Comunicaciones en la Banda VHF y UHF REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL...

Comunicaciones en Comunicaciones en la Banda VHF y UHFla Banda VHF y UHF

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAREPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

“ “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZVICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ

Departamento de Ingeniería ElectrónicaDepartamento de Ingeniería Electrónica

TEMA IVTEMA IV

PARTE I

RANGOS DE RANGOS DE FRECUENCIASFRECUENCIAS

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

BandaBanda Frecuencia Frecuencia inferiorinferior

Frecuencia Frecuencia superiorsuperior

VHFVHF 30 MHz30 MHz 300 MHz300 MHz

UHFUHF 300 MHz300 MHz 3000 MHz3000 MHz

Las longitudes de ondas correspondientes Las longitudes de ondas correspondientes son:son:

BandaBanda Longitud de onda Longitud de onda inferiorinferior

Longitud de onda Longitud de onda superiorsuperior

VHFVHF

UHFUHF

m1010*30

10*36

8

m110*300

10*36

8

m110*300

10*36

8

m10,010*30000

10*36

8

RANGOS DE RANGOS DE FRECUENCIASFRECUENCIAS

PROPAGACIÓN DE ONDAS PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA TERRESTRES SOBRE TIERRA

PLANAPLANA Cuando las antenas trasmisoras y receptoras están Cuando las antenas trasmisoras y receptoras están ubicadas a corta distancia entre ambas, se puede, con ubicadas a corta distancia entre ambas, se puede, con garantía, ignorar el efecto de la curvatura de la Tierra garantía, ignorar el efecto de la curvatura de la Tierra y considerar que las ondas de radio se propagan a lo y considerar que las ondas de radio se propagan a lo largo de una superficie plana conductora imperfecta.largo de una superficie plana conductora imperfecta.

Tierra Plana

En la práctica los trasmisores emplazados en la En la práctica los trasmisores emplazados en la Tierra usan antenas elevadas que trasmiten en el Tierra usan antenas elevadas que trasmiten en el intervalo de onda corta y ultra corta, siendo típico intervalo de onda corta y ultra corta, siendo típico este uso en el trasmisor de televisión, los trasmisores este uso en el trasmisor de televisión, los trasmisores de VHF, FM, etc.de VHF, FM, etc.

TVRadio

FM

Com. privadas

Tierra Plana

PROPAGACIÓN DE ONDAS PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA TERRESTRES SOBRE TIERRA

PLANAPLANA

Problemas de la esfericidad Problemas de la esfericidad

de la Tierrade la TierraSe presentan tres casosSe presentan tres casos1. Intervalo de visibilidad directa2. Radiopropagación de visibilidad direct

a sobre colinas3. Radiopropagación sobre filos de cuchi

llos

EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICASLAS ONDAS TROPOSFÉRICAS

La troposfera es la capa de la atmósfera que más afecta las trasmisiones de televisión. 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. 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 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.la curvatura que experimenta la onda trasmitida, dando lugar a diferentes tipos de refracción troposféricas.

La troposfera causa un efecto de curvatura en el rayo, el cual es más acentuado en 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 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 aángulo de elevación pequeño viajaran formando arcos cuyos radios serán iguales a

km

dhdn

R 2500010*4

10102

66

mdh

dn 210*4 donde


Debe notarse que las ondas de VHF y UHF experimentan una refracción mayor en la troposfera estándar que los rayos con frecuencias ópticas. 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 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...frecuencia tan elevadas...

... pero si pueden reaccionar positivamente a las perturbaciones de frecuencias del tipo VHF y UHF, participar activamente en el movimiento ... 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.oscilatorio y contribuir a los cambios del índice de refracción.


Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como:Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como:

a)a) 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)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)

b)b) Los casos en que la trayectoria de las ondas electromagnéticas alcanzan distancias muy superiores a las previstas teóricamente.Los casos en que la trayectoria de las ondas electromagnéticas alcanzan distancias muy superiores a las previstas teóricamente.


Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como: (cont.)Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como: (cont.)

c)c) La existencia de la súper refracción, que es una de las formas de refracción troposférica, en la cual por condiciones especificas y 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.de carácter aleatorio, en dependencia de las condiciones meteorológicas, se forma lo que es conocido como ductos troposféricos.

d)d) Los ductos producen una serie de reflexiones sucesivas en la superficie terrestre que se extiende hasta distancias bastante grandes.Los ductos producen una serie de reflexiones sucesivas en la superficie terrestre que se extiende hasta distancias bastante grandes.


La condición para que una onda electromagnética se propague dentro de un ducto La condición para que una onda electromagnética se propague dentro de un ducto es que su longitud de onda “es que su longitud de onda “” no exceda a una “” no exceda a una “ critica”, conocida como critica”, conocida como de de corte. Para la mayoría de los casos, la siguiente expresión nos da el valor de esta corte. Para la mayoría de los casos, la siguiente expresión nos da el valor de esta ““ crítica”: crítica”:

10.23

*5,3 oc h

donde hdonde ho o es la altura del ducto.es la altura del ducto.


Valores de longitud de onda críticos para algunos Valores de longitud de onda críticos para algunos ductosductos

Ho(m) 6 24 120 600

c(m) 0.01 0.1 1 10


ATENUACION DE LAS ONDAS ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERADE RADIO EN LA TROPOSFERA

La atenuación en la troposfera se debe a cuatro factores:La atenuación en la troposfera se debe a cuatro factores:

La absorción por partículas suspendidas, lluvia, nieve, niebla, etc.La absorción por partículas suspendidas, lluvia, nieve, niebla, etc.Absorción por moléculas.Absorción por moléculas.Dispersión por moléculas y sus colisiones.Dispersión por moléculas y sus colisiones.Absorción por sólidos.Absorción por sólidos.

Las experiencias practicas han verificado que las ondas más largas que 10 cm. no Las experiencias practicas han verificado que las ondas más largas que 10 cm. no experimentan atenuación apreciable en la troposfera. experimentan atenuación apreciable en la troposfera.

Sin embargo, las ondas más cortas sí sufren atenuaciones las que pueden ser considerables.Sin embargo, las ondas más cortas sí sufren atenuaciones las que pueden ser considerables.

cm10

cm10

AtenuaciónAtenuación

AtenuaciónAtenuación


La expresión para el campo es:La expresión para el campo es:

MmVr

eGPrmsE

L

/173

)( 11

donde es la pérdida por unidad de longitud; y L, la longitud del área lluviosa.


SISTEMAS DE SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESRADIOCOMUNICACIONES

MOVIL TERRESTREMOVIL TERRESTRE

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

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

SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESSISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESMOVIL TERRESTREMOVIL TERRESTRE

Clasificación de los sistemas de Clasificación de los sistemas de radiocomunicaciones móviles radiocomunicaciones móviles

terrestresterrestresSegún sea la forma en que operen los sistemas de Según sea la forma en que operen los sistemas de radiocomunicaciones móviles, se pueden caracterizar los radiocomunicaciones móviles, se pueden caracterizar los siguientes modos de explotación de frecuencias:siguientes modos de explotación de frecuencias:

Sistemas simplex de una y de dos frecuenciasSistemas simplex de una y de dos frecuencias

Sistemas base duplex de dos frecuenciasSistemas base duplex de dos frecuencias

Sistemas duplex de dos frecuencias.Sistemas duplex de dos frecuencias.

Sistema simplex de una sola Sistema simplex de una sola frecuenciafrecuencia

En estos sistemas, tanto la En estos sistemas, tanto la estación base como la estación base como la móvil, transmiten móvil, transmiten a una a una frecuencia comúnfrecuencia común. .

Cada estación debe tomar Cada estación debe tomar su turno para hablar su turno para hablar mediante el uso del mediante el uso del procedimiento push to procedimiento push to talk (pulse para hablar).talk (pulse para hablar).

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

f1

f2

Sistema simplex de dos Sistema simplex de dos frecuenciasfrecuencias

Sistema Base Duplex de dos Sistema Base Duplex de dos frecuenciasfrecuencias

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

f2

f1

Sistema Duplex de dos Sistema Duplex de dos frecuenciasfrecuencias

En estos sistemas, ambas En estos sistemas, ambas estaciones, base y móvil, estaciones, base y móvil, pueden pueden trasmitir a una trasmitir a una frecuencia y recibir frecuencia y recibir simultáneamente a otrasimultáneamente a otra. .

El diseño de la estación El diseño de la estación base en este caso es similar base en este caso es similar al de base duplex, pero la al de base duplex, pero la estación móvil debe ser estación móvil debe ser equipada con una segunda equipada con una segunda antena o filtros necesarios antena o filtros necesarios entre el trasmisor y entre el trasmisor y receptor, para evitar la receptor, para evitar la interferencia.interferencia.

f2

f1

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

f2

Bandas Frecuencias (MHz)

I 30 – 50

II 50 – 100

III 150 – 250

IV 450 – 500

V 500 - 1000

SEPARACION ENTRE CANALESSEPARACION ENTRE CANALESEl ancho de banda nominal de transmisión, Bn es:El ancho de banda nominal de transmisión, Bn es:

siendo:siendo:

M: la frecuencia máxima de modulación. Para un caso medio de telefonía comercial M = 3 kHz.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.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.K: el factor numérico que varía según la emisión y depende de la distorsión admisible de la señal. Normalmente K = 1.

)(2 DKMBn

En nuestro caso hemos adoptado la canalización de 25 kHz para la 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 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 ancho de banda nominal, Bn=16 kHz lo que permite un ancho de banda de guarda de 9 kHz.banda de guarda de 9 kHz.

C1 C2 C3

16 kHz 25 kHz

9 kHz

SEPARACION ENTRE CANALESSEPARACION ENTRE CANALES

APLICACIONES DE LAS BANDAS APLICACIONES DE LAS BANDAS VHF Y UHFVHF Y UHF

Entre las aplicaciones mas comunes tenemos:Entre las aplicaciones mas comunes tenemos:

Sistemas de televisión de banda VHFSistemas de televisión de banda VHF

Sistemas de televisión de banda UHFSistemas de televisión de banda UHF

Sistemas de radio troncalizadoSistemas de radio troncalizado

Sistemas de radio de comunicaciones privadas de VHF y UHFSistemas de radio de comunicaciones privadas de VHF y UHF

Sistemas de telefonía móvil celularSistemas de telefonía móvil celular

Sistemas de radio control de VHFSistemas de radio control de VHF

Sistemas de ayudas para radio navegación Banda marítima y aérea.Sistemas de ayudas para radio navegación Banda marítima y aérea.

ZONAS DE FRESNELLZONAS DE FRESNELL

Zonas de FreesnelZonas de Freesnel

FIN DEL FIN DEL TEMA 4TEMA 4

GraciasGracias

Intervalo de Visibilidad Intervalo de Visibilidad DirectaDirecta

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

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

a

h

ha

a

1cos

donde la altura h es despreciable en comparación

con el radio terrestre “a”.


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


Radiopropagación de Radiopropagación de visibilidad directa sobre visibilidad directa sobre

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

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


colinas.colinas.

Las ondas parten de la antena en “A” y llegan a Las ondas parten de la antena en “A” y llegan a la antena en “B” pero por trayectos diferentes.la antena en “B” pero por trayectos diferentes.

AntenaEmisora

AntenaReceptora

a

b

cd


colinas.colinas.

A primera vista puede parecer que las ondas de radio se propagan sobre las 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 colinas de la misma forma que en un terreno plano, exceptuando que en vez de un solo rayo, llegarán ahora más. un solo rayo, llegarán ahora más.

Esto no es así, porque el rayo reflejado se forma dentro de la primera zona de 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 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.las colinas son mucho más pequeñas, en tamaño, que la primera zona de Fresnell.


colinas.colinas.

Radiopropagación Radiopropagación sobre filos de cuchillosobre filos de cuchillo

Los filos de Cuchillo, son obstáculos puntiagudos y Los filos de Cuchillo, son obstáculos puntiagudos y opacos, en la trayectoria de propagación. Este filo opacos, en la trayectoria de propagación. Este filo idealizado, desprovisto de toda propiedad eléctrica, idealizado, desprovisto de toda propiedad eléctrica, permite el cálculo del campo difractado por un permite el cálculo del campo difractado por un método ampliamente conocido de la óptica física.método ampliamente conocido de la óptica física.

Estación “A” Estación “B”Filos de Cuchillo

Patrón de radiación

CASO 1:CASO 1:En el caso de la figura “a”, el obstáculo no corta el rayo En el caso de la figura “a”, el obstáculo no corta el rayo directo y solo emerge parcialmente dentro del volumen directo y solo emerge parcialmente dentro del volumen

significativo. significativo.

Se analizaran dos casos de radiopropagación Se analizaran dos casos de radiopropagación sobre filos de cuchillos. sobre filos de cuchillos.


CASO 2: En el caso de la figura “b” el filo corta el CASO 2: En el caso de la figura “b” el filo corta el rayo directo AB. rayo directo AB.

En este caso el filo de En este caso el filo de cuchillo obstruye el cuchillo obstruye el paso del frente de paso del frente de

onda.onda.


La atenuación se puede determinar haciendo uso de la La atenuación se puede determinar haciendo uso de la teoría de la difracción óptica, con lo cual la atenuación teoría de la difracción óptica, con lo cual la atenuación se expresa por:se expresa por:

eVSVC

VjSVCF2/122

2

)()()()(

2

1

)(

)(tan

VC

VS

r

dxa

xVC

0

2

cos2

1)(

r

dxa

xsenVS

0

2

2

1)(

b

HV

2

En la expresión anterior, C(V) y S(V) son las integrales de Fresnell, donde: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 donde b es el radio de la primera zona de Fresnell en el obstáculo; y H, la altura del Fresnell en el obstáculo; y H, la altura del

obstáculo.obstáculo.


El gráfico de la función F (V) se muestra en la figuraEl gráfico de la función F (V) se muestra en la figura


Contribución de trayectorias para filos de cuchillo: La figura muestra 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, 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 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.figura los rayos se denominan A’MB, AMB’, A’MB’ y AMB.


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