guia del prof. dimas mavares.pdf
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Contenido
INTRODUCCIN........................................................................................................................................................ iv
TEMA I. INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.................................................... 1
COMUNICACIN POR MICROONDAS .............................................................................................................................. 1
SISTEMAS DE MICROONDAS POR LDV........................................................................................................................... 1
REQUERIMIENTOS DE TRANSMISIN ............................................................................................................................. 3
MULTICANALIZACIN Y TCNICAS DE MODULACIN...................................................................................................... 3
PROPIEDADES PTICAS DE LAS ONDAS DE RADIO .......................................................................................................... 4
Refraccin ............................................................................................................................................................. 4
Reflexin ............................................................................................................................................................... 6
Difraccin ............................................................................................................................................................. 8
Interferencia........................................................................................................................................................ 11
TEMA II. INTRODUCCION A LA RADIO PROPAGACION ................................................................................. 13
INTRODUCCIN ......................................................................................................................................................... 13
CARACTERSTICAS DE PROPAGACIN DE LAS ONDAS DE RADIO .................................................................................... 13
Ondas de Tierra .................................................................................................................................................. 13
Ondas Espaciales................................................................................................................................................ 14
Ondas de Cielo.................................................................................................................................................... 14
CARACTERSTICAS DE PROPAGACIN DE ACUERDO A LA BANDA UTILIZADA .................................................................. 14
HORIZONTE PTICO Y HORIZONTE DE RADIO .............................................................................................................. 16
TEMA III. COMUNICACIONES POR MICROONDAS........................................................................................... 18
INTRODUCCIN ......................................................................................................................................................... 18
COMPOSICIN DE LA ATMSFERA .............................................................................................................................. 18
EL FENMENO DE DISPERSIN TROPOSFRICA ........................................................................................................... 20
Teora de dispersin por turbulencias ................................................................................................................ 21
Teora de reflexin en capas ............................................................................................................................... 22
COMPARACIN DEL SISTEMA DE DISPERSIN TROPOSFRICA CON EL SISTEMA DE MICROONDAS POR LDV ................... 23
EL NDICE DE REFRACCIN DE LA ATMSFERA............................................................................................................ 23
ESTRATIFICACIONES DE LA ATMSFERA...................................................................................................................... 25
Anlisis en el caso de estratificacin plana. ....................................................................................................... 25
Anlisis en el caso de estratificacin esfrica..................................................................................................... 26
ECUACIN DE TRAYECTORIA PARA ESTRATIFICACIN ESFRICA................................................................................... 27
RADIO DE CURVATURA DE LAS TRAYECTORIAS............................................................................................................. 28
RADIO EQUIVALENTE DE LA TIERRA ............................................................................................................................ 30
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ii
TEMA IV. Estaciones terminales y estaciones repetidoras para sistemas de comunicaciones por LDV .................... 32
INTRODUCCIN ......................................................................................................................................................... 32
ESTACIONES TERMINALES .......................................................................................................................................... 32
Multicanalizador (Mux)-Demulticanalizador (Demux) ...................................................................................... 32
Seccin de banda base ........................................................................................................................................ 32
Seccin de modulacin/demodulacin ................................................................................................................ 33
Seccin de IF....................................................................................................................................................... 34
Seccin de RF ..................................................................................................................................................... 35En el transmisor y el receptor............................................................................................................................................ 35
Red de combinacin de canales ........................................................................................................................................ 35
Antena y red de alimentacin.............................................................................................................................. 36Antenas parablicas .......................................................................................................................................................... 36
Antena Cassegrain ............................................................................................................................................................ 37
Otros tipos de antenas ....................................................................................................................................................... 37
ESTACIONES REPETIDORAS ........................................................................................................................................ 38
Repetidor directo ................................................................................................................................................ 38
Repetidor heterodino .......................................................................................................................................... 38
Repetidor terminal o de BB................................................................................................................................. 39
Comparacin entre los tipos de repetidores ....................................................................................................... 40
SISTEMAS ALTO-BAJO (HIGH-LOW SYSTEMS) ............................................................................................................. 43
TEMA V. RADIOENLACES ANALOGICOS.......................................................................................................... 45
ZONAS DE FRESNEL ................................................................................................................................................... 45
DEDUCCIN DEL RADIO DE LAS ZONAS DE FRESNEL. .................................................................................................. 49
EL DESPEJE .............................................................................................................................................................. 50
REFLEXIONES EN EL TERRENO.................................................................................................................................... 54
CLCULO DE LA UBICACIN DEL PUNTO DE REFLEXIN ............................................................................................ 55
TIPOS DE RUIDO EN UN SISTEMA DE COMUNICACIONES POR MICROONDAS. .................................................................. 58
Ruido fijo............................................................................................................................................................. 58
Ruido esperado ................................................................................................................................................... 58Desvanecimiento lento ...................................................................................................................................................... 58
Desvanecimiento rpido ................................................................................................................................................... 59
TCNICAS DE DIVERSIDAD ......................................................................................................................................... 59
a.1) Diversidad de espacio.................................................................................................................................. 59
b.1) Diversidad de frecuencia ............................................................................................................................ 60
c.1) Diversidad de tiempo .................................................................................................................................. 60
d.1) Diversidad de polarizacin......................................................................................................................... 60
a.2) Diversidad por seleccin ............................................................................................................................ 60
b.2) Diversidad por realimentacin................................................................................................................... 61
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iii
c.2) Combinacin de razn mxima................................................................................................................... 61
d.2) Combinacin de ganancia constante .......................................................................................................... 62
SEPARACIN MNIMA ENTRE LAS ANTENAS EN LA DIVERSIDAD DE ESPACIO ................................................................... 62
SEPARACIN ENTRE LAS PORTADORAS EN LA DIVERSIDAD EN FRECUENCIA................................................................... 63
SEPARACIN ENTRE LAS PORTADORAS Y LAS ANTENAS EN UN SISTEMA MIXTO DE DIVERSIDAD DE ESPACIO Y FRECUENCIA
................................................................................................................................................................................. 64
TIPO DE MEDICIONES EN UN SISTEMA DE COMUNICACIONES POR MICROONDAS ........................................................... 65
DISEO DE UN RADIOENLACE .................................................................................................................................... 68
Pasos para disear un radio enlace.................................................................................................................... 68
Recomendaciones del CCITT-CCIR frente al ruido............................................................................................ 74
Anlisis de los estndares de desempeo del CCIR............................................................................................ 74
Resumen del procedimiento para evaluar el enlace respecto a las recomendaciones del CCIR-CCITT............ 80Primera recomendacin.................................................................................................................................................... 80
Segunda recomendacin ................................................................................................................................................... 80
Tercera recomendacin ..................................................................................................................................................... 81
Ejemplo de diseo de un radioenlace........................................................................................................................... 82
REFERENCIAS........................................................................................................................................................... 99
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iv
INTRODUCCIN
El propsito de este trabajo es proporcionar al lector a los fundamentos tericos indispensables para la
comprensin del funcionamiento, el anlisis y el diseo de radioenlaces. Est dirigido principalmente a
lectores con conocimiento de electrnica, de propagacin, de antenas y de los principios bsicos de los
sistemas de comunicaciones, tales como multicanalizacin, modulacin y lneas de transmisin; es adems
conveniente poseer cierto dominio de la geometra, de la trigonometra, del clculo diferencial y de series;
sin embargo, el dominio de estos tpicos no es limitativo, ya que los temas estudiados se han discutido
abundantemente a lo largo del texto, haciendo hincapi en el significado fsico de los fenmenos y
modelos matemticos y enfatizando las aplicaciones de los conceptos en situaciones prcticas, por lo que
este material puede ser til tanto a personas que deseen introducirse en el estudio formal de los
fenmenos, equipos y mtodos de diseo de los sistemas de comunicaciones como para las personas
interesadas en mejorar su comprensin de temas estudiados previamente.
En el tema uno se da una breve introduccin a los sistemas de telecomunicaciones y a las propiedades
pticas de las ondas de radio de alta frecuencia, que sern utilizadas a lo largo del texto. En el tema dos se
introducen las caractersticas de propagacin de las ondas de radio clasificadas de acuerdo al medio por
donde se transmiten, ya sea en la troposfera, la ionosfera o la superficie terrestre. De igual forma se
describen las propiedades de las ondas de radio de acuerdo a la banda utilizada, comparndolas entre ellas.
En el tema tres se mencionan las caractersticas de las diferentes capas que componen la atmsfera
terrestre, se discuten las teoras que justifican la propagacin por dispersin troposfrica y se comparan los
sistemas de dispersin troposfrica con los sistemas por lnea de vista (LDV). Mas adelante se estudia el
comportamiento del ndice de refraccin para distintos tipos de atmsfera definidas por la Unin
Internacional de Telecomunicaciones (ITU) y se modela la atmsfera mediante estratificaciones planas y
esfricas del ndice de refraccin, modelos que servirn luego para encontrar las ecuaciones de trayectoria
del haz principal de la seal transmitida, y para el caso de estratificacin esfrica, para deducir la
expresin del radio de la curvatura de las trayectorias y del radio equivalente de la tierra. Por ltimo se
discute el significado fsico del concepto de radio equivalente de la tierra y su uso en el diseo de sistemas
de comunicaciones punto a punto por LDV.
El tema cuatro trata sobre la estructura de las estaciones terminales y repetidoras de los sistemas de
comunicaciones por microondas, detallando la constitucin de los diferentes bloques que las componen y
describe el funcionamiento de los distintos tipos de repetidores. Por ltimo se introducen los conceptos de
sistema alto-bajo y de plan de frecuencia. En el tema cinco, el cual es el ms extenso, se presenta el
concepto de zonas de Fresnel, se le justifica utilizando el espiral Cornu y se consideran sus aplicaciones en
el diseo de sistemas de comunicaciones por LDV. A continuacin se introduce el concepto de despeje, se
deduce su expresin para vanos sobre terrenos lisos o sobre el agua y terrenos irregulares y se describe un
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vprocedimiento prctico para hallar el punto de reflexin del rayo reflejado en tierra. Mas adelante se tratan
los tipos de ruido ms comunes en un sistema de comunicaciones por microondas, y se describen
brevemente algunos sistemas de diversidad, clasificndolos tanto de acuerdo a la forma como se logra la
decorrelacin entre las seales enviadas como de acuerdo al uso que se les da a estas en el receptor. Luego
se estudian con mayor detalle los sistemas de diversidad de espacio y frecuencia, deduciendo la expresin
de la diferencia de altura de la antenas y entre portadoras respectivamente, y se describen tres
procedimientos bsicos para medir distintos tipos de ruido en sistemas de comunicaciones por
microondas.
Para finalizar el tema cinco se describen detalladamente los pasos para disear radioenlaces, ya sea que
se no se conecten a redes nacionales o internacionales, para lo que se usa el mtodo de Barnett-Vignant, o
que se conecten a redes nacionales o internacionales, para lo que se utilizan las recomendaciones del ITU-
R respecto al ruido (recomendacin 395-1).
Como ltimo tema, se proporciona un ejemplo de diseo de un radioenlace ficticio de tres vanos de alta
calidad en la banda de los 6 GHz, mediante la recomendacin 395-1 del ITU-R. Este ejemplo se presenta
detalladamente, usandose lneas de transmisin y antenas disponibles en el mercado e incluindose un
plan de frecuencias y un sistema de diversidad de espacio.
Agradezco a mis padres, Hernn y Margarita, a mis hermanos Ricardo y Andrena. A Angela Dabon
por sus valiosas correcciones, a Jorge Aguero y Roberto Uzctegui, por su incondicional amistad, a
Eduardo Alvarez, por la colaboracin en el ejemplo del radioenlace, y a los estudiantes de
Comunicaciones II, que con sus sugerencias me han ayudado a depurar estos apuntes.
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Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 1
TEMA I. INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES
Se denomina comunicacin electrnica a la transmisin, recepcin y procesamiento de informacin
usando circuitos y dispositivos electrnicos.
COMUNICACIN POR MICROONDAS
Se considera como frecuencia de microondas las que estn por encima de 1 GHz. La mayor parte de
los sistemas de radio por microondas estn comprendidos dentro de tres categoras principales: Sistemas
de Lnea de Vista (LDV), sistemas sobre el horizonte y sistemas satelitales.
La posibilidad de usar enlaces de radio en las bandas de VHF y UHF fue puesta a prueba inicialmente
en experimentos previos a la segunda guerra mundial. La calidad y disponibilidad de esos enlaces pudo
hacerse comparable a la de enlaces con cable coaxial.
Como la necesidad de mayores anchos de banda se increment en aos subsiguientes, las frecuencias
en UHF y SHF fueron usadas para trafico telefnico y transmisin de TV; los enlaces de microondas son
diseados para transmitir a distancias de varios miles de kilmetros con anchos de banda de 10 MHz y
altos estndares de calidad y confiabilidad, requerimientos esenciales para comunicaciones de largo
alcance (nacionales o internacionales). En estos apuntes describiremos el principio de funcionamiento y
las caractersticas de los sistemas sobre el horizonte y estudiaremos con detalle el principio de
funcionamiento, las caractersticas y el diseo de sistemas de LDV, escapando los sistemas satelitales de
los presentes objetivos.
SISTEMAS DE MICROONDAS POR LDV
Tericamente, un sistema LDV (lnea de vista) puede extenderse, sobre terrenos favorables sin grandes
barreras naturales, hasta los 7000 kms (4000 millas), usando varios enlaces. La distancia cubierta por cada
enlace, sin embargo, est limitada a distancias cortas que oscilan entre 50 y 80 km. (30 a 50 millas). Para
distancias mayores, se usan modos de propagacin sobre el horizonte, por difraccin o por dispersin
troposfrica.
La mayor ventaja de los sistemas de dispersin troposfrica respecto a los de LDV, es que estos
permiten comunicaciones a distancias de varios miles de kilmetros sin repetidores, lo que es de gran
valor cuando se propaga sobre un terreno de difcil acceso. Sin embargo, este tipo de sistema ha sido
desplazado por las comunicaciones satelitales.
transmisor receptorMedio de transmisin
Informacin
Fig. 1.1. Estructura bsica de un sistema de comunicaciones
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Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 2
Los sistemas LDV proveen un amplio rango de aplicaciones, por ejemplo, desde sistemas con un
pequeo numero de canales telefnicos de corto alcance hasta sistemas con varios cientos de canales
telefnicos o varios canales de TV con altos estndares de calidad y confiabilidad, exigidos para formar
los circuitos troncales nacionales e internacionales, con alcance de varios miles de kilmetros.
La mayor parte del desarrollo de sistemas de propagacin de comunicaciones de radio multicanal tuvo
lugar durante la II guerra mundial en la banda de VHF. La popularidad en el uso de LDV puede atribuirse
a las siguientes ventajas:
Alta y flexible capacidad de canales (desde unos pocos canales de voz hasta varios canales de TV).
Capacidad de expansin
Corto tiempo de instalacin
Excelente adaptacin a dificultades de terrenos y barreras naturales.
Las principales aplicaciones de los sistemas LDV son:
Sistemas fijos integrados para telefona multicanal o televisin, formando parte de redes nacionales e
internacionales
Sistemas fijos no integrados para telefona o televisin, no interconectados a las redes nacionales o
internacionales
Sistemas mviles, conectados o no a las redes nacionales e internacionales.
Los elementos bsicos de un sistema de radio multi-seccin usando LDV se muestran en la figura 1.2.
Este sistema incluye dos estaciones terminales y dos o ms estaciones repetidoras espaciadas a
intervalos de entre 30 y 80 kms. En las estaciones terminales se genera una portadora de microondas, que
es modulada por la seal de telefona multicanal o televisin, se amplifica (a unos pocos vatios) y con ella
se alimenta una antena direccional para que se rade a la primera estacin repetidora. En la estacin
Fig. 1.2. Elementos de un sistema de radio
Transmisor Transreceptor
(estacinrepetidora) Bandabase
Bandabase
Receptor
Receptor Transmisor
Estacin terminal Estacin terminal f1
f2
f3 (f2)
f4 (f1)
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Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 3
repetidora, la seal de microondas se recibe, se amplifica, se traslada en frecuencia para evitar
interferencia entre las seales entrantes y salientes y se retransmite a la segunda estacin repetidora. La
seal de microondas en la estacin terminal distante es, luego de amplificarse, demodulada, y de esta
manera se recupera la seal de banda base.
En el sistema de la figura 1.2 se utilizan cuatro frecuencias, f1, f2, f3 y f4, para evitar interferencia
proveniente de los transmisores adyacentes. Con antenas de directividad adecuada, sin embargo, es
posible reducir el nmero de frecuencias requeridas a dos, o sea f1 y f2, como se muestra entre parntesis.
REQUERIMIENTOS DE TRANSMISIN
En general, los canales telefnicos o de TV transmitidos por sistemas de microondas integrados pueden
formar parte de conexiones internacionales de varios miles de kilmetros de longitud, por lo que las
caractersticas de transmisin con respecto al ruido, estabilidad de ganancia, ancho de banda, linealidad de
amplitud y distorsin de forma de onda, deben permitir lograr comunicaciones satisfactorias a grandes
distancias.
Anteriormente dos organismos internacionales que hoy forman parte de la Unin Internacional de
Telecomunicaciones (ITU), eran responsables de la preparacin de recomendaciones que faciliten el
funcionamiento de circuitos internacionales de larga distancia. Estas organizaciones fueron el Comit
Consultivo Internacional de Radio (CCIR) y el Comit Consultivo Internacional de Telegrafa y Telefona
(CCITT). El CCIR era responsable de la preparacin de recomendaciones relacionadas con sistemas de
microondas y el CCITT de la reglamentacin para la introduccin de dichos sistemas en la red general de
telecomunicaciones. El CCIR y el CCITT estaban entonces relacionadas con la formulacin de
requerimientos de transmisin en sistemas internacionales de microondas. Actualmente, el CCITT y el
CCIR han sido reestructurados dentro de la ITU como ITU-R e ITU-T.
En un sistema de microondas, las especificaciones de ruido son de particular importancia, ya que estas
determinan la potencia de transmisin, el tamao de la antena y otros parmetros del sistema. Adems del
ruido trmico inherente a los equipos, pueden introducirse ruidos adicionales, entre otros, producto de la
intermodulacin de seales de diferentes canales. Este ruido es mximo cuando todos los canales estn
activos, o sea, en las horas pico.
Los niveles permitidos de ruido estn definidos internacionalmente en trminos de circuitos de
referencia hipotticos de 2500 kms de largo con un numero especifico de estaciones de modulacin y
demodulacin.
MULTICANALIZACIN Y TCNICAS DE MODULACIN
La practica general en sistemas integrados de microondas es usar FDM cuando se transmiten canales
telefnicos sobre la misma portadora. Tambin se usa TDM en sistemas que van de los 24 a los 48
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Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 4
canales. Las principales ventajas de TDM son el bajo costo y el reducido tamao de los equipos
terminales, la inmunidad a las no linealidades de amplitud del enlace y que los canales telefnicos
individuales pueden ser insertados y extrados. Sin embargo, los sistemas TDM no se pueden interconectar
a los FDM de similar capacidad y no permiten la transmisin de grandes grupos de canales telefnicos,
pues se necesitaran pulsos muy estrechos y un amplio ancho de banda.
La modulacin en frecuencia o frecuencia modulada (FM) se usa generalmente para FDM para
transmitir de 12 a 800 o ms canales telefnicos y para transmisin de TV. Las razones de preferir FM
frente a amplitud modulada (AM) son:
La transmisin de multicanalizacin telefnica con FDM requiere una relacin altamente lineal entre
las amplitudes de entrada y salida de las seales de banda base para prevenir la diafonia, lo que es
factible de alcanzar con FM.
Usando FM con razones de desviacin mayores que la unidad se obtienen mejoras sustanciales de la
relacin seal a ruido. Sin embargo, el uso de FM impone restricciones en cuanto a la uniformidad del
retardo de grupo y las caractersticas de frecuencia de la seccin de frecuencia intermedia (IF) y los
componentes de microondas del sistema para evitar la diafonia. Adems, los niveles de eco
provenientes de los desacoplamiento de seales en los alimentadores o en el trayecto no deben ser
excesivos.
PROPIEDADES PTICAS DE LAS ONDAS DE RADIO
En la atmsfera de la tierra, la propagacin del frente de onda puede alterarse por efectos pticos como
la refraccin, reflexin e interferencia.
Refraccin
Es el cambio de direccin de un rayo conforme pasa oblicuamente de un medio a otro, con diferentes
velocidades de propagacin. La velocidad a la cual una onda electromagntica se propaga es inversamente
proporcional a la densidad del medio en el cual se est propagando. Por lo tanto, la refraccin ocurre
siempre que una onda de radio pasa de un medio a otro de diferente densidad. Cuando una onda pasa de
un medio menos denso a uno ms denso, la velocidad de propagacin disminuye y se inclina hacia abajo
(se dobla hacia la normal). El ngulo de incidencia es el ngulo formado entre la onda incidente y la
normal, y el ngulo de refraccin es el ngulo formado entre la onda refractada y la normal. Estando un
frente de ondas compuesto por mltiples haces, es el frente de onda el que cambia de direccin, como se
ilustra en la figura 1.3.
El ngulo de inclinacin o refraccin depende el ndice de refraccin de los dos materiales, definido
como la relacin de la velocidad de propagacin de un rayo de luz en el espacio libre a la velocidad de
propagacin en un material dado.
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Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 5
cn = (1.1)
en donde n = ndice de refraccin (adimensional)
c = velocidad de la luz en el espacio libre (3x108 m/s)
v = velocidad de la luz en un material dado (m/s)
La ley de Snell para refraccin establece que
2211 sensen nn = (1.2)
en donde n1 = ndice de refraccin del material 1
n2 = ndice de refraccin del material 2
1 = ngulo de incidencia (grados)
2 = ngulo de refraccin (grados)
Adems, rn = , por lo tanto (1.3)
2211 sensen rr = (1.4)
Aplicacin:
El fenmeno de refraccin permite que se enven ondas electromagnticas hacia el espacio y regresen a
tierra sin sobrepasar la atmsfera terrestre. Cuando las ondas electromagnticas atraviesan la ionosfera,
que es la capa ms externa de la atmsfera terrestre y que est estratificada con distintas densidades,
Fig. 1.3. Fenmeno de refraccin
Frente de ondaoriginal
Frente de ondarefractado
Medio menos denso
Medio ms denso
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Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 6
parecen reflejarse sobre ella, pero lo que ocurre no es realmente reflexin, sino refraccin a travs de los
distintos estratos de la ionosfera. Este tipo de propagacin, llamada onda de cielo, permite alcanzar
distancias de miles de kilmetros.
El fenmeno de refraccin tambin ocasiona que las ondas se curven cuando viajan por la troposfera,
por lo que la trayectoria de las ondas no es rectilnea en ella, factor que se debe considerar al disear un
radioenlace. Este fenmeno se toma en consideracin mediante un parmetro llamado factor de correccin
de radio equivalente de la tierra, a ser estudiado en el tema III de estos apuntes.
Reflexin
La reflexin electromagntica ocurre cuando una onda incidente choca con una barrera existente entre
dos medios y parte de la potencia incidente no penetra el segundo material. Las ondas que no penetran al
segundo medio se reflejan. Debido a que todas las ondas reflejadas permanecen en el mismo medio que
las ondas incidentes, sus velocidades son iguales, y por lo tanto el ngulo de reflexin es igual al ngulo
de incidencia. Sin embargo, la intensidad del campo de voltaje reflejado es menor que la del campo
incidente. La relacin de las intensidades de voltaje reflejado a incidente se llama coeficiente de reflexin
.
)( ri
rj
i
rj
i
jr e
EE
eEeE
== (1.5)
Para los conductores imperfectos, es funcin del ngulo de incidencia, de la polarizacin de campo
elctrico, y de las constantes dielctricas de los dos materiales. Si el medio 2 no es un conductor perfecto,
algunas de las ondas incidentes lo penetran y son absorbidas, produciendo corrientes en la superficie del
material y convirtiendo la energa en calor. La fraccin de potencia que penetra al medio 2 se llama
coeficiente de absorcin.
La reflexin tambin ocurre cuando la superficie reflejante es irregular o spera. Sin embargo, una
superficie as puede destruir la forma del frente de onda. Cuando el frente de onda incidente golpea una
superficie irregular, se dispersa aleatoriamente en muchas direcciones, como se muestra en la figura 1.4.
Este tipo de condicin se llama reflexin difusa, mientras que la reflexin de una superficie perfectamente
lisa se llama reflexin especular. Las superficies que estn entre lisas e irregulares se llaman superficies
semisperas, las cuales causan una combinacin de reflexin difusa y especular. Una superficie
semispera no destruir por completo la forma del frente de onda, pero reduce la potencia transmitida.
Al presentar el medio reflectante cierta conductividad, como la que se encuentra en la superficie
terrestre, sea mar o no, las variaciones del coeficiente de reflexin son como se muestran en la figura 1.5.
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Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 7
Puede observarse que en el caso de polarizacin vertical, la magnitud pasa por un mnimo, el cual tiende a
cero a medida que disminuye la conductividad o a medida que aumenta la frecuencia.
Cuando la superficie reflejante no es plana, la curvatura de la onda reflejada es diferente a la de la onda
incidente. Cuando el frente de onda incidente es curvo y la superficie plana, la curvatura del frente de
onda reflejada es igual a la del frente de onda incidente. La figura 1.6 muestra dos secciones rectas del
cono de energa que se refleja en una superficie plano (A1) o sobre una superficie esfrica (A2). El rea A2es mayor que A1, y como la potencia emitida inicialmente es la misma en ambos casos, la densidad de
potencia en A2 ser menor que en A1, por lo que el campo reflejado por la superficie esfrica es menor que
el reflejado por la superficie plana. Debe observarse que cuando el ngulo de reflexin es pequeo, lo cual
es corriente en los enlaces en la prctica, el modulo del coeficiente de reflexin es igual o muy cercano a
uno tanto en polarizacin vertical como horizontal.
Frente de ondaincidente
Frente de onda reflejada(especularmente)
Fig. 1.4. Fenmeno de reflexin
()10 20 30 40 50 60 70 80 90
0.5
1 |Rv|
|Rh|
Fig. 1.5. Variacin del coeficiente de reflexin respecto al ngulo de incidencia
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Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 8
En caso que la superficie reflectora sea un conductor perfecto, la magnitud y fase del coeficiente de
reflexin dependen poco del ngulo de incidencia, siendo su modulo igual a 1, su fase cero para
polarizacin vertical y 180 para polarizacin horizontal. La variacin del coeficiente de reflexin en
polarizacin horizontal est muy correlacionado con el ngulo de incidencia, pudiendo en algunos casos
llegar a anularse (ngulo de Brewster), pero debido a que nuestro control sobre el ngulo de incidencia es
limitado, esta correlacin generalmente no es significativa para el diseo de radioenlaces
Los fenmenos de reflexin estudiados suponen irregularidades del terreno muy pequeas respecto a la
longitud de onda, de modo que la superficie reflejante se pueda considerar lisa; la reflexin en estas
condiciones se denomina reflexin especular. Cuando no es este el caso, sino que la superficie en que se
refleja la onda incidente presenta irregularidades de tamao considerable, la energa es redistribuida en
otras direcciones y el concepto clsico de coeficiente de reflexin no es aplicable. En este caso se dice que
la reflexin es difusa.
Aplicacin:
En un enlace de microondas existir en general un rayo directo y al menos un rayo reflejado. Al disear
el enlace, se seleccionan inicialmente las alturas de las antenas, y a partir de ellas se determina, entre otras
cosas, el punto de reflexin, de tal manera que podamos seleccionar un punto de reflexin adecuado a
nuestras necesidades. Ms adelante veremos que la onda reflejada generalmente degrada el rendimiento
del sistema, por lo que nos interesa bloquear la onda reflejada o escoger un punto de produzca reflexin
difusa.
Difraccin
Se define como la modulacin o redistribucin de energa de un frente de onda cuando este pasa cerca
del extremo de un objeto opaco. La difraccin es el fenmeno que permite que las ondas de luz o de radio
se propaguen a la vuelta de las esquinas. Las explicaciones anteriores sobre la refraccin y la reflexin
A1, reflexin sobresuperficie plana
A2, reflexin sobresuperficie esfrica
Fig. 1.6. Impacto del tipo de superficie reflectante sobre el frente de ondas
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Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 9
suponan que las dimensiones de las superficies de refraccin y reflexin eran grandes con respecto a la
longitud de onda de la seal. Sin embargo, cuando un frente de onda pasa cerca de un obstculo de
dimensiones comparables en tamao a una longitud de onda, no se puede utilizar el simple anlisis
geomtrico para explicar los resultados y el principio de Huygens (que se deduce de las ecuaciones de
Maxwell) es necesario.
El principio de Huygens indica que cada punto de un frente de onda se puede considerar como una
fuente secundaria de ondas electromagnticas, desde donde se irradian hacia fuera otras ondas
secundarias. Estos radiadores diferenciales, tambin llamados ondaletas, irradian energa en todas
direcciones pero no en forma isotrpica, sino concentrando la energa en la direccin de propagacin. La
energa en un punto determinado la podemos calcular como la sumatoria vectorial de las contibuciones de
las ondaletas, o sea, debemos sumar en magnitud y fase la energa radiada por cada una; sin embargo, las
contribuciones no longitudinales (las que tienen direccin distinta a la de propagacin) de las ondaletas
vecinas se cancelan, mientas las componentes transversales (las que estn en la direccin de propagacin)
se refuerzan, manteniendo la forma y direccin del frente de onda.
Consideremos la figura 1.7a, donde se muestra un frente de onda que se propaga en direccin normal a
un plano infinito (o sea, el frente de ondas es plano). La magnitud del campo en el punto A est dado por
la sumatoria los componentes provenientes de cada ondaleta; se puede observar que la componente
longtidinal proveniente de la ondaleta O2 se cancelan con la componente longitudinal proveniente de la
ondaleta O3, la componente longitudinal de O4 se cancelan con la proveniente de O5, y as sucesivamente.
De esta forma, las unicas contribuciones distintas de cero son las producidas por las componentes
transversales, o sea, las que tienen la misma direccin de propagacin del frente de onda. De esta forma, el
frente de onda contina con su forma y en su direccin original.
Cuando se considera un frente de onda plano y finito, la cancelacin en direcciones aleatorias es
incompleta. En consecuencia, el frente de onda se extiende hacia fuera o se dispersa. Este efecto de
dispersin de la energa se llama difraccin. La difraccin ocurre en el extremo del obstculo, que permite
que ondas secundarias sean recibidas tras el obstculo, a lo que se llama zona de sombra. Consideremos la
figura 1.7b, en donde se ilustra lo que ocurre cuando un frente de onda plano incide sobre un cuerpo
opaco. Las ondas que inciden sobre el obstculo se reflejan. En los puntos ubicados bajo el obstculo, la
contribucin de las componentes longitudinales se cancelan parcialmente, por ejemplo, en el punto B la
componente longitudinal producida por O6 se cancela con la contribucin de O7, pero la contribucin de
O8 no se cancela, ya que la componente que la cancelara est bloqueada por el obstculo. Por lo tanto,
podemos deducir que bajo el obstculo el frente de onda cambia de forma y direccin. Veamos lo que
sucede detrs del obstculo; en el punto C vemos que no se cancelan algunas de las componentes de las
ondaletas bajo el obstculo, y que a pesar que la energa radiada frente al obstculo se refleja, existe
-
Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 10
campo tras el obstculo producido por las ondaletas bajo l. Tambin podemos apreciar que el campo en
el punto D es menor que en el punto C, ya que las ondaletas que lo producen estn ms alejadas y en una
ubicacin tal que la energa que rada hacia C es menor que la radiada hacia B. Apreciamos tambin que la
direccin del campo (obtenida por la suma vectorial de todas las contribuciones que llegan a C) tiene una
direccin distinta al campo en B. En conclusin, existe campo tras el obstculo (la llamada zona de
sombra) siendo mayor su magnitud cuanto ms cercano se est del extremo de este, y el frente de onda se
ve alterado tanto bajo como tras el obstculo. Tambin podemos concluir que existe una zona de silencio,
o sea, una zona donde la magnitud del campo es cercana a cero, que se encuentra tambin tras el obstculo
pero muy cercana a este.
Los casos ms importantes de difraccin en el estudio de los fenmenos de propagacin se ilustran en
la figura 1.8, y son la difraccin causada por la curvatura de la superficie terrestre (figura 1.8a), la cual
dirige las ondas de radio a la zona de sombra debajo de la lnea visual, y la difraccin filo de cuchillo
(figura 1.8b), la cual orienta la onda de radio a la zona de sombra detrs de una montaa aguda, y ocurre
cuando existe una obstruccin en la trayectoria de un enlace de comunicaciones.
Aplicacin:
El fenmeno de difraccin es un modo de propagacin importante en enlaces de microondas, fijos o
mviles. En ciertos casos, en los enlaces fijos no es necesario que exista lnea de vista (aunque al enlace se
le denomine por Lnea de vista - LDV) para que la seal recibida sea aceptable, y para enlaces mviles,
Fig. 1.7. Principio de Huygens
Frente de ondaresultante
A
O2
O3
O4
O5
Frente de ondaincidente
a)
Rayosreflejados
Ondasdifractadas
B
C
D
Cuerpo opaco
b)
O6
O7
O8
-
Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 11
este fenmeno permite la comunicacin en ciudades rodeadas de edificios o localidades obstruidas por
cuerpos naturales o artificiales, fijos o en movimiento.
Interferencia
La interferencia de ondas de radio ocurre cuando dos o ms ondas electromagnticas se combinan de
tal forma que el funcionamiento del sistema se degrada. La interferencia se apoya en el principio de
superposicin lineal de ondas electromagnticas y ocurre cada vez que dos o ms ondas ocupan,
simultneamente, el mismo punto en el espacio. A pesar que ciertos tipos de medios de propagacin
tienen propiedades no lineales, la atmsfera terrestre se puede tomar como lineal.
La figura 1.9a muestra la suma lineal de dos vectores de voltaje instantneos, cuyos ngulos de fase
difieren por un ngulo . Puede observarse que el voltaje total no es simplemente la suma de lasmagnitudes de los dos vectores, sino su suma vectorial (en magnitud y fase). Con la propagacin en
espacio libre, puede existir una diferencia de fase producto de la diferencia de camino entre dos rayos a la
reflexin en diferentes medios; dependiendo de esta, puede cancelarse o reforzarse la seal recibida.
La figura 1.9b muestra la interferencia entre dos ondas electromagnticas que estn en el espacio libre.
Puede verse que en el punto X los rayos se encuentran, pero la onda B ha viajado una trayectoria distinta a
la de la onda A y sus ngulos de fase pueden ser diferentes. Si la diferencia de distancia viajada es
E1
E2
Et
Onda B
Onda AFuente X
Fig. 1.9. Fenmeno de interferenciaa)
b)
Fig. 1.8. Tipos de difraccin a) Por filo de cuchillo b) por la curvatura de la superficie terrestre
a)
Zona de sombra
Zona de silencio
b)
Zona de sombra
Zona de silencio
-
Introduccin a los Sistemas de Telecomunicaciones 12
mltiplo de un entero impar de la mitad de longitud de onda, se lleva a cabo el refuerzo, si es mltiplo de
un entero par, ocurre la cancelacin; generalmente en la prctica ocurre una cancelacin parcial.
Aplicacin:
El fenmeno de interferencia establece una limitacin en el uso de comunicaciones inalmbricas, al
tener que compartir los usuarios un espectro radioelctrico limitado. Al disear un enlace, cualquiera que
sea su naturaleza, debe tenerse en cuenta inicialmente la interferencia que podran producir enlaces
cercanos, as como la interferencia del propio sistema, llamada sobre-enlace. Estos tpicos sern tratados
en temas posteriores, pero se debe tener en cuenta que el estudio de interferencias representa un tema
extenso por s mismo, y un rea de trabajo probable para el ingeniero en telecomunicaciones. La
interferencia no se limita a los sistemas inalmbricos, presentndose en los sistemas cableados telefnicos
como diafonia.
-
Introduccin a la Radio Propagacin 13
TEMA II. INTRODUCCION A LA RADIO PROPAGACION
INTRODUCCIN
En este tema estudiaremos la transmisin de ondas electromagnticas usando el espacio como medio.
! El espacio como medio de transmisin: Existen diferentes formas en que las ondas pueden propagarse
en el espacio. Aunque las ondas electromagnticas viajan en lnea recta, su trayectoria rectilnea puede ser
alterada por la tierra y la atmsfera. Existen tres formas de propagacin de las ondas electromagnticas en
el espacio: ondas de tierra, ondas de espacio y ondas de cielo, como se muestra en la figura 2.1.
CARACTERSTICAS DE PROPAGACIN DE LAS ONDAS DE RADIO
Ondas de Tierra
Son ondas electromagnticas que viajan a lo largo de la superficie de la tierra. Deben tener polarizacin
vertical, ya que la tierra es un medio conductor, que desvanece la componente tangencial del campo.
Producen flujos de corrientes muy similares a las producidas en las lneas de transmisin. Las prdidas
producidas por la tierra aumentan rpidamente con la frecuencia, lo que limita a este tipo de propagacin a
frecuencias por debajo de los 2 MHz (desde los 15 KHz).
Las ondas de tierra se usan normalmente para comunicacin barco a barco o barco a costa, para radio
navegacin y para comunicaciones martimas mviles.
Desventajas
1. Requieren potencias de transmisin relativamente altas
Onda de espacio (directa)
Onda de espacio (reflejada)
Onda de cielo
Superficie terrestre
Onda de tierra
Fig. 2.1. Tipo de ondas segn el medio en que se propagan
Ionosfera
Estratosfera
TroposferaOnda de espacio (reflejada)
-
Introduccin a la Radio Propagacin 14
2. Estn limitadas a LF, VLF y necesita antenas grandes
3. Las prdidas varan considerablemente con el material en que se propaga.
Ventajas
1. Se pueden usar para comunicar dos puntos cualquiera en el mundo (con suficiente potencia).
2. Dependen poco de las condiciones atmosfricas.
Ondas Espaciales
Las ondas espaciales concentran la energa radiada a pocos kilmetros de la superficie terrestre. Tipos:
1. Onda directa (LDV): Viajan en lnea recta de la antena transmisora a la receptora.
2. Ondas Reflejadas: Generalmente degradan el rendimiento del sistema pues difiere en fase de la onda
directa (debido a la diferencia de trayectoria)
Ya que debe haber visibilidad entre el transmisor y el receptor, la propagacin por ondas espaciales
estn limitadas por la curvatura de la tierra. Sin embargo, la comunicacin se puede lograr usando ondas
espaciales sin tener lnea de vista, por medio de los fenmenos de difraccin o dispersin, como veremos
ms adelante.
Ondas de Cielo
Son ondas dirigidas sobre el nivel del horizonte. Generalmente se radan con ngulos grandes respecto
a la tierra, reflejndose o refractndose en la ionosfera. La ionosfera es la regin del espacio localizada
aproximadamente entre los 50 y 400 kms sobre la superficie terrestre, y constituye la porcin superior de
la atmsfera.
Las ondas espaciales sern objeto de un estudio ms detallado en los temas IV y V de este curso.
CARACTERSTICAS DE PROPAGACIN DE ACUERDO A LA BANDA UTILIZADA
La tabla 2.1 contiene la clasificacin en bandas, aceptada como estndar
Banda Significado FrecuenciaELF Frecuencias Extremadamente Bajas 0-3 KHzVLF Frecuencias Muy Bajas 3-30 KHzLF Frecuencias Bajas 30-300 KHzMF Frecuencias Medias 300-3000 KHzHF Frecuencias Altas 3-30 MHzVHF Frecuencias Muy Altas 30-300 MHzUHF Frecuencias Ultra Altas 300-3000 GHzSHF Frecuencias Super Altas 3-30 GHzEHF Frecuencias Extremadamente Altas 30-300 GHz
Tabla 2.1. Clasificacin en bandas de frecuencia.
-
Introduccin a la Radio Propagacin 15
ELF, VLF, LF y MF: 0-3 MHz
! Las ondas siguen la curvatura de la tierra.
! Poseen baja capacidad de informacin.
! La atenuacin depende de la conductividad del medio. Es alta para la tierra, lo que obliga a utilizar
altos niveles de potencia, siendo ms baja en el mar.
! Antenas grandes y en contacto con la superficie terrestre.
! Independencia de condiciones climatolgicas.
! Reflexin nocturna en la ionosfera (para MF), lo que permite alcanzar grandes distancias. De da (a
causa de la luz solar) se forma una capa en la parte inferior de la ionosfera (80 a 100 km.) que
absorbe las MF.
HF: 3 - 30MHz.
! Propagacin por onda superficial altamente atenuada.
! Propagacin por reflexin en la ionosfera. Los gases en la ionosfera estn expuestos a la radiacin
ultravioleta del sol, y sus molculas liberan electrones que se convierten en iones positivos, y cuya
densidad aumenta con la altura. Para determinada concentracin de electrones por metro cbico
existe una frecuencia mxima que puede reflejarse en ella; ondas de radio con frecuencias
superiores se reflejarn en capas con mayor concentracin, y si no las hay, pasarn a travs de la
ionosfera sin retorno a la tierra. Este medio se us ampliamente en los enlaces internacionales para
las comunicaciones punto a punto, antes de la aparicin de los sistemas satelitales.
VHF, UHF, SHF y EHF: 30 300GHz.
! Las ondas no son reflejadas por la ionosfera
! La propagacin superficial es despreciable
! Las ondas se refractan en la troposfera. La troposfera es aquella capa de la atmsfera que est
inmediatamente sobre la superficie terrestre, su altura es del orden de 10 km. Desde el punto de
vista macroscpico su ndice de refraccin no es constante y presenta una variacin con la altura,
lo que introduce un fenmeno de refraccin sucesivo que modifica la propagacin de las ondas.
! En la figura 2.2 se ilustran los diferentes caminos y fenmenos por los que se pueden propagar las
ondas en esta banda. En R1, llegar una radiacin directa y una reflejada por la superficie terrestre.
La combinacin vectorial de ambos campos, constituir el campo total recibido.
! En R2, el campo recibido corresponde al de una difraccin de energa emitida en el perfil terrestre
sobre un obstculo agudo, mientras que en R3 corresponde al de difraccin sobre un obstculo
esfrico.
-
Introduccin a la Radio Propagacin 16
! Es posible (en partes altas de VHF y toda la banda de UHF, SHF y EHF), que se reciba un nivel
apreciable de campo en R4 producto una dispersin de energa en las irregularidades de la
troposfera; de igual forma, el campo recibido en R2 y R3 puede producirse tanto por difraccin
como por dispersin. Estos dos fenmenos coexisten, dominando la difraccin para frecuencias
bajas y distancias cortas (p.e. 100 MHz y 100 km.), mientras que para frecuencias altas y distancias
grandes el fenmeno preponderante es la dispersin. No existe lmite preciso para separar un
fenmeno de otro.
! En el rango de la microondas (a partir de 1GHz), es posible discriminar entre la onda directa y las
reflejadas usando antenas altamente direccionales; sin embargo, con superficies terrestres lisas y
con los cambios de refraccin en la troposfera, pueden haber fluctuaciones de seal y distorsin.
La pesantez de la atmsfera, especialmente en perodos de calma atmosfrica, tiende a formar
capas de pequeo espesor que, debido a la discontinuidad del ndice de refraccin, actan como
superficies reflectoras. Como las caractersticas de la atmsfera varan en forma aleatoria, la
radiacin reflejada interferir con la radiacin directa en forma tambin aleatoria.
HORIZONTE PTICO Y HORIZONTE DE RADIO
En los sistemas LDV las ondas de radio viajan en lnea recta en el vaco y se limitan en el horizonte a
causa de la curvatura de la tierra. Sin embargo, cuando viajan por la troposfera, las ondas de radio se
curvan o difractan ms all del horizonte ptico, distancia llamada horizonte de radio, que es de
aproximadamente cuatro tercios del horizonte ptico. La refraccin es causada por la troposfera, debido a
cambios en su densidad, temperatura, contenido de vapor de agua y conductividad relativa. El horizonte
Ondas transhorizonte
(difracccin)
Onda directa
Onda reflejada
R1
R3 R4
Fig. 2.2 Formas de propagacin por onda espacial
Troposfera
Ondas transhorizonte
(dispersin)R2
-
Introduccin a la Radio Propagacin 17
hrht
dt drd
Antena transmisora Antena receptora
Fig. 2.5. Aumento del horizonte de ptico y de radio con el tamao de las antenas.
de radio depende de la altura de las antenas, y puede extenderse elevndolas. La figura 2.4 muestra
grficamente el concepto de horizonte ptico y de radio.
El horizonte de radio para una antena es
hd 2= (2.1)
donde d = horizonte de radio (km.)
h = altura de la antena (m)
Para determinadas antenas receptora y transmisora, el horizonte de radio es
rtrt hhddd 22 +=+= (2.2)
donde: d = distancia total (km.),
dt,r = horizonte de radio por la antena transmisora (receptora) (km.),
ht,r = altura de la antena transmisora (receptora) (m).
De donde se puede deducir que tanto el horizonte ptico como el horizonte de radio se puede ampliar
simplemente aumentando el tamao de las antenas (ver figura 2.5).
horizonte ptico
horizonte de radio
Fig. 2.4. Horizonte ptico y horizonte de radio
-
18
TEMA III. COMUNICACIONES POR MICROONDAS
INTRODUCCIN
En este tema estudiaremos la composicin de la atmsfera terrestre, medio por el cual transmitimos la
informacin en los enlaces de radio. Las caractersticas de la atmsfera permiten la comunicacin por
diferentes sistemas, que clasificamos de acuerdo a sus caractersticas de propagacin. Finalmente, una vez
comprendido el(los) principio(s) mediante el(los) cual(es) es posible la propagacin en cada sistema,
estudiamos la influencia de la variacin del ndice de refraccin de la atmsfera en las comunicaciones por
LDV.
Los diferentes modos de transmisin de ondas electromagnticas en la atmsfera terrestre son:
1. Propagacin en el espacio libre
2. Propagacin por trayectorias curvas debido a la refraccin en la atmsfera
3. Propagacin sobre el horizonte por difraccin en la tierra
4. Propagacin sobre el horizonte por reflexin ionosfrica
5. Propagacin sobre el horizonte usando las irregularidades de la troposfera
A pesar que en este tema describiremos todos los sistemas mencionados, haremos incapi a lo largo
del texto en los correspondientes a los puntos 1, 2 y 3, asociados con las comunicaciones por LDV.
COMPOSICIN DE LA ATMSFERA
1. Ionosfera: Regin superior de la atmsfera
1
2
3
4
5
Ionosfera
Estratosfera
Troposfera
Fig. 3.1. Diferentes tipos de propagacin en la atmsfera terrestre
-
19
Sus caractersticas varan con la hora, da, estacin y ao.
Su altura oscila entre los 50 y los 400 km.
Es permeable para frecuencias mayores a 30 MHz.
Absorbe grandes cantidades de energa solar, lo que ioniza las molculas de aire, creando electrones
libres, que forman estratos de ndice de refraccin variable. Cuando una onda de radio pasa por la
ionosfera, el campo elctrico produce una fuerza sobre los electrones libres, que los hace vibrar,
variando as el ndice de refraccin.
A frecuencias superiores a cierto valor crtico, las ondas atraviesan la ionosfera.
Para cada frecuencia crtica, existe un ngulo crtico (respecto a la normal) por encima del cual laenerga pasa la ionosfera.
La ionizacin depende de la radiacin solar.
Est estratificada y dividida en las siguientes capas:
! Capa D: Capa ms baja (50 < h < 100 km.). Hay poca ionizacin. Desaparece de noche.
Tiene poco efecto en la desviacin de las ondas, pero absorbe mucha energa.
! Capa E: (100 < h
-
20
turbulencias, similares a remolinos, que actan como discontinuidades en el gradiente del ndice de
refraccin. Las turbulencias son ms intensas cerca de la superficie de la tierra y disminuyen gradualmente
con la altura.
Para frecuencias bajo los 30 MHz, la longitud de onda es grande comparada con el tamao de las
turbulencias, y por lo tanto estas tienen poco efecto en la propagacin de las seales. Sin embargo, a
medida que se incrementa la frecuencia, las variaciones locales toman importancia. Esto hace que dentro
de una cierta gama de frecuencias, la dispersin troposfrica, fenmeno que estudiaremos con mayor
detalle ms adelante, pueda ser estudiada como un fenmeno de dispersin de ondas por un medio
turbulento.
La estratificacin de la troposfera y las turbulencias hacen posible la propagacin de ondas muy cortas
a largas distancias con mucha menos atenuacin que en propagacin por ondas de tierra. Las longitudes de
onda capaces de viajar grandes distancias por medio de la propagacin troposfrica van desde los pocos
metros (alrededor de 50 MHz) hasta los pocos centmetros (decenas de GHz).
EL FENMENO DE DISPERSIN TROPOSFRICA
Cuando la banda de VHF y frecuencias superiores comenzaron a usarse en sistemas de comunicaciones
por LDV, se crea que la propagacin sobre el horizonte estaba gobernada esencialmente por las leyes de
difraccin sobre tierra lisa esfrica, sobre la cual exista una atmsfera estable y homognea. La teora de
tierra lisa predeca una cada exponencial de la seal a partir del horizonte de radio. Se crey que la
utilidad de ese rango de frecuencias estaba limitado a distancias no mucho mayores que las de los enlaces
por LDV.
Sin embargo, se acumulaba experiencia experimental acerca de la propagacin de microondas mucho
ms all del horizonte, observndose interferencia por sistemas con transmisores distanciados en ms de
300 km. Al principio, esas seales anmalas sobre el horizonte se atribuyeron a la influencia de
situaciones espordicas producidas por fenmenos meteorolgicos en la troposfera y la influencia de la
ionosfera, pero los resultados indicaban que los efectos de transmisin eran mucho ms persistentes que lo
que esas causas permitan. Luego de la segunda guerra mundial se inici una investigacin experimental y
terica para determinar las caractersticas de estos campos y explorar su utilidad al usarse para enlaces de
comunicaciones de largas distancias.
A pesar de no existir an una concordancia completa entre los diferentes modelos tericos y los
resultados, una de las teoras ms aceptada es la teora de dispersin troposfrica, la cual permite hacer
predicciones cuantitativas de muchas de las principales caractersticas de la propagacin. Adicionalmente,
se dispone de una cantidad substancial de datos empricos que sirven de base para la ingeniera de
sistemas por dispersin troposferica. Los ingenieros de comunicacin dependen de los clculos de las
-
21
prdidas de propagacin usando frmulas semi-empricas que relacionan la frecuencia de operacin, las
dimensiones de las antenas, la geometra del enlace y las condiciones meteorolgicas.
Los enlaces por difraccin troposfrica proveen una solucin al problema de comunicar sobre el agua
terrenos inaccesibles. El rango de frecuencias de operacin va de 200 MHz hasta 10 GHz. Los sistemas se
caracterizan por el uso de potencias de transmisin sobre los 50 kW, antenas de ondas planas con
ganancias de 40 a 45 dB y recepcin de cudruple diversidad en espacio.
Las dos teoras principales que explican los fenmenos que producen la dispersin troposfrica son:
Teora de dispersin por turbulencias
El rpido y amplio desvanecimiento presente en los enlaces por propagacin troposferica indica que las
turbulencias atmosfricas producen el fenmeno de dispersin. Las propiedades fsicas del aire no vara en
forma suave y continua; existen variaciones irregulares del ndice de refraccin de la atmsfera, por lo que
la atmsfera puede considerarse como constituida por burbujas de constantes dielctricas diferentes,
distribuidas aleatoriamente. Cuando una onda de radio de longitud de onda suficientemente corta
comparada con el tamao de la discontinuidad pasa por la atmsfera, la mayor parte de la energa de la
onda contina en la direccin original, pero otra parte es difractada en diferentes direcciones.
El ngulo entre la direccin del rayo original y el difractado se llama ngulo de dispersin, y mientras
es menor ms intensa es la seal difractada. La figura 3.2 ilustra la forma como se logra la propagacin en
un circuito tpico de dispersin troposfrica, con el transmisor y el receptor con antenas de haz estrecho
dirigidos tan bajo como es posible, de tal manera que el ngulo de dispersin sea pequeo (usualmente no
mayor de 3 grados). Donde se interceptan los haces de las antenas transmisora y receptora, existe una zona
de la troposfera que acta como volumen de dispersin; diferentes partes del volumen de dispersin
TR
Nivel del mar300 km.
1.5 km
Volumen de dispersin
Fig. 3.2 Diagrama de propagacin por dispersin troposfrica. Teora de difraccin por turbulencias
Angulo de difraccin
-
22
contribuyen a la onda difractada, de tal manera que la energa recibida consiste en muchos componentes
que viajan distancias ligeramente distintas, por lo que la seal no es de intensidad constante, sino que varia
de la misma forma que lo hacen las seales HF cuando pasan por algunas capas de la ionosfera. La teora
de dispersin asume la existencia variaciones temporales y espaciales del ndice de refraccin dentro de un
volumen de dispersin definido por el volumen (ngulo slido) que interceptan los patrones de las antenas
transmisora y receptora.
Teora de reflexin en capas
Esta teora se basa en la suposicin que la propagacin ms all del horizonte se debe a reflexiones
debidas a un gran nmero de capas dispuestas aleatoriamente en el volumen de la atmsfera donde se
interceptan los haces de las antenas transmisora y receptora. Las capas reflectoras se forman por saltos del
gradiente de la constante dielctrica de la atmsfera. En la atmsfera existe una estratificacin de ndices
de refraccin por al menos la mitad del tiempo en muchas localizaciones, y algunas mediciones muestran
que parte de la intensidad de campo recibido se debe a estas capas. La teora de dispersin por
turbulencias se ha modificado para predecir la potencia esperada que es difractada sobre el horizonte por
las turbulencias que se creen asociadas a estas capas. (ver figura 3.3)
Los tipo de sistema de comunicaciones para frecuencias mayores a 30MHz son:
Sistemas por LDV
Sistemas por dispersin troposfrica
Sistemas satelitales
Ondas interferentes reflejadas encapas troposfricas
Onda reflejadaen tierra
Fig. 3.3 Teora de reflexin por capas
Discontinuidades delndice de refraccin
-
23
COMPARACIN DEL SISTEMA DE DISPERSIN TROPOSFRICA CON EL SISTEMA DE
MICROONDAS POR LDV
Similitudes
Absorcin por oxgeno y vapor de agua
Recepcin multitrayectoria
Uso de repetidores de alta sensibilidad
Uso de diversidad en el espacio
Rango de frecuencias (f > 30MHz)
Diferencias: en la tabla 3.1 se muestran las diferencias entre los enlaces por LDV y por dispersin
troposfrica
LDV Dispersin Troposfrica
Requiere LDV No requiere LDV
Distancias hasta 80 km. Distancias hasta 650 km.
Baja potencia de Tx Alta potencia de Tx
Fenmeno por el que se produce:
Refraccin
Difraccin
Reflexin
Fenmeno por el que se produce:
Dispersin
Reflexin
Alta dependecia de las condiciones atmosfricas Muy alta dependecia de las condiciones atmosfricas
Alta calidad Baja calidad
Alta confiabilidad Baja confiabilidad
Sistemas en desarrollo Sistemas en desuso
EL NDICE DE REFRACCIN DE LA ATMSFERA
La troposfera se caracteriza porque su constante dielctrica () es funcin de la presin atmosfrica, la
temperatura y la humedad, las cuales varan con la altitud y dependen del clima y del estado del tiempo.
La variacin de produce la variacin del ndice de refraccin (n) con la altitud.
Las seales de microondas deben propagarse a travs de la troposfera. El comportamiento de una onda
que se propaga por la troposfera est determinado por el ndice de refraccin en ella, el cual se define
como la relacin entre la velocidad de la luz en el vaco y la velocidad de la luz en el medio
n = c/ci (3.1)
Tabla 3.1. Comparacin entre los sistemas por LDV y por dispersin troposfrica
-
24
roroic
1
= , entonces (3.2)
Para medios no magnticos, rrr =n (3.3)
donde o : permeabilidad en el espacio libre
r : permeabilidad relativa del medio
o : permitividad en el espacio libre
r : permeabilidad relativa del medio
El ndice de refraccin tiene valores muy prximos a la unidad (p.e. 1,00038), por lo que habitualmente
se trabaja con el condice de refraccin, refractrividad o ndice refractivo N610)1( = nN . (3.4)
Comnmente
251073.36.7748106.77
Tep
TTep
TN +=
+= (3.5)
donde:
p = presin atmosfrica total (mb)
e = presin del vapor de agua (mb)
T = temperatura absoluta (K)
La variacin horizontal de n es despreciable respecto a su variacin vertical, y esta ltima es mayor en
climas tropicales que en climas fros. El ndice de refraccin depende del clima, localizacin y estacin
del ao. Tanto p, e y T decrecen exponencialmente con la altura, por lo que n en general decrece con h y
tiende a la unidad (N 0). De esta manera
HhseNhN /)( = (3.6)
donde Ns es el condice de refraccin en la superficie terrestre (adimensional), h la altura (km) y H es una
escala de altura que generalmente es igual a 7.32 km, por lo que
hseNhN 136.0)( = . (3.7)
Una atmsfera que cumpla con la ecuacin 3.6 sigue el modelo exponencial aproximado, el que se
caracteriza porque cerca de la superficie terrestre (dentro de los tres primeros kilmetros) y N decrecen
linealmente con la altura.
-
25
Desde el punto de vista macroscpico, como tendencia estadstica media, ocurre una disminucin
exponencial de n con la altura. El CCIR ha definido una atmsfera de referencia, cuya variacin
exponencial es
hehN 136.0289)( = (3.8)con h en kms.
En las capas bajas de la troposfera (p.e. hasta los tres kilmetros), la variacin puede considerarse
lineal, y el gradiente sera constante e igual al valor de la ecuacin anterior con h = 0
1-0
km 39==hdh
dN . (3.9)
si este gradiente fuera constante respecto a h, N = 289-39h, y tendramos una atmsfera normal o estndar.
La atmsfera de referencia puede considerarse como una atmsfera con una variacin estadstica
media, vlida en climas templados, en un perodo de tiempo ms o menos largo (p.e. 1 ao). Si
consideramos las capas bajas de la atmsfera, se observan variaciones en el tiempo, pudindose encontrar
variaciones de gradiente entre 80 y 20 km-1, pudiendo llegar el gradiente a ser positivo.
La atmsfera superestandar es la que tiene un gradiente negativo menor a 39 km-1, y provee
condiciones adecuadas para la propagacin. La atmsfera subestandar dificulta la propagacin, y se da
cuando g>-39, y puede llegar a ser positivo al producirse una inversin de la variacin de la temperatura
con la altura.
ESTRATIFICACIONES DE LA ATMSFERA
Anlisis en el caso de estratificacin plana.
Segn la ley de Snell para refraccin y de acuerdo a la figura 3.4,
Cinininin oo ==== 332211 sensensensen (3.10)
jjkk inin sensen = (3.11)
expresando esta ecuacin en funcin de los ngulos complementarios ()
)90sen()90sen( = nn oo (3.12)
pero )=)= cos(sen()90cos()cos()90sen()90sen( i (3.13)luego, Cnn oo == )cos()cos( . (3.14)
Sabemos que ghnn o += (3.15)
para una atmsfera estndar, donde:
no es el ndice de refraccin referido al nivel del mar
-
26
h es la altura de la superficie respecto al nivel del mar
g es el gradiente del ndice de refraccin de la troposfera
luego )cos()()cos()cos( ghnnn ooo +== (3.16)
o
o
ngh
+= 1)cos()cos(
(3.17)
ecuacin que en adelante llamaremos de trayectoria del rayo para estratificacin plana.
Anlisis en el caso de estratificacin esfrica.
Segn la ley de Snell para refraccin
)cos()'''cos( 2211 nn = (3.18)
io
i1 i1
i2
i3
o1
no
n1
n2
n3
Fig. 3.4. Atmsfera con estratificacin plana
O
1
1
2 2
3
N0
N1
N2
N3
r1
R2 R3
0Fig. 3.5. Atmsfera con estratificacin esfrica
1
122
P
2
1
1
2
-
27
Fig. 3.6 Trayectoria de una onda en una atmsferacon estratificacin esfrica
o
Ro Ro
h
Comentario: Si proyectamos la trayectoria 1 hasta P, podemos demostrar geomtricamente que 2 =1 y que 1 = 1. Analticamente, 2 + 90 + (90 1) = 180 2 = 1 y 1 + 90 + (90 1) = 180 1 = 1.
Sin embargo )'''cos()cos()'''cos(;)cos( 12112
11
1 rrrOP
rOP
=== (3.19)
sustituyendo (3.18) en (3.19)
)cos()cos()cos()cos( 2221112212
11 rnrnnr
rn == , (3.20)
y en general Crn kkk =)cos( (3.21)esta ecuacin representa la ley modificada de Snell.
Comentario: La ley de Snell y la ley modificada de Snell relacionan los ngulos de refraccin entre capas,
slo que para estratificacin plana )(''' 1111 == .
ECUACIN DE TRAYECTORIA PARA ESTRATIFICACIN ESFRICA
Sabemos que ghnn o += (para la atmsfera estndar hxnn o 91039 = ).
Adems, segn la ley modificada de Snell y de acuerdo a la figura 3.6
coscos nrRn oo = (3.22)donde Ro es el radio de la tierra.
Pero ghnn o += y, segn la fig. 3.6, hRr o += , por lo tanto
cos))((cos hRghnRn oooo ++= (3.23)
ooooo
o
o
o
Rngh
Rh
ngh
RhR
nghn 2
1)()(
coscos
+++=++
= (3.24)
pero
9-6
292
4-6
59
10 deorden del es 104.6
1039
10 deorden del es 104.6
10 deorden del es1039
xhx
Rngh
xh
Rh
hxngh
oo
o
o
=
-
28
por lo que despreciamos el trmino cuadrtico y
++oR
gh 11coscos
, (3.25)
ecuacin que llamaremos de trayectoria para una atmsfera esfricamente estratificada.
RADIO DE CURVATURA DE LAS TRAYECTORIAS
A continuacin se deduce la expresin matemtica que permite calcular el radio de la curvaturas de las
ondas en la troposfera en funcin del gradiente del ndice de refraccin. Para un instante dt (ver figura 3.7)
dtdvvAAvdtAA )('y ' 2211 +== (3.26)
Asimismo d
SASA
S AdSA += =+=1
212 y (3.27)
Por otra parte, en los tringulos A2 A2S y A1 A1S
'AA'AA
SASA
SA'AA
SA'AA
11
22
1
2
1
11
2
22tg === (3.28)
entonces vdvv
vdtdtdvv +=
+ )(, (3.29)
A2
A`2
Centro de la tierra
S
N+N
A1
d
A1
Fig. 3.7. Determinacin del radio de curvatura de las trayectorias
-
29
0=dhdN
0dhdN
Fig. 3.8. Trayectoria del rayo de acuerdo al gradiente del condice de refraccin
luego vdvd
vdvd
vdvvd
=+=++
=
+
11 (3.30)
pero ndnddn
ncdv
ncv ===
2 . (3.31)
Por otra parte, en el tringulo de lados dr y d
==
ndn
drd
drddr
coscos (3.32)
1cos
=
drdn
n (3.33)
o 1
cos
=
drdn
n (3.34)
ntese que dhdn
drdn
= (3.35)
en la prctica, los ngulos considerados son pequeos y podemos decir que
1cos
=
11
dhdn
n . (3.36)
La ecuacin 3.33 expresa el radio de la curvatura de la trayectoria en funcin de n.
ya que dhdN
dhdnx
dhdn
dhdNxnN 666 101010)1( === (3.37)
luego 1
610
=
dhdN (3.38)
ecuacin que expresa el radio de la curvatura de la trayectoria en funcin de N.
-
30
Si el gradiente del ndice de refraccin es constante (como en la atmsfera estndar) la forma de la
trayectoria es un arco de circunferencia con radio menor a medida que aumenta el gradiente del ndice de
refraccin. En la figura 3.8 se muestran diferentes trayectorias para los posibles casos del gradiente del
condice de refraccin.
Aplicacin: El radio de la curvatura de un onda electromagntica que viaja a travs de una atmsfera
estndar es igual a oRx
>>==
Km 256411039
103
6 , lo que significa que las ondas se alejan de la
tierra.
RADIO EQUIVALENTE DE LA TIERRA
A pesar que la energa de las ondas electromagnticas tiende a viajar en lnea recta, normalmente se
curva hacia abajo debido a la refraccin atmosfrica. La magnitud del radio de esta curvatura vara con las
condiciones atmosfricas. El grado y la direccin de la curvatura se puede definir convenientemente por
un factor de radio equivalente de la tierra (k). Este factor, multiplicado por el radio real de la tierra (Ro), es
llamado radio ficticio de la curvatura de la tierra. La curva resultante es igual a la curvatura relativa del
haz de microondas respecto a la curvatura de la tierra, o sea, es equivalente a la curvatura real de la tierra
menos la curvatura del haz. Con fines ilustrativos, se podra pensar que es el radio que tendra la tierra si
la trayectoria fuera recta, siendo k el factor por el que se debe modificar el radio de la tierra para
enderezar la curvatura de la onda electromagntica.
La ecuacin de trayectoria para estratificacin esfrica es
++=
oRgh 11
coscos
, (3.39)
si la atmsfera fuese homognea (n=constante) se producira una propagacin rectilnea que estara
definida por
eRh
+=1coscos
. (3.40)
Comparando (3.39) y (3.40), vemos que si el gradiente del ndice de refraccin es constante, podemos
transformar la propagacin real (curva) en una propagacin recta reemplazando el radio real Ro por un
radio ficticio o equivalente.
oo
oeq
oeqkR
gRRR
Rg
R=
+=+=
111 (3.41)
Para una atmsfera estndar o normal
m1 1039 9== x
dhdng y m 1037.6 6xRo = (3.42)
-
31
k=-3
k=
k=4/3
k=1
k=2/3
Fig. 3.10. Relacin entre la trayectoria de los rayos sobre la tierray el factor de correccin del radio de la tierra
34
1037.6103911
69
= xxx
k y Km.85003
4= oeq
xRR (3.43)
La figura 3.9 ilustra el significado fsico del factor de correccin de radio de la tierra.
En la figura 3.10 se muestran diferentes trayectorias correspondientes a distintos valores de k.
Aplicacin: Una vez determinado el radio equivalente de la tierra en la regin donde se desea establecer el
enlace, la altura del perfil del terreno en cada punto deben modificarse segn:
k
ddh
74.1221
= (3.44)
donde:
h = Variacin de la altura del perfil en cada punto, en metros,
d1 , d2 = Distancias desde el punto al transmisor y receptor, respectivamente en kilmetros y
k = Factor de radio equivalente de la tierra.
Fig. 3.9. Representacin grfica del radio equivalente de la tierra
Ro= 6370 Km Re=(4/3)Ro 8500 Km
Ro
-
32
TEMA IV. ESTACIONES TERMINALES Y ESTACIONES REPETIDORAS PARA SISTEMAS
DE COMUNICACIONES POR LDV
INTRODUCCIN
En este tema se describen las caractersticas, el funcionamiento y los componentes de las estaciones
terminales y los diferentes tipos de repetidores usados en enlaces por LDV. Se hace especial nfasis en la
comprensin del funcionamiento y la consideracin de caractersticas claves en el diseo de sistemas por
LDV.
ESTACIONES TERMINALES
A continuacin describiremos las estaciones terminales utilizadas en los sistemas de comunicaciones
por microondas, y a partir del entendimiento de sus componentes y funciones, analizaremos las estaciones
repetidoras, que podran considerarse un subsistema del sistema compuesto por la combinacin transmisor
receptor (figura 4.1).
Multicanalizador (Mux)-Demulticanalizador (Demux)
Aunque este bloque, en general, puede corresponder a cualquier sistema de multicanalizacin
conocido, para enlaces analgicos tipo FDM-FM corresponde a Multicanalizacin por divisin de
frecuencia (FDM). Para los lectores no familiarizados con la jerarqua FDM, se recomienda la revisin de
la bibliografa correspondiente a este tema.
Seccin de banda base
a) En el transmisor: Est compuesta por:
Preamplificador de banda base
Red de Prenfasis: Para explicar el funcionamiento de esta red, es necesario conocer las caractersticas
de la modulacin FM frente al ruido.
Fig. 4.1. Modelo por secciones de un a) Transmisor de microondas b) Receptor de
Transmisor:
Seccin de
banda base
Seccin demodulacin
Seccin deIF
Mux Seccin deRF
a)
Red de sep.de CHS
Receptor:
b)
Seccin debanda base
Seccin deIF Demux
Seccin deRF
Red de sep.de CHS
Seccin dedemodulacin
-
33
Ruido y FM: Cuando se aade ruido blanco con densidad espectral constante a una seal FM, este
produce una desviacin indeseada en la frecuencia portadora. La magnitud de la modulacin indeseada
depende de la amplitud relativa del ruido respecto a la portadora. Cuanto esta desviacin indeseada es
demodulada, se convierte en ruido si tiene componentes de frecuencia dentro del espectro de la seal
modulante. El voltaje de ruido a la salida del demodulador FM se incrementa linealmente con la
frecuencia, lo que se conoce como tringulo de ruido1, mostrado en la figura 4.2.
Si asumimos que la amplitud de la seal modulante es igual en todo su espectro de la banda base, se
obtiene una relacin seal a ruido no uniforme, donde las frecuencias ms altas sufren una mayor
degradacin, como se muestra en la figura 4.3a.
El prenfasis es una distorsin artificial de amplitud, que amplifica las componentes de frecuencias
altas de la seal modulante antes de la modulacin. El desnfasis es simplemente la accin opuesta y se
realiza en el receptor antes de la demodulacin, para restaurar el voltaje en el espectro de la seal
modulante.
La red de prenfasis provee amplificacin en amplitud a las frecuencias ms altas de la banda
base,resultando una seal con un espectro como el de la figura 4.3b, lo que proporciona una relacin seal
a ruido (S/N) uniforme sobre todo el espectro de la banda base. El prenfasis se puede utilizar para
compensar las no linealidades de los circuitos (o seccin ecualizadora).
b) En el receptor: Compuesta por
Amplificador de banda base
Amplificador controlado por ganancia (AGC): Se utiliza un detector de voltaje piloto que controla las
prdidas de un atenuador.
Red de desnfasis: Restaura la seal de banda base a sus caractersticas originales de amplitud contra
frecuencia.
Seccin de modulacin/demodulacin
a) En el transmisor: La seccin de modulacin est compuesta por:
Preamplificador de entrada de banda base (BB)
1 Se usan ndices bajos de modulacin (0 < m < 1) para disminuir el ancho de banda
Fc-Fm Fc+FmFc
m = 5
Ruido rectangular
Fig. 4.2. Tringulo de ruido en FM
Indice de modulacin (m) = 1
-
34
! Modulador FM: Provee la modulacin sobre una portadora de IF. Tpicamente la portadoras de IF
estn entre 60 y 80 MHz, siendo 70 MHz la ms comn (segn recomendacin de CCIR).
! Circuito de control automtico de frecuencia (AFC): Se considera necesario un cristal con precisin de
0.001 % de la frecuencia central.
b) En el receptor: La seccin de demodulacin est compuesta por:
Limitador-discriminador
Preamplificador de BB
Amplificador de canal de servicio
Seccin de IF
a) En el transmisor:
Filtro pasabanda de IF: Se usa para proporcionar un ancho de banda limitado. Este filtro cambia
dependiendo del ancho de banda utilizado, de tal forma que se limite el ruido introducido al sistema,
principalmente el ruido trmico. Para controlar el ruido de intermodulacin, se deben usar filtros con
respuesta gausiana, que tienen fase mximamente lineal (o tiempo de retardo mximamente plano).
Amplificador de IF
b) En el receptor:
Filtro pasabanda de IF
Fig. 4.3. Relacin seal a ruido sobre el espectro de BB en un sistema
a) Sin usar prenfasis b) Usando prenfasis
Fc-Fm Fc+FmFc
Ruido nouniforme
S/N
S/N
Seal uniforme
a) Fc-Fm Fc+FmFc
S/N
Fc-Fm Fc+FmFc
Ruido nouniforme
S/N uniforme
Seal no uniforme
b)Fc-Fm Fc+FmFc
S/N
-
35
Ecualizador de retardo (o fase): Como el sistema de banda limitada tendr, en general, retardo de grupo
parablico, se usa un ecualizador de retardo con caracterstica parablica inversa, para lograr tiempo
de retardo plano y menor ruido de intermodulacin.
Amplificador de IF con control AGC: Las caractersticas del AGC se basa en caractersticas de
desvanecimiento y debe proporcionar un rango de al menos +10 dB a 20 dB respecto a la intensidad
media recibida.
Seccin de RF
En el transmisor y el receptor
En la figura 4.4 se muestra un diagrama de bloques de la seccin de radio frecuencia (RF), que
contiene los siguientes componentes:
Limitadores: Se usan para evitar que el nivel de la seal est dentro del rango de operacin no lineal de
los equipos.
Filtros ecualizadores: compensan las no linealidades de la seccin de RF
Oscilador de RF (oscilador local): Es necesario para obtener estabilidad en alta frecuencia (del orden
del 0.001 %). Se usan osciladores de cristal en VHF con multiplicadores de frecuencia en serie.
Control automtico de ganancia (AGC) y control automtico de fase o retardo (APC)
Mezclador: La seal de IF se traslada a la regin de microondas por medio de un mezclador de AM, y
un oscilador de microondas (que generalmente es un tubo de onda viajera (TWT) o un Klystron). Se
mezcla y no multiplica para trasladar la seal de IF a RF manteniendo invariable el ndice de
modulacin (m). Si se multiplica la portadora de IF se multiplicara tambin la desviacin de
frecuencia y el ndice de modulacin, aumentando el ancho de banda.
Amplificador de RF: Provee alta potencia de salida y asla al oscilador de reflexiones (aislador).
Filtro pasa banda: Su selectividad debe ser tal que cualquier frecuencia fuera de la banda pasante est
al menos 20 dB por debajo del nivel del oscilador local en el mezclador
Red de combinacin de canales
a) En el transmisor y el receptor: La red de combinacin de canales permite conectar ms de un
transmisor de microondas a una misma lnea de transmisin. La seal viaja generalmente a travs de
una gua de onda a una misma antena.
AGC
APC FPB
EcualizadorLimitador Osciladorde RF
Mezclador Amplificadorde RF
Fig. 4.4. Seccin de RF para el transimisor y el receptor
-
36
Generalmente se hace uso de la misma antena para transmitir simultneamente diferentes
(independientes) canales de RF. Los filtros de distribucin se usan para separar los canales de RF sin
introducir prdidas significativas.
Antena y red de alimentacin
Como la energa de seal va a ser transmitida por el espacio (la tropsfera) debemos utilizar antenas
adecuadas a nuestra frecuencia de operacin, as como una red de alimentacin que lleve la seal del
transmisin o receptor a la antena. Los requerimientos que debe cumpl