Este es un resumen de Radioenlaces

1. FUNDAMENTOS DE LOS ENLACES RADIOELÉCTRICOS
CARACTERIZACIÓN DEL ELEMENTO RADIANTE
Una antena la podemos representar como una impedancia Za = Ra + jXa
La parte resistiva se puede dividir en 2 componentes:
Ra = Rp + Rr Rp  resistencia en pérdidas (real)
Rr  resistencia de radiación (ficticia)
2
Pr
I
Rr 
Pr  potencia radiada por la antena (Watts)
I  corriente de la antena (A)
EFICIENCIA O RENDIMIENTO DE UNA ANTENA
Es la relación entre la potencia radiada por la antena y la potencia total de entrada (la
entregada por el generador)
PtPdPe  Pe  potencia entregada
Pd  potencia disipada en la resistencia en pérdidas
Pt  potencia radiada o transmitida
(%)100*
RrRp
Rr
Pe
Pt


GANANCIAS DE UNA ANTENA
- Ganancia directiva
- Ganancia de potencia
Se denomina antena isótropa a una antena ficticia, no realizable físicamente, que radia
con la misma intensidad en todas direcciones. Es muy utilizada como antena de
referencia.
- Intensidad de radiación:
4
Pt
Iiso 
- Densidad de flujo de potencia a una distancia d: 2
4 d
Pt

 
GANANCIA DIRECTIVA
Es el cociente entre la intensidad de radiación producida en un punto del espacio por la
antena y la intensidad de radiación producida por la antena isótropa cuando se excitan
ambas con la misma potencia.
4
GtPt
D


GANANCIA DE POTENCIA
Es igual que la ganancia directiva excepto que se utiliza el total de la potencia que
alimenta a la antena (se toma en cuenta la eficiencia = η)
 GtG
En la práctica las ganancias se expresan en dB G(dB) = 10 log(gt) + 10 log η

2. POTENCIA RADIADA ISOTRÓPICA EFECTIVA (PIRE)
Se llama potencia isótropa radiada efectiva (PIRE) de una estación transmisora, al
producto de la potencia suministrada a la antena por la ganancia (isótropa) de ésta.
gtptpire  pt  potencia total radiada
gtptdBPIRE log10log10)(  gt  ganancia de antena transmisora
30log10log10)(  gtptdBmPIRE
PIRE es la potencia que tendría que radiar una antena isótropa para alcanzar la misma
densidad de potencia en la dirección seleccionada de nuestra antena.
Cuando se habla de PIRE sin especificar la dirección se sobreentiende que se trata de su
valor máximo.
- Para determinar la densidad de potencia en un punto determinado:
2
4 R
gtpt



 (W/m2
)
CARACTERIZACIÓN DE LA ANTENA COMO RECEPTORA
La función de una antena receptora consiste en la extracción de energía de la OEM
incidente y su transferencia al receptor conectado a ella.
Las antenas son dispositivos recíprocos, por tanto, una antena tiene la misma ganancia
de potencia y directividad, cuando se utiliza para recibir OEM como lo tiene para transmitir
OEM.
La longitud efectiva de una antena receptora es el parámetro que cuantifica la aptitud de
la antena para transformar el campo incidente en tensión.
La antena receptora equivale a un generador de resistencia interna igual a la resistencia
de radiación de la antena a la que se le aplica una fuerza electromotriz.
SUPERFICIE EQUIVALENTE DE UNA ANTENA
Se define como el cociente entre la potencia disponible y la densidad de flujo

 rP
Seq (m2
)
Para una antena isótropa:


4
Seq
Y para una antena cualquiera con ganancia:


4
2
rg
Seq 
La ganancia de una antena parabólica: 2
22

 Dk
g 
k factor de eficiencia
λ  longitud de onda
D  diámetro de la antena
Y la superficie equivalente será:
4
2
Dk
Seq


Se denomina potencia recibida en un enlace de radiocomunicaciones a la potencia
disponible en los bornes de una antena; es el producto de la densidad de potencia en el
punto donde está la antena receptora y la ganancia de ésta.

3. 2
4 R
ggp
C rtt

 (W/m2
) Cdensidad de potencia recibida
gt  ganancia de la antena transmisora
gr  ganancia de la antena receptora
R  distancia entre las antenas
EFICIENCIA DE LA ANTENA PARABÓLICA
En un deflector parabólico, el reflejo de la superficie del plato no es perfecto.
Una pequeña porción de la señal irradiada desde el mecanismo de alimentación se
absorbe en la superficie de la antena.
Debido a imperfecciones dimensionales, sólo de 50% a 75% de la energía emitida desde
el mecanismo de alimentación refleja realmente la parabólica.
Las imperfecciones contribuyen a una eficiencia típica para una antena parabólica de
aproximadamente 55% (η = 0.55) o sea sólo el 55% de la energía se propaga en el haz
concentrado.
La ganancia de potencia es: 22
2
22
55.0
Df
c
D
Apg



 






2.42)(log20)(log20)()(  metrosDMHzfdBApdBG
 Para una antena ideal de η = 100% se debe agregar 2.66 dB
FÓRMULAS DE FRIIS PARA EL ENLACE
Éstas son aplicables a un enlace radioeléctrico completo, teniendo en cuenta distintos
tipos de antenas y para dos condiciones de propagación: en espacio libre y a través de
un medio cualquiera.
Básicamente se caracteriza un enlace en términos de sus potencias
Se llama pérdida básica de propagación LB de un enlace radioeléctrico a la razón entre la
potencia transmitida y la recibida.
r
t
B
P
P
L  )()()( dBPdBPdBL rtB 
Se toma en cuenta el enlace considerando antenas isótropas para obtener una
caracterización independiente de las antenas utilizadas.
 La pérdida básica de propagación en condiciones de espacio libre (Lbf) es:
2
4








d
Lbf )(log20)(log2045.32)( kmdGHzfdBLbf 
 La pérdida de transmisión en espacio libre para el caso de dos antenas
(transmisora y receptora) cualesquiera de ganancias isótropas gr y gt:
rt
bf
rt
tf
gg
L
gg
d
L










14
2


)()()()( dBGdBGdBLdBL rtbftf 
 La potencia disponible en la antena receptora (Pdr)
rtetdr gg
d
PP 






2
4

Pet = potencia entregada a la antena tx
BALANCE DE UN ENLACE RADIOELÉCTRICO
El balance del enlace es la relación que expresa la potencia disponible en el receptor en
función de la potencia entregada por el transmisor y las diferentes pérdidas y ganancias
que aparecen en el trayecto del emisor al receptor.
trrbtttetdr LGLGLPdBP )(

4.  Potencia isótropa en recepción  potencia disponible en bornes de la antena
receptora
rbtttetiso GLGLPdBP )(
RUIDO EN LOS SISTEMAS RADIOELÉCTRICOS
El ruido es una perturbación eléctrica que impone un límite a la calidad de funcionamiento
de un sistema radioeléctrico.
Las fuentes de ruido pueden ser:
1. Naturales  Externas e internas
Externas: Se deben a la radiación producida por elementos naturales (tierra,
lluvia, gases atmosféricos)
Internas: Residen en los circuitos pasivos de conexión de la antena al receptor y
en el propio receptor.
2. Artificiales  Aparecen como consecuencia de actividades industriales (tracción
de vehículos, distribución de energía eléctrica, etc)
Para estudiar la influencia del ruido en la calidad de funcionamiento en recepción, se
utiliza la potencia total de ruido (Pn) que incluye tanto al ruido captado por la antena como
al generador en ésta.
sison BFkTP  kcte. de Boltzman = 1.38 x10-23
J/K
Totemperatura de referencia = 290K
B  Ancho de banda
Fsis  factor de ruido del sistema
174)(log10)()(  HzBdBFdBmP sisn
FACTOR DE RUIDO Y TEMPERATURA EQUIVALENTE DE RUIDO DE UN SISTEMA
RECEPTOR
a) Antena sin pérdida
BkT
P
f
o
n

Temperatura equivalente derivada de la antena oaa TfT 
b) Circuito de antena
Representa las pérdidas de la antena real con una temperatura física Tr y un factor
de ruido igual a las pérdidas lar
c) Líneas de transmisión
Conecta antena y receptor Ttr, ltr
d) Receptor
Con ganancia de potencia g y factor de ruido Fr
Potencia de ruido
trar
sison
ll
g
BFkTP 
Normalizado 174)(log10)()(  HzBdBFdBP sisn
Sin normalizar 174)(log10)()(  trarsisn LLGHzBdBFdBmP
174)(log10)()(  HzBdBFdBmP anA

5. Factor de ruido del sistema )1()1()1(  rtrar
o
tr
trar
o
ar
arasis fll
T
T
ll
T
T
lfF
Normalmente Tar = Ttr = To
)1()1()1(  rtrartrararasis flllllfF
rtrarasis fllfF  1
Temperatura equivalente
)1(
)1()1(




 ro
tr
trtr
trar
arar
trar
a
eq fT
l
lT
ll
lT
ll
T
T
RADIOENLACES FIJOS TERRENALES
ATENUACIÓN POR LLUVIA.
- A altas frecuencias (a partir de 10 GHz) la longitud de onda de la señal es
comparable al tamaño de la gota de lluvia.
- La lluvia provoca la curvatura del rayo, cambia la polarización de la señal y
provoca difusión y absorción de energía, con lo que la potencia en recepción será
más débil.
- Intensidad de lluvia  Cantidad de agua caída sobre una superficie por unidad de
tiempo.
- Atenuación específica (empírica)  Ϫ = kRα
(dB/Km)
k,α = constantes que dependen de la frecuencia y de la polarización (tablas)
R = intensidad de lluvia (mm/h)
- Atenuación global  Llluvia = Ϫ(dB/Km)*lenlace*r
lenlace = longitud del enlace
r = factor de corrección < 1 (depende de R, lenlace, etc.)
- En la práctica lo que se hace es mirar cual es la probabilidad de que la lluvia
supere una cierta intensidad.
RELACIÓN SEÑAL/RUIDO. CÁLCULO DEL ENLACE
Objetivo  Calcular la relación S/N a la entrada del demodulador (receptor)
Potencia de la señal recibida
b
rtt
r
l
ggp
p 
ll
ggp
p
b
rtt
r 
2
4








d
lb
xcuitosdelrcablesycirlluviaxcuitosdeltcablesycir llll 
)()()()( dBLdBLdBLdBL xcuitosdelrcablesycirlluviaxcuitosdeltcablesycir 
)()()()()()( dBLdBLdBGdBGdBPdBP brttr 
sisn kToBfP  174log10)()(  BdBFsisdBmPn

6. entonces la relación S/N quedará
sis
b
rtt
kToBf
ll
ggp
N
S
   )()Pr()( dBPndBdB
N
S 
MARGEN DE FADING (MF)  Margen a desvanecimientos
El Fading suele estar causado por lluvia, propagación multicamino; causando una
atenuación L.
Si L > MF se dice que el enlace está en corte (OUTAGE)
El MF debe ser tal que la probabilidad de un corte sea pequeña(que cumpla la
recomendación)
Probabilidad de corte (multicamino)
5.85)(log10)()(log35log10  GHzfdBMFKmdp
55.8
5.3
10
100(%)
MF
fd
p GHzKm
 p = probabilidad
PLANES DE FRECUENCIA
Normalmente los radioenlaces cuentan con más de 2 vanos (enlaces).
El uso de una misma frecuencia para todo el enlace crea problemas de interferencias.
Para solucionar estos problemas, la ITU propone lo siguiente:
- Optimizar el uso del espectro radioeléctrico
- Compatibilidad de equipos
- Reducción de interferencias  plan de frecuencias
- Facilitar la conexión internacional
PLAN A 2 FRECUENCIAS/PLAN A 4 FRECUENCIAS
El plan de frecuencias determina para una banda dada, cuántos radiocanales de una
capacidad dada pueden ser alejados, separación entre ellos, frecuencias idóneas y
polarización.
PROPAGACIÓN TROPOSFÉRICA
Los gases y sustancias (oxígeno, vapor de agua y otros) que existen en la atmósfera
causan refracción para la propagación de las ondas.
El índice de refracción (n) es un número aleatorio que depende de las condiciones
climatológicas (humedad, presión atmosférica, temperatura) y que varía con la altura.
n = 1  vacío
La radiación tiende a curvarse en la dirección del máximo índice de refracción, por tanto
los rayos bajan. La curvatura para el modelo estándar será constante.
MODELO DE TIERRA FICTICIA
Lo que se suele hacer para simplificar operaciones es considerar que la trayectoria del
rayo es rectilínea y que la tierra tiene una curvatura modificada, caracterizada por un radio
kRo. (k = factor de modificación del radio terrestre, Ro = radio de la tierra 6400km)
A la Tierra de radio kRo se le llama “Tierra Ficticia”

7. - Para el caso de atmósfera estándar k=4/3  el radio ficticio será un 33% más
grande que el real.
- k = 0  no tiene sentido, curvatura brutal
- k = ∞  rayo y tierra son paralelas y planas, la distancia del rayo a la Tierra se
mantiene constante.
- k = 0.6  caso más desfavorable, se utiliza para diseñar radioenlaces
Se quiere evitar difracción en el sentido de un obstáculo en medio del camino de la señal
y recibir lo que se difracta a través de el, que será muy débil aunque no llegue a cortar el
camino, si que lo ha afectado.
ZONAS DE FRESNELL
Son elipsoides de revolución con focos en la antena Tx y Rx.
Si se corta verticalmente el elipsoide se obtienen curvas circulares, cada anillo define y
delimita una zona de Fresnell.
Los radios de los anillos son:
d
dd
nrn
21

rn = radio de la n-ésima zona de Fresnell
λ = longitud de onda del Tx
d1 = distancia del tx al plano considerado
d2 = distancia del plano considerado al rx
d = distancia tx – rx
VISIBILIDAD DIRECTA
Cuando la distancia libre entre el obstáculo y el trayecto del rayo es mayor o igual que el
60% de la primera zona de Fresnell en las peores condiciones de propagación
16.0 rh 
d
dd
r 21
1 
Cálculo de la altura de las antenas
El objetivo es minimizar los efectos de la difracción, es decir, garantizar la “visibilidad
directa”.
Flecha  desplazamiento vertical de un obstáculo por variaciones de k.
okR
dd
f
2
21
 =Δh Se ha de cumplir hrh  16.0
Si esta altura no es suficiente se aumentará la altura de la torre de la antena más próxima
al obstáculo, ya que es la que tiene más influencia.