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Comunicaciones en la banda VHF y UHF




Enviado por Pablo Turmero



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    RANGOS DE FRECUENCIAS Los rangos de frecuencia de las bandas de
    VHF y UHF, son:

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    Las longitudes de ondas correspondientes son: RANGOS DE
    FRECUENCIAS

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    PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA PLANA Cuando
    las antenas trasmisoras y receptoras están ubicadas a
    corta distancia entre ambas, se puede, con garantía,
    ignorar el efecto de la curvatura de la Tierra y considerar que
    las ondas de radio se propagan a lo largo de una superficie plana
    conductora imperfecta. (Gp:) Tierra Plana

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    En la práctica los trasmisores emplazados en la Tierra
    usan antenas elevadas que trasmiten en el intervalo de onda corta
    y ultra corta, siendo típico este uso en el trasmisor de
    televisión, los trasmisores de VHF, FM, etc. TV Radio FM
    Com. privadas (Gp:) Tierra Plana PROPAGACIÓN DE ONDAS
    TERRESTRES SOBRE TIERRA PLANA

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    Problemas de la esfericidad de la Tierra Se presentan tres casos
    Intervalo de visibilidad directa Radiopropagación de
    visibilidad directa sobre colinas Radiopropagación sobre
    filos de cuchillos

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    EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS
    La troposfera es la capa de la atmósfera que más
    afecta las trasmisiones de televisión. Sus
    características físicas influyen notablemente sobre
    las ondas de radio. Entre estas características tenemos el
    índice de refracción, el cual varía con la
    altura y que es el responsable más directo de la curvatura
    que experimenta la onda trasmitida, dando lugar a diferentes
    tipos de refracción troposféricas.

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    La troposfera causa un efecto de curvatura en el rayo, el cual es
    más acentuado en las trasmisiones de VHF y UHF, las ondas
    de radio que se propagan según un ángulo de
    elevación pequeño viajaran formando arcos cuyos
    radios serán iguales a donde EFECTO DE LA
    PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS

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    Debe notarse que las ondas de VHF y UHF experimentan una
    refracción mayor en la troposfera estándar que los
    rayos con frecuencias ópticas. Esto se debe a que las
    moléculas de agua que poseen un momento dipolo permanente
    y una masa finita, no pueden seguir fluctuaciones de frecuencia
    tan elevadas… … pero si pueden reaccionar positivamente a las
    perturbaciones de frecuencias del tipo VHF y UHF, participar
    activamente en el movimiento oscilatorio y contribuir a los
    cambios del índice de refracción. EFECTO DE LA
    PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS

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    Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como: aumento
    del radio efectivo de la Tierra (ya que como vimos, las ondas se
    propagan produciendo un efecto de aumento del radio de la Tierra)
    Los casos en que la trayectoria de las ondas
    electromagnéticas alcanzan distancias muy superiores a las
    previstas teóricamente. EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE
    LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS

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    Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como: (cont.)
    La existencia de la súper refracción, que es una de
    las formas de refracción troposférica, en la cual
    por condiciones especificas y de carácter aleatorio, en
    dependencia de las condiciones meteorológicas, se forma lo
    que es conocido como ductos troposféricos. Los ductos
    producen una serie de reflexiones sucesivas en la superficie
    terrestre que se extiende hasta distancias bastante grandes.
    EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS
    TROPOSFÉRICAS

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    La condición para que una onda electromagnética se
    propague dentro de un ducto es que su longitud de onda
    “?” no exceda a una “? critica”, conocida
    como ? de corte. Para la mayoría de los casos, la
    siguiente expresión nos da el valor de esta “?
    crítica”: donde ho es la altura del ducto. EFECTO DE
    LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS

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    Valores de longitud de onda críticos para algunos ductos
    EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS
    TROPOSFÉRICAS

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    ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA La
    atenuación en la troposfera se debe a cuatro factores: La
    absorción por partículas suspendidas, lluvia,
    nieve, niebla, etc. Absorción por moléculas.
    Dispersión por moléculas y sus colisiones.
    Absorción por sólidos.

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    Las experiencias practicas han verificado que las ondas
    más largas que 10 cm. no experimentan atenuación
    apreciable en la troposfera. Sin embargo, las ondas más
    cortas sí sufren atenuaciones las que pueden ser
    considerables. Atenuación Atenuación ATENUACION DE
    LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA

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    La expresión para el campo es: donde ? es la
    pérdida por unidad de longitud; y L, la longitud del
    área lluviosa. ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA
    TROPOSFERA

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    SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESMOVIL TERRESTRE Es un sistema de
    radiocomunicaciones en el cual las estaciones (transmisoras y
    receptoras) están en movimiento permanente y
    eventual.

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    El servicio móvil terrestre está compuesto en lo
    fundamental por una estación base a la cual está
    asociado un grupo de estaciones móviles. La
    estación base puede servir a diferentes estaciones
    móviles o sistemas móviles que trabajan a
    diferentes frecuencias cada uno para servir a un solo sistema.
    SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESMOVIL TERRESTRE

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    Clasificación de los sistemas de radiocomunicaciones
    móviles terrestres Según sea la forma en que operen
    los sistemas de radiocomunicaciones móviles, se pueden
    caracterizar los siguientes modos de explotación de
    frecuencias: Sistemas simplex de una y de dos frecuencias
    Sistemas base duplex de dos frecuencias Sistemas duplex de dos
    frecuencias.

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    Sistema simplex de una sola frecuencia En estos sistemas, tanto
    la estación base como la móvil, transmiten a una
    frecuencia común. Cada estación debe tomar su turno
    para hablar mediante el uso del procedimiento push to talk (pulse
    para hablar).

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    Se transmite y recibe en frecuencias diferentes. Ambas
    estaciones, base y móvil, operan en régimen
    push-to-talk. Los sistemas móviles pueden operar en zonas,
    ubicando una estación base en el centro de cada zona que
    se debe cubrir. f1 f2 Sistema simplex de dos frecuencias

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    Sistema Base Duplex de dos frecuencias Las estaciones bases se
    diseñan de tal forma que se pueda trasmitir con una
    frecuencia y recibir con otra simultáneamente, mientras
    que el móvil opera en el modo simplex de dos frecuencias
    en régimen push-to-talk. f2 f1

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    Sistema Duplex de dos frecuencias En estos sistemas, ambas
    estaciones, base y móvil, pueden trasmitir a una
    frecuencia y recibir simultáneamente a otra. El
    diseño de la estación base en este caso es similar
    al de base duplex, pero la estación móvil debe ser
    equipada con una segunda antena o filtros necesarios entre el
    trasmisor y receptor, para evitar la interferencia. f2 f1

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    BANDAS DE FRECUENCIAS El CCIR recomienda para los sistemas de
    comunicaciones móviles la utilización de cinco
    bandas de frecuencias que son las que se muestran en la tabla
    siguiente: f2

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    SEPARACION ENTRE CANALES El ancho de banda nominal de
    transmisión, Bn es: siendo: M: la frecuencia máxima
    de modulación. Para un caso medio de telefonía
    comercial M = 3 kHz. D: la mitad de la diferencia entre los
    valores máximos y mínimos de la frecuencia
    instantánea. K: el factor numérico que varía
    según la emisión y depende de la distorsión
    admisible de la señal. Normalmente K = 1.

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    En nuestro caso hemos adoptado la canalización de 25 kHz
    para la cual se tiene que M=3 kHz, D=5 kHz y K=1,
    obteniéndose así un ancho de banda nominal, Bn=16
    kHz lo que permite un ancho de banda de guarda de 9 kHz. (Gp:) C1
    (Gp:) C2 (Gp:) C3 (Gp:) 16 kHz (Gp:) 25 kHz (Gp:) 9 kHz
    SEPARACION ENTRE CANALES

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    APLICACIONES DE LAS BANDAS VHF Y UHF Entre las aplicaciones
    más comunes tenemos: Sistemas de televisión de
    banda VHF Sistemas de televisión de banda UHF Sistemas de
    radio troncalizado Sistemas de radio de comunicaciones privadas
    de VHF y UHF Sistemas de telefonía móvil celular
    Sistemas de radio control de VHF Sistemas de ayudas para radio
    navegación Banda marítima y aérea.

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    ZONAS DE FRESNELL Zonas de Fresnel: Retome los aspectos relativos
    a las zonas de Fresnel estudiados en el tema 1.

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    CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL La fórmula genérica
    de cálculo de las zonas de Fresnel es: Donde: rn es el
    radio de la enésima zona de Fresnel [m]. d1 es la
    distancia desde el transmisor al objeto en [Km]. d2 es la
    distancia desde el objeto al receptor en [Km]. d es la distancia
    total del enlace en [Km]. f es la frecuencia en [MHz]. ZONAS DE
    FRESNELL

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    Intervalo de Visibilidad Directa La cuestión crucial del
    estudio de la propagación en la Tierra real consiste en
    determinar si las antenas trasmisoras y receptoras están
    dentro del intervalo de visibilidad directa entre sí. Es
    deseable que las dos antenas se “vean”una a la otra.
    Este es un termino que no debe tratarse literalmente. Él
    indica que no debe haber obstaculo entre la antena transmisora y
    la receptora.

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    Caso 1: Si una de las antenas, (la cual la podemos denominar
    “A”) está elevada y la otra (llamada
    “B”), se encuentra en la Tierra, como se muestra en
    la figura. El problema se reduce a encontrar la distancia hasta
    el horizonte visible. Si se establece un radio terrestre de
    6,37xl06 km, a partir del triángulo OAC tenemos que: La
    distancia del intervalo de visibilidad directa la representa el
    segmento AC Intervalo de Visibilidad Directa

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    (Gp:) h (Gp:) r (Gp:) r (Gp:) d (Gp:) A (Gp:) B (Gp:) O
    Considerando el triangulo AOB, se tiene: Donde r es el radio
    terrestre en kilometro (6371 km), h la altura de la entena en
    kilometro. PROPAGACIÓN DE ONDAS Ondas Espaciales y radio
    horizonte

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    PROPAGACIÓN DE ONDAS Ondas Espaciales y radio horizonte d=
    distancia a radio horizonte (km) h = a la altura de la antena
    sobre el nivel del mar (km) Cálculo de la distancia de
    radio horizonte (una antena):

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    Caso 2: La propagación de ondas terrestres con antenas
    elevadas (trasmisor y receptor) se muestra en la figura. La
    intensidad de campo total será la suma del rayo directo AB
    y el reflejado AOB debido a que se considera la tierra plana.
    Intervalo de Visibilidad Directa

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    PROPAGACIÓN DE ONDAS Ondas Espaciales y radio horizonte
    Cálculo de la distancia de radio horizonte (dos antenas):
    d= distancia a radio horizonte (km) h = a la altura de la antena
    sobre el nivel del mar (km)

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    Radiopropagación de visibilidad directa sobre colinas. Es
    frecuente encontrar elevaciones en la trayectoria de
    propagación. En tales casos las ondas viajarán en
    presencia de obstáculos, aunque las antenas transmisoras y
    receptoras estén dentro del intervalo de visibilidad
    directa.

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    La cuestión radica en que las dimensiones del
    obstáculo son una función de la longitud de onda ?.
    Por tanto, un terreno puede ser considerado plano para las ondas
    OL (ondas largas) y OM (ondas medias), mientras que esta
    consideración puede cesar para las ultracortas, cuando los
    obstáculos presentan dimensiones considerables, como se
    muestra en la figura a continuación.
    Radiopropagación de visibilidad directa sobre
    colinas.

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    Las ondas parten de la antena en “A” y llegan a la
    antena en “B” pero por trayectos diferentes. (Gp:)
    Antena Emisora (Gp:) Antena Receptora (Gp:) a (Gp:) b (Gp:) c
    (Gp:) d Radiopropagación de visibilidad directa sobre
    colinas.

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    A primera vista puede parecer que las ondas de radio se propagan
    sobre las colinas de la misma forma que en un terreno plano,
    exceptuando que en vez de un solo rayo, llegarán ahora
    más. Esto no es así, porque el rayo reflejado se
    forma dentro de la primera zona de Fresnell y no en un punto
    geométrico, y en la mayoría de los casos las cimas
    de las colinas son mucho más pequeñas, en
    tamaño, que la primera zona de Fresnell.
    Radiopropagación de visibilidad directa sobre
    colinas.

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    Radiopropagación sobre filos de cuchillo Los filos de
    Cuchillo, son obstáculos puntiagudos y opacos, en la
    trayectoria de propagación. Este filo idealizado,
    desprovisto de toda propiedad eléctrica, permite el
    cálculo del campo difractado por un método
    ampliamente conocido de la óptica física.
    Estación “A” Estación “B”
    Filos de Cuchillo Patrón de radiación

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    CASO 1: En el caso de la figura “a”, el
    obstáculo no corta el rayo directo y solo emerge
    parcialmente dentro del volumen significativo. No se obstruye el
    paso del rayo Se analizarán dos casos de
    radiopropagación sobre filos de cuchillos.
    Radiopropagación sobre filos de cuchillo

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    CASO 2: En el caso de la figura “b” el filo corta el
    rayo directo AB. En este caso el filo de cuchillo obstruye el
    paso del frente de onda. Radiopropagación sobre filos de
    cuchillo

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    La atenuación se puede determinar haciendo uso de la
    teoría de la difracción óptica, con lo cual
    la atenuación se expresa por: En la expresión
    anterior, C(V) y S(V) son las integrales de Fresnell, donde:
    donde b es el radio de la primera zona de Fresnell en el
    obstáculo; y H, la altura del obstáculo.
    Radiopropagación sobre filos de cuchillo

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    El gráfico de la función F (V) se muestra en la
    figura Radiopropagación sobre filos de cuchillo

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    Contribución de trayectorias para filos de cuchillo: La
    figura muestra que el campo en el punto B se debe a la
    combinación de cuatro rayos, cada uno de los cuales ha
    sufrido difracción en el filo de cuchillo. En esta figura
    los rayos se denominan A’MB, AMB’, A’MB’
    y AMB. Radiopropagación sobre filos de cuchillo

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