz y 42 GHz.

Fig. 3. Radioenlace fijo Radioenlace de servicio mvil:

Fig. 4. Antena mvilSegn la localizacin de los terminales:

Radioenlace terrestre:

Fig. 5. Antena repetidora

Radioenlace satelital:

Fig. 6. Satlite repetidor2) TIPOS DE ENLACE MICROONDAS:Microondas terrestres (radio relay system):Un radioenlace terrestre o microondas provee conectividad entre dos sitios (estaciones terrenas) en lnea de vista (Line of - Sight, LOS) usando equipo de radio con frecuencias de portadora por encima de 1 GHz. La forma de onda emitida puede ser analgica (convencionalmente en FM) o digital. Las principales aplicaciones de un sistema de microondas terrestre son las siguientes: Telefona bsica (canales telefnicos) Datos Telgrafo/Telex/Facsmile Canales de Televisin. Vdeo Telefona Celular(Troncales)

Fig. 7. Enlace de microondas de lnea de vista

Microondas satelitales:La idea de comunicacin mediante el uso de satlites se debe a Arthur C. Clarke quien se bas en el trabajo matemtico y las ecuaciones de Newton y de Kepler, y lo uni con aplicaciones y tecnologa existente en esa poca (1940's). La propuesta de Clarke en 1945 se basaba en lo siguiente:

El satlite servira como repetidor de comunicaciones El satlite girara a 36,000 km de altura sobre el ecuador A esa altura estara en rbita "Geoestacionaria" Tres satlites separados a 120 entre s cubriran toda la tierra Se obtendra energa elctrica mediante energa solar

Un satlite acta como una estacin de relevacin (relay station) o repetidor. Un transponedor recibe la seal de un transmisor, luego la amplifica y la retransmite hacia la tierra a una frecuencia diferente. Debe notarse que la estacin terrena transmisora enva a un solo satlite. El satlite, sin embargo, enva a cualquiera de las estaciones terrenas receptoras en su rea de cobertura o huella (footprint).

Fig. 8. Enlace satelitalRepetidores de microondas:Cuando la distancia entre Tx y Rx es tangrandeque no permite que lasealde RF sea de los niveles adecuados para ser demodulada eficientemente y no es posible incrementar los niveles de potencia, se hace uso de los repetidores, etapas de relevo de lassealesubicadas entre Tx y Rx originales.La distancia cubierta por enlaces microondas puede serincrementada por el uso de repetidoras, las cuales amplifican y redireccionan la seal, es importante destacar que los obstculos de la seal pueden ser salvados a travs de reflectores pasivos. Las siguientes figuras muestran cmo trabaja un repetidor y como se ven los reflectores pasivos.

Activos: En ellos se recibe la seal en la frecuencia de portadora y se la baja a una frecuencia intermedia (FI) para amplificarla y retransmitirla en la frecuencia de salida. No hay demodulacin y son transceptores.

Fig. 9. Diagrama de bloques de repetidor activoPasivos: Se comportan como espejos que reflejan la seal. Hay repetidores que son una pantalla reflectora y los back-back, que estn constituidos por dos antenas espalda a espalda. Se los utiliza en ciertos casos para salvar obstculos aislados y de corta distancia. Fig.10. Pantalla reflectora Fig. 11. Repetidor back-back

3) ANTENAS UTILIZADAS EN RADIOENLACELa utildad de una antena depende de lo que se quiera ,por ejemplo en algunos casos lo que se busca es expandir la potencia radiada(central de telefonos moviles),otras veses se busca canalizar la potencia irradiada y no interferir con otros servicios(antenas entre estaciones de radioenlace)

PARAMETROS DE UNA ANTENA

Diagrama de radiacionEs la representacin grfica de las caractersticas de radiacin de una antena, en funcin de la direccin (coordenadas en azimut y elevacin.)

DirectividadSe define como la relacin entre la intensidad de radiacin de una antena en la direccin del mximo y la intensidad de radiacin de una antena isotrpica que radia con la misma potencia total

GananciaSe define como la ganancia de potencia en la direccin de mxima radiacin. La Ganancia (G) se produce por el efecto de la directividad al concentrarse la potencia en las zonas indicadas en el diagrama de radiacin

EficienciaRelacin entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena

Tabla 1. Parametros de una antena3.1.-Antena de Apertura o con ReflectorLas antenas de apertura son aquellas que utilizan superficies o aperturas para direccionar el haz electromagntico de forma que concentran la emisin y recepcin de su sistema radiante en una direccin, formando ngulos slidos. La ms conocida y utilizada es la antena parablica, tanto en enlaces de radio terrestres como satlites

Fig. 12. Antena bocina

3.1.1.-Antenas de bocina : Una bocina es una antena que consiste en una guia de onda (estructura fisica que guia ondas electromagneticas) metalica en a cual el area de la seccion se va incrementando progresivamnete hasta un extremo abierto, que se comporta como una apertura.

Caracteristicas: Alta ganancia Baja onda estacionaria Ancho de banda relativamente grande Son relatvamente facil dec construir

Clasificacion:

Bocina retangular tipo piramideBocina retangular palno EBocina retangular plano HBocina conica Bocina expotencialFig. 13. Clasificacin

Observacion:El modo dominante en la guia tiene el campo electrico vertica (plano E) y el plano magnetico horizontal(plano H)

Ganancia de la antena: La ganancia de las antenas de bocina depende de la relacion entre la superficie de aetura de la bocina y la longitud de onda de trabajo. La ganancia de la antena de uso paractico esta limitado a 20 dB. La antena de bocina se utiliza en aplicaciones donde no se precisen gananckas elevadas o bien en conbinaciones con antenas parabolicas

Diagrama de radiacion: El diagrama de radiacion de una antena bocina depende de su ganancia y de su forma Al aumentar la ganancia aumenta la directividad de la antena

Fig. 14. Diagrama de radiacin 3.1.2.-Antenas parabolica:Son antenas capaces de proporcionar ganancias y directividad de radiacin extremadamente altas usadas comnmente para enlaces de radio y satlite. Est constituida por dos elementos principales: un reflector parablico y un mecanismo de alimentacin. Este mecanismo de alimentacin comnmente es un dipolo o una red de dipolos en donde se irradian las ondas electromagnticas hacia el reflector el cual es el encargado de concentrar y direccionar todas las ondas individuales enfasadas entre s.

Fig. 15. Antena parablica

OBSERVACION:El reflector parablico se considera como el componente ms importante de una antena parablica, es semejante a un plato y la reflexin que produce depende de su construccin geomtrica la cual es semejante a una parbola. Abertura de una antena Parablica

Dnde:: Abertura del haz entre puntos de mitad de potencia (grados): Longitud de onda : Dimetro de la boca del reflector parablico (metros): Frecuencia de operacin (Hz): Velocidad de propagacin en espacio libre

Eficiencia de una antena parablica: En el caso de un reflector parablico, la reflectancia de la superficie del plato no es perfecta. Esto quiere decir, que una pequea parte de la seal irradiada es absorbida por el plato adicionalmente la energa cercana a las orillas del plato no se refleja. Un valor aproximado de la cantidad de energa que se puede irradiar esta entre el 50 y el 75% de la seal irradiada por la fuente. Debido a estas prdidas comnmente se considera que la eficiencia de una antena parablica es de un 55 %.

Ganancia de potencia de una antena parablica: La ganancia de potencia de una antena parablica es inversamente proporcional a la longitud de onda elevado al cuadrado por lo cual el rea del plato o reflector. Este parmetro juega un factor importante a la hora de disear antenas parablicas, el cual depende directamente de la longitud de onda. La expresin matemtica para calcular la ganancia de una antena transmisora es:

Dnde:: Ganancia de potencia con respecto a una antena isotrpica: Eficiencia de la antena: Dimetro de la boca del reflector parablico (metros): Longitud de onda

4) SISTEMAS RADIANTES:Son sistemas radiantes los sistemas en los cuales se coloca los trasmisores para una comunicacin en puntos especficos, de tal manera que se pueda establecer un sistema de comunicaciones entre ellos. Para estos efectos, se entender que las torres soporte de antenas y sistemas radiantes de transmisin de telecomunicaciones corresponden al conjunto especfico de elementos soportantes de una antena y sistema radiante de transmisin de telecomunicaciones. Los Sistemas Radiantes se clasifican tanto en radio como en TVEn Radio: Sistemas radiantes AMMstiles. (Fig. 16)Mstiles radiantes auto estables y arriostrados, garantiza las condiciones de servicio a las que van a estar sometidos. Requiere instalacin, cimentacin, balizamiento, tomas de tierra, soportes, etc.

Balizas. (Fig. 17)BalizasLEDparamstilesquecumplenconlasespecificacionesde laOACI. Estasbalizastienengarantizadosufuncionamientopor5aos, yalgunosmodelosson compatibles con elconectorE-27.

PuentesSumadores (Fig. 18)

Los puentes sumadores estn preparados para sumar dos seales de radio coherentes en fase y modulacin.

Diplexores y Filtros (Fig. 19)Losdiplexorespara AM permite el montaje del diplexor en un armario estanco para su uso en intemperie.Losfiltrosde rechazo son pasivos y se encargan de aislar, en la frecuencia de rechazo, a dos secciones de una instalacin permitiendo una plena transparencia a la frecuencia de operacin.

Unidades de Acoplamiento (Fig. 20)Lasunidades de acoplamiento.CARACTERSTICAS:- Gran ancho de banda para garantizar la mxima fidelidad en audio.- Disponen de dos descargadores mecnicos.- Disponen de protecciones para la esttica.Bobinas (Fig. 21)

Se utiliza en las bandas de Onda Corta, Onda Media y Onda Larga.Todas las bobinas estn fabricadas en tubera de cobre con dos dimetros estndar. Sus soportes son de fibra de vidrio sellada para evitar la absorcin de humedad. Sistemas radiantes FMAntena de dipolo plegado circularmente, por lo que se obtiene un diagrama de radiacin omnidireccional. Estn construidas enteramente de aluminio y utilizan plstico resistente a las radiaciones UV. Por lo tanto, no se oxidan y resisten las ms duras condiciones climatolgicas, en especial en las zonas costeras donde la concentracin salina ambiental es muy alta.5) PROBLEMAS DE SOLUCION TECNICAS Y ECONOMICASA. VENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS Volumen de inversin generalmente ms reducida. Instalacin rpida y sencilla. Conservacin generalmente ms econmica y de actuacin rpida. Puede superarse las irregularidades del terreno. La regulacin solo debe aplicarse al equipo, puesto que las caractersticas del medio de transmisin son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo. Puede aumentarse la separacin entre repetidores, incrementando la altura de las torres.

B. DESVENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS Explotacin restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces. Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer de energa y acondicionamiento para los equipos y servicios de conservacin. Se han hecho ensayos para utilizar generadores autnomos y bateras de clulas solares. La segregacin, aunque es posible y se realiza, no es tan flexible como en los sistemas por cable Las condiciones atmosfricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseo.

Fig. 16. Prdidas en un enlace microondas C. FALLAS DE PROPAGACIN: El nmero de fallas de propagacin y al tiempo fuera de servicio del sistema de transmisin se basan en las siguientes caractersticas: Proteccin del sistema de transmisin mediante diversidad de espacio o frecuencia. Margen de 40 dB para contrarrestar el desvanecimiento, presencia de desvanecimiento de Rayleigh en ambas ramas del sistema de diversidad. Introduccin de un factor de 100 a 1 por mejora de diversidad. CONCLUCIONES Y COMENTARIOSTener un sistema de radioenlace de microondas nos da muchas ventajas como la de transmisin y recepcin de informacin punto a punto teniendo como canal el espectro, ya que ofrece mayor flexibilidad en la solucin de las necesidades de comunicacin, adems por ser mas econmicas que implementar conexiones con cable, y con mayor ancho de banda con la capacidad de transmitir voz, videos y datos. Debemos tener en cuenta la importancia de la calidad de los equipos que pertenecen al sistema radiante ya que a partir de estos se juega un papel importante en el papel global del mismo y pequeos cambios pueden afectar la seal y/o rea de cobertura. Adems de comprender el funcionamiento de los tipos de antenas con sus reflectores que se usan para la transmisin y recepcin de seales microondas, que a raz de trabajar en altas frecuencias se encuentra la necesidad de reemplazar los cables por guas de ondas para que no hayan grandes atenuaciones en las etapas de transmisin y recepcin.Existen tambin en sistemas microondas factores que dificultan la transmisin como perdidas en el espacio libre, difraccin, reflexin, absorcin, factores climticos, etc. que deben ser cuidadosamente evaluados al momento del diseo y montaje de las antenas para que se soluciones dichas dificultades y as lograr una comunicacin exitosa.

BIBLIOGRAFA: ANTENNAS. Jon D.Krauss.McGrawhill ANTENAS. Angel Cardam.Lluis Jofre. Edicions UPC ANTENNA HANDBOOK.VOLUME II. S.W.LEE INGENIERIA DE MICROONDAS. Jose Miranda.Manuel Sierra.Prentice Hall1