Download Diapositiva 1 - Sistemas de Comunicaciones Electrónicas y sus

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
Departamento de Ingeniería Electrónica
TEMA II
Sistemas de Radiocomunicaciones
en las Bandas de
Ondas Kilométricas y Hectométricas
Bandas LF (30 a 300 KHz) y MF (300 a 3000 KHz)
Sumario
1. Consideraciones generales
2. Características de las Ondas kilométricas y
hectométricas
3. Servicios que brindan los Sistemas de LF y MF
4. Aplicaciones
5. Descripción de los Servicios de Comunicaciones
de ondas Kilométricas y Hectométricas
6. Propagación de las ondas Kilométricas y
Hectométricas
7. Regulación
Punto de partida ...
Iniciamos nuestro análisis de casi todas las bandas de
frecuencia, con las bandas de LF y MF
simultáneamente debido a que su comportamiento es
muy similar.
¿Porqué no iniciamos nuestro analisis con VLF...?
Discutamos un poco esta situación.
Consideraciones Generales
Según la clasificación de las ondas de radio, las
longitudes de onda de las señales kilométricas
y hectométricas (Banda LF= 30 a 300 kHz y
Banda MF= 300 a 3000 kHz); se pueden conocer
haciendo uso de la ecuación:
c

f
Consideraciones Generales
Para las ondas kilométricas, las longitudes de ondas
comprendidas son:
c 3 *108 m / seg
 
 10 km
3
f
30 *10 Hz
c 3 *108 m / seg
 
 1 km
3
f
300 *10 Hz
Según esto, las ondas kilométricas están comprendidas
entre 1 y 10 km.
Ahora comprendemos el porqué de su nombre !
Consideraciones Generales
De forma similar, para las ondas hectométricas se tiene:
c 3 *108 m / seg
 
 1 km
3
f
300 *10 Hz
c 3 *108 m / seg
 
 100 m
6
f
3 *10 Hz
Para este caso, las longitudes de ondas están
comprendidas entre 100 m y 1 km
Consideraciones Generales
Tabla resumen:
Designación
de la banda
Rango de
Frecuencia
Longitud de
Onda
LF
30 a 300 kHz
1 km a 10 km
MF
300 a 3000 kHz
100 m a 1 km
Características de las Ondas
kilométricas y hectométricas
Las bandas de ondas kilométricas y hectométricas
tienen asociadas varias características que las hacen
útiles para varios tipos de comunicaciones.
Estas características son:
a) La información que se trasmite es en banda estrecha
(radiotelegrafia, voz, etc.).
b) La transmisión de las señales se realiza utilizando
métodos de modulación poco inmunes al ruido.
c) Los ruidos que afectan estas bandas son los
atmosféricos, los industriales y los propios del
receptor (ruido térmico, etc.)
Características de las Ondas kilométricas y
hectométricas
Continuación ...
d) Las potencias de transmisión son altas.
e) Las antenas son generalmente omnidireccionales o
de baja directividad.
f) La Propagación se realiza por ondas de superficie y
ondas ionosféricas.
g) La polarización utilizada es la vertical.
h) Las zonas de cubrimiento son de áreas extensas.
Servicios que brindan los Sistemas de LF y
MF
1. Radionavegación marítima (radiofaro): 285 325 kHz.
2. Radionavegación aeronáutica (radiofaro): 325 a
415 kHz.
3. Móvil marítimo (radiotelegrafía): 415 a 525
kHz.
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Servicios que brindan los Sistemas de LF y
MF
4. Radiodifusión comercial: 535 a 1605 kHz.
5. Radioaficionados,
1800
a
2000
kHz,
conjuntamente con otros servicios, entre ellos el
de radionavegación Lorán, el cual tiene
prioridad.
Como se puede observar esta banda de frecuencia es
utilizada ampliamente, la razón es histórica y la
discutiremos a continuación.
Servicios que brindan los Sistemas de LF y
MF
Estos servicios utilizan en las transmisiones
los siguientes tipos de emisiones:
A1 - Telegrafía sin modulación
audiofrecuencia
(manipulación
interrupción de la portadora).
por
por
A2 - Telegrafía con manipulación por
interrupción de una o más audiofrecuencia
de modulación o con manipulación por
interrupción de la portadora modulada.
Servicios que brindan los Sistemas de LF y
MF
Continuación . . .
A2H - El mismo tipo de modulación que la
anterior, pero en banda lateral con
portadora completa.
La telegrafía en los dos casos anteriores es
generalmente en clave Morse
A3 - Modulación de Amplitud de Doble Banda
Lateral (radiodifusión sonora). Para los
radiofaros la modulación es de amplitud
con un tono de audiofrecuencia.
APLICACIONES
Servicio de Radionavegación
Este servicio está destinado a permitir a una
estación móvil (ya sea un barco o avión) determinar
su situación o su dirección con relación a la estación
utilizada (radiofaro).
Los radiofaros deben estar instalados:
a) en tierra firme
b) en barcos fondeados permanentemente
c) en barcos que naveguen en una zona reducida
Las emisiones de los radiofaros
direccionales u omnidireccionales.
podrán
ser
APLICACIONES
Servicio de Radionavegación (Cont.)
La potencia de las transmisiones utilizadas en los
radiofaros es del orden de los cientos de Watt.
Las antenas utilizadas pueden ser unipolos
verticales, en forma de T y L invertidas en los
radiofaros.
Radio faro de Cabo Mayor,
Santander ( Cantabria )
APLICACIONES
El servicio de radionavegación (Cont.)
Distancia
Posición
Descripción de los Servicios de Comunicaciones de
ondas Kilométricas y Hectométricas
El servicio móvil marítimo.
Este servicio está destinado a la transmisión
de radiotelegrafia en clave Morse.
En él los transmisores pueden alcanzar
potencias del orden de los kilowatt; las
antenas utilizadas son unipolos verticales,
antena T y antena L invertida.
Descripción de los Servicios de Comunicaciones de
ondas Kilométricas y Hectométricas
Servicio de radiodifusión sonora.
Este servicio que transmite en MF es muy popular.
El sistema de radiocomunicaciones está compuesto
por la fuente de información (FI) (voz, música, etc.),
el conversor de la información señal eléctrica (C) y el
transmisor (Tx), el sistema de alimentación de
antenas y la antena (línea de transmisión y antena).
El canal de comunicación (CC) y el receptor (Rx) (n
receptores en la zona de cobertura de la antena
trasmisora).
Descripción de los Servicios de Comunicaciones de
ondas Kilométricas y Hectométricas
Servicio de radiodifusión sonora.
Diagrama de bloques
Descripción de los Servicios de Comunicaciones de
ondas Kilométricas y Hectométricas
Servicio de radiodifusión sonora.
La potencia de estas estaciones van desde
los kilo a los megawatts. Sus transmisores
poseen varios amplificadores en cascadas.
La antena utilizada es un unipolo polarizada
verticalmente. Su patrón de radiación
puede ser direccional (en pocos casos) y
omnidireccional. La línea de la antena es
cable coaxial o seudo coaxial.
Propagación de las ondas
Kilométricas y Hectométricas
Los mecanismos de propagación que utilizan
las ondas de radio kilométricas y
hectométricas
son
las
ONDAS
DE
SUPERFICIE y LAS ONDAS IONOSFÉRICAS.
Las de superficie se propagan por encima de
la tierra y las ionosféricas lo hacen a través
de la ionosfera.
Propagación de las ondas
de Superficie para LF y MF
CONSIDERACION:
Para
los
campos
electromagnéticos
correspondientes a las frecuencias de onda
media, los diferentes tipos de suelos actúan,
en
su
mayoría,
como
conductores,
incluyendo las superficies acústicas.
Propagación de las ondas
de Superficie para LF y MF
CONSECUENCIA
El campo magnético cerca de la superficie
terrestre es fundamentalmente tangencial,
mientras que el campo eléctrico solo tiene
una pequeña componente tangencial, siendo
la absorción, por tanto, relativamente escasa.
Ventajas de las ondas
de Superficie
1. Dan suficiente potencia de transmisión, las
ondas de tierra se pueden utilizar para
comunicarse
entre
dos
ubicaciones
cualesquiera del mundo.
2. Las ondas de tierra no se ven
relativamente afectadas por los cambios en
las condiciones atmosféricas.
Desventajas de las ondas
de Superficie
1. Las ondas de tierra requieren de una
potencia relativamente alta para transmisión.
2. Las ondas de tierra están limitadas a
frecuencias VLF, LF y HF que requieren
antenas muy grandes.
3. Las
pérdidas
por
tierra
varían
considerablemente con el material de la
superficie.
Atenuación de las ondas
de Superficie
La alteración del campo en el punto de reflexión
debido a la influencia del rayo reflejado y el rayo
directo, se representa matemáticamente por la
función de atenuación:

4 h1h2 
2 R 

2
  R 2  1  2 R cos 
F  1  2R cos 
 R
r 
 


R: es el coeficiente de reflexión complejo de la Tierra.
R: la diferencia de marcha entre el rayo directo y el rayo
reflejado.
: corrimiento de fase debido a la reflexión
h1 y h2: las alturas de las antenas trasmisora y receptora
respectivamente.
r: la distancia entre el transmisor y el receptor.
Atenuación de las ondas
de Superficie
La distancia máxima hasta la cual se puede propagar
la señal, se puede determinar como:
Rmax
4h1h2
 
r
La función de atenuación varía con la distancia
pasando por máximos y mínimos hasta la
distancia Rmax
Propagación de las ondas
Ionosféricas
De acuerdo con la densidad electrónica que existe
en las capas de la atmósfera las ondas
radioeléctricas se reflejan en ellas o las penetran, en
dependencia de su longitud de onda.
La densidad electrónica suficiente para que se refleje
una onda larga, no lo es para el caso de las ondas
medias, por lo que estas serán absorbidas por esa
capa de la atmósfera y sufrirán, por consiguiente,
una atenuación mayor que las anteriores.
Propagación de las ondas
Ionosféricas
Las ondas medias están sujetas a una refracción
gradual en la sección baja de su trayectoria y
experimentan, en la ionosfera, una reflexión total
en su cresta.
Sentido de Propagación
Valle de la Onda
Cresta de la Onda
Ionosfera
Propagación de las ondas
Ionosféricas
Se ha demostrado que durante el día la atenuación
en la región de las capas D y E es mucho mayor
que la que existe en la capa E durante la noche y
esta atenuación aumenta con la disminución de la
longitud de onda.
De Día:
Mayor atenuación
en las Capas D y E
Atenuación
Atenuación
De Noche:
Menor atenuación
en la Capas E
Propagación de las ondas
Ionosféricas
• Durante el día las longitudes comprendidas entre
200 y 2000 m se atenúan en la ionosfera hasta tal
punto que la propagación por onda ionosférica
puede ser despreciada, independientemente de la
potencia del trasmisor
• Por la noche, la atenuación en esta gama de
longitudes de ondas es tan pequeña que la
propagación por onda ionosférica es considerada
como dominante.
Campo Eléctrico en Propagación
de las ondas Ionosféricas
Según el método de cálculo planteado por el CCIR se
utiliza, para obtener el valor de intensidad de campo
eléctrico, la expresión:
E A p A( p )
Eo 
D
donde:
EA: es la intensidad de campo eléctrico característico a 1 km de
distancia
P: es la potencia del transmisor, en kW.
A(p): es la función de atenuación de la onda.
D: la distancia al transmisor expresada en kilómetros.
Campo Eléctrico en Propagación
de las ondas Ionosféricas
La distancia máxima hasta donde las expresiones
usadas, son validas sin incurrir en errores
apreciables, está dada por:
81
R3
F
donde
F: es la frecuencia en megahertz
R: la distancia en millas.
Mas allá de esta distancia la ecuación para determinar la
intensidad de campo no es valida.
Campo Eléctrico en Propagación
de las ondas Ionosféricas
Por encima de este valor, la intensidad de campo real
comienza a desviarse de los resultados que se
obtienen suponiendo la tierra plana.
La curvatura de la tierra afecta la propagación de la
onda de superficie, ya que impide que la onda
alcance el punto de recepción según una trayectoria
recta; la onda llega al receptor por medio de la
refracción en las zonas más bajas de la atmósfera y
por difracción en la tierra.
Métodos de Cálculo de
Intensidades de Campo
A continuación se describe el método de
cálculo de intensidades de campo para
las ondas de superficie y la ionosférica
utilizando gráficos y expresiones
prácticas recomendadas por el CCIR.
Métodos de Cálculo de
Intensidades de Campo
CASO: ONDA DE SUPERFICIE
Para el caso específico de la onda de superficie el
método se basa fundamentalmente en la curvas de
intensidad de campo eléctrico en función de la
distancia, para distintos valores de la conductividad
del terreno.
El método contempla la posibilidad de calcular el
campo para una distancia dada y la distancia para un
campo determinado, tanto para terrenos homogéneos
como heterogéneos.
Métodos de Cálculo de
Intensidades de Campo
CASO: ONDA IONOSFÉRICA
Para la onda ionosférica el método de cálculo también
usa fórmulas prácticas y tablas recomendadas.
Métodos de Cálculo de Intensidades de Campo
Caso: Ondas de Superficie
PARA EL CASO DE LAS ONDAS DE SUPERFICIE
SE PRESENTAN DOS CASOS:
TRAYECTO HOMOGÉNEO: el valor de la conductividad
del terreno es constante.
TRAYECTO
HETEROGÉNEO:
El
valor
conductividad del terreno NO es constante.
de
la
Regulaciones en Telecomunicaciones
En Venezuela existe la Ley Orgánica de Telecomunicaciones,
aprobada en gaceta oficial Nro. 36.970 de fecha 12 de junio del
2000, la cual tiene por objeto:
Esta Ley tiene por objeto establecer el marco legal de
regulación general de las telecomunicaciones, a fin de
garantizar el derecho humano de las personas a la
comunicación y a la realización de las actividades
económicas de telecomunicaciones necesarias para lograrlo,
:,in más limitaciones que las derivadas de la Constitución y las
leyes.
Se excluye del objeto de esta Ley la regulación del contenido
de las transmisiones y comunicaciones cursadas a través de
los distintos medios de telecomunicaciones, la cual se regirá
por
las
disposiciones
constitucionales,
legales
y
reglamentarias correspondientes.
Comisión Nacional de Telecomunicaciones
Comisión Nacional de Telecomunicaciones
Comisión Nacional de Telecomunicaciones
Comisión Nacional de Telecomunicaciones
Regulaciones en Telecomunicaciones
Regulaciones en Telecomunicaciones
Regulaciones en Telecomunicaciones
Regulaciones en Telecomunicaciones
Regulaciones en Telecomunicaciones
Regulaciones en Telecomunicaciones
Regulaciones en Telecomunicaciones
Regulaciones en Telecomunicaciones
Regulaciones en Telecomunicaciones
Fin Tema II
Gracias
TRAYECTOS HOMOGÉNEOS
Calculo de la Intensidad de Campo
Se utilizan como datos:
a) La distancia entre los puntos de transmisión y
recepción
b) La potencia del trasmisor
c) La altura de la antena
d) La longitud de los radiales del “Plano de Tierra”
TRAYECTOS HOMOGÉNEOS
Calculo de la Intensidad de Campo
Procedimiento:
1. Seleccionar el grafico según rango de frecuencia de trabajo.
2. Ingresar al grafico con el valor de distancia entre Tx y Rx a
través del eje horizontal.
3. Interceptar con la grafica de conductividad.
4. Trazar paralela al eje x y leer el valor de la intensidad de
campo característico Eo.
5. El parámetro Ec es la intensidad de campo que existe a un
kilómetro de distancia del trasmisor para un kilowatt de
Potencia radiada.
TRAYECTOS HOMOGÉNEOS
Calculo de la
Intensidad de Campo.
Se lee el Valor de Eo
Escoger frecuencia de
trabajo
Intercepción con curva
de conductividad
Se calcula el valor de E
E
EO EC P
100
Entrar la distancia entre
Tx y RX
TRAYECTOS HOMOGÉNEOS
Calculo de la Intensidad de Campo.
Procedimiento: Cont...
5. La intensidad de campo Eo, es un valor normado de
campo y, por consiguiente, debe ser corregido para
obtener E, según la expresión:
EO EC P
E
100
Eo es la intensidad de campo leída directamente del gráfico (uV/m).
EC es la intensidad de campo característico a 1 km para 1 kW, (mV/m).
P la potencia del trasmisor, en kW;
E es el campo resultante (uV/m).
TRAYECTOS HOMOGÉNEOS
Calculo de la Intensidad de Campo.
Si se quiere expresar la intensidad de campo E en dB es
decir (1 uV/m) se utiliza la expresión:
E  EO  EC  10 log P  100
donde Ec y Eo se expresan en dB (1 uV/m); y P, en
kilowatt.
Para el caso en que se conozca la intensidad de campo
real radiada según un azimut determinado, a 1 km
(Er), se utiliza la expresión:
E
EO E r
uV / m
100
TRAYECTOS HOMOGÉNEOS
Calculo de la Distancia.
Para el cálculo de la distancia se supone conocida la
intensidad de campo resultante E, la intensidad de
campo característico EC, la conductividad del terreno,
la potencia del transmisor y la frecuencia de trabajo.
El parámetro EO se obtiene despejando de la
ecuación
dada
y
utilizando
el
gráfico
correspondiente. Con este valor y la conductividad
del terreno, se determina la distancia para la cual
existe E.
EO EC P
E
100
TRAYECTOS HETEROGÉNEOS
Calculo de la Intensidad de Campo
El proceso de cálculo, es semejante al de Trayectos
Homogéneos, con la diferencia de que se trabaja con
varios valores de la conductividad del terreno.
Supongamos un trayecto no homogéneo compuesto
por N secciones S1, S2,...,SN que tienen
conductividades 1, 2,.... N
Asignación:
Realice la investigación de cómo efectuar el calculo
de Intensidad de Campo.
TRAYECTOS HETEROGÉNEOS
Calculo de la Intensidad de Campo
El proceso de cálculo, es semejante al de Trayectos
Heterogéneos, con la diferencia de que se trabaja con
varios valores de la conductividad del terreno.
Supongamos un trayecto no homogéneo compuesto
por N secciones S1, S2,...,SN que tienen
conductividades 1, 2,.... N
Para calcular la intensidad de campo en el receptor, se
considera primeramente la sección S1 se lee en el
grafico correspondiente, a la frecuencia de
operación, la intensidad de campo EC1 para la
conductividad 1 y la distancia d1 (longitud del
tramo). Este valor de campo es el que existe a una
distancia d1 del trasmisor.
TRAYECTOS HETEROGÉNEOS
Calculo de la Intensidad de Campo
Como la intensidad de campo permanece constante en
el entorno de la discontinuidad del suelo, su valor
medio, después de este punto debe permanecer
también constante. Como la conductividad de la
sección S2 es 2 se halla la distancia equivalente para
la cual se obtiene igual intensidad de campo que en
el caso anterior. Este valor de “d” representa la
distancia a la que existiría EO1, si la conductividad del
tramo fuera 2, la distancia equivalente será mayor o
menor que d1 de acuerdo con la relación entre 1 y 2.
Con la distancia equivalente se obtiene la expresión:
DR  d eq  (d 2  d1 )
DR es la distancia que existe desde
la antena transmisora hasta un
punto situado sobre el tramo S2
TRAYECTOS HETEROGÉNEOS
Calculo de la Distancia
El proceso se puede realizar según los pasos
siguientes:
a) Supóngase ahora que se tiene un contorno con un
valor de intensidad de campo E y se quiere conocer a
que distancia se encuentra este del trasmisor.
b) Despejando de la ecuación 7, se halla el valor de Eo,
que corresponde a la intensidad de campo resultante
en el contorno.
c) Con la conductividad y la distancia del primer
segmento S1 (1, y d1) se obtiene, del gráfico, el valor
de E01, y se compara con E0t.
-
Si E01= E0t , la distancia buscada es d1
Si E01< E0t , quiere decir que la distancia se encuentra dentro del
primer segmento y el problema se reduciría al de un trayecto
homogéneo.
TRAYECTOS HETEROGÉNEOS
Calculo de la Distancia
- Si E01>E0t , significa que la distancia buscada es
mayor que la de la primera discontinuidad y,
entonces, se pasa a analizar el segmento S2.
Entrando con E01 y 2 en el gráfico correspondiente,
se obtiene la distancia equivalente y con ella DR
mediante la ecuacion dada antes.
Con estos valores de la distancia y, de 2 se determina
E02 (intensidad de campo en el segundo punto de
discontinuidad). Se compara, ahora, E02 con E0t si es
necesario el proceso se repite hasta encontrar un
valor de campo E0n menor e igual a E0t.
TRAYECTOS HETEROGÉNEOS
Calculo de la Distancia
Si E0n=E0t, la distancia deseada coincide con la de la
discontinuidad en cuestión, Si E0n < E0t, la distancia
DR se calcula en el gráfico para conductividad E0n y
E0t, posteriormente se halla la distancia mediante la
expresión:
D  DR  d eq  d (n  1)