Download Mem_Prac_3.doc - TSC

Universidad de Oviedo
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones
ASIGNATURA:
CURSO:
RADIOCOMUNICACIONES TERRESTRES Y VIA SATELITE
PUESTO Nº:
GRUPO:
APELLIDOS
NOMBRE
Alumno 1
Alumno 2
PRÁCTICA 3.- BALANCE ENLACE Y PROPAGACIÓN EN ENTORNOS
REALES
OBJETIVOS

Análisis de un radioenlace con propagación por onda de espacio incluyendo plano de tierra,
visualizando la interferencia producida por contribuciones de rayo directo y reflejado.
INTRODUCCIÓN
Para ello la práctica incluye las siguientes partes:
 Una relacionada con el cálculo y representación, utilizando la herramienta “MATLAB”, de la
interferencia producida por la señal de rayo directo y la señal de rayo reflejado sobre el suelo,
considerando dos antenas de tipo dipolo corto situadas a alturas y distancias entre sí arbitrarias.

Una parte de medida en un banco de un radioenlace en banda X con plano de masa, de
diferentes efectos en la señal recibida debido a variaciones en distancia y alturas de antenas.
MEMORIA
1) Análisis de un radioenlace con influencia del suelo plano
Utilizando el balance de un enlace entre dos dipolos cortos colocados a diferentes alturas sobre un
plano de masa:
a) Programe en Excel la expresión de la potencia disponible en bornas de la antena receptora
respecto de la entregada a la transmisora, en función de los parámetros geométricos y
eléctricos del enlace implicados en la fórmula. Una descripción gráfica de la situación de las
antenas del enlace y sus parámetros geométricos se representa en el anexo.
b) Se pretende representar gráficamente la potencia disponible en recepción en función de la
distancia entre la antena transmisora y receptora y las alturas de las antenas.
- Utilice, para ello, los datos de un radioenlace a la frecuencia de 10 GHz, potencia entregada
a la antena transmisora de 1mW, función ganancia en potencia de las antenas
consideradas como dipolos cortos.
Universidad de Oviedo
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones
-
-
Realice la representación que considere de interés para evaluar combinaciones de valores
de alturas (h1,h2) de las antenas transmisora y receptora (entre 10 cm y 50 cm) y diferentes
distancias en horizontal entre antenas d (entre 0cm y 200cm).
Considere un suelo modelado por un coeficiente de reflexión igual a -1.
Considere el caso tanto de dipolos situados horizontalmente como verticalmente.
Evalúe si los resultados dependen únicamente de los ángulos de incidencia respecto del
suelo y de salida en la reflexión especular.
Evalúe, en un radioenlace como el presentado, qué rango de distancias sería óptimo si se
establece como criterio la atenuación y su variabilidad (“fading”).
c) Repita los cálculos y representaciones pero considerando ahora un coeficiente de reflexión que
modele un suelo real dado por las características de permitividad y conductividad
 r  15 ;   12 103 .
Evalúe las diferencias de utilizar una polarización vertical (y su correspondiente coeficiente
de reflexión) a utilizar una polarización horizontal (y su correspondiente coeficiente de
reflexión).
d) Compare los anteriores resultados con el caso de propagación en espacio libre.
e) Represente un corte vertical del elipsoide de Fresnel para el caso de d=200cm y h1=h2=30cm.
-
2) Evaluación experimental mediante una maqueta de radioenlace en banda X con
plano de masa.
Utilizando una maqueta de radioenlace en banda X con un plano de masa de 200cmx60cm, antena
transmisora y receptora de tipo bocina piramidal (utilice inicialmente polarización vertical) y
sistemas de posicionamiento que permiten variar la altura de cada antena y la distancia entre ellas
(ver características en el anexo), reproduzca experimentalmente las simulaciones del apartado b);
en particular:
a) Configure el generador con la potencia de salida y frecuencias indicadas y configure el
analizador de espectros (ancho de banda, span, nivel de referencia, ..) de acuerdo a los datos
indicados a continuación:
 Generador:
Pgen=0dBm; f=10GHz
 Analizador de espectros:
Ref level: -40dBm ; Range: 50dB; Span: 10MHz; RBW=300KHz; VBW=30KHz
Anote y luego represente la variación del nivel detectado en el analizador de espectros variando
únicamente la altura de la antena transmisora.
b) Anote y luego represente la variación del nivel detectado en el analizador de espectros
variando la distancia entre antenas para unas alturas de h1=h2=30cm.
c) En las anteriores condiciones de h1=h2=30cm, d=200cm sitúe, en la distancia do=100cm, un
obstáculo de altura creciente hasta ho=30cm, y anote los valores registrados en el analizador
de espectros. Comente sobre cómo afecta el ir ocultando parcialmente la primera zona de
Fresnel de acuerdo a la geometría obtenido en el apartado 1e).
d) Coloque planchas absorbentes sobre el plano de masa, y con los valores h1=h2=30cm,
d=200cm, obtenga el nivel de potencia obtenido en el analizador de espectros. Calcule
numéricamente el balance de enlace con todos los datos conocidos y comente sobre las
posibles discrepancias con la medida. Puede, inicialmente, modelar el diagrama de la bocina
como el de un dipolo corto. Posteriormente calcule, con los datos geométricos de la bocina y
de la guía, los anchos de haz en los planos principales y estime la ganancia de las bocinas.
Universidad de Oviedo
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones
(Podría también modelar el diagrama de radiación en el plano vertical para mejorar las
simulaciones del radioenlace con plano de masa a la hora de comparar con las medidas).
En el laboratorio se indicará en qué directorio se encuentran los ficheros ejecutables y el directorio
de trabajo que le corresponde: RTSXX.

Estudie la teoría explicada en clase, antes de proceder a la realización de esta práctica.

Las práctica podrá evaluarse:
 A través de preguntas realizadas por el profesor (bien de forma oral, bien mediante
cuestionario impreso) durante el transcurso de las mismas (evaluación continua).
 Por la documentación entregada se deberá del trabajo realizado durante las sesiones de la
práctica (la documentación se entregará/enviará antes de comenzar la siguiente práctica)
Universidad de Oviedo
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones
ANEXO 1
Esquema de campo incidente y reflejado (se supone reflexión especular en el suelo).
1t
 2t
R1
1t
Tx
ht
1r
 2 r 1r
Rx
 2r
 2t
hr
R2

D
   e j
Coeficiente de reflexión en el suelo:
   e j
Campo eléctrico de la antena transmisora a una distancia R (aproximación de onda esférica,
localmente plana, en espacio libre):
-
De la contribución directa:
s 1t  
PT Gt (1t )
4 R 2
s 1t  
1
2
E1
2
e j R
Et (1t )  60 PT Gt (1t )
R
-
De la contribución de la reflexión:
e j R
Et ( 2t )  60 PT Gt ( 2t )
R
Distancias de la contribución directa y de la reflejada:
R1  D2   ht  hr 
R2  D2   ht  hr 
2
2
Universidad de Oviedo
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones
Campo eléctrico recibido por la antena receptora se podrá aproximar (suponiendo que las
contribuciones de rayo directo y reflejado llegan con igual polarización y por la dirección del máximo
de la antena receptora) por:
ER  Edirecto  Ereflejado
ER  Et t1 , R  R1   Et t 2 , R  R2 ·  ·e j
e j R1
e j  R2
ER  60 PT Gt (t1 )
 60 PT Gt (t 2 )
·  ·e j
R1
R2


Gt (t 2 ) R1  jk  R2  R1 
e j R1
j
ER  60 PT ·
· Gt (t1 )·1 
· ·e
·  ·e 
R1
G
(

)
R
t
t1
2


ER  60 PT ·
2
1
2
·Gt (t1 )· F
2
R1
Gt (t 2 ) R1  jk  R2  R1 
2
donde F  1 
· ·e
·  ·e j
Gt (t1 ) R2
2
La potencia recibida será proporcional al campo eléctrico al cuadrado, de tal forma que:
Pd ,r  ER Gr  r1 · Fe 
2
2
,
Fe   eˆt ·eˆr* 
La relación entre la potencia total disponible en el receptor respecto de la potencia disponible en el
receptor debido únicamente a la contribución directa, será:
Pd ,r
Pd ,r ,directo
ER Gr  r1 · Fe 
2

De otra forma:
2
Edirecto Gr  r1 · Fe 
2
2

ER
2
Edirecto
2
Universidad de Oviedo
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones
2
 G ( )   R 
G ( ) R
2
2
F  1   t t 2 · 1  ·   2 t t 2 · 1 ·  ·cos  k  R2  R1    
Gt (t1 ) R2
 Gt (t1 )   R2 
Edirecto  60 PT ·
2
Pd ,r
Pd ,r ,directo
Pd ,r
Pd ,t
 F
1
·Gt (t1 )
R12
2
P
  d ,r ,directo
 P
d ,t

 2
· F

 Pd ,r ,directo

 Pd ,t
donde:

  1  t


2

1 2
2
·Gt (t1 )·
·
·
G

·
Fe




r
r
1
4 R12 4
corresponde al balance de potencia en “espacio libre” o “fórmula de Friis”.
En el caso de dipolos cortos verticales:
D
Gt (t1 )  Go sin t1   Go  
 R1 
2
2
D
Gt (t 2 )  Go sin t 2   Go  
 R2 
2
2
D
Gr ( r1 )  Go sin  r1   Go  
 R1 
2
2
o----------------------------------------------------o
Radio de las zonas de Fresnel:
rn  n
d1d 2
d1  d2
cuando d1 , d 2  rn
Universidad de Oviedo
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones
ANEXO 2
Universidad de Oviedo
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones