MSc. Robert Perea Tamayo
UAP- EAPIET
PROPAGACION DE ENLACE
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FACTOR K
K es un factor de escala que ayuda a
cuantificar la curvatura de la trayectoria
de un rayo emitido.
En un radio enlace el factor K=1 es el
horizonte óptico.
En realidad se puede lograr
comunicaciones mas allá del horizonte
óptico.
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FACTOR K
Se puede considerar K relacionado a
dos esferas. La primera el radio de la
tierra Ro=3670Km y la segunda la
curvatura del rayo RE.
K=RE/RO
El valor K=4/3, se considera que ocurre
mas del 60% de las veces.
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Curvatura terrestre
Construcción del perfil con curvatura corregida.
Método completamente lineal
Realiza líneas rectas desde cada extremo hasta elpunto del obstáculo calculado.
Método terrestre de 4/3
Requiere una grafica de 4/3 de la tierra. Utilizavalores reales
Método de curvatura
Realiza una grafica lineal con los valores reales delos obstáculos con una referencia lineal al nivel delmar y una curva dibujada desde la estacióntransmisora a la receptora.
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Curvatura terrestre
Cualquier cambio en la atmosfera se puede
expresar como una variación del factor K.
Se busca encontrar el valor de la altura h
del arco KRo.
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Curvatura terrestre
Se puede encontrar utilizando las
ecuaciones:
○ Donde fi es el cambio en la distancia vertical
desde una referencia horizontal.
○ Y para fi=h y RE=KRo
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Zona de Fresnel Según la teoría de Huygens-Fresnel, se muestra
el campo electromagnético en el punto S2 el
debido a la suma de los campos causados por la
radiación de pequeñas aéreas que se incrementan
sobre la superficie cercana sobre el punto S1.
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Las zonas de Fresnel forman una serie
de círculos concéntricos imaginarios
entre el transmisor y el receptor.
Convencionalmente se necesita libre el
60% de la primera zona de Fresnel para
asegurar que la atenuación producida
por un obstáculo se imperceptible.
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El radio de la zona de Fresnel rn en unasuperficie perpendicular al camino depropagación se calcula:
○ n= numero entero de la Zona de Fresnel.
○ l=Longitud de onda
○ d1=Distancia desde el punto 0Km al punto de calculo
○ d2=Distancia del punto evaluado al final del enlace
○ d=Distancia total del enlace
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Desvanecimiento
Es el termino general para expresar la
reducción de la intensidad de la señal.
Normalmente debido a variables en la
propagación física de la radiación.
Los cambios de trayectoria se asocian
tanto a condiciones atmosféricas como
a la geometría de la trayectoria misma
(la posición relativa de la antena con
respecto al terreno).
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Desvanecimiento de Potencia
La atmosfera es la principal causante deldesvanecimiento, los rayos al propagarsesufren variaciones por el cambio del índicede refracción.
La condición normal prevalece sobre el díacuando las corrientes de aire calurosomantienen la atmosfera bien mezclada.Durante otros tiempos ocurren efectos nolineales de temperatura, humedad ypresión que causan irregularidades en elíndice.
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Ductos
Si aire caliente y seco pasa sobre la tierra
fría se evapora la humedad y se pueden
formar capas de atmosfera bien definidas
(ductos).
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Atenuación por gases
Las moléculas de O2 y H2O absorbenenergía electromagnética, produciendouna atenuación. Esta atenuación esimportante en frecuencias superiores a10GHz.
En trayectos poco inclinados próximos al suelo se calcula mediante:
○ ga=Atenuacion especifica (dB/m)
○ d=Distancia
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El parámetro se puede desglosar en:
Donde g0 y gw son las atenuaciones
especificas para el oxigeno y el vapor
de agua respectivamente.
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0676-05
H O2
H O2
102
10
10– 1
10– 2
1
10– 3
2
5
5
2
5
2
5
2
5
2
FIGURA 5
Atenuación específica debida a los gases atmosféricos
Aten
uació
n es
pecíf
ica (d
B/km
)
Aire secoAire seco
Total
1021013,552 52 2
Frecuencia, f (GHz)
3
Presión: 1 013 hPa
Temperatura: 15° C
Vapor de agua: 7,5 g/m
Según la recomendación Rec. 676 del CCIR se puede encontrar:
Para f<57Ghz
Para f<350GHz
Donde r es la densidad de vapor de agua gr/m3
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REFRACCION
Debido a las diferentes
capas atmosféricas, las
ondas electromagnéticas
pueden sufrir una desviación
en su trayecto.
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La desviación del trayecto esproporcional al índice de refracción.
La propagación en las bandas UHF ySHF es por línea de vista. El índice derefracción es tal que su índice derefracción varia con la altura, lo quecausa una especie de curvatura en latrayectoria de transmisión.
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LEY DE SNELL
Si se considera un frente de ondas que
se acerca a una superficie de
separación de dos medios, teniendo la
velocidad de propagación del primer
medio v1 y en el segundo v2 se puede
calcular, aplicando el principio ´de
Huygens, la forma del frente en un
tiempo t
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La ley de Snell de la refracción se expresaen términos del índice de refracción de lasiguiente manera:
n1sen q1=n2senq2
En el triangulo OPP’ se tiene
En el triángulo OO’P se tiene
La relación entre los ángulos será:
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Para que se de una reflexión total setiene que cumplir con las siguientescondiciones:
A medida que se incrementa el ángulode incidencia el ángulo de refracciónaumenta hasta que se hace igual a p/2
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DISPERSION
La dispersión se lleva a cabo cuando lasondas de radio atraviesan alguna masade electrones o pequeñas gotas deagua en espacios adecuadamentegrandes.
Es así por ejemplo, como la refracciónpuede causar la dispersión. Estefenómeno es muy parecido al que seobserva cuando la irradiación de la luzintenta penetrar en la niebla.
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Comunicaciones por Dispersión
Las comunicaciones por dispersión resultanútiles en la transmisión de señales o telefoníautilizando grandes potencias y antenasdireccionales.
Con las señales de VHF, UHF y SHF se puedellegar a distancias mayores que el alcancevisual pero perdiendo estabilidad y recogiendoperturbaciones de tipo atmosférico.
La lluvia la nieve, las tormentas con descargaseléctricas, etc. Ocasionan importantesvariaciones en la propagación de las ondas deeste tipo.
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DIFRACCION El fenómeno de difracción se presenta cuando
los frentes de onda se encuentran con algún
obstáculo que entorpece parcialmente su
propagación.
La dirección de propagación de una onda, y por
lo tanto la manera en que se propaga la energía,
depende directamente de la forma del frente de
onda.
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Fenómenos de propagación
Refracción
Es el cambio de la dirección de la onda
al pasar de manera oblicua de un medio
a otro con distinta velocidad de
propagación.
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Refracción
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Fenómenos de propagación
Reflexión
Se presenta cuando la onda incidente choca
con una frontera entre dos medios, y algo o
toda la potencia no entra en el segundo
medio.
Al quedarse ambas ondas en el mismo
medio sus velocidades siguen iguales y por
lo tanto el Angulo de incidencia es igual al
de salida.
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Reflexión
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Fenómenos de propagación
Difracción
Es el fenómeno que permite que las ondas
se propaguen entorno a esquinas
(obstrucciones). No se puede utilizar un
modelo geométrico, a esto se recurre al
principio de Huygens.
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Índice de refracción troposférica
Cociente de refractividad
El índice de refracción es siempre mayorque la unidad. Pero para una onda de radioviajando por la troposfera es solo unapequeña fracción mayor que la unidad. Porejemplo 1.000315.
Por eso se usa el cociente de refractividad(N)
Substituyendo al índice n=1.000315 en laecuación obtenemos N=315 N-unidades
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El cociente de refractividad para
frecuencias menores de 100GHz esta
definido por:
○ Donde P es la presión atmosférica en mbars, T
es la temperatura en Kelvin y e es la presión
parcial del vapor de agua en mbars.
○ La temperatura va disminuyendo en cuanto mas
altura, igualmente sucede con la presión
atmosférica que va disminuyendo con la altura.
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En general la atmosfera presenta un
decrecimiento exponencial de N con la
altura, para una atmosfera promedio
esta puede escribirse como:
○ Donde N0=315 y h0=7.35 Km valor
extrapolado de la refractividad promedio.
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Gradiente de refractividad
Para el diseño de un enlace no es importante elvalor absoluto de refractividad. Lo importanteson las variaciones es esta.
Para identificar esto utilizamos la gradiente derefractividad.
En condiciones atmosféricas promedio el valores constante. Según resultados experimentalesel valor medio de gradiente de refractividad esde -39N unidades N/Km.
○ Esto varia con el tiempo
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Debido a la refracción de la señal la onda
de radio no viaja en línea recta. Si se
promedia la gradiente de cada punto
sobre el trayecto, se puede asumir que el
rayo describe una trayectoria curva.
Entonces se puede considerar como un
arco con radio r, que es inversamente
proporcional a la gradiente del índice de
refracción.
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Radio efectivo de la Tierra
Hay que considerar que la tierra dondese propaga no es redonda, es unesferoide ovalado. Sin embargoaproximamos un radio promedio deRo=6370Km.
La forma de tomar en cuenta estacurvatura para referenciar a una línearecta respecto al radio efectivo. Esto sehace multiplicando un factor “K” que esdependiente de la gradiente.
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El factor K esta relacionado a la
gradiente de refractividad por:
Si arreglamos el cociente de refractividad N
tenemos:
Por lo tanto la gradiente es:
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Obtendremos que el factor K es:
G es la gradiente de radio de refractividad GFactor K Gradiente G
K=1 G=0
K=4/3 G=-39
K=∞ G=-157
K<1 G>045Sist. de Microondas y Via Satelite - EAPIET - UAP
Distribución estadística de la gradiente G
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Referencia
Recomendación UIT-R P.453-9, Índice
de Refracción radioeléctrica: su formula
y datos sobre la refractividad.
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