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INFORME COMPONENTE PRÁCTICO
INTEGRANTE: JAVIER OSWALDO VARGAS CÓRDOBA GRUPO: 208019_2 CÓDIGO: 98393316
TRABAJO PRESENTADO AL ING TUTOR DEL COMPONENTE PRÁCTICO JAMEZ HERNAN BETANCOURT ROMO
ANTENAS Y PROPAGACIÓN
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD PASTO ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 24 DE NOVIEMBRE 2017
INTRODUCCIÓN
Mediante el desarrollo del presente trabajo se pretende dar a conocer las prácticas llevadas a cabo en el laboratorio del Cead de la Unad Pasto correspondiente al curso de antenas y propagación, donde se requiere la profundización de los temas más importantes para el desarrollo de la actividad, ya que éstas prácticas nos permiten fortalecer los conocimientos adquiridos durante el desarrollo del curso.
OBJETIVOS
Profundizar y adquirir conocimientos para la realización de los cálculos de un radioenlace.
Lograr la comunicación entre antenas con una distancia de 58.36 km.
Comprender el funcionamiento de las diferentes antenas que se utilizan al momento de realizar un radioenlace.
Analizar las diferentes magnitudes que se utilizan en el estudio de un radioenlace.
Estudiar los diferentes tipos de software que se pueden emplear en un radio enlace .
DESARROLLO ACTIVIDADES A DESARROLLAR FASE UNO Definir Potencia y Energía, parámetros de propagación, tipos de polarización, Características de propagación, velocidad y dispersión, potencia radiada, potencia de recepción, pérdidas de un enlace, parámetros de una antena, fundamentos de radiación a tener en cuenta en un enlace de RF, tipos de antenas y Zona de Fresnel.
DEFINIR Es un estándar de comunicación inalámbrica para aplicaciones de área metropolitana aún en desarrollo, también conocido como 802.16. ... Sensibilidad de
POTENCIA DE RECEPCIÓN
Recepción: El nivel de potencia mínimo para mantener una conexión inalámbrica. Típicamente se expresa en dBm y relacionado a una tasa de transferencia de datos. Las pérdidas de un enlace se pueden dar por causa del fabricante de transmisores, por un mal cálculo, por distancias, por la
PÉRDIDAS DE UN ENLACE
atmosfera o estados del tiempo por la mala instalación de las antenas, como también las perdidas ópticas, toca utilizar una adecuada implementación y manejo de las mismas
ANCHO DE BANDA: PARÁMETROS DE UNA ANTENA El ancho de banda de la antena se define
como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria".
DIRECTIVIDAD: La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total.
GANANCIA: La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia y la densidad de potencia que radiaría a la misma distancia una antena isotrópica con la misma potencia entregada.
EFICIENCIA: Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena. Como También la ganancia y directividad.
ANCHURA DE HAZ :
Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la potencia máxima (en la dirección principal de radiación).
IMPEDANCIA DE ENTRADA: Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la corriente de entrada. La impedancia es un número complejo. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la Reactancia.
POLARIZACIÓN: Las antenas crean campos electromagnéticos radiados. Se define la polarización electromagnética en una determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización puede ser lineal, circular y elíptica. La polarización lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45º, -
45º). Las polarizaciones circular o elíptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrógiras o levógiras), según el sentido de giro del campo (observado alejándose desde la antena).
RELACIÓN DELANTE/ATRAS: Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia radiada en una dirección geométrica y la potencia radiada en la dirección opuesta a esta. Cuando esta relación es reflejada en un gráfico con escala en dB, la ratio F/B (Front/Back) es la diferencia en dB entre el nivel de la máxima radiación y el nivel de radiación a 180 grados. Este parámetro es especialmente útil cuando la interferencia hacia atrás es crítica en la elección de la antena que vamos a utilizar. .
RESISTENCIA DE RADIACIÓN: Cuando se le suministra potencia a una antena, parte de ella se irradia y otra parte, se convierte en calor disipándose. Cuando se habla de resistencia de radiación, se hace teniendo en cuenta que no se puede medir de forma directa.
La comunicación a largas distancias requiere del uso de ondas electromagnéticas (EM), en las que campos eléctricos y campos magnéticos están ligados. a antena convierte la energía de (RF) radio frecuencia en señal electromagnéticas capas de propagarse a grandes distancias; en el extremo del receptor la antena capta las señales electromagnéticas y las convierte en señales para el receptor. Existe una gran variedad de tipo de antena usados en
FUNDAMENTOS DE RADIACIÓN A
comunicaciones de radio y todo se basa en
TENER EN CUENTA EN UN ENLACE unos cuantos conceptos clave. DE RF
Fundamentos de ondas de Radio Las señales de radio reciben el nombre de onda electromagnética, ya que se constituye de campo eléctrico y campo magnético. Cuando se aplica voltaje a la antena se genera un campo eléctrico, y este voltaje hace fluir una corriente en la antena, produciendo un campo magnético. Los campos magnéticos, y eléctricos están en ángulos rectos uno en relación con el otro. El campo electromagnético en antena se propaga por el espacio a grandes distancias.
TIPOS DE ANTENAS Y ZONA DE FRESNEL.
Antenas Dipolo: Todas las antenas de dipolo tienen un
patrón de radiación generalizado. Primero el patrón de elevación muestra que una antena de dipolo es mejor utilizada para transmitir y recibir desde el lado amplio de la antena. Es sensible a cualquier movimiento fuera de la posición perfectamente vertical. Se puede mover alrededor de 45 grados de la verticalidad antes que el desempeño de la antena se degrade más de la mitad. Otras antenas de dipolo pueden tener diferentes cantidades de variación vertical antes que sea notable la degradación. Antenas Dipolo Multi-Elemento: Las antenas multi-elemento tipo dipolo cuentan con algunas de las características generales del dipolo simple. Cuentan con un patrón de elevación y azimuth similar al de la antena dipolo simple. Antenas Yagi: Estas se componen de un arreglo de elementos independientes de antena, donde solo uno de ellos transmite las ondas de radio. Antenas Panel Plano (Flat Panel): Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch.
Antenas Parabólicas: Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de elementos múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Antena de Ranura: Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a las de los dipolos, tales como los patrones de elevació.
Antenas Microstrip: Estas antenas pueden ser hechas para emular cualqueira de los diferentes tipos de antenas antes mencionados. Las antenas microstrip ofrecen varios detalles que deben de ser considerados. Debido a que son manufacturadas con pistas en circuito impreso, pueden ser muy pequeñas y livianas.
La zona de Fresnel es una zona de despeje adicional que hay que tener en consideración en un enlace microonda punto a punto, además de la visibilidad directa entre las dos antenas. Este factor deriva de la teoría de ondas electromagnéticas, respecto de la expansión de las mismas al viajar en el espacio libre. Esta expansión resulta en
reflexiones y cambios de fase al pasar sobre un obstáculo. El resultado es un aumento o disminución en el nivel de intensidad de la señal recibida
2. Completar la siguiente Tabla Antenas
Definición
Ventajas
Desventajas
Parámetros
Frecuenci
Característicos
a de
Aplicaciones
trabajo Monopolo El Monopolo es
Dipolo
-No requiere una altura
Polarización:
una antena
mínima
Vertical-
Antenas de radi
derivada del dipolo,
de0,15 de onda.
Ganancia:
o para carro.-Se
la
-No se requieren puntos
3 dBi hasta17 dBi.-
utilizan para la
diferencia es que
donde
Tipo:
transmisión de
solo tiene
sujetarlos extremos.
Omnidireccional-
frecuencias
un abrazo y el otro
- No requiere el espacio
Impedancia:
bajas como son
es
ocupada
36Ohmios
las estaciones
sustituido por
por los radiales.
un plano de masa
-Fácil instalación
Es una antena
Balance: reciben señales
-Modelo: Al
Patrón de
sencilla y popular
balanceadas,
momento
radiación:
rincipalmente
que se
ya que el diseño de dos
De instalarlo
Amplio-Ganancia:
para transmitir
caracteriza por una
polos permite que el
Baja-
señales deTV,
alimentación
dispositivo reciba
Directividad:
FM y para
central empleada
señales de una variedad
Baja-Polarización:
comunicaciones
para transmitir o
de frecuencias
colocadas
Baja-Impedancia:
militares
yaqué
73 Ohm
recibir ondas de radiofrecuencia
2-30 MHz
-
de Onda Media.
Probar varias combinaciones delas
150 MHz
Se utiliza para p
ambos polos normalmente giran y se extienden, por lo que es difícil mover uno y luego el otro
Yagi
Está constituida
Fácil Construcción y
Poca
-Patrón de
Entre 54 y
Son usadas en
por varios
montaje. -
Resistencia al
radiación: End fire-
890MHz.
FM como
elementos paralelo
Bajo Coste-
viento. -
Ganancia:
antenas
s y coplanarios
Reducido ancho
Media/Alta-
receptoras o
que suelen ser
de banda.
Directividad:
para radio
dipolos. Estos
(limitado
Media/
enlace un que la
principalmente
Alta-Polarización:
mayor parte de
dipolos pueden act uar como elemento activo,
por la variación de su Zen)
Lineal-Ganancia: 8
yagis queremos
– 15 dBi.
en los tejados son
directores o
antenas para re
reflectores
cibir los canales de TV
Drooping
Tiene una similar
Es una de más utilizadas
Es una de
característica a
en
las antenas
una antena dipolo
frecuencia por encima de
más
demedia onda.
2 MHz.
utilizadas
La longitud física
en
de una antena
frecuencias
demedia longitud
arriba de
de onda es
2MHZ.En
prohibitiva. Al
frecuencias
dipolo de media
debajo
onda se le
de2MHz.
refiere por lo general como antena de Hertz.
Espiral
Una antena
Fácil de fabricar a bajo
Presenta
Entre 450 y
Utilizada en
espirales un tipo
costo y
una polarización
800MHz.
comunicaciones
de antena de
además, en base a este
de tipo circular, el
para el tele
radiofrecuencia
diseño
sentido de
control de
microondas, cuya
es relativamente fácil
la polarización es
satelitales y
forma consiste
fabricar
derecha
actualmente es
en una espiral de
antenas con ganancias
izquierda
muy difundida
dos o más brazos.
diferentes
entre las
ya que se
radiofrecuencias
aumenta la ganancia
.
simplemente aumentando el número de espiras
Microstri
Consiste en
Puede ofrecer es su
-Baja eficiencia-
Patrón de
470 MHz-
Aeronáutica, la
p
un parche muy fino
tendencia a ser cada vez
Baja
radiación:
746MHz.
aviación,
que
más pequeñas, ya que
potencia-Pobre
Enfire-Ganancia:
satélites,
se coloca
cada vez se miniaturizan
pureza
Media-
aplicaciones en
a pequeña fracción
más y los componentes
de polarización.
Directividad:
misiles,
la longitud de onda
usados
-Banda
Media-
dispositivos
sobre un plano de
para su fabricación son
estrecha-
Polarización:
móviles y en
tierra. E
cada vez más livianos,
Radiación
Lineal-
general
l parche y el plano
fáciles de integrar tanto en
Impedancia:
comunicaciones
de
superficies planas como
75 Ohmios
móviles y para
tierra son
no planas. Además, sus
frecuencias
separados por un
producciones
elevadas princip
dieléctrico. Normal
muy sencilla y por tanto se
almente en los
mente el parche
fabrican en masa
rangos de
es por la de las líneas
es de cobre puede
ondas
asumir cualquier
milimétricas y
forma
microondas
Espira
Una antena espiral
Las antenas espirales
Esto es, su
2 Ghz.
Una aplicación
es un tipo de
suelen ser de tamaño
polarización,
(Este tipo
importante de
antena de
reducido, debido a la
diagrama
de antenas
las antenas
radiofrecuencia
estructura
de radiación
se suele
espirales con
microondas, cuya
compacta de sus brazos,
e impedancia
clasificar
las
forma consiste en
lo cual supone
permanecen
como
comunicaciones
una espiral de dos
una ventaja frente a otras
constantes
antena sin
de banda ancha
o más brazos.
antenas
en una
dependient
. Otra aplicación
de banda ancha
banda muy ancha.
es de la
donde estas
Debido a
frecuencia,
antenas son
su diseño
ya que son
muy útiles es en
de polarización
capaces de
la
circular y de
funcionar
monitorización
baja ganancia,
en un rango
del espectro,
aunque pueden
muy amplio
por lo que son
ser dispuestas
de
frecuentes en
en forma de array
frecuencias)
equipos SDR y
para aumentar
.
en analizadores
la ganancia total.
de espectros.
3. El estudiante explica la importancia de las magnitudes logarítmicas para el estudio de pérdidas y ganancias en un radioenlace. Rta: La conversión de unidades de potencia y dBm resulta fundamental a la hora de realizar cálculos de enlaces. Durante los cálculos de radioenlaces encontramos 3 tipos de unidades logarítmicas:
a. dB (decibel)Utilizado para medir pérdidas en los cables y conectores o ganancias de antenas y amplificadores. El decibel es una unidad de medida correspondiente al logaritmo decimal del cociente de 2 valores de potencia.
Db= 10 *log (
)
Los db son positivos cuando se refieren a una ganancia, por ejemplo, la de una antena o un amplificador, y son negativos cuando estos corresponden a una atenuación, por ejemplo, la de un cable. b.
b. dBm: (dB referido a un mW) Para este caso, el dBm es una unidad logarítmica referida a la potencia de 1 mili Watt (0.001). Por lo tanto, mide la potencia absoluta. Cuando es positivo se refiere a calores superiores a 1 mW y negativo para valores inferiores a 1mW, como los valores correspondientes a potencias recibidas.
Dbm= 10*log (
.
) = 10log (
c. dBi: (decibel respecto a la isotrópica) Es empleado para expresar la ganancia de una antena en comparación con una antena isotrópica, es decir, aquella que irradia en todas las direcciones con la misma intensidad. Es
importante tener en cuenta que cuando se usa el dB para calcular la potencia debemos recordar lo siguiente: Duplicar la potencia es igual a agregar 3 dB. Reducir la potencia a la mitad es igual que restar 3 dB
ACTIVIDADES A DESARROLLAR FASE DOS
Fase Dos 1. El estudiante solicita al tutor el Kit de Antenas “Antenna Training System AT3200” si no cuentan con el Kit, deberá desarrollar desde el punto 2 1.1 Armar el Kit de Antenas.
Figura 1. 1.2 Instalar el Software Antenna Trainer que viene con el Kit. Servirá para medir la Ganancia, el Ancho de Banda y el tipo de polarización. 1.3 Describir el siguiente gráfico. 2. Con orientación del tutor, el estudiante descarga e instala los siguientes programas: 2.1 Google Earth en https://www.google.es/earth/index.html 2.2 Radio Mobile http://www.cplus.org/rmw/download/download.html 2.2.1 Otra opción. Registrarse en Xirio Online http://www.xirio-online.com/
3. En Google Earth ubique dos puntos que se encuentran separados a una distancia de 55 Km. PUNTO A COLEGIO PEDRO LEON TORRES
PUNTO B JUANOY-PASTO
Con la opción “Marca de Posición” marque los dos puntos y con la opción “Regla” únalos para conocer la distancia exacta entre los dos
puntos.
Distancia Exacta entre los dos puntos es de 18.38 Kilómetros
En la siguiente imagen Teniendo los dos puntos unidos, observe el Perfil de Elevación. ¿Qué puede concluir?
Puedo concluir que tiene montaña tomando en cuenta un punto con el otro, no hay línea de vista en las cuales tocaría instalar 3 antenas para el servicio
4. De acuerdo a la distancia, la normatividad y el análisis realizado al perfil de elevación; explique en forma argumentativa qué antenas deben utilizar para diseñar un radioenlace y a qué frecuencia deben trabajar . Realizando un estudio del perfil de elevación sobre los obstáculos que se puedan, interponer en el radio enlace tomamos el eje Y como elevador de la elevación, del terreno el eje X la distancia, entre los puntos a comunicar. Interpretando que entre ambos puntos existen obstáculo, interponga en la línea de vista lo que lo que me toca utilizar 3 antenas.
Tipo de Antena La antena a utilizar es de la marca LocoM5 US - Ubiquiti NanoStation Loco M5
airMAX US NanoStation Loco M5 Specifications: • Processor Specs: Atheros MIPS 74Kc, 560MHz • Memory Information: 64MB SDRAM, 8MB Flash • Networking Interface: 1 X 10/100 BASE -TX (Cat. 5, RJ-45) Ethernet Interface • Gain: 13dBi Potencia admitida 100W
Para un mejor análisis, realicen el siguiente ejercicio: 4.1 Un radioenlace está formado por dos antenas de 3 dB de directividad separadas a 10 km. Si el Transmisor tiene una potencia de 1kW y trabaja a una
frecuencia de 100Mhz, calcúlese la potencia de señal a la salida de la antena receptora. R/ PIoss= K+20 * log(d) +20 log(f) PIoss= 32.4 + 20 * log (10) +20 log (100) PIoss= 32.4 + 20 + 40 = 92.4 Mirando de esta forma, la potencia de la señal a la salida de la antena receptora sería: PRX = PTX + GANT.TX – PIoss + GANT.RX PRX = 60dBM + 3dB – 92,4 + 3dB = - 26.4 2. Teniendo en cuenta la solución de los puntos 2, 3 y 4 en la fase dos, diseñe el radioenlace. Es necesario elaborar el presupuesto de potencia, de acuerdo a las tres partes del radioenlace:
Lado de Transmisión con potencia efectiva de transmisión.
Pérdidas en la propagación.
Lado de Recepción con efectiva sensibilidad receptiva
POSIBLES PÉRDIDAS DEL ENLACE. 1.Se convierte la potencia que está en Watts a dBw y de dBw a dBm
.
Ptx (dBw) = 10 log (40) = 16.02 dBw Ptx (dBm) = 16.02 dBw + 30 = 46.02 dBm
2.Calculamos la pérdida en la línea de transmisión: Lc = Caída del cable + Caída en par de acoples + Caída por Diversidad Lc = (0.365*8) dB + 1dB + 1.2dB Lc = 5.04 dB
4. Ganancia de las antenas Transmisora y Receptora es de 24 dBi 5. Calculamos la pérdida de trayectoria libre: Lp1(dB) = 32.4 +20log 10 F(Mhz) + 20log10D(Km) Lp1(dB) = 32.4 +20log 2400(Mhz) + 20log18.38(Km) Lp1(dB) = 32.4 +67.60 + 15.19 Lp1(dB) = 115.19dB
1. Hallamos el margen de desvanecimiento:
FmdB = 30logDKm+10log(6ABFGhz)10log1 R70 FmdB = 30log58.36Km +10log(6∗2∗ 0.5 ∗ 2.4Ghz)10log10.999 70 FmdB = 30log58.36Km +10log14.4 10log0.001 70 FmdB = 52.98+11.583070 FmdB = 24.56 dB PrxdBw = PtLcrx xdBwLct x d B+At x d BLp d BFm d B+Arx d B dB. 2. Calculamos la potencia recibida: Se debe partir de dBm o dBw.
PrxdBw = 16.+2402ddBwB 5. 5.0404dBdB. +24dB 135.32dB 24.56dB PrxdBw = 105.94 dBw PrxdBm = 105.94 dBw+30 = 75.94 dBm
Para profundizar en el diseño del radioenlace; es conveniente realizar el siguiente ejercicio: 3.1 Se conocen los siguientes datos para el diseño de un radioenlace: F= 200 MHz Distancia=25Km Ganancia de la antena Transmisora = 9.5 dB Sensibilidad del Receptor = 9.6 μV Si como antena receptora se utiliza un dipolo en λ/2 con Directividad de 1,64 impedancia Zo=73+j43 Ω y eficiencia de pérdidas óhmicas igual a la unidad ¿Cuál debe ser la mínima potencia transmitida para el buen funcionamiento del radioenlace?
= − . ∗ ∗ = ∗Ω∗. ∗ ∗ ⁄ − . ∗ . ∗ = . . = . ∗− ∗ (. ) = . ∗ −∗.− = . ∗
CONCLUSIONES
1.Analice las diferentes magnitudes que se utilizan en el estudio de un radioenlace. 2. Fortalecí nuestro conocimiento en la utilización del simulador radio Mobile. 3.Comprendi el funcionamiento de las diferentes antenas que se utilizan al momento de realizar un radioenlace. 4.Profundice y adquirimos conocimientos sólidos para la realización de los cálculos de un radioenlace 5.Logré la comunicación entre antenas con una distancia de 18.38 km.
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