CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

Este capítulo se refiere a la sustentación teórica del proyecto comprende

los antecedentes de la investigación, el conjunto de bases teóricas, y el

sistema de variables.

1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.

Con el propósito de apoyar la fundamentación teórica de este estudio, se

hizo necesaria la realización de una exhaustiva revisión de diversos trabajos

que fundamentan las variables de estudio abordando el aporte de los

especialistas de la materia que tengan como referencia otros estudios

relacionados con la misma, entre ellos se encuentra el proyecto de:Delgado

(2011)realizó un trabajo especial de grado que llevó por título “Sistemas de

estaciones bases fundamentado en Tecnología Wimax para empresas de

telefonía móvil” presentado en la Universidad Rafael Belloso Chacín.

El propósito de dicha investigación fue,desarrollar sistema de estaciones

bases fundamentada en tecnología Wimax para empresas de telefonía móvil

para resolver los problemas de velocidad de transmisión y ancho de banda

de las estaciones bases, dicha investigación está fundamentada

teóricamentepor los textos de Tomasi (2003), Sendín (2004), Forouzan

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(2007), entre otros. La investigación se tipificó proyectiva, descriptiva, de

campo y documental, considerando la finalidad, el método y la forma de

recolectar los datos. Como técnicas de recolección de datos se usaron la

observación directa, entrevistas no estructuradas, revisión documental con

sus correspondientes instrumentos, la guía de entrevista, visita y

observación.

La metodología fue propuesta por Smith (2001) estructurada en cinco fases:

análisis de la situación actual, donde se realizaron las visitas respectivas a

las empresas que prestan servicio de telefonía móvil. Determinación de los

requerimientos técnicos operacionales y funcionales donde se efectuaron las

visitas a las empresas de telefonía móvil, entrevistas al personal

especializado en el área, y revisiones bibliográficas con el fin de obtener las

bases para el desarrollo del nuevo sistema.

Análisis y selección de la tecnología a utilizar de acuerdo a los parámetros y

reglamentos; en esta fase se analizaron los equipos existentes que trabajan

con esta tecnología donde se aplicaron consultas a expertos en el área de

telecomunicaciones y en tesis anteriores, entre otros. Diseño de la

arquitectura para la integración, en esta fase se analizaron datos estadísticos

y se aplicaron fórmulas, se simulo a través del programa Radio Mobile

arrojando efectividad en los enlaces.

Evaluación de la propuesta, como resultado se obtuvo el diseño de las

estaciones bases, para su aplicación se consultó a expertos en el área para

su implementación. Por lo tanto se recomienda aplicar dicha tecnología para

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atender la situación objeto de esta investigación.

El trabajo aportó información y datos importantes acerca de las estaciones

bases y como se puede resolver los problemas de la velocidad de

transmisión y el ancho de banda de dichas estaciones y además permite

estudiar el diseño de las estaciones bases.

Por otra parte se encontró el proyectodeFajardo (2010) titulado “Evaluación

de los modelos de propagación en redes celulares GSM del municipio

MaracaiboEstado Zulia, Parroquia Juana de Ávila”presentado en la

Universidad Rafael Belloso Chacín.

El propósito de dicha investigación fue, evaluar los modelos de propagación

en redes celulares GSM del Municipio Maracaibo Estado Zulia, Parroquia

Juana de Ávila, el cual se fundamentó teóricamente en los siguientes

autores: Savant (2000), Forouzan (2002), Tomasi (2003), Hayt (2006),

Sendín (2006); el tipo de investigación está definido como evaluativa según

su propósito, prospectiva de acuerdo al período de tiempo en que se

recolectó la información y descriptiva de carácter documental; las técnicas e

instrumentos de recolección de datos fueron la observación en su modalidad

directa, encuestas a expertos en el área, así como también un guión de

entrevista a uno de ellos.

La metodología se basó de acuerdo con la publicación de Sendín (2006), en

cuatro (4) fases; se aplicaron los instrumentos a la Parroquia Juana de Ávila

para así, realizar la discusión a partir de las bases teóricas y los objetivos

planteados, para luego llegar a las siguientes conclusiones: se comprobó que

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en la Parroquia Juana de Ávila se aplica actualmente el modelo de

propagación Okumura para zonas urbanas, debido a las características de

terreno que presenta ésta comunidad.

Existen equipos instalados para la arquitectura GSM de tres operadoras

de servicios de telecomunicaciones diferentes para servicios de telefonía

móvil las cuales son: Digitel en la banda de frecuencia de 900 MHz para

tecnología de segunda generación (2g), así mismo, Movilnet y Movistar, en la

banda de frecuencia de 850 MHz; y finalmente se recomienda por parte de

las compañías de telecomunicaciones estar a la vanguardia en cuanto los

equipos para la arquitectura de comunicación GSM para reducir las pérdidas

por trayectoria y propagación que se generan en el tráfico de información, así

como también, emplear periódicamente un método o modelo de propagación

en conjunto con software especializados para monitorear dichas pérdidas.

La investigación aportó conocimientos para la realización de este proyecto de

investigación, ya que, este implementa los modelos de propagación de

señales de transmisión con el propósito de estudiar los parámetros de

radiofrecuencias en los enlaces de comunicación móvil. Así mismo, evaluar

los modelos de propagación en las redes celulares GSM para reducir las

pérdidas por trayectoria y propagación que generan tráfico de información.

También se encuentra el trabajo de Barboza (2007) la investigación llevá por

título“Sistema de Comunicación de Voz y Datos para los Usuarios Móviles

basado en Wimax en la ciudad de Maracaibo”presentado en la Universidad

RafaelBellosoChacín.

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El propósito de dicha investigación fue, el desarrollo de un sistema de

comunicación basado en Wimax, para proporcionar servicios de voz y datos

a usuarios móviles con el fin de proveer una mejor calidad en los serviciosde

transporte urbano y extra - urbano. Para ello se tomó como base documentos

de los nuevos sistemas de comunicaciones inalámbricos y las diferentes

tecnologías de telecomunicaciones, para los cuales se consultó con

diferentes autores, entre ellos, SabehDib, n. (2006), Rey, E. Hernando, J.

yStallings, W. (1998), Aquino, N. (2006) y una gran variedad de páginas web

con información de última generación.

La investigación fue proyectiva, descriptiva y de campo, la metodología

empleada para el desarrollo de dicho sistema fue basada por el autor Smith

(2001), comprendida por los siguientes pasos: análisis de la situación actual,

establecimiento de requerimientos, análisis y selección de la tecnología a

utilizar de acuerdo a los parámetros y reglamentos, diseño de la arquitectura

para la integración y la propuesta. Las técnicas que se usaron para la

recolección de los datos fueron tres: la observación directa, la observación

documental y la entrevista.

Los resultados obtenidos indicaron, que es una necesidad la implantación de

un sistema de comunicación que solucione los problemas de cobertura, de

saturación en el canal, entre otros que presenta el sistema actual. Con la

realización de este trabajo de investigación se logró desarrollar un sistema de

comunicación de voz y datos, basado en la tecnología Wimax, para una

futura implantación que traerá beneficios tanto a la empresa como al público

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en general.

La investigación referida proporcionó conocimientos de cómo desarrollar un

sistema de comunicación basados en Wimax que permita recibir y enviar

voz/datos para los usuarios móviles y así poder lograr disminuir el tráfico en

el canal de transmisión.

Por último se tomó en cuenta un estudio previo realizado porChow, (2007) el

cual llevó por nombre“Análisis de Factibilidad para la Implantación de

Antenas Inteligentes con Aplicación UMTS en la Ciudad Maracaibo.”

Presentada en la universidad RafaelBellosoChacín.

El propósito de dicha investigación fue, analizar la factibilidad para la

implantación de antenas inteligentes con aplicación UMTS, las bases teóricas

se sustentaron en las teorías de los autores: Rinaldo (2002), Swanson

(2003), Sandin (2003), Casañas (2000), entre otros. Con relación a los

objetivos planteados, la investigación se catalogó como analítica con un

trabajo de campo descriptivo.

La metodología utilizada fue una selección de cinco fases de los autores:

Hurtado (2000) y Senn (2002), las cuales se tomaron en cuenta todas las

fases que son las siguientes: estudio preliminar, identificación de las

características de los componentes, determinación de la factibilidad, análisis

y selección de técnicas para antenas inteligentes, valoración del

comportamiento general del sistema. Para la recolección de los datos se

tomaron como fuentes primarias la entrevista a expertos; como fuente

secundaria la revisión de textos especializados en el tema de interés y como

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fuentes terciarias el uso de textos bibliográfico.

La investigación señalada presenta un importante aporte a la presente, ya

que brinda información sobre la implantación de las antenas inteligentes con

aplicación UMTS, el cual proporcionara las directrices que ayudaran a

encontrar una solución a algunos problema con las telecomunicaciones

inalámbricas, en la cual se van integrando una serie de plataformas en una y

que las antenas inteligentes tienen la habilidad de direccionar la señal

exclusivamente a los dispositivos móviles.

2. BASES TEÓRICAS A continuación se presenta un compendio donde se explica conceptualmente

toda la información teórica necesaria para la comprensión y realización del

presente trabajo de investigación, las cuales sustentan los objetivos.

2.1. PROPAGACIÓN DE ONDAS Según plantea Tomasi (2007, p.367), los sistemas de comunicaciónde

radio, las ondas se pueden propagar de varias formas, dependiendo del tipo

de sistema y el ambiente.

Por otra parte, hay tres formas de propagación de las ondas

electromagnéticas: ondas de tierra, ondas espaciales (que incluye tanto

ondas directas como ondas reflejadas en la tierra), y propagación de onda

del cielo.

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Figura 1:Modos normales de la propagación de ondas Fuente:Tomasi (2007).

Enla figura1 se muestran los modos normales de propagación entre dos

antenas de radio. Cada uno de estos modos existe en cada sistema de radio;

sin embargo, algunos son despreciables en cierto rango de frecuencias o

sobre un tipo de terreno en particular. En frecuencias por bajo de 1.5 MHz,

las ondas de tierra proporcionan la mejor cobertura. Esto se debe a que las

pérdidas de tierra se incrementan rápidamente con la frecuencia. Las ondas

del cielo se utilizan para aplicaciones de alta frecuencia, y las ondas

espaciales se utilizan para frecuencias muy altas y superiores.

2.2. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Según plantea Ulaby (2007, p.18), define las ondas electromagnéticas se

propagan por el espacio debido a que son producidas por las oscilaciones de

un campoeléctrico generado en relación con un campo magnético

asociado.

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2.3. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO El autor referido denomina espectro electromagnético a la distribución

energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto

se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la

radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe

(espectro de absorción) una sustancia.

Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una

huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios

que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas

sobre este, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de

radiación.

Por tanto, el espectro electromagnético se extiende desde la radiación de

menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos x, pasando por la

luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas

electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio.

Se cree que el límite máximo seria el tamaño del universo, aunque

formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.

Figura 2:EspectroElectromagnético Fuente:Ulaby (2007)

20

2.3.1. PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS PLANAS EN MEDIOS CON

PÉRDIDAS Y SIN PÉRDIDAS.

Según Ulaby (2007) la propagación de ondas en un medio sin pérdidas

(dieléctrico perfecto, como el aire) es similar a aquella a través de una línea

de transmisión sin pérdidas.

En un medio con pérdidas caracterizado por una conductividad diferente de

cero, como el agua; una parte de potencia transportada por una onda

electromagnética se convierte en calor, exactamente como lo que sucede a

una onda que se propaga a través de una línea de transmisión con pérdidas.

Cuando una fuente (como una antena) emite energía, esta se expone hacia

fuera de la fuente en la forma de ondas esféricas. Aun cuando la antena

puede irradiar más energía a lo largo de algunas direcciones que a lo largo

de otras, las ondas esféricas viajan con la misma rapidez en todas las

direcciones y por lo tanto expanden a la misma tasa.

Para un observador alejado de la fuente, el frente de las ondas esféricas

aparece aproximadamente plano, como si fuera una parte de una onda plana

uniforme con propiedades uniforme en todos los puntos del plano tangente al

frente de ondas. La propagación de ondas planas puede describirse

mediante coordenadas cartesianas con las que es más fácil trabajar

matemáticamente que con las coordenadas esféricas requeridas para

describir la propagación de una onda esférica. Por consiguiente, aun cuando

en rigor una onda plana no existe se le utilizara para comprender desde el

21

punto de vista físico la propagación de ondas en medios con y sin pérdidas.

2.4. POLARIZACION DE LAS ONDAS La polarización de una onda uniforme describe la forma y el lugar geométrico

de la punta del vector e (en el plano ortogonal a la dirección de propagación)

en un punto dado del espacio en función del tiempo. En el caso más general,

el lugar geométrico de e es una elipse y la onda se conoce como

elípticamente polarizada. En ciertas condiciones, la elipse puede degenerar

en un círculo en un segmento de una línea recta, en cuyo caso el estado de

polarización recibe el nombre de circular o lineal respectivamente, las cuales

se describirán a continuación:

2.4.1. POLARIZACION LINEAL

La polarización es lineal y la oscilación del plano perpendicular a la

dirección de propagación se produce a lo largo de una línea recta. Se puede

representar cada oscilación descomponiéndola en dos ejes X e Y.

La polarización lineal se produce cuando ambas componentes están en

fase (con un ángulo de desfase nulo, cuando ambas componentes alcanzan

sus máximos y mínimos simultáneamente) o en contrafase (con un ángulo de

desfase de 180°, cuando cada una de las componentes alcanza sus

máximos a la vez que la otra alcanza sus mínimos) la relación entre las

amplitudes de ambas componentes determina la dirección de la oscilación,

que es la dirección de la polarización lineal.

22

2.4.2. POLARIZACIÓN CIRCULAR En la polarización circular las dos componentes ortogonales tienen

exactamente la misma amplitud y están desfasadas exactamente 90°. En

este caso, una componente se anula cuando la otra componente alcanza su

amplitud máxima o mínima. Existen dos relaciones posibles que satisfacen

esta exigencia, de forma que la componente x puede estar 90° adelantada o

retrasada respecto a la componente Y. El sentido (horario o anti horario) en

el que gira el campo eléctrico depende de cuál de estas dos relaciones se dé.

En este caso especial, la trayectoria trazada en el plano por la punta del

vector de campo eléctrico tiene la forma de una circunferencia, por lo que en

este caso se habla de polarización circular.

2.4.3. POLARIZACIÓN ELÍPTICA

Este tipo de polarización corresponde a cualquier otro caso diferente a los

anteriores, es decir, las dos componentes tienen distintas amplitudes y el

ángulo de desfase entre ellas es diferente a 0° y a 180° (no están en fase ni

en contrafase).

2.5. DENSIDAD DE POTENCIA ELECTROMAGNETICA De acuerdo a Ulaby (2007, p.311), es definida como la cantidad de energía

almacenada en una región del espacio que se puede atribuir a la presencia

de un campo electromagnético, y que se expresará en función de las

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intensidades de campo magnético y campo eléctrico. En un punto del

espacio la densidad de energía electromagnética depende de una suma de

dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades de campo.

2.5.1. ESCALA DE DECIBELES PARA RAZONES DE POTENCIA

Tal como lo establece Ulaby (2007, p.314), la unidad de potencia p es el

watt (W), en muchos problemas de ingeniería, la cantidad de interés es la

razón entre dos niveles de potencia, P1 y P2. La escala de decibeles (dB) es

logarítmica por lo que constituye una representación conveniente de la razón

de potencia, sobre todo cuando los valores numéricos de p1/p2 se grafican

contra una variable de interés. Si G= P1/P2 entonces:

G (DB)= 10LOG G= 10LOG (P1/P2) DB (1)

2.6. CLASIFICACION DE LAS ONDAS SEGÚN SU FRECUENCIA A continuación se entrara en detalle con los diferentes rangos de frecuencia

utilizados en las telecomunicaciones, radio enlaces, comunicaciones

satelitales, microondas entre otros, para luego establecer en un cuadro de

distribución uniforme.

2.6.1. FRECUENCIAS EXTREMADAMENTE BAJAS Llamadas ELF (ExtremelyLowFrequencies), son aquellas que se encuentran

en el intervalo de percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el

oído humano percibe ondas sonoras, no electromagnéticas, sin

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embargo se establece la analogía para poder hacer una mejor comparación.

2.6.2. FRECUENCIAS SÚPER BAJAS/ ALTAS Denominadas SLF (Súper LowFrequencies), son aquellas que se encuentran

en el intervalo de 30 a 300Hz. En este rango se incluye las ondas

electromagnéticas de frecuencias equivalentes a los sonidos graves que

percibe el oído humano.

En cambio, las frecuencias súper altas definidasSHF (Súper High

Frequencies), son aquellas entre 3 y 30 GHz y son ampliamente utilizadas

para comunicaciones vía satélite y radioenlaces terrestres. Además,

pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisión de datos

a muy corto enlace mediante UWB. También son utilizadas con fines

militares, por ejemplo en radares basados en UWB.

2.6.3. FRECUENCIAS ULTRA BAJAS/ALTAS Por otra parte también son llamadas ULF (Ultra LowFrequencies), son

aquellas en el intervalo de 300 a 3000 Hz. Este es el intervalo equivalente a

la frecuencia sonora normal para la mayor parte de la voz humana.

Por el contrario, las frecuencias ultra altas también conocidas como UHF

(Ultra High Frequencies), de 300 a 3000 MHz, incluye los canales de

televisión de UHF, es decir,del 21 al 69 [según norma CCIR (estándar b+g

Europa)] y se usan también en servicios móviles de comunicación en tierra,

en servicios de telefonía celular y en comunicaciones militares.

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2.6.4. FRECUENCIAS MUY BAJAS/ALTAS Denominadas también VLF (VeryLowFrequencies), se pueden incluir aquí las

frecuencias de 3 a 30khz. El intervalo de VLF es usado típicamente en

comunicaciones gubernamentales y militares.

En cambio, las frecuencias muy altas definidas VHF (Very High

Frequencies), van de 30 a 300MHz. Es un rango popular usado para muchos

servicios, como la radio móvil comunicaciones marinas y aeronáuticas,

transmisión de radio FM (88 a 108 MHz) y los canales de televisión del 2 al

12 [según norma CCIR (estándar b+g Europa)]. También hay varias bandas

de radioaficionados en este rango.

2.6.5. FRECUENCIAS BAJAS También llamadas LF (LowFrequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a

300 KHz los principales servicios de comunicaciones que trabajan en este

rango están a la navegación aeronáutica y marina.

2.6.6. FRECUENCIAS MEDIAS Denominadas también NF (Médium Frequencies), están en el intervalo de

300 a 3000khz. Las ondas más importantes en este rango son las de radio

difusión de am (530 a 1605 KHz).

2.6.7. FRECUENCIAS ALTAS

26

Definidas como HF (High Frequencies) son aquellas contenidas en el

rango de 3 a 30 MHz. A estas se les conoce también como ¨onda corta¨. Es

en este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos de radio

comunicaciones como radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y

militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil

también ocurren en esta parte del espectro.

2.6.8. FRECUENCIAS EXTREMADAMENTE ALTAS Denominadas EHF, (Extrematedly High Frequencies), se extienden de 30 a

300 GHz, los equipos usados para transmitir y recibir estas señales es más

complejo y costoso, por lo que no están muy difundidos aun.

Existen otras formas de clasificar las ondas de radio frecuencia. Como

ejemplo, cabe destacar que las frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, son

llamadas microondas. Estas frecuencias abarcan parte del rango UHF y todo

el rango de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas,

como múltiple dispositivos de transmisión de datos¸ radares y hornos

microondas.

2.7. ANTENAS Según Tomasi (2002, p.377), una antenas es un dispositivo recíproco pasivo;

pasivo en cuanto a que en realidad no puede amplificar una señal y recíproco

en cuanto a que las características de transmisión y recepción de una antena

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son idénticas, excepto donde las corrientes de alimentación al elemento de la

antena se limitan a la modificación del parámetro de

transmisión. A continuación se resaltan los parámetros más importantes: 2.7.1. DIAGRAMA DE RADIACIÓN Según Cardama (2002, p.20),un diagrama de radiación es una

representación gráfica de las propiedades de radiación de la antena, en

función de las distintas direcciones del espacio, a una distancia fija.

Normalmente se empleará un sistema de coordenadas esféricas. Con la

antena situada en el origen y manteniendo constante la distancia se

expresará el campo eléctrico en función de las variables angulares (?,f ).

Como el campo es una magnitud vectorial, habrá que determinar en cada

punto de la esfera de radio constante el valor de dos componentes

ortogonales, habitualmente según. Como el campo magnético se deriva

directamente del eléctrico, la representación podría realizarse a partir de

cualquiera de los dos, siendo norma habitual que los diagramas se refieran al

campo eléctrico.

La densidad de potencia es proporcional al cuadrado del módulo del campo

eléctrico, por lo que la representación gráfica de un diagrama de potencia

contiene la misma información que un diagrama de radiación de campo.

En determinadas circunstancias puede ser necesaria la representación

28

gráfica de la fase de E (?, f ), además de la amplitud de las dos

componentes. Dicha representación se denomina el diagrama de fase de la

antena.

Al observar a gran distancia una antena, se vería su radiación como si

proviniera de un punto, es decir, los frentes de onda serían esféricos. A este

punto, centro de curvatura de las superficies de fase constante, se le

denomina el centro de fase de la antena.

El diagrama de radiación se puede representar en forma tridimensional

utilizando técnicas gráficas diversas, como las curvas de nivel o el dibujo en

perspectiva. La figura 3 muestra el diagrama tridimensional de una antena y

los planos E y H. Los niveles se expresan en decibelios respecto al máximo

de radiación.

Figura 3:Diagrama tridimensional de una antena

Fuente: Cardama (2002).

29

Para antenas linealmente polarizadas se define el plano e como el que

forman la dirección de máxima radiación y el campo eléctrico en dicha

dirección. Análogamente, el plano h es el formado por la dirección de máxima

radiación y el campo magnético en dicha dirección. Ambos planos son

perpendiculares y su intersección determina una línea que define la dirección

de máxima radiación de la antena.

Si bien la información de la radiación es tridimensional, puede ser de interés,

y en muchos casos suficiente, representar un corte del diagrama. Los cortes

pueden hacerse de infinitas formas. Los más habituales son los que siguen

los meridianos en una hipotética esfera (cortes para f constante) o los

paralelos (cortes con q constante). La información de todos los cortes del

diagrama es excesiva, por lo que se recurre a representar dicha información

sólo en los planos principales.

Los cortes bidimensionales del diagrama de radiación se pueden representar

en coordenadas polares o cartesianas. En el primer caso el ángulo en el

diagrama polar representa la dirección del espacio, mientras que el radio

representa la intensidad del campo eléctrico o la densidad de potencia

radiada. En coordenadas cartesianas se representa el ángulo en abscisas y

el campo o la densidad de potencia en ordenadas.

La representación en coordenadas cartesianas permite observar los detalles

en antenas muy directivas, mientras que el diagrama polar suministra una

información más clara de la distribución de la potencia en las diferentes

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direcciones del espacio. Las figuras 4 y 5 muestran ejemplos de ambas

representaciones.

Figura 4:Diagrama de radiación encoordenadas polares

Fuente: Cardama (2002)

Figura 5: Diagrama de radiación encoordenadas cartesianas

Fuente: Cardama (2002)

El campose puede representar de forma absoluta o relativa,

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normalizando el valor máximo a la unidad. También es bastante habitual la

representación del diagrama con la escala en decibelios. El máximo del

diagrama de radiación es cero decibelios y en las restantes direcciones del

espacio los valores en dB son negativos. Es importante tener en cuenta que

los diagramas de campo y de potencia son idénticos cuando la escala está

en decibelios.

En un diagrama de radiación típico, como los mostrados en las figuras

anteriores, se aprecia una zona en la que la radiación es máxima, a la que se

denomina haz principal o lóbulo principal. Las zonas que rodean a los

máximos de menor amplitud se denominan lóbulos laterales y al lóbulo lateral

de mayor amplitud se denomina lóbulo secundario.

Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:

• El ancho de haz a -3 dB ?? ?? ? ? ? ) es la separación angular de las

direcciones en las que el diagrama de radiación de potencia toma el valor

mitad del máximo. En el diagrama de campo es la excursión angular entre las

direcciones en las que el valor máximo del campo ha caído a 0,707 el valor.

• El ancho de haz entre ceros ?? ??) es la separación angular de las

direcciones del espacio en las que el lóbulo principal toma un valor mínimo.

• La relación de lóbulo principal a secundario (NLPS)es el cociente,

expresado en dB, entre el valor del diagrama en la dirección de máxima

radiación y en la dirección del máximo del lóbulo secundario. Normalmente,

dicha relación se refiere al lóbulo secundario de mayor amplitud, que suele

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ser adyacente al lóbulo principal.

• La relación delante-atrás (D/A) es el cociente, también en dB, entre el

valor del diagrama en la dirección del máximo y el valor en la dirección

diametralmente opuesta.

Si un diagrama de radiación presenta simetría de revolución en torno a un eje

se dice que la antena es omnidireccional. Toda la información contenida en el

diagrama tridimensional puede representarse en un único corte que contenga

al eje.

2.7.2. CLASIFICACIÓN DE LAS ANTENAS

A continuación se presenta la clasificación detallada de las antenas.

2.7.2.1. POLARIZACIÓN Según Tomasi (2002, p.285), la polarización de una antena se refiere solo a

la orientación del campo eléctrico radiado desde esta. Una antena puede

polarizarse en forma lineal (por lo regular, polarizada horizontal y

verticalmente, suponiendo que los elementos de la antena se encuentran

dentro de un plano horizontal o vertical), en forma elíptica, o circular.

Si una antena irradia una onda electromagnética polarizada verticalmente, la

antena se define como polarizada verticalmente; si la antena irradia una onda

electromagnética polarizada horizontalmente, se dice que la antena esta

polarizada horizontalmente; si el campo eléctrico radiado gira en un patrón

elíptico, esta polarizada elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un

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patrón circular, esta polarizada circularmente y así respectivamente

dependiendo en el sentido que se encuentre polarizada.

2.7.2.2. ANCHO DE BANDA Según Couch (1997, P.101)el ancho de banda es el ancho de una banda de

frecuencia positiva (se está describiendo el ancho de banda de señales

reales o el ancho de banda de un filtro físico que responde a impulsos reales;

por tanto, los espectros de magnitud de estas formas de onda son pares con

respecto al origen f=0). En otros términos, el ancho de banda seria f2 - f1,

donde f2 > f1= 0 y f2 y f1 quedan determinadas por la definición particular.

(A) ANCHO DE BANDA ABSOLUTO Es f2 – f1, donde el espectro es cero fuera del intervalo f1 < f < f2 a lo

largo del eje de frecuencia positiva.

(B) ANCHO DE BANDA DE 3 dB

También conocido como ancho de banda de media potencia) es f2 – f1,

donde a frecuencias dentro de la banda f1 < f < f2, los espectros de

magnitud, es decir ¦ H (f)¦ , se reducen no menos de 1/ veces el valor

máximo de ¦ H (f)¦ , y el valor máximo se reduce a una frecuencia.

(C) ANCHO DE BANDA DE RUIDO EQUIVALENTE Es el ancho de un espectro rectangular ficticio de tal modo que la potencia

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en esa banda rectangular es igual a la potencia asociada con el espectro real

a frecuencias positivas. (D) ANCHO DE BANDA NULO A NULO

El ancho de banda nulo a nulo (o ancho de banda de cruce cero) es f2 – f1,

donde f2 es el primer nulo en la envolvente del espectro de magnitud por

encima de f0 y, en sistemas pasabanda, f1 es el primer nulo en la envolvente

por debajo de f0, donde f0 es la frecuencia y el espectro de magnitud alcanza

su valor máximo. En sistemas de bandabase por lo general f1 es cero.

(E) ANCHO DE BANDA DEL ESPECTRO ACOTADO Es f2 – f1 de tal modo que fuera de la banda f1 < f < f2, la PSD, la cual es

proporcional a ¦ H (f)¦ ², debe menguar por lo menos una cantidad, ejemplo

de 50 dB, por debajo del valor máximo de la densidad espectral de potencia.

(F) ANCHO DE BANDA DE POTENCIA

Por otra parte, el ancho de banda de potencia, se puede definir como f2 – f1,

donde f1 < f < f2 define la banda de frecuencia en la cual reside el 99% de la

potencia total.

Esta es similar a la definición de FCC de ancho de banda ocupada, la que

establece que la potencia por encima del borde superior de la banda f2 es de

½% y por debajo del borde inferior de ½%, lo que deja 99% de la potencia

total dentro de la banda ocupada.

35

(G) ANCHO DE BANDA DE FCC

Es un parámetro de ancho de banda autorizado asignado por la FCC para

especificar el espectro permitido en los sistemas de comunicación. Cuando

se sustituye el parámetro de ancho de banda FCC en la formula FCC, se

obtiene la atenuación mínima para el nivel de potencia permitido en una

banda de 4 KHz en el borde de está con respecto a la potencia de la señal

promedio total.

2.7.2.3. DIRECTIVIDAD Alrespecto paraCardama (2002, p.22) la directividad D de una antena se

define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una

dirección, a una distancia dada, y la densidad de potencia que radiaría a esa

misma distancia una antena isótropa que radiase la misma potencia que la

antena. �?? ?? )= ? ?? ?? ?? ? �?? ? ? ? ?(2)

Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la directividad

se refiere a la dirección de máxima radiación � ? � ? ? ??? ? ?? ? ? ? ?? (3)

Undipoloeléctricamentepequeñotieneundiagramaderadiación

? (? ?? ) = Pmáxsen2? (4)

36

Lapotenciatotalradiadasecalcularaintegrandoladensidaddepotencia

entodaslasdireccionesdelespacio �������? ? �? ? ? ??�??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??�? ? ?? ??? ? (5)

Sustituyendo este valor en la definición de la directividad se obtiene D = 3/2.

Ladirectividadsepuedeobtener, engeneral,

apartirdelconocimientodeldiagramaderadiacióndelaantena .

Sisedefineeldiagramanormalizadomediante �?? ?? ? ? �? ?? ?? ?? ? ?? ? �? �?? ?? ?? ? ?? (6)

La expresión de la directividad puede escribirse en la forma, donde ? e se

define como el ángulo solido equivalente � ? � ? ?? ? �?? ?? ?? ?? ? ? �? ?? ? (7)

2.7.2.4. GANANCIA Por otra parte, la ganancia de la antena está directamente relacionada con la

directividad. Su definición es semejante, pero la comparación no se establece

con la potencia radiada, sino con la entregada a la antena. Ello permite tener

en cuenta las posibles pérdidas en la antena, ya que entonces no toda la

potencia entregada es radiada al espacio. La ganancia y la directividad están

relacionadas, en consecuencia, por la eficiencia de la antena. ?? ?? ? ? � ? ?? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? � ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ��? �?? ?? ?(8)

37

�? ? ? ? ? ? ? ? ��? �? (9) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? �? ? ? ? ? ? ? ? ? �? ? ? ? ? ? ? ? ? ? �?? ? ? ? ?? ? ? (10)

2.7.2.5. EFICIENCIA La existencia de perdidas en la antena hace que no toda la potencia

entregada por el transmisor sea radiada, por lo que se puede definir un

rendimiento o eficiencia de la antena n1, mediante la relación entre la

potencia radiada o entregada, o equivalentemente entre la resistencia de

entrada de esa antena, si hubiera sido ideal (sin perdidas), y la que presenta

realmente. �? ? � ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? � ? ?? ? ? �? ? (11)

2.7.2.6. IMPEDANCIA DE ENTRADA

Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la

tensión y la corriente de entrada. ��? �?? (12)

La impedancia es un número complejo. La parte real de la impedancia se

denomina resistencia de antena y la parte imaginaria es la reactancia. La

resistencia de la antena es la suma de la resistencia de radiación y la

resistencia de perdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se

anula su reactancia de entrada.

38

2.7.2.7. ANCHURA DE HAZ

Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede

definir el ancho de haz a -3db, que es el intervalo angular en que la densidad

de potencia radiada es igual a la mitad de la potencia máxima (en la dirección

principal de radiación).

También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo

angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros

adyacentes al máximo.

2.7.2.8. RELACIÓN DELANTE/ATRÁS

Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia

radiada en una dirección geométrica y la potencia radiada en la dirección

opuesta a esta.

Cuando esta relación es reflejada en una gráfica con escala en dB, el ratio f/b

(front/back) es la diferencia en dB entre el nivel de la máxima radiación y el

nivel de radiación a 180 grados. Este parámetro es especialmente útil cuando

la interferencia hacia atrás es crítica en la elección de la antena que se va a

utilizar.

Esta relación, además se puede ver desde otro punto de vista, indicando lo

buena que es la antena en el rechazo de las señales provenientes de la parte

trasera. Rara vez es verdaderamente importante ya que las interferencias por

la parte trasera no ocurren habitualmente pero puede suceder.

39

La relación f/b no es un número muy útil, ya que a menudo varía

enormemente de un canal a otro. Por supuesto, si se tiene el patrón de

radiación, entonces no se necesita la relación f/b .

2.7.3. TIPOS DE ANTENAS 2.7.3.1 ANTENAS DE HILO

(A) MONOPOLO VERTICAL

SegúnPérez (2007, p.366),

elmonopoloconsisteenunconductorverticalsobreunplanoconductoroplanodetie

rra. Enunmonopolode?/4, equivaleaundipolode?/2,

lasdistribucionesdecorrienteyvoltajesoncomolasmostradasenlasiguientefigura.

Lacorrienteesmáximaenelpuntodealimentaciónyceroenelextremo,

entantoqueladistribucióndevoltajeesinversa.

Figura 6: Monopolo

Fuente: Pérez (2007)

Losmonopolosseutilizanextensamenteenlossistemasdecomunicaciones,

afrecuenciasdesdeunos 300 KHzhastamásde 1

40

GHzyconstituyeneltipodeantenautilizadauniversalmenteenlosserviciosderadio

difusiónsonorade AM de 540 a 1650 KHz,

enquesuestructuraesunatorreverticalhastademásde 100m,

dependiendodelafrecuencia.

(B) DIPOLO DOBLADO

En el dipolo simple la impedancia se altera con la proximidad de objetos

conductores cercanos que actúan como parásitos, lo que afecta el

acoplamiento de la antena con la línea de transmisión, aumentando las

pérdidas. Por parte, el ancho de banda del dipolo simple suele ser pequeño,

haciéndolo poco adecuado para aplicaciones de banda ancha. Una variante

del dipolo es el dipolo doblado (figura 7) que tiene un ancho de banda mayor

que el dipolo simple. El dipolo doblado está constituido x un dipolo simple y

otro conductor de la misma longitud que aquel, conectados en los extremos.

Por lo general el dipolo doblado se construye de una sola pieza de varilla o

tubo de cobre.

Figura 7: Dipolodoblado

Fuente:Pérez (2007)

Portanto, silosradios delosconductoressoniguales,

41

laimpedanciadeldipolodobladoesdecuatrovecesladeldipolosimpley,

paraundipolodobladode?/4; laimpedanciaesdeaproximadamente 300? .

Aligualqueeldipolosimpledebedealimentarsedeunalíneadetransmisiónbalance

ada.

EstetipodedipolosseutilizanextensamenteensistemasdecomunicacionesenVH

FyUHF, principalmenteconpolarizaciónvertical.

(C) ANTENA YAGI

LaantenaYagi, omáspropiamenteYagi-

UdaseutilizaextensamenteenlossistemasdecomunicacionesenlasbandasdeHF

, VHF yUHF. LaantenaYagi, consistedeunelementoexcitado,

quesueleserundipolooundipolodoblado,

unreflectoryvarioselementosparásitosodirectores,

situadosfrentealelementoexcitado, comosepresentaenlasiguientefigura.

Figura 8: Antena Yagi Fuente: Pérez (2007)

42

LaantenaYagiradiadeformasemejantealdipoloconreflector,

perosugananciaesmayor, dependiendodelnúmerodeelementos.

Lagananciadeestaantenaenladireccióndemáximaradiaciónesde 7,28 dBi,

conlóbulossecundariostraserosa 120° y 240°. Larelaciónfrenteatrása 180°

esdealrededorde 35 dByde

24dbenlasdireccionesdemáximaradiacióndeloslóbulossecundarios.

(D) ANTENA DE ESPIRA

Lasantenasdelazoodeespiraconsistenenunaoenvariasespirascircularesocuadr

adascomosemuestraenlasiguientefigura.

Figura 9: Antenadeespira Fuente:Pérez (2007)

Estetipodeantenaseusaextensamentedesdefrecuenciadelordende 10

MHzhastavariosGHz,

eltipomásfrecuentementeempleadoeseldeespiracircular,

sibientambiénseempleanlascuadradasyrectangulares,

43

lasantenasdelazoseclasificaneneléctricamentepequeñas,

sisuradioesmenorde?/3

yeléctricamentegrandessielradioesdelordenunalongituddeondaomayor.

Lasantenaspequeñastienenbajaeficienciaderadiación,

peroseempleanmuchoenequiposportátilesdepequeñasdimensiones,

entreotros, loscontrolesparaabrirocerrarpuertasadistancia,

ensistemasdecomunicacioneseninterioresycomosondasenequiposdemedición

.

2.7.3.2 ANTENAS DE CORNETE Según Forouzan (2007, p.200)la antena de cornete tiene similitud a una

cuchara gigante. Las transmisiones de salida son radiadas hacia arriba por

un mástil y reflexionadas hacia fuera en una serie de estrechos haces

paralelos mediante la cabeza curvada.

Figura 10: Antena Cornete Fuente: Sincables (2011)

44

2.7.3.3 ANTENAS PLANAS SegúnRuiz (1999,p, 24),

lasantenasplanassefabricanagrupandopequeñasantenaselementales

(dipolos) enconfiguraciónarray.

Estasantenasseconectandeformaquesesumanlasseñalesindividualesparaobte

nerelmáximorendimiento , quepuedealcanzarel 80%. Lagananciaesdeunos 30

dB.

Unaparticularidaddeestaantenaesladellevarelconversorincorporado,

resultandoasímáscompactasyportantoocupandounespaciomuchísimomenor.

Otraventajadelasantenasplanasesqueposeenunmayoránguloderadiaciónquel

asantenasparabólicas, loquefacilitasuorientaciónhaciaelsatélite ,

peroasuvezsuponeunaatenuaciónmenordeloslóbulossecundariosyenconsecu

encia, unmayorriesgodeinterferenciaentresatélites.

2.7.3.4 ANTENAS PARABOLICAS Según Forouzan (2007, p.200) las antenas parabólicas se basan en la

geometría de una parábola, es decir cada línea paralela a la línea de simetría

refleja la curva en ángulos tales que intersecan en un punto común

denominado foco. El plato parabólico funciona como un embudo, capturando

un amplio rango de ondas y dirigiéndolas a un punto común.

45

Figura 11: Antena Parabólica Fuente:Sincables (2011)

2.7.4 AREA EFECTIVA DE UNA ANTENA RECEPTORA Eláreaefectivasedefinecomolarelaciónentrelapotenciarecibidayladensidaddep

otenciaincidenteenunaantena. Laantenadebeestaradaptadaalacarga.,

deformaquelapotenciatransferidasealamáxima.

Laondarecibidadebeestaradaptadaenpolarizaciónalaantena. �? ? ? �? ?? ? (13)

La longitud efectiva de una antena linealmente polarizada se define como la

relación entre la tensión inducida en una antena en circuito abierto y el

campo incidente en la misma. ��������������������������������������������������������������? ? �? �? ?? ? (14)

2.7.5 OPTIMIZACION DE LAS GANANCIAS EN ANTENAS DE GRAN

TAMAÑO

La simetría del diagrama de radiación de las antenas es de gran importancia

46

por dos razones. El spillover del reflector no puede mantenerse bajo a menos

que el alimentador radie con un diagrama circularmente simétrico

(asumiendo un alimentador circular). Si se consiguen reducir estas pérdidas

por debajo del tres por ciento, la ganancia aumentara de manera significativa.

Cabe destacar que la simetría del diagrama de radiación es también útil en el

control de la polarización cruzada. En la mayoría de las grandes antenas de

estaciones terrenas, la señal puede ser transmitida y recibida a la misma

frecuencia con polarizaciones ortogonales con el consiguiente incremento de

la capacidad total del sistema. La antena debe mantener una separación de

ambas polarizaciones de al menos 27 dB, haciendo sumamente importante el

control del diagrama de polarización cruzada.

Para proporcionar un diagrama de radiación con la simetría antes

mencionada se han utilizado dos tipos de alimentadores. La

bocinamultimodoproporcionasimetríacirculardeldiagramaderadiaciónasumien

domodosdeguiaondaenlabocadelamisma,

paraobtenerunadistribucióndecampoenlaaperturaconsimetríacircular.

EstetipodebocinasumalosmodosTE11yTE31enguíascirculares,

perodichosmodosnosepropaganalamismavelocidad,

yportantosolollegaranalaaperturaconlasfasesrelativasapropiadasenunestrech

omargendefrecuencias (sobre 500 MHz),

loquehacequesudiseñosimultaneoalasfrecuenciasdetrabajode 6 y 4

GHzseadifícil.

47

2.7.6 TEMPERATURA DE RUIDO DE UNA ANTENA Los dos factores que más influyen en la temperatura de ruido del sistema son

la antena y el amplificador de bajo ruido (LNA). El cálculo de la temperatura

de ruido de la antena bajo las condiciones de operación es una parte

esencial del diseño de estos sistemas, e implica la adición de las diferentes

fuentes de ruido existentes tales como ruido térmico o la contribución del

cielo. Este último no es un factor constate, si no que depende del ángulo de

elevación y de las condiciones atmosféricas, y por tanto su cálculoha de

realizarse a un determinado valor de dicho ángulo y suponiendo cielo

despejado, de manera que la temperatura de ruido se corregirá cuando la

atenuaciónatmosférica sea mayor debido a causas climatológicas tales como

la lluvia.

Para calcular la contribución del ruido celeste a la temperatura de ruido de la

antena con suficiente precisióntendría que convolucionar el diagrama de

ganancia bidimensional de la antena con la distribución del ruido del cielo en

el hemisferio superior y con la distribución del ruido de la tierra en el

hemisferio inferior, lo que no es en la práctica posible.

2.8 TRANSMISION DE DATOS La transmisión de datos es el intercambio de datos (en forma de ceros y

unos) entre dos dispositivos a través de alguna forma de medio de

transmisión (como cable ). La transmisión de datos se considera local si los

48

dispositivos de comunicaciónestán en el mismo edificio o en un área

geográfica restringida y se considera remota si los dispositivos están

separados por una distancia considerable, Forouzan (2002 p.20).

2.8.3 MODOS DE TRANSMISION Según Tomasi (2002, p.9) los sistemas de comunicaciones electrónicas

pueden diseñarse para manejar la transmisión solamente en una dirección,

en ambas direcciones pero solo uno a la vez, o en ambas direcciones al

mismo tiempo. Existen cuatro modos de transmisión posibles: simplex, half-

duplex, full-duplex y full/full-duplex.

2.8.3.2 SIMPLEX En el modo simplex, las transmisiones pueden ocurrir en una sola dirección.

Los sistemas simplex son, algunas veces, llamados sistemas de un sentido,

solo para recibir o solo para transmitir. Una ubicación puede ser un

transmisor o un receptor, pero no ambos. Un ejemplo de la transmisión

simplex es la radiodifusión de la radio comercial o de televisión; la estación

de radio siempre transmite y el usuario siempre recibe.

49

Figura 12: Simplex Fuente:ITU (2011)

2.8.3.3 HALF-DÚPLEX En el modo half-duplex, las transmisiones pueden ocurrir en ambas

direcciones, pero no al mismo tiempo. A los sistemas half-duplex, algunas

veces se les llaman sistemas con alternativas de dos sentidos, cualquier

sentido, o cambio y fuera. Una ubicación puede ser un transmisor y un

receptor, pero no los dos al mismo tiempo. Los sistemas de radio de doble

sentido que utilizan los botones oprima para hablar (ptt), para operar sus

transmisores, como los radios de banda civil policiaca son ejemplos de la

transmisión half-duplex.

Figura 13:Half-dúplex

Fuente:ITU (2011).

50

2.8.3.4 FULL-DÚPLEX En el modo full-dúplex, las transmisiones pueden ocurrir en ambas

direcciones al mismo tiempo. A los sistemas de full-dúplex algunas veces se

les llama líneas simultaneas de doble sentido, dúplex o de ambos sentidos.

Una ubicación puede transmitir y recibir simultáneamente; sin embargo, la

estación a la que está transmitiendo también debe ser la estación de la cual

está recibiendo. Un sistema telefónico estándar es un ejemplo de una

transmisión full-dúplex.

Figura 14: Full-dúplex

Fuente:ITU (2011) 2.8.3.5 FULL/FULL-DÚPLEX

En modo full/full-dúplex, es posible transmitir y recibir en forma simultánea,

pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir, una

estación puede transmitir a una segunda estación, y recibir al mismo tiempo

de una tercera estación). Las transmisiones full/full-duplex se usan

exclusivamente en circuitos de comunicaciones de datos. El servicio postal

de estados unidos es un ejemplo del funcionamiento en full/full-duplex.

51

2.8.4 ATENUACIÓN

La atenuación es la pérdida de energía. Cuando una señal, simple o

compleja, viaja a través de un medio, pierde algo de su energía para vencer

la resistencia del medio.

Esta es la razón por la cual los cables llevan señales eléctricas se calientan,

si no arden, después de cierto tiempo. Parte de la energía eléctrica de la

señal se convierte en calor. Para compensar esta pérdida, se usan

amplificadores para amplificar la señal.

2.8.5 RELACION SEÑAL Y RUIDO

La relación señal a ruido, designada como S/N o SNR, expresa la magnitud

de una señal respecto al ruido en un sistema, es decir:

?�? ? �? ? ? ? ? �? ? �? ? ? ? ? ? ? ? �? ? �? ? f ? ?? ? ? ? ? �? ? �? ? ? ? ? ? ? ? �? ? �? ? ? ? ? (15)

y en dB,

(S/N) dB = Wseñal (dBm O dBm) – Wruido (dBm O dBw) DB (16)

2.9. CABLES La inmensa mayoría de las redes en la actualidad están conectadas por

algún tipo de malla o cableado, que actúa como el medio de transmisión en

la red, transportando la señal entre los ordenadores. Hay una gran variedad

de cables que pueden cubrir las necesidades y los distintos tamaños de las

redes, desde pequeñas a grandes.

52

2.9.1. TIPOS DE CABLES A continuación se presenta una breve descripción de los todos tipos de

cables que se relacionan con la investigación en curso, lo cuales podrían ser

útiles.

2.9.1.1. COAXIAL Según Pérez (2007, p.33), estos cables tienen anchos de banda

considerablemente mayoresque las líneas de pares, hasta del orden de 1

GHz, como es el caso de las líneasutilizadas en los sistemas de televisión

por cable.

Un cable coaxial es cilíndrico,con un conductor en el centro, rodeado por un

conductor externo y separados porun dieléctrico que puede ser sólido, de

aire, u otro gas, como se ilustra en la figura 15.

Figura 15: Cables coaxiales con dieléctrico solido

Fuente:Pérez (2007)

En banda base, una línea de pares sólo puede transportar una señal o canal

53

de voz.Sin embargo, mediante técnicas de multiplexado, esposible

transportar por una de estas líneas hasta 12 o 24 canales. En cables

coaxiales, esta capacidad aumenta hasta más de 1200 canales telefónicos,

cada uno de 3.4 KHz de ancho de banda, o hasta unos 50 o más canales de

televisión analógica de 8 MHz de ancho de banda cada uno.

2.9.1.2. FIBRA ÓPTICA Este tipo de cable está compuesto de plástico o de cristal y transmite las

señales en formas de luz. Este posee un ancho de banda mayor al cable

coaxial, dándole la capacidad de manejar mayores tasas de transmisión de

datos. Este mayor ancho de banda permite multiplexar mas señales. Las

fibras ópticas pueden construirse con menor pérdida que los cables de

cobre, incrementando la distancia permisible entre repetidores, y el cable en

si puede ser menos costoso.

Figura 16: Construcción de la fibra óptica

Fuente: Forouzan (2002).

2.9.1.3. PAR TRENZADO

54

Es el tipo más frecuente de medios de comunicación que se usa

actualmente. Aunque es el más familiar por su uso en los sistemas

telefónicos, su rango de frecuencia es adecuado para transmitir tanto datos

como voz. Un par trenzado está formado por dos conductores

(habitualmente de cobre), cada uno con su aislamiento de plástico de color.

El aislamiento de plástico tiene un color asignado a cada banda para su

identificación.El par trenzado tiene un rango de frecuencia desde 100 Hz

hasta 5 MHz

Figura 17: Cable de par trenzado

Fuente: Forouzan (2002) 2.9.2. GUÍA DE ONDA Según Tomasi (2002, p.409) es un tubo conductor hueco, por lo general de

corte transversal rectangular, pero a veces circular o elíptico. Las

dimensiones de la sección transversal se establece de tal manera que se

puedan propagar las ondas electromagnéticas por el interior de la guía (de

aquí el nombre de guía de onda). Una guía de onda no conduce la corriente

en sentido estricto, sino más bien sirve como una frontera para confirmar la

energía electromagnética.

55

2.10. RECOMENDACIÓN UIT – R M1040 (TFTS) Este sistema permite una utilización eficaz del espectro de frecuencias,

proporciona una cobertura completa de la zona de servicio basada en la red

celular, facilita la máxima continuidad en la llamada y ofrece acceso, al

menos, a cuatro circuitos vocales, de datos o de facsímil desde cada

terminal de aeronave, manteniendo al mínimo el peso, la potencia y la

generación de calos de los equipos a bordo, IUT (2011).

2.10.1 SERVICIOS 2.10.1.1. CONSIDERACIONES GENERALES El TFTS proporciona los siguientes tipos de comunicaciones:

• Telefonía aire-tierra, incluidos los procedimientos de señalización por

doble tono de multifrecuencia.

• Facsímil, datos y radiobúsqueda.

• Servicios adicionales, tales como llamadas tierra-aire mediante

radiobúsqueda.

Los servicios no vocales pueden funcionar con velocidades de

transmisión de datos de usuarios de hasta 4,8 Kbit/s.El TFTS permite a los

pasajeros de a bordo establecer comunicaciones durante todas las fases del

vuelo (siempre que la red en tierra asegure la cobertura).La tarificación se

efectuara a través de tarjetas de crédito .

56

2.10.1.2. ACCESO El sistema proporciona comunicaciones digitales, automáticas, dúplex y de

alta calidad con acceso pormarcación directa a las redes públicas de datos o

telefónicas existentes, incluida la red digital de servicios integrados(RDSI).

No impone más limitaciones al destino de la llamada que las que establecen

las redes fijas.

El procedimiento de marcación es el mismo que para la marcación directa

internacional (RecomendaciónUIT-T E.164), es decir, comenzando por el

indicativo de país.

El diseño del sistema asegura que no es necesario introducir modificación

alguna en las RTPC/RDSInacionales (es decir, la red pública a partir de la

terminación de la estación en tierra).

El sistema utiliza la misma interfaz radioeléctrica aire-superficie en toda la

zona de cobertura. La selección dela estación en tierra que va a utilizar una

aeronave determinada se basa en criterios de eficacia del sistema y no en

lautilización preferencial de una estación en tierra.

El sistema proporciona la capacidad de traspaso entre estaciones en tierra

de todo tipo.

2.10.2. DESCRIPCION TÉCNICA En el siguiente cuadro se presenta un resumen de los principales

parámetros técnicos del TFTS.

57

CUADRO N° 1

PARÁMETROS PRINCIPALES DEL TFTS

1. 1.1

1.2

Frecuencia

Banda de transmisiónde la estaciónen tierra

Banda de transmisiónde la estacióna bordo de aeronave

1 670 – 1 675 MHz

1 800 – 1 805 MHz

2. 2.1

2.2

2.3 2.4 2.5

Canalización

Canal n transmitido por la estaciónen tierra

Canal n transmitido por la estacióna bordo de aeronaves

Númerosde canales (n = 1 a 164)

Anchura del canal Tolerancia de frecuencia

1 670 + n/33 MHz 1 800 + n/33MHz

30,30 KHz

2 partes en 107

3.

3.1

3.2

3.3

Estación en tierra en ruta (ejemplo típico)

Separaciónentre estaciones en tierras adyacentes

Cobertura de una estación

Criterio de distancia para el traspaso

380 Km 125 000 Km2

240 Km

CUADRO N° 1 (Cont…)

4.

4.1 4.2 4.3

Alturas de funcionamiento Estaciones en ruta Estaciones intermedias Estaciones en aeropuertos

4,5 a 13 Km (15 000 a 43 000 pies) 0 A 4,5 Km (0 a 15 000 pies) 0 Km

5.

5.1 5.2

Codificaciónde la señal vocal Velocidad del códec de salida Duraciónde la trama del códec

9,6 Kbit/s 20 ms

6.

6.1 6.2

Potencia de salida – p.i.r.e. Estaciones en ruta

-1 a 19 dBW -11 a 9 dBW

58

6.3 6.4

Estaciones intermedias Estaciones en aeropuertos Estaciones a bordo de la aeronave (ganancia de antena: 1 dB)

-11 a 9 dBW -69 a 11 dBW

7.

7.1

7.2

7.3

Modulación Método: modulación por desplazamiento de fase diferencia en cuadratura (p/4 MDPD - 4) Anchura de banda a 3 dB del espectro de transmisión Velocidad binaria

22,1 KHz 44,2 Kbit/s

8.

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6

Estructura de la señal Duración del bit Longitud del intervalo de tiempo Intervalo de tiempo Longitud de trama Duración de trama Número de bits de trafico/intervalo

22,62 µs 208 bits 4,706 ms 17 intervalos 80 ms 192 bits

Fuente: IUT (2011) 2.10.2.1. PLAN DE FRECUENCIAS De acuerdo con el número 740A del RR, se han identificado las siguientes

bandas de frecuencias para los sentidos indicados:

• 1 670-1 675 MHz, transmisiones tierra-aire.

• 1 800-1 805 MHz, transmisiones aire-tierra.

2.10.2.2. TIPOS DE ACCESO Y ESTRUCTURA DE LA TRAMA El sistema utiliza múltiplex por división en el tiempo (MDT) en combinación

con múltiplex por división enfrecuencia (MDF) para el enlace tierra-aire y

59

accesomúltiple por división en el tiempo (AMDT) para el enlace aire-tierra.La

velocidad binaria bruta de cada portadora es de 44,2 Kbit/s, lo que permite

acomodar de 4 a 16 canales detráfico en una misma portadora.

De este modo el sistema está destinado a transmitir señales vocales

utilizando códecs de voz de 9,6 Kbit/s. Sin embargo, en eldiseño se

contempla la posibilidad de acoplamiento a otros tipos de acceso para

códecs de datos y de señales vocales convelocidad binaria inferior.

La estructura de trama se diseña de tal forma que permite la utilización

simultánea de códecs de distintasvelocidades.Las tramas están constituidas

por 17 intervalos de tiempo de 4,706 ms, lo que supone una duración total

de80 ms. 16 intervalos se utilizan para el tráfico (4 para el canal de tráfico de

9,6 Kbit/s) y 1 se emplea para el control. Lastramas están organizadas en

supertramas de 20 tramas.

Los canales de tráfico contenidos en una trama de una portadora específica

en una estación en tierra puedenatribuirse a aeronaves distintas.

La estación de aeronave explora periódicamente las portadoras de la

estación en tierra y extrae la informaciónde control mediante un receptor de

exploraciónespecializado. Ello permite a la estación de aeronave seleccionar

laestación en tierra y la portadora óptimas cuando se inicia o traspasa una

llamada.

2.10.2.3. CARACTERÍSTICAS DE MODULACIÓN

60

La portadora se modula con una velocidad de 44,2 Kbit/s mediante

modulación por desplazamiento de fasediferencial en cuadratura p/4 (p/4

mdpd-4).

En el cuadro 2 se indican los parámetros de la plantilla del espectro de

radiofrecuencia dentro de banda.

CUADRO N ° 2 Valores de la planilla del espectro de radiofrecuencia dentro de

banda en el TFTS

Fuente: IUT (2011)

El espectro dentro de banda de salida debe estar comprendido dentro de la

plantilla definida uniendo con líneas rectas los puntos indicados en el cuadro

2. La frecuencia se medirá a partir del valor nominal y la amplitud a partir del

nivel en la frecuencia nominal.

2.10.2.4. CARACTERISTICAS DE LA ESTACIÓN DE AERONAVE Laestacióndeaeronaveescapazdetransmitirconunap.i.r.e máxima de +41

dBm en el plano horizontal. Dicha estación ajusta periódicamente la potencia

de RF transmitida bajo el control de la estación en tierra.

61

2.10.2.5. CARACTERISTICAS DE LA ANTENA La antena a bordo de aeronave es casi toroidal con una ganancia de más de

0 dBi, sin rebasar el valo r de 2,5 dBi en el plano horizontal.

LasantenasdelasET/ER yET/INT

sonomnidireccionalesenelplanoacimutalytienenunagananciamínimade 8

dBiparaángulosdeelevacióndecasi 0°.

NosehadefinidoningúndiagramaderadiaciónparalasantenasdeET/AP

puestoquedebenserdirectivasotenerundiagramaderadiaciónespecialdeacuerd

oconsuubicación. Seutilizapolarizaciónvertical.

2.10.2.6. BALANCE DEL ENLACE Enelsiguientecuadro

3,figuraunbalancedelenlacetípicoparaunatransmisióntierra-

aireentreunaaeronavesituadaenlímitedeunacélula

(240km) yunaestaciónentierraenruta .

CUADRO N° 3

Balancedelenlacetípicodeunenlaceaire-tierraenun TFTS

62

Fuente: IUT (2011).

3. SISTEMA DE VARIABLE A continuación se presentan las definiciones de la investigación. 3.1. DEFINICIÓN NOMINAL Propagación de ondas electromagnéticas. 3.2. DEFINICIÓNCONCEPTUAL Según plantea Ulaby (2007, p.287 ) la onda electromagnéticas son aquellas

63

que se propagan de dos maneras, en un medio guiado ( Cuando sigue el

curso de un material ) o en un medio in fronteras o no guiado como son las

ondas luminosas que emiten el sol y la transmisiones de radio emitidas por la

antena.

3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL Operacionalmente, un sistema de transmisión, consiste en transmitir una

señal, para después ser modulada y amplificada a una potencia adecuada a

través de un medio de comunicacióncapaz de llevar esa señal de un

transmisor a un receptor lejano. Se proporcionara una mejor transmisión de

la señal, utilizando grandes potencias y grandes antenas transmisoras para

dirigir la señal hacia arriba, haciendo uso del mismo tiempo de una señal

similar receptora para tomar una pequeña parte de la señal que es

dispersada por la atmosfera.