REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
Departamento de Ingeniería Electrónica
TEMA V
Comunicaciones en la
Banda SHF
(Microondas)
SUMARIO
1. Banda de Microondas, Parámetros y
Sub bandas de microondas.
2. Características de la microondas.
3. Diagrama de Bloques de un sistema de
microondas.
4. Repetidores de microondas.
5. Diversidad y Trayectoria.
6. Ecuaciones de Balance de Energía.
LA BANDA DE MICROONDAS
La
banda
SHF
(Super
Altas
Frecuencias), tiene su banda desde 3
GHz a 30 GHz
Banda
SHF
Longitud de
Longitud de
Onda Inferior Onda Superior
 
3 * 10
8
30 * 10
9
 0 , 01 m
 
3 * 10
8
3 * 10
9
 0 ,10 m
LA BANDA DE MICROONDAS
¿De donde proviene
MICROONDAS?
el
nombre
ESTAN EN EL RANGO
DE 10 mm A 100 mm
de
LAS SUB-BANDAS DE
MICROONDAS
Banda
GHz
Nombre
Anterior
Nombre
Actual
1a2
L
D
2A3
S
E
3a4
S
F
4a6
C
G
6a8
C
H
8 a 10
X
I
10 a 12,4
X
J
12,4 a 18
Ku
J
18 a 20
K
J
20 a 26,5
K
K
26,5 a 40
Ka
K
SUB-BANDAS DE MICROONDAS
DE USO MILITAR
Nombre
de Banda
Banda de
Frecuencias
P
L
S
X
K
Q
V
225 a 390 MHz
390 a 1550 MHz
1,5 a 5,2 GHz
5,2 a 10,9 GHz
10,9 a 36 GHz
36 a 46 GHz
46 a 56 GHz
CARACTERISTICAS DE LA
BANDA DE MICROONDAS
La
banda
SHF
tiene
características más relevantes:
como
• Haces muy directivos
• Se requiere muy poca potencia de Tx
• Se afectan mucho por la atmósfera
• Las antenas utilizadas son parabólicas
• Poseen gran ancho de banda
DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE UN
SISTEMA RADIO DE MICROONDAS FM
DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE RADIO
DE MICROONDAS FM
La banda base es la señal compuesta que modula la
portadora de FM y puede incluir uno o más de los
siguientes:
a) Canales de banda de voz con multicanalización por
división
de
frecuencia:
FDM.
b) Canales de banda de voz con multicanalización por
división
de
tiempo:
TDM.
c) Teléfono de imágenes o video compuesto con
calidad
de
radiodifusión.
d) Datos de banda ancha.
LIMITACIONES QUE PRESENTA
LAS MICROONDAS DE FM
La distancia permisible entre TX y RX
depende de:
a) Potencia de salida del transmisor.
b) Umbral de ruido del receptor.
c) Terreno.
d) Condiciones atmosféricas.
e) Capacidad del sistema.
f) Objetivos de confiabilidad.
g) Expectativas de funcionamiento.
REPETIDORES DE
RADIOMICROONDAS DE FM
Cuando la distancia entre Tx y Rx es tan grande
que no permite que la señal de RF sea de los
niveles
adecuados
para
ser
demodulada
eficientemente y no es posible incrementar los
niveles de potencia, se hace uso de los
repetidores, etapas de relevo de la señal
ubicados entre Tx y Rx originales
REPETIDORES DE
RADIOMICROONDAS DE FM
Un repetidor de microondas es un receptor y un
transmisor colocados espalda con espalda o
en tándem con el sistema.
Típicamente, la distancia está entre 15 y 40 millas
(24 y 64 Km)
TIPOS DE REPETIDORES DE
MICROONDAS
Hay dos tipos de repetidores de
microondas:
a) Repetidores de banda base
b)
Repetidores
de
IF
REPETIDOR DE BANDA BASE
En este caso la portadora de RF recibida:
i) Se convierte a una frecuencia de IF
ii)
Se
amplifica
iii)
Se
filtra
iv)
Se
demodula
a
banda
base
La señal de banda base es demodulada
permitiendo que ella (la señal de banda base) se
vuelva a configurar para cumplir con las
necesidades de ruteo de la red general de
comunicaciones.
REPETIDOR DE BANDA BASE
Se recibe la señal de RF,
se lleva a IF y se
demodula hasta banda
base. La banda base se
puede
volver
a
configurar
con
otras
señales.
El
repetidor
demodula la RF a
banda
base,
la
amplifica y le da
nueva forma. Luego
se
modula
la
portadora de FM
REPETIDOR DE IF
La portadora de RF recibida se convierte
en forma descendente a una frecuencia
de IF, se amplifica y, con nueva forma,
se convierte ascendentemente a una
frecuencia de RF, y luego se retransmite.
DIVERSIDAD
Diversidad sugiere que hay más de
una ruta de transmisión, o método de
trasmisión
disponibles
entre
un
transmisor y un receptor. En un
sistema de microondas, el objetivo
de usar diversidad es aumentar la
confiabilidad
del
sistema,
aumentando su disponibilidad.
DIVERSIDAD
Confiabilidad
(%)
Tiempo de
interrupcion (%)
0
Tiempo de Interrupción
Año
(horas)
Por mes (horas)
Día
(horas)
100
8760
720
24
50
50
4380
360
12
80
20
1752
144
4,8
90
10
876
72
2,4
95
5
438
36
1,2
98
2
175
14
29 min
99
1
88
7
14,4 min
99,9
0,1
8.8
43 min
1,44 min
99,99
0,01
53 min
4,3 min
8,6 seg
99,999
0,001
5,3 min
26 seg
0,86 seg
99,9999
0,0001
32 seg
2,6 seg
0,086 seg
DIVERSIDAD
Si el sistema dispone de más de una ruta
para la señal de RF, podrá seleccionar la
que produzca la máxima calidad en la
señal
recibida.
La máxima calidad se determina evaluando
la relación de portadora a ruido (C/N) en
la entrada del receptor, o tan solo
midiendo la potencia de la portadora
recibida.
DIVERSIDAD
Los tipos de diversidad que se
utilizan son:
Frecuencia
Espacial
Polarización
Híbrido
Cuádruplo
ARREGLOS DE
CONMUTACION
Para evitar la interrupción del servicio
en un sistema de microondas por
desvanecimiento o fallas, se recurre a
los
arreglos
de
conmutación.
Esta es una ruta alternativa que puede
seguir la señal de IF desde el emisor
hasta el receptor.
ARREGLOS DE
CONMUTACION
Arreglo: Reserva Continua
ARREGLOS DE
CONMUTACION
Arreglo: Uso de Diversidad
CARACTERÍSTICAS DE
TRAYECTORIA
LA TRAYECTORIA de un sistema de
radiocomunicaciones es el recorrido
que sigue la señal a través del medio
de transmisión para llegar desde el
emisor
hasta
el
receptor.
Este recorrido puede seguir varios
caminos diferentes y algunas veces
simultáneos
CARACTERÍSTICAS DE
TRAYECTORIA
CARACTERÍSTICAS DE TRAYECTORIA
La trayectoria de espacio libre: es la
trayectoria
de
línea
de
vista
directamente
entre
las
antenas
transmisora
y
receptora.
La onda reflejada a tierra: es la porción
de la señal transmisora que se refleja de
la superficie de la tierra y es capturada
por la antena receptora.
CARACTERÍSTICAS DE TRAYECTORIA
La onda de superficie consiste de campos
eléctricos y magnéticos asociados con las
corrientes inducidas por la superficie de la
tierra, depende de las características de la
superficie de la tierra y de la polarización
electromagnética
de
la
onda.
La suma de estas tres trayectorias anteriores
se
llama
la
onda
de
tierra.
La onda de cielo es la porción de la señal
transmisora que se regresa reflejada por las
capas ionizadas de la atmósfera de la tierra.
CARACTERÍSTICAS DE TRAYECTORIA
Para el estudio en microondas,
son de interés solo las señales
de ondas directas y las
reflejadas.
GANANCIA DEL SISTEMA
a) La ganancia del sistema es la diferencia entre la
potencia nominal de salida de un transmisor y la
potencia mínima de entrada requerida por un receptor.
b) La ganancia del sistema debe ser mayor que o igual a
la suma de todas las ganancias y pérdidas incurridas
por una señal, conforme se propaga de un transmisor a
un
receptor.
La ganancia del sistema se utiliza para
predecir la confiabilidad de un sistema
para
determinados
parámetros
del
sistema.
GANANCIA DEL SISTEMA
Potencia Maxima de Salida del Transmisor
Ganancia
Potencia Minima de la Entrada del Receptor
GANANCIA DEL SISTEMA
Matemáticamente, la ganancia del sistema es:
G s  Pt  C minima
donde:
Gs = ganancia del sistema (dB)
Pt = potencia de salida del transmisor (dBm)
Cmínima = potencia mínima de entrada del receptor para
un objetivo de calidad determinado (dBm)
GANANCIA DEL SISTEMA
En la ecuación se debe cumplir:
Pt  C mínima  Pérdidas  Ganancias
Las ganancias están dadas por:
At = ganancia de la antena transmisora (dB) relativa a un radiador isotrópico.
Ar = ganancia de la antena receptora (dB) relativa a un radiador isotrópico
Las Pérdidas están dadas por:
Lp = pérdida de la trayectoria de espacio libre entre antenas (dB)
Lf = pérdida del alimentador de guías de ondas (dB) entre la red de
distribución (véase tabla I).
Lb = pérdida total de acoplamiento o ramificación (dB) en los circuladores,
filtros y red de distribución entre la salida de un transmisor o la entrada de un
receptor y su alimentador de guías de ondas respectivo (véase tabla I).
Fm = margen de desvanecimiento para un determinado objetivo de
confiabilidad.
GANANCIA DEL SISTEMA
Matemáticamente,
la
ganancia
del
sistema
es:
G s  Pt  C mínima  Fm  L p  L f  L b  At  Ar
en donde todos los valores están expresados en dB o
dBm.
GANANCIA DEL SISTEMA
Nota:
Debido a que la ganancia del sistema indica una
pérdida neta, las pérdidas están representadas
con valores dB positivos y las ganancias están
representadas con valores dB negativos.
TABLA 1: PARÁMETROS PARA LA GANANCIA
DEL SISTEMA
Perdida del alimentador,
Lf
Frecuencia
(GHz)
Tipo
1.8
7.4
8.0
Cable
coaxial
lleno de
aire
Guía de
onda
elíptica
Guía de
ondas
elípticas
EWP 69
Perdida
(dB/100m)
5.4
4.7
6.5
Perdida por
Ramificación (dB)
Diversidad
Frecuencia
5
3
3
Espacio
2
2
2
Ganancia de la antena,
At o Ar
Tamaño
(m)
Ganancia
(dB)
1.2
25.2
2.4
31.2
3.0
33.2
3.7
34.7
1.5
38.8
2.4
43.1
3.0
44.8
3.7
46.5
2.4
43.8
3.0
45.6
3.7
47.3
4.8
49.8
REPRESENTACIÓN GANANCIAS Y
PÉRDIDAS DEL SISTEMA
PÉRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO
LIBRE
La pérdida de trayectoria de espacio
libre se define como la pérdida
incurrida
por
una
onda
electromagnética conforme se propaga
en una línea recta a través de un vacío
sin ninguna absorción o reflexión de
energía de los objetos cercanos.
PÉRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO
LIBRE
Se determina por la ecuación:
2
Lp
 4 D 
 4 f D 

 

c
  


2
en donde:
Lp = pérdida de trayectoria de espacio libre
D = distancia
f = frecuencia
 = longitud de onda
c = velocidad de la luz en el espacio libre
PÉRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO
LIBRE
Convirtiendo
a
dB
da
 4 f D 
 4 
L p ( dB )  20 log 
  20 log 
  20 log f  20 log D
c
 c 


Cuando la frecuencia se da en MHz y la distancia en km,
 4 10  6 10  3
L p ( dB )  20 log 
8

3
x
10


  20 log f ( MHz )  20 log D ( km )


L p ( dB )  32 . 4  20 log f ( MHz )  20 log D ( km )
Cuando la frecuencia se da en GHz y la distancia en km,
L p ( dB )  92 . 4  20 log f ( GHz )  20 log D ( km )
MARGEN DE DESVANECIMIENTO
El margen de desvanecimiento es un "factor de
acolchonamiento" incluido en la ecuación de ganancia del
sistema que considera las características no ideales y menos
predecibles de la propagación de ondas de radio, como la
propagación de múltiples trayectorias (pérdida de múltiples
trayectorias)
y
sensibilidad
a
superficie
rocosa.
El margen de desvanecimiento también considera los objetivos
de
confiabilidad
del
sistema.
Por lo tanto, se incluye como pérdida el margen de
desvanecimiento en la ecuación de ganancia del sistema.
MARGEN DE DESVANECIMIENTO
Fm  30 log D  10 log( 6 ABf )  10 log( 1  R )  70
en donde:
Fm = margen de desvanecimiento (dB)
D = distancia (km)
f = frecuencia (GHz)
R = confiabilidad expresada como decimal
1-R = objetivo de confiabilidad para una trayectoria de 400 km en un solo sentido o
dirección.
A = factor de rugosidad
= 4 sobre agua o en un terreno muy parejo
= 1 sobre un terreno normal
= 0.25 sobre un terreno montañoso muy disparejo
B = factor para convertir una prob. del peor mes a una prob. anual
= 1 para convertir una disponibilidad anual a una base para el peor mes.
= 0.5 para áreas calientes y húmedas.
= 0.25 para áreas normales tierra adentro.
= 0.125 para áreas montañosas o muy secas
UMBRAL DEL RECEPTOR
Un parámetro muy importante cuando se evalúa el
rendimiento de un sistema de comunicaciones de
microondas
es
la
portadora
a
ruido.
La potencia de la portadora de banda ancha mínima
en la entrada de un receptor que proporcionará una
salida de banda base que pueda utilizarse se llama
Umbral del Receptor o, a veces, Sensibilidad del
Receptor.
UMBRAL DEL RECEPTOR
El umbral del receptor depende de la potencia de
ruido de banda ancha que está presente en la entrada
de un receptor, el ruido que se introduce en el
receptor, y la sensibilidad al ruido del detector de
banda
base.
Antes de que se pueda calcular Cmínima, tiene que
determinarse la potencia del ruido de entrada.
UMBRAL DEL RECEPTOR
La potencia del ruido de entrada se expresa
matemáticamente como:
N  KTB
en
donde:
N
=
potencia
de
ruido
(watts).
K = constante de Boltzmann ( 1.38 x 10-23 J/K).
T = temperatura de ruido equivalente del receptor (Kelvin)
(temperatura
ambiente
=
290
K).
B = ancho de banda de ruido (Hertz).
UMBRAL DEL RECEPTOR
Expresado en dBm
 KTB 
 KT 
N ( dBm )  10 log 

10
log


  10 log B
 0 . 001 
 0 . 001 
El umbral del receptor es directamente proporcional al ancho
de banda y la temperatura.
RELACIÓN PORTADORA A RUIDO
VERSUS RELACIÓN SEÑAL A RUIDO
Portadora a ruido (C/N) es la relación de la "portadora" de
banda ancha a la potencia de ruido de banda ancha (el ancho
de
banda
de
ruido
del
receptor).
El C/N se puede determinar a un punto de RF o de IF en el
receptor. Esencialmente, el C/N es una relación señal-a-ruido
de predetección (antes de la demodulación de FM).
La señal a ruido (S/N) es una relación de posdetección
(después de la demodulación de FM). En un punto de banda
base del receptor, se puede separar un solo canal de banda de
voz del resto de la banda base y puede medirse
independientemente.
FIGURA DE RUIDO: (NF)
En su forma más sencilla, la figura de ruido (NF) es la relación
señal-a-ruido de un dispositivo ideal, sin ruido dividido por la
relación de S/N, en la salida de un amplificador o de un
receptor.
En un sentido más práctico, la figura de ruido se define como
la relación de S/N en la entrada de un dispositivo dividido por
la relación de S/N a la salida.
S N 
ENTRADA
Sistema o
Dispositivo
S N 
SALIDA
FIGURA DE RUIDO: (NF)
La figura de ruido se puede determinar entonces por la
ecuación:
 
 
 S

N
NF ( dB )  10 log
 S
N

Entrada
Salida




Por lo tanto, la figura de ruido es una relación de relaciones.
La figura de ruido de un dispositivo totalmente sin ruido es la
unidad o 0 dB.
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Existen dos tipos de estaciones de radiomicroondas de
FM:
Estaciones terminales: son puntos, dentro del sistema,
donde las señales de banda base se originan o
terminan.
Estaciones repetidoras: son puntos, dentro del
sistema, donde las señales de banda base se pueden
volver a configurar o donde las portadoras de RF
simplemente se "repiten" o se amplifican.
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Estación terminal de radiomicroondas, banda base, enlace de
entrada de línea de cable e IF de FM
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Estación terminal de radiomicroondas transmisor y receptor.
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Configuración esquemática de una Estación repetidora de
radiomicroondas
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Interferencias
entre estaciones
radiomicroondas.
repetidoras
de
En algunas ocasiones y según la distribución de las
estaciones repetidoras, es posible que se presenten
anomalías entre estaciones repetidoras que estén
alineadas o no, lo cual ocasiona perturbaciones o
interferencias
entre
ambas.
Para resolver esta situación, es posible utilizar
frecuencias diferentes entre estaciones repetidoras
adyacentes. Se recibe la señal de entrada con una
frecuencia y al retransmitirla se envía con una
frecuencia diferente.
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Interferencias entre estaciones repetidoras de
radiomicroondas.
Sistema de microondas para el tratamiento de interferencias
multisaltos. Uso de frecuencias alta/baja
Actividades de Autodesarrollo
Visite la página web
http://www.gmtvaritec.com/?mod=calculo&IDSeccion=3,
http://www.radioptica.com/Radio/calculo_radioenlaces.asp
Familiarícese con la misma y ponga en práctica
los conocimientos adquiridos realizando
cálculos con el sistema de proyección de esta
página web.
ACTIVIDADES
COMPLEMENTARIAS
Analice los problemas resueltos del
libro Tomasi, Capítulo 17.
Resuelva
algunos
capítulo 17.
problemas
del
FIN DEL
TEMA 5
Gracias
DIVERSIDAD en FRECUENCIA
La diversidad de frecuencia solo consiste
en modular dos portadoras de RF distintas
con la misma información de FI, y
transmitir entonces ambas señales de RF a
un
destino
dado.
En el destino, se demodulan ambas
portadoras y la que produzca la señal de
FI de mejor calidad, es la que se
selecciona.
DIVERSIDAD en FRECUENCIA
DIVERSIDAD ESPACIAL
La salida de un transmisor se alimenta a
dos o más antenas, físicamente separadas
por una cantidad apreciable de longitudes
de
onda.
De igual manera, en el receptor, puede
haber más de una antena que proporcione
la señal de entrada al receptor.
Si se usan varias antenas receptoras,
también deben estar separadas por una
cantidad apreciable de longitudes de onda.
DIVERSIDAD ESPACIAL
DIVERSIDAD de POLARIZACION
Para este caso, una sola portadora de
RF se propaga con dos polarizaciones
electromagnéticas diferentes, vertical
y horizontal, debido a que las ondas
electromagnéticas
de
distintas
polarizaciones no necesariamente
están sometidas a las mismas
degradaciones de transmisión.
DIVERSIDAD de POLARIZACION
La diversidad de polarización se usa en
general junto con la diversidad espacial.
Un par de antenas de transmisión y
recepción se polariza en sentido vertical, y
el
otro
en
sentido
horizontal.
También es posible usar en forma
simultanea la diversidad de frecuencia,
espacial y de polarización.
DIVERSIDAD de POLARIZACION
DIVERSIDAD HIBRIDA
Consiste en una trayectoria normal de
diversidad de frecuencia, en la que los
dos pares de transmisor y receptor en
un extremo de la trayectoria están
separados entre sí y conectados a
distintas
antenas,
separadas
verticalmente como en la diversidad
espacial.
DIVERSIDAD HIBRIDA
El arreglo proporciona un efecto de
diversidad
espacial
en
ambas
direcciones; en una porque los
receptores
están
separados
verticalmente, y en la otra porque
están separados horizontalmente.
DIVERSIDAD de CUADRUPLE
Es una combinación de diversidad de
frecuencia, espacial, de polarización y
de recepción en un solo sistema.
Proporciona la transmisión más
confiable; sin embargo, también es la
más costosa.
DIVERSIDAD de CUADRUPLE
Su desventaja obvia es que necesita
equipo electrónico, frecuencias, antenas y
guías de ondas redundantes, que son
cargas económicas.
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Banda SHF - Sistemas de Comunicaciones Electrónicas y sus Areas