PROPAGACIÓN DE RADIO ONDAS

1. PROPAGACIÓN DE RADIO ONDAS

2. PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO LIBRE P é ù T W D × ê ú Pi 2 2 4 × p × r ë m û x z RADIADOR ISOTRÓPICO r x y

3. P G T D Pi ( ) ( ) G × [ dB ] 10 × log D - 10 × log D T P pi 90º Antenas Direccionales DIAGRAMA HORIZONTAL TÍPICO DE RADIACIÓN DE UNA ANTENA REAL GTmáx 0º Dirección de máxima radiación 4 D 6 8 10 GT [dB] 270º

4. POTENCIA ABSORBIDA POR LA ANTENA RECEPTORA P T D × G PR T 2 4 × p × d P T P × G × A R T eff 2 4 × p × d 2 l A × G eff R 4 × p é ù 2 æ ö l ê ú P P × G × G × ç ÷ R T T R 4 × p × d ë è ø û d R T Se comprueba que:

5. RELACIÓN ENTRE LA POTENCIA RECIBIDA Y TRANSMITIDA 2 P æ ö l R G × G × ç ÷ T R P 4 × p × d è ø T 2 P æ ö R c G × G × ç ÷ T R P 4 × p × d × f è ø T 14 P R 5.7 ´ 10 G × G × T R P 2 T ( d × f ) æ ö P R ç ÷ G + G - L dB T R ç ÷ dB dB P è T ø dB C es la velocidad de la luz en el vacío  3x108 m/s (C/4)2=5.7x1014 æ ö P R ( ) ( ) ç ÷ 147.56 10 × log G + 10 × log G + 14.756 - 20 × log ( d ) - 20 × log ( f ) T R ç ÷ P è T ø dB 147.56 Pérdidas de Transmisión en el espacio libre

6. CAMPOS LEJANOS Y ONDAS TEM - × × j k x o 2 × p E E × e k z máx Z o l E z H y Z E 2 E 1 máx X D × x p 2 Z o H Y ( ) E ( x , t ) E × cos w × t - k × x z máx o o Solución de las ecuaciones de onda en el espacio libre y a gran distancia de la antena (sólo onda incidente): se denomina constante de fase En donde: o Onda TEM Observe que los campos eléctricos y magnéticos son fasores que representan campos armónicos. La expresión de los campos en función del tiempo se obtiene de la manera usual:

7. FEM en los terminales (abiertos) de la antena receptora 2 E rms D Z o E Z × D Rrms o R Z P × G o T T E × Rrms 4 × p 2 d m o = 120 [] Z o e æ ö P × G o 1 T T ç ÷ D × R ç ÷ 4 × p 2 è d ø 30 × P × G T T E rms d 30 × P × G leff [V] T T femrms d Relación general entre campo eléctrico y densidad de potencia electromagnática (para onda incidente) fem Para el espacio libre:

8. ( ) E E × cos × - k × x z máx o Vista lateral del vector E con polarización vertical en un instante de referencia t=0 Polarización x  z Polarización vertical Polarización horizontal Polarización elíptica E z E E x y y x Superficie terrestre

9. EHF SHF Onda de espacio. Radar. Comunicaciones espaciales. Microondas en línea de vista. GHz mm UHF 300 - - 1 300 - 300 - - 1 - 1 300 - - 1 VHF Onda de espacio. Radio comunicaciones en línea de vista. Servicios de radio difusión 30 - - 10 - 10 - 10 30 - - 10 30 - 30 - HF MHz m 3 - - 100 - 100 3 - - 100 3 - Onda ionosférica. Radio comunicaciones de ondas cortas MF Onda de tierra para distancias cortas, onda ionosférica para grandes distancias. Radiodifusión y radio comunicaciones LF Onda de superficie, onda de cielo (meno confiable). Radio Navegación VLF kHz km Propagación por onda de superficie, onda de cielo para grandes distancias (modo guiado) ELF Hz Mm Comunicaciones submarinas ESPECTRO DE FRECUENCIA

10. 10000 1000 T R 100 10 1 Onda directa Onda reflejada 1 10 100 1000 km [V/m] E Onda de superficie Propagación por onda de superficie Bandas VLF – LF - MF (3 kHz – 3 MHz) Onda directa + onda reflejada= onda de Espacio Onda de espacio + onda de superficie = onda de tierra Características del suelo: r=15  = 10-2 S/m f = 500 kHz

11. Propagación Troposférica (LOS)* Bandas VHS-UHF-SHF (30 MHz – 10 GHz) ( ) ( ) h × q h × q sin sin 1 1 2 2 Ley de Snell: *(LOS): Line-of-Sight Onda directa Onda reflejada Onda directa + Onda reflejada= Onda de Espacio Multitrayectorias Fenómeno de la refracción atmosférica : Índice de refracción relativo al vacío 2  2  1 1

12. Propagación Ionosférica (BLS)* Bandas MF – HF (1,6 – 30 MHz) N = densidad de electrones de un estrato de la ionosfera f 9 N o máx ( ) × a MUF f sec o f>MUF f=MUF ionización ionización 3 f<MUF 1  2  Haces con el mismo ángulo de incidencia  y diferentes frecuencias Haces con la misma frecuencia y diferentes ángulos de incidencia  (m-3) fo = frecuencia crítica MUF = Máxima frecuencia utilizable *(BLS) Beyond Line- of- Sigh

13. 600 600 500 500 400 400 300 300 200 200 100 100 R R T T 25 30 35 40 45 50 20 55 15 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 10 65 5 70 75 0 Propagación en línea de vista (LOS) Diseño de un enlace de microondas Curvatura terrestre Curvatura del haz por efecto de la refracción atmosférica Expansión del Haz

14. D h 0.078 × d × d ct 1 2 0.078 × d × d 1 2 D h é ù ct d × d ê 1 2 ú k D h 0.6 × 17.3 × ( ) Fr ê ú f × d + d 1 2 ë û Propagación en línea de vista (LOS) Diseño de un enlace de microondas d1, d2: distancias del obstáculo de las extremidades del enlace, en km Curvatura terrestre k: factor de corrección por curvatura debida a la refracción atmosférica; depende del índice de refracción. En primera aproximación se toma igual a 4/3 Curvatura del haz por efecto de la refracción atmosférica f: frecuencia de la portadora Entre paréntesis: el radio de la primera zona de Fresnel Expansión del Haz

15. 400 350 300 250 200 150 100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 14 18 18 14 46 72 71 46 R T     Metodología de diseño para determinar la altura de las antenas d1 Km d2 Km Altura m Vegetación m hCT m hFR m Altura Virtual m f GHz Obstáculo 1 2 3 4 250 180 250 300 14 35 39 56 56 35 31 14 15 15 15 15 325 285 354 375 6

16. 70 Km R 32 dBW “Piso” de ruido del receptor: -127.75 dBW 0.7 dBW L=141 dB -2.5 dBW T -74.55 dBW o i -77.75 dBW Nivel de la señal en recuadros de fondo rojo -109.05 dBW CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL TRANSMISOR

17. Enlace de Microondas IF 70 MHz IF 70 MHz BB 0-6 MHz BB 0-6 MHz IF 70 MHz Canales telefónicos 12 GHz 4 GHz Canales telefónicos RX F1 FDM DMUX TX F1 FDM MUX TX F2 RX F2 FM MOD FM DMOD REPETIDOR F1 = 4 GHz F2 = 12 GHz