PROPAGACIÓN EN PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO LIBREEL ESPACIO LIBRE
z
x
y
RADIADOR ISOTRÓPICORADIADOR ISOTRÓPICOrrx
DPiP T
4 r2Wm2
Dirección de Dirección de máxima máxima radiaciónradiación
GGT T [dB][dB]
GTmáx
1010
4466
88
0º
90º
270º
DIAGRAMA HORIZONTAL TÍPICO DE DIAGRAMA HORIZONTAL TÍPICO DE RADIACIÓN DE UNA ANTENA REAL RADIACIÓN DE UNA ANTENA REAL
DGT
PDPi
GT dB 10 log DP 10 log Dpi
dT R
D PRP T
4 d2G T
P RP T
4 d2G T Aeff
Se comprueba que:
Aeff 2
4 G R
P R P T G T G R
4 d
2
POTENCIA ABSORBIDA POR POTENCIA ABSORBIDA POR LA ANTENA RECEPTORALA ANTENA RECEPTORA
RELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN ENTRE LA POTENCIA RECIBIDA Y POTENCIA RECIBIDA Y
TRANSMITIDATRANSMITIDA
P RP T
G T G R
4 d
2
P RP T
G T G Rc
4 d f
2
PRP T
GT GR5.7 1014
d f( )2
Pérdidas de Transmisión en el espacio libre Pérdidas de Transmisión en el espacio libre
C es la velocidad de la luz en el vacíoC es la velocidad de la luz en el vacío 3x103x1088 m/s m/s
(C/4)2=5.7x1014
T
P RP
dB
10 log G T 10 log G R 14.756 20 log d( ) 20 log f( )147.56
LdB 20 log d( ) 20 log f( ) 14.756 147.56
P RP T
dB
G TdBGRdB
LdB
CAMPOS LEJANOS Y CAMPOS LEJANOS Y ONDAS TEMONDAS TEM
X
Y
Z
E
Hx
Onda TEM
Solución de las ecuaciones de onda en el espacio libre y a gran distancia de la antena (sólo onda incidente):
oH y
E zZ
Ez Emáx ej ko x
D p12
Emáx2
Z o
k o2
En donde: se denomina constante de fase
Observe que los campos eléctricos y magnéticos son fasores que representan campos armónicos. La expresión de los campos en función del tiempo se obtiene de la manera usual:E z x t( ) Emáx cos o t k o x
FEM en los terminales (abiertos) FEM en los terminales (abiertos) de la antena receptorade la antena receptora
fem
D R1
4
P T G T
d2
Relación general Relación general entre campo eléctrico entre campo eléctrico y densidad de y densidad de potencia potencia electromagnática electromagnática (para onda incidente)(para onda incidente)
Para el espacio libre:Para el espacio libre:
Z o o o
= 120 []
D E2
Zorms
ERrmsZ o4
P T G T
d2
30 P T GT
d leff [V]femrms
ERrms Zo DR
Erms30 P T G T
d
Vista lateral del vector E con polarización vertical en un instante de referencia t=0
E z Emáx cos k o x
x
Polarización Polarización verticalvertical
Polarización Polarización horizontalhorizontal
Polarización Polarización elípticaelíptica
Superficie terrestre
y
z
z
yx
x
E EE
3 -3 -
30 -30 -
300 -300 -
- 100- 100
- 10- 10
- 1- 1
3 -3 -
30 -30 -
300 -300 -
- 100- 100
- 10- 10
- 1- 1
30 -30 -
300 -300 -
- 10- 10
- 1- 1
3 -3 -
30 -30 -
300 -300 -
- 100- 100
- 10- 10
- 1- 1
mmmm
mm
kmkm
MmMm
GHzGHz
MHzMHz
kHzkHz
HzHz
EHFEHF
SHFSHF
UHFUHF
VHFVHF
HFHF
MFMF
LFLF
VLFVLF
ELFELF Comunicaciones submarinasComunicaciones submarinas
Propagación por onda de superficie, onda de cielo para Propagación por onda de superficie, onda de cielo para grandes distancias (modo guiado)grandes distancias (modo guiado)
Onda de superficie, onda de cielo (meno confiable). Onda de superficie, onda de cielo (meno confiable). Radio Navegación Radio Navegación
Onda de tierra para distancias cortas, onda ionosférica Onda de tierra para distancias cortas, onda ionosférica para grandes distancias. Radiodifusión y radio para grandes distancias. Radiodifusión y radio comunicacionescomunicaciones
Onda ionosférica. Radio comunicaciones de ondas cortasOnda ionosférica. Radio comunicaciones de ondas cortas
Onda de espacio. Radio comunicaciones en línea de Onda de espacio. Radio comunicaciones en línea de vista. Servicios de radio difusiónvista. Servicios de radio difusión
Onda de espacio. Radar. Comunicaciones espaciales. Onda de espacio. Radar. Comunicaciones espaciales. Microondas en línea de vista.Microondas en línea de vista.
1
100
10000 1000
10
1 10 100 1000 kmkm
[V/m]EE
T R
Onda directaOnda directa
Onda reflejadaOnda reflejada
Onda de superficieOnda de superficie
PropagaciónPropagación por onda de superficie por onda de superficieBandas Bandas VLVLF – F – LLFF - MF - MF ( (3 kHz3 kHz – 3 MHz) – 3 MHz)
Características del suelo:r=15 = 10-2 S/mf = 500 kHz
Onda directa + onda reflejada= onda de EspacioOnda de espacio + onda de superficie = onda de tierra
Onda directa
Onda reflejada
Propagación Troposférica (LOS)*Propagación Troposférica (LOS)*Bandas VHS-UHF-SHF (30 MHz – 10 GHz)Bandas VHS-UHF-SHF (30 MHz – 10 GHz)
Onda directa + Onda reflejada= Onda de Espacio
*(LOS): Line-of-Sight
Multitrayectorias
:: Índice de Índice de refracción refracción relativo al vacío relativo al vacío
11
22
11
22
Ley de Snell: 1 sin 1 2 sin 2
Fenómeno de la refracción atmosféricaFenómeno de la refracción atmosférica
f>MUF
f=MUF
f<MUF
N = densidad de electrones de un estrato de la ionosfera
fo 9 Nmáx
MUF fo sec
Haces con el mismo ángulo de incidencia y diferentes frecuencias
ionización
fo = frecuencia crítica
MUF = Máxima frecuencia utilizable
Haces con la misma frecuencia y diferentes ángulos de incidencia
ionización
(m-3)
123
Propagación Ionosférica (BLS)*Propagación Ionosférica (BLS)*Bandas MF – HF (1,6 – 30 MHz)Bandas MF – HF (1,6 – 30 MHz)
*(BLS) Beyond Line- of- Sigh
Diseño de un enlace de microondasDiseño de un enlace de microondas
100
300
500400
200
600
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
T R
100
300
500400
200
600
0 52510 15 20 30 35 40 45 50 55 60 65 7075
T R
Curvatura terrestreCurvatura terrestre
Curvatura del haz por efecto de la refracción atmosféricaCurvatura del haz por efecto de la refracción atmosférica
Expansión del HazExpansión del Haz
Diseño de un enlace de microondasDiseño de un enlace de microondas
h ct 0.078 d 1 d 2
h ct0.078 d 1 d 2
k
h Fr 0.6 17.3d 1 d 2
f d 1 d 2
Curvatura terrestreCurvatura terrestre
Curvatura del haz por Curvatura del haz por efecto de la refracciónefecto de la refracción atmosféricaatmosférica
Expansión del HazExpansión del Haz
d1, d2: distancias del obstáculo de las extremidades del enlace, en km
k: factor de corrección por curvatura debida a la refracción atmosférica; depende del índice de refracción. En primera aproximación se toma igual a 4/3
f: frecuencia de la portadoraEntre paréntesis: el radio de la primera zona de Fresnel
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
TR
Obstáculod1Km
d2Km
Alturam
hCTm
hFRm
Vegetaciónm
Altura Virtualm
h ct0.078d 1 d 2
43
h Fr 0.6 17.3d 1 d 2
f d 1 d 2
fGHz
1234
14353956
56353114
250180250300
646727146
14181814
15151515
325285354375
100
200
300
250
150
350
400
TT
70 Km
GT 34.5dB G R 34.5dB
L LT 3.2dB L LR 3.2dB
f o 3.85GHz
f 18MHz
RR
N F 4dB
T 290K
G A 1
ii
oo
Nivel de la señal en recuadros de fondo rojo
0.70.7 dBW dBW
32 dBW32 dBW
-109.05 dBW-109.05 dBW
-77.75 dBW-77.75 dBW
““Piso” de ruido del receptor: -127.75 dBWPiso” de ruido del receptor: -127.75 dBW
--2.5 dBW2.5 dBW-74.55 dBW-74.55 dBW
L=141 dBL=141 dB
CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL TRANSMISORTRANSMISOR
Enlace de MicroondasEnlace de MicroondasCanales
telefónicos Canales telefónicos
4 GHz 12 GHz
FDMMUX
BB 0-6 MHz IF 70 MHz IF 70 MHz IF 70 MHzBB 0-6 MHz
REPETIDOR
RXF1
RXF2
TXF2
TXF1
F1 = 4 GHzF1 = 4 GHz
F2 = 12 GHzF2 = 12 GHz
FMMOD
FDMDMUX
FMDMOD
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