tema-4-ondas-banda-vhf-y-uhf

Comunicaciones en la
Banda VHF y UHF
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
Departamento de Ingeniería Electrónica
TEMA IV
PARTE I

RANGOS DE FRECUENCIAS
 Los rangos de frecuencia de las bandas de
VHF y UHF, son:
Banda
Frecuencia
inferior
Frecuencia
superior
VHF 30 MHz 300 MHz
UHF 300 MHz 3000 MHz

 Las longitudes de ondas correspondientes
son:
Banda
Longitud de onda
inferior
Longitud de onda
superior
VHF
UHF
m
10
10
*
30
10
*
3
6
8


 m
1
10
*
300
10
*
3
6
8



m
1
10
*
300
10
*
3
6
8


 m
10
,
0
10
*
30000
10
*
3
6
8



RANGOS DE FRECUENCIAS

PROPAGACIÓN DE ONDAS
TERRESTRES SOBRE TIERRA PLANA
Cuando las antenas trasmisoras y receptoras están
ubicadas a corta distancia entre ambas, se puede, con
garantía, ignorar el efecto de la curvatura de la Tierra
y considerar que las ondas de radio se propagan a lo
largo de una superficie plana conductora imperfecta.
Tierra Plana

En la práctica los trasmisores emplazados en la
Tierra usan antenas elevadas que trasmiten en el
intervalo de onda corta y ultra corta, siendo típico
este uso en el trasmisor de televisión, los trasmisores
de VHF, FM, etc.
TV
Radio
FM
Com.
privadas
Tierra Plana
TERRESTRES SOBRE TIERRA PLANA

Problemas de la esfericidad
de la Tierra
Se presentan tres casos
1. Intervalo de visibilidad directa
2. Radiopropagación de
visibilidad directa sobre
colinas
3. Radiopropagación sobre filos
de cuchillos

EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS
ONDAS TROPOSFÉRICAS
La troposfera es la capa de la atmósfera que más
afecta las trasmisiones de televisión.
Sus características físicas influyen notablemente sobre
las ondas de radio.
Entre estas características tenemos el índice de
refracción, el cual varía con la altura y que es el
responsable más directo de la curvatura que
experimenta la onda trasmitida, dando lugar a
diferentes tipos de refracción troposféricas.

La troposfera causa un efecto de curvatura en el rayo,
el cual es más acentuado en las trasmisiones de VHF y
UHF, las ondas de radio que se propagan según un
ángulo de elevación pequeño viajaran formando arcos
cuyos radios serán iguales a
km
dh
dn
R 25000
10
*
4
10
10
2
6
6


 
m
dh
dn 2
10
*
4 

donde

Debe notarse que las ondas de VHF y UHF
experimentan una refracción mayor en la troposfera
estándar que los rayos con frecuencias ópticas.
Esto se debe a que las moléculas de agua que poseen
un momento dipolo permanente y una masa finita, no
pueden seguir fluctuaciones de frecuencia tan
elevadas...
... pero si pueden reaccionar positivamente a las
perturbaciones de frecuencias del tipo VHF y UHF,
participar activamente en el movimiento oscilatorio y
contribuir a los cambios del índice de refracción.

Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos
como:
a) aumento del radio efectivo de la Tierra (ya que
como vimos, las ondas se propagan produciendo un
efecto de aumento del radio de la Tierra)
b) Los casos en que la trayectoria de las ondas
electromagnéticas alcanzan distancias muy
superiores a las previstas teóricamente.

Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos
como: (cont.)
c) La existencia de la súper refracción, que es una de
las formas de refracción troposférica, en la cual por
condiciones especificas y de carácter aleatorio, en
dependencia de las condiciones meteorológicas, se
forma lo que es conocido como ductos troposféricos.
d) Los ductos producen una serie de reflexiones
sucesivas en la superficie terrestre que se extiende
hasta distancias bastante grandes.

La condición para que una onda electromagnética se
propague dentro de un ducto es que su longitud de
onda “” no exceda a una “ critica”, conocida como
 de corte. Para la mayoría de los casos, la siguiente
expresión nos da el valor de esta “ crítica”:
 10
.
2
3
*
5
,
3 o
c h


donde ho es la altura del ducto.

Valores de longitud de onda críticos para algunos
ductos
Ho(m) 6 24 120 600
c(m) 0.01 0.1 1 10

ATENUACION DE LAS ONDAS DE
RADIO EN LA TROPOSFERA
La atenuación en la troposfera se debe a cuatro
factores:
 La absorción por partículas suspendidas,
lluvia, nieve, niebla, etc.
 Absorción por moléculas.
 Dispersión por moléculas y sus colisiones.
 Absorción por sólidos.

Las experiencias practicas han verificado que las
ondas más largas que 10 cm. no experimentan
atenuación apreciable en la troposfera.
Sin embargo, las ondas más cortas sí sufren
atenuaciones las que pueden ser considerables.
cm
10


cm
10


Atenuación
Atenuación

La expresión para el campo es:
 
M
mV
r
e
G
P
rms
E
L
/
173
)
( 1
1



donde  es la pérdida por unidad de longitud; y
L, la longitud del área lluviosa.

SISTEMAS DE
RADIOCOMUNICACIONES
MOVIL TERRESTRE
Es un sistema de radiocomunicaciones
en el cual las estaciones (transmisoras y
receptoras) están en movimiento
permanente y eventual.

El servicio móvil terrestre está compuesto en lo
fundamental por una estación base a la cual
está asociado un grupo de estaciones móviles.
La estación base puede servir a diferentes
estaciones móviles o sistemas móviles que
trabajan a diferentes frecuencias cada uno para
servir a un solo sistema.
SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES
MOVIL TERRESTRE

Clasificación de los sistemas de
radiocomunicaciones móviles terrestres
Según sea la forma en que operen los sistemas
de radiocomunicaciones móviles, se pueden
caracterizar los siguientes modos de
explotación de frecuencias:
Sistemas simplex de una y de dos frecuencias
Sistemas base duplex de dos frecuencias
Sistemas duplex de dos frecuencias.

Sistema simplex de una sola
frecuencia
En estos sistemas, tanto
la estación base como la
móvil, transmiten a una
frecuencia común.
Cada estación debe
tomar su turno para
hablar mediante el uso
del procedimiento push
to talk (pulse para
hablar).

Se transmite y recibe en
frecuencias diferentes.
Ambas estaciones, base y
móvil, operan en
régimen push-to-talk.
Los sistemas móviles
pueden operar en zonas,
ubicando una estación
base en el centro de cada
zona que se debe cubrir.
f1
f2
Sistema simplex de dos frecuencias

Sistema Base Duplex de dos
frecuencias
Las estaciones bases se
diseñan de tal forma que se
pueda trasmitir con una
frecuencia y recibir con
otra simultáneamente,
mientras que el móvil opera
en el modo simplex de dos
frecuencias en régimen
push-to-talk.
f2
f1

Sistema Duplex de dos
frecuencias
En estos sistemas, ambas
estaciones, base y móvil,
pueden trasmitir a una
frecuencia y recibir
simultáneamente a otra.
El diseño de la estación base
en este caso es similar al de
base duplex, pero la estación
móvil debe ser equipada con
una segunda antena o filtros
necesarios entre el trasmisor
y receptor, para evitar la
interferencia.
f2
f1

BANDAS DE FRECUENCIAS
El CCIR recomienda para los sistemas de
comunicaciones móviles la utilización de cinco bandas
de frecuencias que son las que se muestran en la tabla
siguiente:
f2
Bandas Frecuencias (MHz)
I 30 – 50
II 50 – 100
III 150 – 250
IV 450 – 500
V 500 - 1000

SEPARACION ENTRE CANALES
El ancho de banda nominal de transmisión, Bn es:
siendo:
M: la frecuencia máxima de modulación. Para un caso
medio de telefonía comercial M = 3 kHz.
D: la mitad de la diferencia entre los valores máximos y
mínimos de la frecuencia instantánea.
K: el factor numérico que varía según la emisión y
depende de la distorsión admisible de la señal.
Normalmente K = 1.
)
(
2 DK
M
Bn 


En nuestro caso hemos adoptado la canalización de 25 kHz para la
cual se tiene que M=3 kHz, D=5 kHz y K=1, obteniéndose así un
ancho de banda nominal, Bn=16 kHz lo que permite un ancho de
banda de guarda de 9 kHz.
C1 C2 C3
16 kHz 25 kHz
9 kHz
SEPARACION ENTRE CANALES

APLICACIONES DE LAS BANDAS VHF
Y UHF
Entre las aplicaciones más comunes tenemos:
Sistemas de televisión de banda VHF
Sistemas de televisión de banda UHF
Sistemas de radio troncalizado
Sistemas de radio de comunicaciones privadas de
VHF y UHF
Sistemas de telefonía móvil celular
Sistemas de radio control de VHF
Sistemas de ayudas para radio navegación Banda
marítima y aérea.

ZONAS DE FRESNELL
Zonas de Fresnel:
Retome los aspectos relativos a las
zonas de Fresnel estudiados en el tema 1.

CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL
La fórmula genérica de cálculo de las zonas de
Fresnel es:









d
f
d
d
n
rn
.
.
.
723
,
547 2
1
Donde:
rn es el radio de la enésima zona de Fresnel [m].
d1 es la distancia desde el transmisor al objeto en [Km].
d2 es la distancia desde el objeto al receptor en [Km].
d es la distancia total del enlace en [Km].
f es la frecuencia en [MHz].
ZONAS DE FRESNELL

Intervalo de Visibilidad Directa
La cuestión crucial del estudio de la
propagación en la Tierra real consiste en
determinar si las antenas trasmisoras y
receptoras están dentro del intervalo de
visibilidad directa entre sí.
Es deseable que las dos antenas se
“vean”una a la otra. Este es un termino
que no debe tratarse literalmente. Él
indica que no debe haber obstaculo entre
la antena transmisora y la receptora.

Caso 1:
Si una de las antenas, (la
cual la podemos denominar
“A”) está elevada y la otra
(llamada “B”), se encuentra
en la Tierra, como se
muestra en la figura.
El problema se reduce a
encontrar la distancia hasta
el horizonte visible. Si se
establece un radio terrestre
de 6,37xl06 km, a partir del
triángulo OAC tenemos que: La distancia del intervalo de
visibilidad directa la representa
el segmento AC
Intervalo de Visibilidad
Directa

h
r
r
d
A
B
O
Considerando el
triangulo AOB, se
tiene:
     
 
km
h
h
rh
d
h
r
que
do
consideran
rh
h
rh
r
h
rh
r
r
h
r
d
r
d
h
r
.
88
,
112
).
6371
.(
2
2
,
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2


















Donde r es el radio terrestre en kilometro (6371 km), h
la altura de la entena en kilometro.
Ondas Espaciales y radio horizonte

 
km
h
d
rh
d
t
t
t
t
88
,
112
2

 d= distancia a radio horizonte
(km)
h = a la altura de la antena
sobre el nivel del mar (km)
Cálculo de la distancia de radio horizonte (una antena):

Caso 2: La propagación de ondas terrestres con
antenas elevadas (trasmisor y receptor) se muestra en
la figura. La intensidad de campo total será la suma
del rayo directo AB y el reflejado AOB debido a que se
considera la tierra plana.
Intervalo de Visibilidad
Directa

Cálculo de la distancia de radio horizonte (dos antenas):
r
t rh
rh
d 2
2 

d= distancia a radio horizonte
(km)
h = a la altura de la antena
sobre el nivel del mar (km)

Radiopropagación de visibilidad
directa sobre colinas.
Es frecuente encontrar elevaciones en la
trayectoria de propagación.
En tales casos las ondas viajarán en
presencia de obstáculos, aunque las
antenas transmisoras y receptoras estén
dentro del intervalo de visibilidad directa.

La cuestión radica en que las dimensiones del
obstáculo son una función de la longitud de onda .
Por tanto, un terreno puede ser considerado plano
para las ondas OL (ondas largas) y OM (ondas
medias), mientras que esta consideración puede cesar
para las ultracortas, cuando los obstáculos presentan
dimensiones considerables, como se muestra en la
figura a continuación.

Las ondas parten de la antena en “A” y llegan a la antena
en “B” pero por trayectos diferentes.
Antena
Emisora
Antena
Receptora
a
b
c
d

A primera vista puede parecer que las ondas de
radio se propagan sobre las colinas de la misma
forma que en un terreno plano, exceptuando
que en vez de un solo rayo, llegarán ahora más.
Esto no es así, porque el rayo reflejado se forma
dentro de la primera zona de Fresnell y no en
un punto geométrico, y en la mayoría de los
casos las cimas de las colinas son mucho más
pequeñas, en tamaño, que la primera zona de
Fresnell.

Radiopropagación
sobre filos de cuchillo
Los filos de Cuchillo, son obstáculos puntiagudos y
opacos, en la trayectoria de propagación. Este filo
idealizado, desprovisto de toda propiedad eléctrica,
permite el cálculo del campo difractado por un
método ampliamente conocido de la óptica física.
Estación “A” Estación “B”
Filos de
Cuchillo
Patrón de
radiación

CASO 1:
En el caso de la figura
“a”, el obstáculo no
corta el rayo directo y
solo emerge
parcialmente dentro
del volumen
significativo.
No se obstruye el paso
del rayo
Se analizarán dos casos de radiopropagación
sobre filos de cuchillos.
Radiopropagación

CASO 2: En el caso
de la figura “b” el filo
corta el rayo directo
AB.
En este caso el filo de
cuchillo obstruye el
paso del frente de
onda.
Radiopropagación

La atenuación se puede determinar haciendo uso de la
teoría de la difracción óptica, con lo cual la atenuación
se expresa por:
  
e
V
S
V
C
V
jS
V
C
F
2
/
1
2
2
2
)
(
)
(
)
(
)
(
2
1





 



)
(
)
(
tan
V
C
V
S

  









r
dx
a
x
V
C
0
2
cos
2
1
)
(

 









r
dx
a
x
sen
V
S
0
2
2
1
)
(

b
H
V
2

En la expresión anterior, C(V) y S(V) son las integrales de Fresnell, donde:
donde b es el radio de la primera zona de Fresnell en el
obstáculo; y H, la altura del obstáculo.
Radiopropagación

El gráfico de la función F (V) se muestra en la figura
Radiopropagación

Contribución de
trayectorias para filos
de cuchillo: La figura
muestra que el campo
en el punto B se debe a
la combinación de
cuatro rayos, cada uno
de los cuales ha sufrido
difracción en el filo de
cuchillo. En esta figura
los rayos se denominan
A’MB, AMB’, A’MB’ y
AMB.
Radiopropagación

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