DISEÑO DE UN ENLACE EN MICROONDA GUAYAQUIL - CUENCA.

DISEÑO DE UN ENLACE EN MICROONDA GUAYAQUIL - CUENCA.

Tesis previa a la obtención del

título de Ingeniero en la espe-

cialización de Electrónica y T£

lecomunicacion.es de la Escuela

Politécnica Nacional;

PATRICIO JARAMILLO VASQUEZ

QUITO

Julio 3 de 1978

Certifico que el presente tra-

bajo ha sido realizado en su

totalidad por el Sr. Patricio

Jar amulo Vásquez.

ING.MARIO CEVALLOS

Quito, Julio 3 de 1978

A mis padres

Juan y Carlota

A mi esposa

Bruna

A mi hij a

Ana Bruna

H 5!

H ¡* O O O O H O

- IV -

I N T R O D U C C I Ó N

El proyecto a desarrollarse con el nombre de "DISEÑO DE UN EN

LACE EN MICROONDA GUAYAQUIL-CUENCA", consiste en el estudio

y diseño de un sistema de comunicaciones a través de microon-

da con la posible aplicación a transmisión de televisión.

De acuerdo al grado de experiencia y conocimiento sobre el te_

ma existirían dos puntos de vista sobre el mismo. La persona

con experiencia expresaría el realizar el estudio en unos po-

cos dias; por otro lado una persona sin experiencia en la ra-

ma lo veria al proyecto como un hecho bastante complicado a

resolverse en un largo tiempo.

En mi caso particular, cuando escogi el tema inicialmente lo

miré como un proyecto a realizarse en corto plazo con mis cp_ .

nocimientos generales sobre el tema, pero conforme pasó el

tiempo la situación no fue así, primero por la falta de li -

bros e información al respecto y luego porque el campo de es_

tudio e investigación de los sistemas de microonda y sus va-

riadas aplicaciones es bastante amplio, existen muchos facto_

res que tratar y conocer a tal punto, que el profundizar en

algunos de ellos constituirían verdaderos temas complejos de'

estudio.

De tal manera que el desarrollo de este tema de tesis trata

de abarcar todos los puntos que deben considerarse en forma

precisa de modo que. el proyecto no quede escrito solamente

en papel, sino que sea perfectamente realizable en la prácti.

- V -

ca.

El desarrollo del tema tiene dos partes: la primera da un en-

foque teórico para el conocimiento de todos los factores y

consideraciones que intervienen en el diseño de sistemas de

enlaces de microonda. La segunda parte constituye el diseño

propiamente dicho con gráficos, trazos y cálculos especifi -

eos del sistema,

El desarrollo de este tema me ha dado un conocimiento bastan

te real y concreto sobre la forma de diseño de un sistema de

microonda y también sobre todos los factores que influencian

en la trayectoria del haz de microonda,

Es posible que para cualquier estudiante que desee tener in-

formación y conocimiento preciso sobre este tema, el presen-

te texto le sea de gran ayuda en su propósito.

Quiero .dejar constancia de mi agradecimiento al Ing. Mario

Cevallos, Director de esta Tesis, por su decidida ayuda.

Al Dr. Kanti Hore y otros profesores y amigos que de alguna

manera han ayudado la elaboración de este proyecto.

Í N D I C E G E N E R A L

Páí

INTRODUCCIÓN IV

CAPITULO I, GENERALIDADES ' 1

1.1 SITIOS DE REPETICIÓN 1

1.2 TRAYECTORIA E INFLUENCIAS EN EL

HAZ DE MICROONDA 2

1.2.1 Influencias de terreno y obstruc-

ciones , 2

1.2.2 Influencia de lluvia y niebla 3

1.2.3 Absorción atmosférica 5

1.3 MAPAS Y TRAZOS DE RUTA 8

1.3.1 Curvatura . 8

1.3.2 Pefiles y trazos 9

1.4 INTERFERENCIAS 10

1.4.1 Interferencias internas del propio

sistema 11

1.4.2 Interferencias externas. 12

1.4.3 Interferencias en transmisión de

voz, data y televisión. 15

1.5 PROPAGACIÓN 15

1.5.1 Forma de propagación de microonda 16

1.5.2 Atenuación .por espacio libre 16

1.5.3 Efectos e influencias del terreno 19

Pás

Zonas Fresnel 19

1.5.4 Influencia y Efectos Atmosféricos 21

El índice de refracción '22

índices de refracción modificado (M) 23

El factor K. 24

Atenuación por lluvia y niebla 26

1.5.5 Criterio sobre libre trayectoria 27

Distorción por retraso 29

Desvanecimiento 32

Confiabilidad de propagación y

consideraciones • 33

1.6 RUIDO 34

1.6.1 Ruido Total 34

Ruido Térmico 35

Ruido de intermodulación 35

Ruido de distorción por eco 35

Ruido atmosférico y hecho por

el hombre 36

1.6.2 Unidades de Ruido- 36

1.6.3 Determinación del ruido de un

sistema 37

Ruido térmico en el receptor 37

Margen o 'umbral de un sistema 40

Efecto del tipo de carga

en ruido 40

Ruido total, objetivos y reco-

mendaciones 41

Pás

1.7 EQUIPOS 42

1.7.1 Equipo de radio . 44

Transmisores de estado sólido 46

Circuitos pasivos de microonda 47

Guías de onda y líneas de trans-

misio'n. 47

Torres 49

Sistemas de antenas 52

Antenas parabólicas 52

Antenas forradas para alto rend;L

miento 54

Antenas parabólicas de banda cru-

zada 54

Antenas de cuerno reflector 54

Sistemas de antenas periscópicas 55

CAPITULO II

TRAZOS Y CÁLCULOS PRÁCTICOS 58

2.1 DIAGRAMA DE RUTAS Y RELIEVE 58

2.1.1 Escogimiento de sitios 58

2.2 DIAGRAMAS DE CORTES A ESCALA 64

2.2.1 Curvas representativas del fac-

tor K. 68

2.2.2 Curvas de la Primera Zona Fresnel 71

2.3 INTERPRETACIÓN DE LOS GRÁFICOS 74

2.4 CÁLCULOS DE TRAYECTO 75

Páí

2.4.1 Conflabilidad y rendimiento del

sistema 94

2.4.2 Estudio de posibles puntos de re

flexión 96

2.4.3 Escogimiento de frecuencias 1.00

2.4.4 Relación señal a ruido del sis -

tema 101

2.5 RECOMENDACIONES Y FUNCIONAMIENTO

DE EQUIPOS 103

CONCLUSIONES 107

REFERENCIAS 109

BIBLIOGRAFÍA 112

C A P I T U L O I

- 1 -

C A P I T U L O I

G E N E R A L I D A D E S

En el transcurso de este capítulo se expondrán generalidades

teóricas y consideraciones sobre sistemas de m-icroonda, tra-

yectoria y propagación del haz de microonda, sus influencias,

su comportamiento, sus características, etc. Las fuentes de

información no han sido numerosas, básicamente se ha obteni-

do la información teórica de dos libros: "Engineering Consi-

derations for Microwave Communications Systems" publicado

por Lenkurt Electric Co, Inc. y un libro publicado a raiz de

Un seminario de Microonda de la Unión Internacional de Tele-

comunicaciones en Tokio en 1968 titulado "Microwave Seminar

ITU, Tokio 1968". También se ha sacado de apuntes y conoci-

mientos impartidos por las clases del Dr. Kanti Hore, en la

materia de microondas.

A continuación reglándonos al temario presentado iniciamos

las consideraciones desde el aspecto más básico que constitu

ye el correcto escogimiento de los sitios

1.1 SITIOS DE REPETICIÓN

Es de absoluta importancia el escogimiento de los si -

tios de repetición más adecuados respecto a su ubica

ción y facilidades, como también respecto a la naturale_

za del terreno entre los puntos de repetición.

Generalmente en terrenos planos se usa repetición entre

- 2 -

40 a 55 Km, en los rangos de 2 a 8 GHz.

Para el escogimiento de los sitios se tiene que tomar

en cuenta algunas consideraciones básicas, entre las

cuales se pueden citar las siguientes:

Facilidades de acceso al lugar, tipo de camino.

Existencia de fuerza, de energía C.A,

Condiciones de tiempo, velocidad del viento, rango

de variación de temperatura.

Altura del sitio.

Descripción completa de coordenadas geográficas y

más datos para identificación del lugar.

Consideración de interferencias por cercanía a ae-

ropuertos y otros sistemas de comunicación.

Posibilidad más cercana de teléfono,

1.2 TRAYECTORIA E INFLUENCIAS EN EL HAZ DE MICROONDA

1.2.1. Influencias de terreno y obstrucciones.-

El haz de microonda tiende a seguir una línea recta

y es afectado por cualquier obstáculo que está en -

el camino o cerca del camino.

En su viaje a través de la atmósfera sigue una leve

curva producida por difracción atmosférica.

En el punto de roce con algún obstáculo se difracta

parte del rayo y se producen pérdidas, las cuales

pueden estar en el orden de 6 a 20 dbs., dependien-

do del tipo de superficie donde ocurre la difrac

ción.

- 3 - • . 7 ',.

Experimentalmente se ha probado que en un risco ti-

po cuchillo se produce una pérdida de 6 dbs y en u-

na superficie plana o agua se produce la máxima per

dida.

El rayo también puede ser reflejado en superficies

del terreno planas o en agua.

Para todos estos análisis de influencias es muy

importante el estudio de las Zonas Fresnel especia^

mente la Primera,

La Primera Zona Fresnel es la que contiene cada pun

to cuya suma de la distancia desde dicho punto a

.los extremos es exactamente media longitud de onda

más larga que el camino directo de onda de extremo

a extremo. La Zona Fresnel'''se define igualmente a

excepción que la diferencia está dada por n medias

longitudes de onda.

1.2.2. Influencia de lluvia y niebla.-

En las frecuencias por debajo de 6 y 8 GHz la llu -

via y la niebla no denotan mayor influencia a exce£

clon de casos extremos. A frecuencias más elevadas

la atenuación por lluvia resulta ser seria y depen-

de directamente de la intensidad de la lluvia, el

tamaño de las gotas, el tiempo de exposición, la

distribución de la lluvia a lo largo del recorrido

de la onda.

No es tan importante la cantidad de lluvia que cae

sobre un período extenso, cuanto la máxima intens:L

dad instantánea que cae en determinado momento,

El grado de importancia del problema de atenuación

por lluvia depende directamente del grado de con -

fiabilidad puesto como objetivo en el sistema y en

el tipo de servicio en el que va a ser usado.

Dos cosas hay que tener en mente respecto a atenua_

ción por lluvia:

El desvanecimiento no ocurre durante los periodos

de lluvia pesada de manera que todo el margen de

desvanecimiento está disponible para combatir la a_

tenuación por lluvia.

Una combinación de frecuencia de diferentes ban -

das resulta muy práctico para sistemas dé alta con

fiabilidad, por ejemplo una combinación de la ban-

da de 6 GHz con de 12 GHZ, de modo que en los mo -

mentos de alto nivel de lluvia, el sistema en 6 GHz

realiza todo el servicio.

Respecto a niebla', cuando se encuentra en estado de ,

vapor produce refracción del haz de tnicroonda, cuan

do se encuentra en forma de gotas muy pequeñas pro-

duce mucho menor refracción.

Junto con la niebla se produce aire tupido o carga-

do y cambio brusco de temperatura, lo cual en cir -

cunstáñelas extremas puede interrumpir el servicio

del sistema.

Cuando la niebla se encuentra muy cerca del suelo, pro

duce otro efecto que es el de reflexión.

Las curvas del cuadro 1.2.!.,(!) muestran la atenúa

ción respecto al promedio de lluvia y las del cuadro

1,2.2.,(2) nos enseñan atenuación respecto a intensidad

de lluvia y neblina,

1.2.3 Absorción atmosférica.-

La absorción atmosférica se debe principalmente al oxi

geno y al vapor de agua.

Su magnitud es prácticamente despreciable a frecuen

cias bajas y aún en las altas su valor es bastante pe-

queño. Está directamente relacionada con la longitud»

.del salto y se lo considera en saltos largos .

El cuadro 1.2.3., (3) nos muestra la atenuación con res_

pecto a la absorción atmosférica, del cual se concluye

que es despreciable para saltos de hasta 60 Kms.'en las

frecuencias de 2 a 8 GHz y en saltos de hasta 30 Km.en

frecuencia de 10 a 14 GHz.

Para distancias más largas este factor debe ser tomado

en cuenta.

Tablc C. Exccss Attcmiation Ouc ToAtmospheric Absorption

PATHLENGTHMILES

20

40

60

80

TOO

ATTENUATION - dB

2-4-6 GHz

0.20

0.40

O.GO

0.80

1.00

8 GHz

0.2G

0.52

0.781.04

1.30

lOGHz

0.32

0.64

0.96 11.28

1.60

12GHz

0.38

0.76

1.14

1.52

1.90

14 GHz0.48

0.96

1.44

1.92

2.40

CUADRO 1.2.3.

(1) ( 2 ) y (3) E n g i n e e r i n g C o n s i d e r a t i o n s f o r M i c r o w a v eComrauni catión s Sys t ems . L e n k u r t

O

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5 6 B 10 20 3

FREQUENCY - GHz

Utenuation in rainfail inlensity oí; A, 0.25 mm/hr (drizB, 1.0 mm/hr (light rC, 4.0 mm/hr (modeD, 16 mm/hr (heavyE, 100 mm/hr (very

Utenuation in fog or cloud: F, 0.032 grn/m (visG;0.32gm/m3 (visitH, Í.Sgm/nv1 (visibi

Altn dB/milü - 1,61 x (Aun in dB/km) .

Figure 18. Aticiuuitioii Dúo Tu l'rocipit;itioii

¿J/¡ !

0 40 60

í!e) - .01 in/hr

«__

,.

—

.X

x'-„

— .

it

80 100

ain| - .04 in/hrrate rain) - .16 in/hrrain). - .64 in/hrheavy rain} - 4.0 in/hr

bility greater than 600 meters))ility about 120 meters)lity about 30 meters)

(afíerCCIR)

CUADRO .1 .2 .2

4S

1.3 MAPAS Y TRAZOS DE RUTA

En nuestro país existen publicaciones de mapas de re -

lieves y contornos de la mayor parte del sector monta-

ñoso o Sierra, además existen fotografías aéreas de

muchos sectores y en general cartas geográficas, topo-

gráficas con suficiente información para nuestro uso.

Lo cual constituye una gran ventaja, ya que los mapas

son las principales fuentes de información y trabaj o

para estudio del recorrido o trayectoria de microonda.

Una vez que han sido escogidos los sitios de repeti -

ción, entonces con ayuda de los mapas se trazarán las

trayectorias correspondientes, para luego preparar una

carta de contornos y perfiles del trayecto.

Para el trazo de esta carta hay que tener en cuenta

algunas consideraciones:

1,3.1 Curvatura,-

La curva relativa de la tierra y el haz de microonda

es importante para el trazo de ruta, mientras la su-

perficie de la tierra es curva la trayectoria de mi- .

croonda tiende a la linea recta con una ligera incluí

nación hacia abajo debido a refracción atmosférica.

El grado y dirección de inclinación está definido

por el llamado factor K.

El factor K multiplicado por el radio real de la tie_

rra nos da el radio de la curva ficticia de la tierra

y esta curva es equivalente a la curvatura relativa

_ 9 -

del haz de microonda con respecto a la curvatura de la

tierra.

Gráficamente esta curva se puede representar, de dos ma

ñeras: la primera seria la curvatura de la tierra con

radio KR y el haz de microonda una línea recta y la se

gunda seria el perfil de la tierra plano con el haz de

microonda con una curvatura KR; este segundo método es

preferible porque permite la ilustración fácilmente

con varios valores de K, elimina la necesidad de curva

tura especial y facilita la tarea de representación.

1.3.2 Perfiles y Trazos.-

Un perfil representado con curvatura terrestre normal

y con un haz de microonda en línea recta entre los pun

tos significa que el radio equivalente K es infinito

lo cual es una condición extrema en el comportamiento

de microonda,

En todos los casos es importante hacer el estudio con

K = 4/3. La curva para varios valores de K puede ser

calculada de la siguiente fórmula: (4)

h^ dl.d2

12.75 K

h = cambio en altitud respecto a una línea de referen

cía horizontal, h en metros,

di - Distancia del punto a un extremo (Km),

d2 = Distancia del punto a otro extremo (Km).

K = Factor de radio equivalente de la tierra.

(U) Engineering Considerations for Mi crowave Commúni-ca ti on Systems. Lenkurt.

- 10 -

Para condiciones especiales de K, la fórmula quedaría:

h (K -OQ ) - O

h (K - 4/3) - di . d2

17

h (K - 2/3) = di . d2

8,5

h (K = 1) = di . d2

12.75Las fórmulas anteriores nos servirán para elaborar una

tabla de valores para las curvas relativas de KR.

En lugares donde existen grandes diferencias respecto

a las elevaciones podría ser más conveniente realizar

los trazos con respecto a la tierra considerada con ra

dio KR y usar una línea recta como trayectoria de mi -

croonda..

1.4 INTERFERENCIAS

Las consideraciones y estudios para evitar interferen-

cias son de gran importancia dentro de la planifica

ción de sistemas de microonda.

Las interferencias en general pueden ser producidas

por el propio sistema o interferencias de sistemas ex-

ternos , y pueden ser eliminadas o aminoradas en correc_

to escogimiento de sitios, rutas, adecuado uso de ante

ñas y frecuencias,

Las interferencias se introducen a través de antenas,

guías de onda cableo por radiación o por productos es-

púreos producidos en el propio equipo.

La interferencia de cableo y equipo puede ser evitada

- í l -

eon una correcta instalación, buenas coriecciones a tierra,

blindaje, etc. En las gulas se evita generalmente con co-

rrecto acoplamiento entre guías y filtros suficientemente

ajustados entre sí,

Es bastante complejo el análisis de interferencias, de la

naturaleza de sus señales, en unos casos puede ser inter-

ferencia directa en el receptor en otros casos mezclas o

productos de señales, puede ser una misma señal disfraza-

da, etc.

1.4.1. Interferencias Internas del propio sistema.-

Se refiere a interferencias que se puedan producir por la

captación de la misma frecuencia en diferentes puntos del

propio sistema. Se pueden presentar las siguientes for -

mas:

Interferencias de tipo adyacente, lateral como se ilustra

en la figura 1.4,1,(5) en donde las frecuencias Fl y F2

producen interferencias desde las antenas de transmisión

a las de recepción en las mismas frecuencias, las lineas

continuas son de trayecto normal y las cortadas indican

las interferencias laterales.

- F-

Spur orjunclion ......-'' l: j 2 /in te r fe rence \

FIGURA 1,4,1

(5) En gane e ring Considerations for Microwave Communications Systems.Lenkurt.

- 12 -

Interferencias por sobre alcance en la trayectoria como

ilustra la figura 1.4.2 (6) en donde, la frecuencia Fl des_

de el punto A, es captada en el punto'D, cuando condicio -

nes de desvanecimiento existe entre los puntos C y D. Ge-

neralmente se trata de evitar mediante discriminación de

antena.

Plot of Paths A to D

Recomrnendations

A-D-C-D

Distance Discrim. = 20

Antenna Discrim.

Antenna Discrim.ij Total*

: *Tota! 50 dB or betíer

-For opposite direction 20 Log

.dB

.dB

_dB

_dB

A-B

F16, 1.4.2

1.4.2 Interferencias Externas

Las interferencias externas están directamente re-

lacionadas con la repartición y asignación de fre-

cuencias y canales que la realizan entidades espe-

cializadas en cada país.

El tipo de polarización y discriminación de las an

tenas tiene mucho que ver en la capacidad de anula

ción de interferencias externas, de tal modo que

(6) Engineering ConsLderations for Microwave Communications Systems.Lenkurt.

- 13 -

antenas con polarización doble son menos eficien -

tes en cuanto a interferencias que antenas con po-

larización simple:

El criterio para interferencias se expresa en cua^

quiera de las siguientes formas.

1) que el valor absoluto de la potencia de la se-

ñal de interferencia no sea excesiva o que no

exceda en un porcentaje de tiempo determinado.

2) Como el valor de la relación S/I, de potencias

de las señales deseada (S) y no deseada (1).

Por ejemplo valores de -125 dbm o -100 dbm para

el primer criterio y tipicos valores como 60 a 95

db para el segundo criterio. Las figuras 1.4.3 (7)

y 1,4,4 (8) muestran el método para calcular rela-

ciones de S/I para interferencias externas.

(7) y (8), Engineering Considerations for Microwave

Communications Systems. Lenkurt.

- 14 -

>)(-• FComputation for Unfiltero.d Radar

E.R.P.P. of 2nd or 3rd Harmonio +60Caín Of Receiving Antenna G

60+GPath Loss Rad. 96.6 + 20 Log F -f-20 Log D PAntenna Discriminator at°-< Degrees DFilter & Waveguide Losses LRadar Harmonio Input (60+G-P-D-L) RComputed Microwave Signa! Input. SSignal-to-lnterfercnce Ratio (S-R) S/l dB

Requirements

Harmonio Energy in Band — MessageTelevisión

Fundamentat-Ten Miles + 30 dBAntenna Discrimination

NOTEFor on-site microwave termináis atradar locations, or locations lessthan ten miles from a high poweredazimuth operated radar, obstructionblocking is desirable.

30 dB45 dB

Figure 10. Tlie Radar Interfcrcnce Case

FIGURA 1.4.3

PARALLELING ROUTE

Preferably - 90

Regular PathsInteríercnce Paths (Not all are shown)

S/l Ratio * 20 Log j.ritcrfLnence Path + Sum of Antenna Discriminations "' -Heyular Plan

S/l Ratio Recommendalion 66 dB for Co-channcl

NOTECross polai i/ation advantage at anglus cióse to 90 ts zero and may be negative in sornecombinations.

Figuro 11. Intcrfcrcncc Coordination of Parallcling Systems

figura 1.4.4

- 15 -

1.4.3 Interferencias en transmisión de voz, data y tele-

visión.

En canales de voz generalmente la interferencia se

produce en forma de una inteligible señal de con -

versación cruzada.

Los sistemas de data son los más sensibles a toda

clase de interferencias que producen errores de

información. En televisión se detectan interfe -

rencias en los monitores de televisión y se reco-

noce fácilmente el tipo de interferencia, de ra -

dar, pulsos, tono,

En las figuras 1,4,3. y 1,4,4, se explica en la

forma de calcular niveles de interferencia de un

sistema. Para evitar interferencias de radar, se

debe filtrar en el mismo sus harmónicas y restos

de transmisión y jugar también con discriminación

de antenas del sistema de microónda para bloquear

interferencias,

1 . 5 P R O P A G A C I Ó N

En este capitulo se trataría de cubrir todos los

factores que intervienen e influencian en la pro-

pagación del haz de microónda.

Básicamente las variaciones de señal son debidas

a desvanecimiento por condiciones atmosféricas,

reflexiones, refracciones, etc.

- 16 -

1.5.1 Forma de propagación de microonda

La forma de propagación de microonda por su misma

naturaleza de frecuencia, principalmente se propa

ga por onda directa con formas de reflexión o re-

fracción y generalmente se expresa como que la

forma de propagación es de linea de vista, por

lo cual se suele imaginar que el haz de microonda

es una sola linea recta, ello no es nada real,

pues está sometido a una serie de influencias du-

rante el tramo de propagación.

1.5.2 Atenuación por espacio libre

La atenuación por espacio libre depende directa -

mente de dos factores: frecuencia, a más alta fre_

cuencia más atenuación y distancia, a mayor distan

cía mayor atenuación,

Las pérdidas en radio se deben principalmente al

esparcimiento de la energía de las ondas durante

su viaje.

La pérdida por espacio libre se define generalmen-

te a radiadores isotrópicos que irradian igualmen-

te en. todas las direcciones,

De modo que la fórmula para cálculo de atenuación

por espacio libre se deducirla de la siguiente ma

ñera;

- 17 -

'Priso = Pc^iso ' ^riso ~ P°tenc:)'-'a de recepción res-pecto a un radiador isotr<5

pico.

Pci - 30 Pt Pd. ~ Densidad de flujo de poten~ — ISO • " —

r2 120 TT cias por unidad de área.

A = Área efectiva de la antena

4 TT

Reemplazamos los valores de Pd y A en Pr, y simplificamos:

Pr 30 Pt X2r2 120TT4TT

Pr Pt

16 7T2 r2

La atenuación, por espacio libre está dada por la relación de

potencia de transmisión y la de recepción

Pt a0 (db) atenuación por espacio libre.Pr

Para tener el valor en dB,

a0 = 10 Iog1n Pt _ _10 " - -- = 10

16 TT2 r2

a0 = 20 login 4 TT r\

Con reducción de unidades :

a0 = 82 db + 20 log1Q r (Km)

A (m)

- 18 -

En el gráfico 1.5.1. (9) a continuación se puede observar

curvas de atenuación respecto a frecuencia y a distancia^.iO

cOJ

.oi-•*-•o¡2eo

C

3«5-*-"•*.-

ouc.CJ

£

13CJ)

OOVdS 33Hd) V = 9P Nt NOIiVnN3ÜV

GRÁFICO 1,5.1

(9) Engineering Considerations for Microwave Communications Systems.Lenkurt,

36

- 19 -

1.5,3 Efectos e influencias del terreno

Todo tipo de obstáculo dentro o cerca de la ruta

constituye una real influencia dentro de la pro -

pagación del haz de microonda y el efecto a pro -

ducirse depende directamente del tipo de obstácu-

lo;

por ejemplo; los árboles producen dispersion de

energía, si se trata de rozamiento se produce una

pérdida como el caso de roce a un pico alrededor

de 6 db. Cuando están como obstáculo de obstruc_

ción, generalmente bloquean totalmente; si perini

ten el libre paso, entonces no hay mayores conse_

cuencias,

Otro tipo de obstáculos construidos por el propio

hombre como por ejemplo, tanques de almacenamien-

to de gas, torres de agua, etc., producen disper-

sión y refracción,

Zonas Fresnel

Serían volúmenes imaginarios, alrededor del haz

de microonda, formados por un elipsoide al dar

su revolución alrededor del eje rectilineo ima-

ginario de dicho haz.

Estas zonas son divisiones imaginarias con el ob-

jeto de medir radios y objetos de influencia en

la propagación de microonda y estas zonas van de_

nominadas numéricamente de acuerdo al orden de

- 20 -

adentro hacia afuera; por ejemplo: primera zona

serla la más interior, segunda zona la siguiente

y asi sucesivamente.

Un concepto geométrico seria el siguiente:

FIG. 1.5.2

Es el lugar geométrico del punto A en donde:

TA + AR - TR + n

donde: n= número natural que representa'el orden

de las zonas FRESNEL.

La primera zona Fresnel juega un papel muy impor-

tante en la transmisión de energía de microonda.

De tal forma que, como condición absolutamente ne-

cesaria de linea de vista del haz de microonda,

esta zona debe estar totalmente libre de obstácu-

los ,

La distancia desde el centro del haz de microonda

hasta el limite imaginario de la primera zona de

Fresnel se llama Radio de la primera zona Fresnel

- 21 -

La primera zona de Fresnel en cualquier punto del

trayecto puede ser calculado por la siguiente fór

muía: (10).

Fl = 17.3 \i d2y FGHz D

en donde;

Fl= radio de la primera zona Fresnel,

dl= distancia de un extremo al punto de referencia

d2= distancia del otro extremo al punto de refe -

rencia,

D - distancia total,

F = frecuencia en GHz

Si se tiene calculado el radio de la primera zona

Fresnel, entonce el valor para una zona Fresnel n,

estaría dada por; (11)

Fn = Fl \ n

o directamente la fórmula :

Fn = 17.3 ndl d2y FD

en donde n es el número de la zona Fresnel.

1.5,4 Influencia y Efectos Atmosféricos

Las condiciones atmosféricas afectan directamente

en la propagación de microondas y todas las condi

(10) y (11), Engineering Considerations for Microwave Communications

Systems. Lenkurt.

~ 22 -

clones establecidas en cálculos para trayectoria libre ejs

tan en estrecha relación a éstas,

Las condiciones atomosféricas más estables se dan durante

el día desde una o dos horas luego de amanecer hasta una

o dos horas antes del anochecer en condiciones normales

de tiempo, generalmente durante este lapso la constante K

se mantiene alrededor de 4/3, Durante> el amanecer y ano-

checer el comportamiento varia de acuerdo al tipo de con-

diciones de relieve, montañoso, plano, a nivel del mar,

etc.

Él índice de Refracción

El índice de refracción atmosférica está alrededor de

1.0003 y varia desde 1,0 hasta 1,00045 y se representa

por la letra N,

Pero para mayor conveniencia de cálculos se toma el número

de radio refractividad N, (12)

N = (n-1) x 106

N varia desde O hasta 300

Para frecuencias sobre 30 GHz esta fórmula serla:

N = 77,6 P/T + 3,73 x 105 e/T2,

P = Presión atmosférica total en milibares.

T = Temperatura absoluta en grados Kelvin,

e = Presión parcial de vapor de agua en milibares.

P/T es el término de expresa ambiente seco,o

e/T es el término que expresa ambiente húmedo.

(12) Engineering- Considerations for Microwave CommunicationsSystem. Lenkurt,

- 23 -

índice de refracción modificado (M)

El índice de refracción modificado M, relaciona a N con

la altura respecto al nivel del mar,

M = (n-1) x 106 + 4,8h,

.h = altura sobre el nivel del mar en cientos de pies.

(n-1) x 106 = N

En la figura N-1.5.3, (13) observamos curvas correspon-

dientes a diferentes valores de N, altura y M,

La figura §_ muestra el comportamiento de M en un estado

más o menos normal con K= 4/3,

La figura b nos muestra diferentes tipos de pendientes

de acuerdo al valor de N y K. Si M decrece rápidamente

la curva M es de mayor pendiente, K es mayor que 4/3 y

el haz de microonda sigue y se parece más a la curvatu-

ra de la tierra, Si M es constante con el cambio de al-

tura el haz de microonda sigue la curvatura de la tierra

exactamente, K es igual a infinito,

Si las condiciones se vuelven aún más extremas pueden

hacer una pendiente negativa correspondiente de un valor

K negativo,

En general la pendiente de M varia en mayor o menor grado

de acuerdo a las condiciones de refractividad, dando es-

tados super-estandar o sub-estandar,

(13) Engineering Considerations for Microwave CommunicationsSystem, Lenkurt.

- 24 -

La figura £ muestra la condición de curvatura del haz de

microonda hacia fuera de la tierra debido a alta tempera

tura o incremento de contenido de vapor de agua,

La figura d muestra una condición contraria a la ante -

rior, es decir, el haz sigue más de cerca la curvatura

•de la tierra debido a disminución de vapor de agua.

La figura e_, representa un ducto superficial pues el haz

tiende a permanecer entre el punto a y la superficie de

la tierra,

La figura f, muestra un ducto elevado y el haz tiende a

permanecer entre los puntos a y c,

El Factor K

Para mediciones y cálculos de ingeniería, los valores de

K de particular interés son los siguientes:

Valores máximo y mínimo y medio o normal a presentarse en

la trayectoria, de los cuales dependen directamente el a-

bultamiento de la tierra, altura de antenas, puntos de

reflexión. De dichos valores, solamente el valor medio

se puede predecir con relativa confiabilidad o 'certeza.

Los valores límites máximo y mínimo se escogerían como ca_

sos extremos a ocurrir muy esporádicamente,

El factor K en una atmósfera que demuestre índice de re-

fracción lineal puede ser calculado de la siguiente "fór-

mula: (14) ,

Engineering Considerations for Microwave CommunicationsSystem, Lenkurt,

Standard

- 25 -

h-X

UJX

Linear

IC/3

A

LllX

Su per-Standard

Surface Laver

M —

eSurface Duct

OtuX

M

Elevatsd Duct

M

Figure 16. Typicnl M Fiotllcs

FIGURA 1 . 5 . 3

45

An ^ *: 'OQuui i y«?

- 26 -

ir '- •*-. .1, a . dn

n dh

a = radio verdadero de la tierra,

n - Índice de refracción

dn/dh = gradiente de índice de refracción.respecto a la

altura,

Si consideramos que generalmente n= 1.0003 la única va -

riable serla dn/dh. Considerando gradiente de M en lu -

gar de N, a=6730 Km,

n = 1,003

la fórmula para K seria;

„ _ 157 dn gradiente de N por Km.* "" 157+dn/dh dh

Existen periodos de no linealidad de K como son el amane-

cer o atardecer y también valores de K de acuerdo a la es_

tación del año, verano, invierno,

Atenuación por lluvia y niebla

La atenuación por lluvia se presenta considerablemente sc>

bre los 8GHz y aumenta progresivamente con el aumento de

la frecuencia.

Este fenómeno de atenuación por lluvia depende directa -

mente de la frecuencia, banda, forma de gotas, distribu-

ción e intensidad de lluvia.

- 27 -

La niebla también influye en atenuación del haz de micro-

onda, de igual forma especialmente en altas frecuencias y

dependiendo naturalmente de la concentración de neblina.

En el numeral 1,2.2 se presentan cuadros y expliación más

amplia,

1.5,5 Criterio sobre libre trayectoria

El criterio sobre libre trayectoria es muy impor -

tante y para lo cual el correcto escogimiento del

factor K toma un papel importante. De este crite

rio depende tanto el costo como el rendimiento del

sistema,

En general existirian criterios para dos tipos de

sistemas;

Sistemas de alto rendimiento por lo menos 0.3 Fl

cuando K= 2/3 y 1.0 Fl cuando K = 4/3 y en áreas

de difícil propagación se asegura por lo menos

roce cuando K = 1/2,

Esta evaluación es a lo largo de toda la trayecto-

ria y no solamente al centro,

Sistemas de menor rendimiento por lo menos 0.6

Fl + 10 pies cuando K=l.

A los puntos extremos de la trayectoria las zonas

Fresnel y el abultamiento de la tierra, resultan

insignificativas f pero de cualquier forma es ne-

cesario guardar 15 o 20 spies sobre los obstáculos

28 *

En trayectoria sin reflexión es necesario guardar el cri-

terio de tal manera que exista libre propagación bajo con

diciones normales y el mínimo criterio permisible bajo

condiciones subnormales. En trayectorias con reflexiones

se tomaria además condiciones supernormales, K=

Las figuras 1.5,4 (15) y 1.5.5 (16) nos facilitan el cál-

culo de puntos de reflexión en una trayectoria con dife -

rentes valores de K,

Cuando K = 2/3

-hl di h2 d2

di 8.5 d2 8,5

hl - altura de antena la más baja

h2 = altura de antena la más alta,

di = Distancia de hl al punto de reflexión,

d2 = Distancia de h2 al punto de reflexión

Luego de determinar los valores di y d2 en la figura 1.5.4

se reemplazan en la ecuación anterior, si los dos miembros

no son iguales quiere decir que el punto-de reflexión no

está correcto; de modo que habrá que aumentar una pequeña

parte a di y la misma parte disminuir a d2 hasta que los

dos miembros sean iguales o muy parecidos,

Cuando K = 4/3

hl di h2 d2

di 17 d2 17

Se procede de igual manera que la indicada en el caso an-

terior, con el uso de la figura 1.5.5.

- 29 -

La parte sombreada de las figuras, indican áreas en donde

no existe punto de reflexión,

Los parámetros X y Y de las figuras pueden ser usados pa-

ra encontrar el valor de K dentro del cual no existe re-

flexión , mediante la fórmula;

K_ 1 (y para encontrar N) N_ 1

1. 5 (XH-Y+2 XY) 1+

En casos en los cuales los valores de X y Y de las figu-

ras no son suficientes habría que extrapolar los valores,

pues las variaciones de N son lineales.

Distorsión por retraso.-

Distorsión por retraso, producida por el trayecto de mi -

croonda se debe a energia reflejada que se recibe en la

antena del punto de recepción y que está retrasada un de

terminado número de longitudes de onda respecto a la se-

ñal principal; es causa de ruido y distorción en el men-

saje real de televisión, data, etc. Se puede medir con

un barredor de retraso y el porcentaje tolerable de dis-

torción depende de la frecuencia tope de la banda base.

Las situaciones posibles de evitarse para tener menos

interferencia de este tipo son: entre dos cimas de mon-

tañas con terreno plano intermedio; entre altos edifi -

cios, si la dirección del haz coincide con la calle;to-

do trayecto que resulta libre sobre terreno plano luego

de F60 debe ser tomado en cuenta como posible interfe -

rencia de este tipo,

- 30 -

's in (eet. d's in miles

COMPUTE X / D 2 £ Y - /D2 ":\d 7f f iom chai t tur Point X, Y interpolatiny

if nucussary. ¡! -- TJ D £ d 2 = D -d! ::-|

: . . : . ¡ . : . : , : . ; : ; ; , : : : : ; ; : ,

0.2 0.4 0.6

: ! : X (

0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

Fi»ure 7A. Point of lictlcciion On Ovcr-Waler Microwave Fath

FIGURA 1.5.4

19

- 31 -

< Ii h's in feet, d's ¡n mués

-IT h2 /COMPUTE X== /D2&Y = /D2

Read r¡ from chart for Point X, Y interpolating¡f neccssnry.

— GRAZING UNE ; : ; : '; ': \ - \ • \ • calcúlate d1 = i? D & d2 = D -d1

0.2 0.4 O.G 0.8 1.0 1.2 1.6 1.8 2.0

Figure 7B. Point of Rcflection On Ovcr-Watcr Microwave Path

FIGURA 1.5.5

20

32 *

Desacoplamiento en gulas de onda, también son la causa de

distorción por retraso, de modo que es recomendable usar

la menor longitud en guias y asi mismo evitar secciones

de guia flexible,

Desvanecimiento.-

En vista de que el haz de microonda abarca un considera -

ble área alrededor de un eje imaginario central, bajo con

alciones normales atmosféricas, el índice de refracción

es bajo en la parte superior y alto en la inferior, y

siendo la velocidad inversa al Índice de refracción, la

parte superior del haz viajarla un poco más rápido que la

inferior de modo que producirla un doblamiento del haz y

con ello variaciones y desvanecimiento,

Las condiciones cambiantes de temperatura, humedad, vien-

tos son causa de desvanecimiento al tener condiciones sub

normales o supranormales,

Cuando ciertas condiciones se juntan u ocurren en el tra-

yecto se pueden dar varias señales al mismo tiempo entre

transmisión y recepción, en tal caso la señal recibida es

la suma vectorial de todos los componentes; en estos ca-

sos muchas veces estos varios componentes se anulan entre

si produciendo desvanecimiento.

Campos de sembríos de alfalfa o pasto, pueden producir

gran desvanecimiento especialmente en la mañana con el

roclo.

Desvanecimiento es un capitulo muy amplio de estudio y

- 33 -

más prácticamente se toman y se usan datos basados en es-

tadlsitcas y experiencias.

Desvanecimiento originado por señales de trayectoria múl-

tiple se lo trata de evadir según datos experimentales,

diseñando el sistema para las peores condiciones en este

tipo de desvanecimiento, por ejemplo al considerar este

caso en distribución de desvanecimiento, si se usa una

pendiente de 10 db por década de porcentaje de tiempo,

significaría que el sistema se desvanece 20 db el 17o del

tiempo, 30 db el 0.1% del tiempo y 40 db el 0.01% del

tiempo.

Este tipo de desvanecimiento varía en. función del largo

del trayecto, de la frecuencia y también respecto al cli-

ma y condiciones del terreno; por ejemplo en áreas secas

casi no existe, en áreas húmedas de la costa en cambio el

desvanecimiento es alto; en terrenos planos es mayor que

en terrenos montañosos,

Conflabilidad de propagación y consideraciones.-

La conflabilidad de un sistema se lo expresa en porcentaje

de funcionamiento anual, respecto al tiempo de no funciona

miento y la confiabilidad de un sistema está relacionado

directamente al tipo de servicio para el cual va a ser usa

do de modo que para muchos servicios una confiabilidad de

99,997o serán suficientes; más para sistemas o servicios de

data, información se necesita mucho más alta confiabilidad

y rendimiento.

r 34 -

El siguiente cuadro 1.5.6 (17) ensena las relaciones de

rendimiento y no funcionamiento del sistema.

Table í). Relaíionship Betwecn Sysieni Rel iabi l i iy And Outage Time

RELIABILITY%

o -50

80

90

95

98

99

99.9

, 99.99

99.999

99.9999

OUTAGETIME

%

100

50

20

10

5

2

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

OUTAGE TIME PER

YEAR

8760 hours

4380hours

1752 hours

876 hours

438 hours

175 hours

88 hours

8.8 hours

53 minutes

5.3 minutes

32 seconds

MONTH(Avg.)

720 hours

360 hours

144 hours

72 hours

36 hours

14 hours

7 hours

43 minutes

4.3 minutes

26 seconds

2.C seconds

DAY(Avg.)

24 hours

12 hours

4.8 hours

2.4 hours

1.2 hours

29 minutes

14.4 minutes

1.44 minutes

8.6 seconds

0.86 seconds

0.086 seconds

1.6 RUIDO

El factor ruido es uno de los parámetros más significat^

vos dentro de los diseños de sistemas e ingenieria de co_

municaciones. Se distinguen las siguientes clases de

ruido.

1.6.1 Ruido Total,-

El ruido total dentro de un sistema de comunicaciones e_s

tá compuesto por varios tipos de ruido: térmico, de in -

termodulación, de distorción por eco, interferencia de e_

quipos ,

- 35 -

Ruido Térmico.-

Es causado por.variaciones de corriente en diferentes par

tes del equipo electrónico y está presente con o sin modu

lación de señal. Parte del ruido térmico es intrínsico y

se genera en el transmisor y en las últimas etapas del re

ceptor. La parte más significativa del ruido térmico es

la producida por el ruido térmico de la antena y el produ

cido en los circuitos terminales del receptor.

En frecuencia modulada el ruido varia inversamente con la

señal de entrada de radio frecuencia, de tal manera que

con el aumento de Idb de radio frecuencia dismimuye el

rudio en Idb,

Ruido de Intermodulación.-

Se produce cuando señales de modulación compleja pasan a

través de alguna no linealidad en fase o amplitud, en la

transmisión se presenta solamente cuando se está modulan-

do y se incrementa con el nivel de modulación.

Ruido de distorsión por eco.-

Se produce por ruido de intermodulación creado por señales

de retraso presentes en la parte de frecuencia modulada.

Su magnitud depende de; la magnitud relativa de la señal

principal, el monto de carga presente, el ancho de la banda

base y la posición relativa del canal en la banda base.

Mientras más alta es la frecuencia del canal, es mayor la

amplitud del eco y mayor el retraso. De tal manera que

en sistemas grandes con largas longitudes de guias y ca-

bleo, hay que mantener un estricto control de acoplamien-

- 36 -

to para evitar gran parte de este tipo de distorsión.

También se puede producir este tipo de distorsión por

efecto de reflexiones pero en todo caso son bastante

no usuales,

Ruido atmosférico y hecho por el hombre.-

El ruido atmosférico y el producido por el hombre es -

muy poco y prácticamente despreciable a las frecuencias

. de microonda. Ruidos de interferencia producidos por

otros sistemas de microonda o radar, deben ser tomados

muy en cuenta en el diseño de sistemas, escogimiento de

frecuencias, escogimiento de sitios, etc.

1.6.2 Unidades de Ruido,-

Las unidades o parámetros de ruido más comunmente-usa -

dos están dados por potencia de ruido en un canal de

voz y se lo define o especifica de diferentes maneras:

dBrnc - db sobre ruido de referencia equivalente a un -

1000 Hz a -90 dBm.

dBa - db sobre ruido de referencia equivalente a un to-

no de 1000 Hz a -85 dBm,

pWp = Picowattios de- potencia de ruido.

1 pWp equivalente a un tono de 800 Hz a-90dBm.

dBmp = Potencia de ruido en dB, con respecto a un nivel

de potencia equivalente a un tono de 800 Hz a

O dBm,

S/N = Relación de señal o ruido, referente o no a un -

valor relacionado.

- 37 -

Las unidades anteriores para que tengan un significado de_ ,

ben estar relacionadas respecto a un valor de esta manera

se les relaciona respecto a O, de tal forma que tanto los

valores absolutos como los relativos son iguales. Estos

valores relacionados, se representan como siguen: dBrncO,

dBa O, pWpO, dBmOp.

Las dos primeras unidades se usan en los Estados Unidos y

las otras son internacionales recomendados por la CC1R.

La siguiente relación nos da la equivalencia entre las di.

ferentes unidades:

dBrncO = 10 log. 10 pWpOHD.8 = dBaOf-6.8 - dBmOp+90.8-88.3-S/N

La tabla 1.6,1(18) nos da diferentes equivalencias y valo

res .entre las unidades ,

1.6.3 Determinación del ruido de un sistema.-

Ruido térmico en el receptor.-

En este factor de ruido, lo primero a determinarse es el -

ruido térmico de la antena, el cual en sistemas de microon

da terrestres y con una temperatura de alrededor de 290°

Kelvin, ha sido medido en -174 dBm por ciclo de ancho de

banda o -114 dBm por megaciclo de ancho de banda.

El ruido total en el receptor será, el ruido de antena más

el ruido del propio receptor F, dado en la tabla 1.6.2(19).

N = -114 + 10 log 10 BMHz + F.

(18) y (19) Engineering Considerations for~Microwave CommunicationsSystems. Lenkurt,

- 38 -

Table E. Noise Uni t Comparison Qiart.

dBrncO

0

1

2

34

5

6

7

8

910

11

12

13

14

15

1617

18

19

20

2122

2324

25

2627

28

29

30

3132

33

dBaü

-6

-5

-4

-3—2-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1011

12

13

14

15

1617

1819

'20

21

22

2324

25

2627

pWpO

1.0

1.31.6

2.02.5

3.2

4.0

5.0

6.3

7.9

10.012.615.820.025.2

- 31.639.850.163.179.4100

126158200252

316398

501

631794

1000

12591585

1995

dBmOp

-90

-89

-88

-87-86

-85

-84

-83

-82

-81

-80

-79

-78

-77

-76

-75-74

-73

-72

-71

-70

-69-68-67-66-65-64

-63-62

-61-60

-59

-58

-57

S/NdB

8887

86

8584

83

82

81

80,

79

7877

7675

74

7372

71

70

69

68

67

66.6564

6362

61

60

59

5857

5655

dBrncO

34

' 3536

3738

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

5051-52

5354

55565758

5960

6162

63

64

65

66

dBaO

28

29

30

31

32

3334

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

5152

5354

55

5657

58

59

60

pWpO

252031623981501263107943

10,00012,50015,85019,95025,20031,62039,81050,12063,10079,430

100,000125,900153,500199,500252,000316,200398,100501,200631,000794,300

1,000,0001,259,0001,585,0001,995,0002,520,0003,162,000

3,981,000

dBmOp

-56

-55

-54

-53-52

-51-50

-49

-48

-47

-46-45

-44

-43

-42

-41

-40

-39

-38

-37

-36

-35-34

-33-32

-31-30-29 "

-28-27

-26

-25

-24

S/NdB

54

53

52

51

5049

48

47

46

45

44

43

42

41

40

39

3837

36

3534

3332

313029

2827

262524

23

22

Table E shows the relationship between f ive commonly used units for expressing noisein a voice band channel. In the first four coiumns, the units represent weighted noise at apoint of ¿ero relativo level. In ihe fiflh column the "S" represents a tone at zero relativalevel, and the "N" represents unweighted noise in a 3 kHz voice channel, therefore, S/Nis the dB ratio of test tone to noise.

»The table is based on the following commonly used correlation formulas, which include

some slight round o f fs for convenience. Correlations for Columns 2, 3 and 4 are valid forat! types of noise. All othor correlations are valid for white noise, but not necessai ily forother typcs.

dBrncO - 10 logio pWpO = dBaO + 6 - dBmOp + 90-88 - S/N

TABLA 1.6.1

69

- 39 -

Los valores de la tabla 1,6,2 sirven para el cálculo,

siempre que la temperatura sea de 290°K de otra manera ha

bria que hacer el cálculo de N con una corrección de F.

F corregida = 10 loglO ( Ta.+ Te )

( 290° )

Ta = Ruido térmico de antena en °K

Te = Ruido térmico del equipo en °K

Este factor N es una clase de umbral llamado umbral de de

tección o umbral de ruido absoluto, el mismo que no repre

senta un nivel de señal para uso en sistemas de FM; pues

en FM el umbral ocurre cuando el nivel de señal es 10 dB

más alto que el nivel de ruido y desde este nivel por ca-

da Idb de aumento de señal -el ruido disminuye en IdB. El

umbral de nivel de aumento en FM se calcula con la si

guiente relación;

TFM - -104+10 log 10 BMHz + F,

Tablc F. Standard CCIR 20 loglQ Af/fch Faclors For Top Slot

SYSTEMCHANNELS

120

300

420*

600

9GO

1200

TOPSLOT

534 kHz

1248 kHz

1722 kHz

2438 kHz

3886 kHz

• 5340 kHz

WITHOUTEMPHASIS

-5.52 dB

-12.9 dB

-15.7 dB

-18.7 dB

-22.8 dB

- 28.5 dB

WITHEMPHASIS

-1.82 dB (120 channel emphasis)






NOTE: 200 kHz rms por channel deviation for all except 1200 channel system, which is140 kHz rms per channel deviation.

*Not a CCIR Standard, but widcly u sed in U.S. A. industrial systems.

TABLA 1,6.2

- 40 -

En aplicaciones de video por tratarse de un tipo de siste

ma de banda ancha, el ruido térmico se lo expresa en tér-

minos de relación señal a ruido y se define como la rela-

ción de la señal de pico a pico con respecto al valor rms

de ruido térmico en la banda base de video.

Esta relación de señal a ruido en video depende del nivel

de entrada al receptor, el ancho de la banda de video, la

desviación de pico, las características de de-énfasis.

El umbral práctico o minimo nivel de radiofrecuencia ace¡D

table no puede ser menor que el umbral de FM y más bien

se puede considerar más alto de acuerdo a los sistemas.

Margen o umbral de un sistema .-

Es la diferencia existente entre el nivel de umbral prác-

tico y el nivel de señal normal del sistema. La mayoria

de los sistemas de microonda son diseñados con un margen

de 35 a 40 dB o más.

Efecto del tipo de carga en ruido .-

El ruido de intermodulación intrinsica depende directamen

te del equipo y viene generalmente especificado por el

fabricante, pero también está en función directa del sis_

tema de carga usado y de la capacidad de carga del siste_.

ma. De. tal manera que es muy importante en el diseño de

ingeniería determinar la capacidad de carga del sistema.

Existen recomendaciones específicas para diferentes- tipos

de sistemas por parte de la CCIR referente a sistemas de

voz, sistemas militares, video, etc.,

- 41 -

Ruido Total, Objetivos y Recomendaciones.-

El ruido de intermodulación, el intrínsico y de carga se

dan a conocer generalmente por el manufacturero, este

ruido, más el ruido térmico pueden ser sumados y repre -

sentados en una tabla de ruido,

En vista de la gran variedad de tipos de sistemas y usos

no es posible establecer reglas generales o universales

que serían lo óptimo para todo sistema. Existe una reía

ción íntima entre capacidad, costo y funcionamiento de

un sistema, de modo que cada sistema en cuanto a diseño

de ingeniería tendría su propio criterio respecto a nive_

les de ruido.

En vista de que el factor ruido está directamente reía -

cionado con la distancia y número de saltos, pues la po-

tencia de ruido total es más o menos la suma de las po -

tencias de ruido de cada salto. La CCIR/CCITT ha dicta-

do recomendaciones internacionales respecto a niveles de

ruido y distancias como son las siguientes:

Se establece un circuito hipotético de 2500 Km. de largo

en el cual, para un canal vocal la potencia de ruido en

cualquier hora sería de 10.000 pWpO del cual 2.500 esta-

ría en el equipo múltiple y 7.500 en las líneas de trans_

misión.

Para sistemas de 50 Km. a 840 Km. 3 pWpO por kilómetro,

más 200 pWpO,

Para sistemas de 840 a 1670 km. 3 pWpO por kilómetro,más

400 pWpO.

- 42 -

Para sistemas de 1670 Km. a 2500 Km. 3 pWpO por kilómetro

más 600 pWpO,

Estas recomendaciones incluyen solamente lo referente a

los sistemas de transmisión y no ruido multiplex.

Para circuitos menores de 50 Km. no hay una fórmula es-

pecial y deben ser tratados como casos especiales.

También se especifica el ruido admisible por pequeños por

centajes de tiempo, es decir el máximo valor de ruido ad-

misible, bajo el cual el sistema se considera no usable;

por ejemplo la CC1R para un circuito hipotético de 2500

Km, en un minuto en término medio, la potencia de ruido

no debe exceder de 47.500 pWpO por más de 0,1% del tiempo

en cualquier mes.

<?1.7 EQUIPOS

Luego del conocimiento de todos los parámetros y concep-

tos de ingenieria de comunicaciones en el campo de micro_

onda es de gran importancia el conocimiento y estudio

del tipo de equipos a usarse de acuerdo a las necesida -

des, pues estos dos conocimientos están absolutamente re_

lacionados para el diseño cabal de un sistema.

Más aún con el avance de la técnica de equipos de micro-

onda algunos conceptos de diseño podrían variar en buen

grado. La composición de equipos difiere de acuerdo a

varios factores como son: banda, frecuencia, sistema de

modulación, tipo de señal a ser transmitida, longitud

del circuito o trayecto. De modo que los fabricantes ya

- 43 -

tienen el equipo para cada necesidad. Pero de cualquier

manera las necesidades fundamentales son. las mismas pa

ra el proceso de transmisión, se recibe la señal, se mo-

dula y se amplifica en potencia al nivel requerido. Pa-

ra recepción, se recibe la señal de microonda, se la

amplifica, se lo demodula y se recobra la señal original

(1Sa>A continuación la figura 1,7.1, nos ensena como estaría

constituido en forma básica y generalizada un sistema de

enlaces de microonda.

Terminal

RíT

Repeater(about 5 permodulation sectíon)

T- SF

L

R

Tr

111

T11

i11

Tr

R

1SF -i

Ji iI I

AF Baseband RF IF RFI

^*_ Radio equipment of a modulation

Fi£. 1 Schcmatic block diagram of a modulation section

Mu Multiplcx equipmentM ModulatorD Dcmodulutor

Tr TransmittcrR KcccivcrSF Stymrating fíltcr

Terminal

[—r- r\[Dr :5F

E

tR

M

n

i ii *

Baseband AFI

AF Antlio frequency]<F Kadio frequencyIF Intermedíate frcqtuMicv

(19a) l'lannin: and i^n^ineering of Radio Relay Links, SIEMENS

- 44 -

1.7.1 Equipo de radio.-

La composición de equipo de transmisión y recepción se

puede clasificar en tipo heterodino:y tipo de modula -

ción y demodulación directa.

El transmisor de tipo heterodino funciona por conver -

sión de frecuencia de la salida del modulador en la e-

tapa de frecuencia intermedia al transmisor y si es ne

cesarlo amplificarlo como ilustra la figura 1.7.2 (20)

caso A(l) .

El tipo de modulación directa puede realizar la modula

ción directamente en la señal a la frecuencia de micrp_

onda. Para sistemas de capacidades reducidas se obtie_

ne mediante un oscilador modulador en la banda de UHF

y luego por multiplicación de frecuencia se obtiene la

señal de microohda, Ver figura 1.7,2 A(2).

Para recepción el sistema heterodino realiza la demodu

lación en la etapa de frecuencia intermedia, lo cual

es más fácil y da mejores características de demodula-

ción . El sistema de demodulación en la frecuencia de

microonda es muy difícil y muy raramente usado. Ver

figura 1,7.2.

Para el escogimiento de los equipos de radio se deben

tomar en cuenta una serie de otros factores como son:

ancho de banda, respuesta de frecuencia, capacidad de

carga, caracteristicas de ruido, espaciamiento de fre_

cuencias, estabilidad de frecuencia, etc.

(20) Microwave Seminar Tokyo 1968, ITU

Transmitting Equipment

(1) Heterodyne Typc - 45 -

IF SIGNAL

••

SIGNA L

• AMPL J

TO ANTENNA

(2) Direct Modulat ior Type

SIGNA IBASE BAND

AMP

RF SIGNAL|^-WAVE"

AMP fTO ANTENNA

B Receiving Equipment

(1) Heterodyne Type

FROM 0

ANTENNA

/¿-\VAVE.

IF SIGNAL SIGNALOUTPUT

M.IXIF

AMP

IFDEMO

BASE BANDAMP

( 2 ) D i rec t Demodulation Type

RF

FROM s

A N T E N N A/UVAVEAMP

Ü1UÍN/VI^/í-\\AVE

DEMOBASE BAND

AMPSIGNAL

' OUTPUT

Fig. 1 Composilion of Transmitt ing and Rece iv ing Equipinent

FIGURA ' 1.7.2

. 2. • J. • ci~

- 46 -

El desarrollo y el uso de componentes de estado sólido

en los equipos de microonda han facilitado grandemente

los sistemas de comunicaciones, por varios aspectos;

la míñaturización de los equipos representa una gran -

ventaja en uso de espacio, traslado, capacidad misma

del sistema, El rendimiento de los sistemas ha mejora

do grandemente por la mejor confiabilidad de los cir -

cuitos de estado sólido. El tipo de mantenimiento con

el intercambio de tarjetas también ha facilitado este

trabajo y a la vez el rendimiento del sistema.

El uso de circuitos sólidos ha rebaiado el consumo de

potencia y ha facilitado el uso de baterías como fuen

tes de emergencia.

A continuación se dará una breve descripción general

de diferentes equipos accesorios de radios usados .en

los sistemas de microonda,

Transmisores de estado sólido,-

Un transmisor tipo heterodino se obtiene generalmente

a partir de un oscilador de VHF transistorizado y mu]L

tiplicadores de frecuencia con varactores, lo importan

te en el oscilador es el nivel de potencia de salida,

estabilidad de frecuencia y respuesta de ruido.

Los varactores también son usados para transmisores mez^

dadores. Un transmisor de recepción de banda base ge_

neralmente se compone de un oscilador modulado en fre-

cuencia por medio de un varactor, un amplificador de

potencia y multiplicadores de frecuencia con varactores

- 47 -

Circuitos pasivos de microonda.-

Con el objeto de usar una sola antena en un transmisor y

receptor o varios transmisores y receptores se usan va -

riedad de dispositivos pasivos, de acuerdo a las conve -

niencias de cada sistema y sobre todo, de acuerdo al cri

terio de los manufactureros.

Estos dispositivos pueden ser: filtros pasabanda, mezcla

dores, híbridos, circuladores, acopladores direccionales,

etc.

Todos estos dispositivos tienen atenuación, la cual debe

'ser tomada en cuenta como pérdidas en el cálculo de los

sistemas, tanto para transmisores como para recepción y

generalmente los datos de atenuación de estos dispositi-

vos vienen especificados por el manufacturero.

Guias de onda y líneas de transmisión.-

En las bandas de 2 GHz, generalmente se usa cable coaxial

El tamaño más tipico es 7/8 de pulgada con una atenuación

de alrededor de 2 dB por 100 pies. Es recomendable orde-

nar las longitudes exactas requeridas con los respectivos

conectores instalados y sellados en fábrica. Cuando se

usa el cable grueso generalmente se requiere reducir a

7/8 para conecciones al equipo de radio y a la antena.

En las otras bandas se usan solamente'guias de onda, las

cuales se presentan en tres tipos:

Gulas rectangulares rígidas.-

Se presentan en los siguientes tipos más comunes:

WR229 es estandarizada para la mayor parte de instalacio

nes en la banda de 4GHz, tiene pérdidas de 0.85 dB/100 -

- 48 -

pies.

WR137, para las bandas de 6GHz con pérdidas de aproxima

damente 2db/100 pies,en sitios de requerimiento de gran

longitud por altas torres se puede usar WR159 con 1.4dB/

100 pies.

WR112, en las bandas de 7 y 8 GHz con una atenuación a -

proximada de 2.7 dB/100 pies,

WR 90, en 11 GHz con 3.5 dB/100 pies,

WR 75, en 12 y 13 GHz con 4,5 dB/100 pies.

Guías de onda circulares,-

Son las que menos pérdidas presentan, pueden permitir

dos polarizaciones ortogonales y puede propagar más de

una frecuencia en una banda en la misma gula. Tienen

la desventaja de que solo se puede usar en trayectos -

rectos y cualquier deformación produce la propagación

de modos diferentes; no son tan usadas.

Gulas Elípticas.-

Son de tipo semiflexibles y de lo más conveniente en

las instalaciones por la facilidad de manejo.

Se distinguen los siguientes tipos:

EW 37, para 4GHz con 0.85dB/100 pies.

EW 59, para 6 GHz con 1.75dB/100 pies,

EW 71, para 7 y 8 GHz con 2,5dB/100 pies.

EW 107, para 11 GHz con 3,7dB/100 pies.

EW 122, para 12 y 13 GHz con 4.5dB/100 pies.

En todo tipo de instalaciones de guias se debe cuidar

el uso del menor número de doblamientos, torceduras y

- 49 -

trayectos flexibles. Se debe tener mucho cuidado en las insta-

laciones para evitar desacoplatnientos,

Torres .-

Las torres son de gran importancia en las consideraciones de d_i

seño de un sistema de tnicroonda, a tal punto que primero se de-

be saber hasta cuanto se puede gastar en la construcción de una

torre respecto a su altura para poder decidir sobre el diseño.

Además, al decidir sobre la altura de las torres se debe tomar

en cuenta las regulaciones por cercania a aeropuertos, etc.

Para la construcción de torres hay que tener en cuenta algunos

factores como son:

Condiciones del terreno, si se trata de un suelo rocoso, areno-

so, débil, etc.

Velocidad y fuerza de los vientos en el lugar, es un factor a

considerarse de trascendental importancia para que la torre es_

té dispuesta a soportar la fuerza del viento, de modo que no va_

ya a debilitarse y cambiar de posición.

Inclusive en ciertas montañas o sitios bastante altos, el con-

gelamiento del agua en las torres representa un gran peso, que

debe ser tomado en cuenta en los cálculos.

Las figuras 1.7,3 (21) y 1.7,4 (22) nos demuestran claramente

los tipos de estructura de la base y torre respecto a la altu-

ra de estas.

(21) y (22). Engineering Considerations for Microwave Communications

Sy s te ms . Len kurt.

- 50 -

PREFERRED ÁREA

OÍXceLLI

5Oh-

O)co

80% of towerheight

h- 139% TOWER HEfGHT

Height Área Approx.(feet) (feet) Acreage

400 565 x 565 7.35380 537 x 537 6.62360 510 x 510 5.97340 482 x 482 5.33320 455 x 455 4.75300 428 x 428 4.20280 400 x 400 3.67260 372 x 372 3.17240 344 x 344 2.71220 316x316 2.29200 288 x 288 1.90180 260 x 260 1.55160 232 x 232 1.25140 205x205 .97120 177x177 .72100 149x 149 .5180 121 x 121 .3460 94 x 94 .20

MÍNIMUM ÁREA

120

139% TOWER HEtGHT

Height(feet)

4003803603403203002802602402202001801601401201008060

Área{feet)

489 x 565465 x 537441 x 510417 x482393 x 455369 x 428345 x 400321 x 372297 x 344273x 316249 x 288225 x 260201 x 232177x 205153x 177129x 149105x 12181 x 94

oUJX

ceUJ5Ot-

Approx.Aerea ge

6.345.735.174.624.103.643.182.742.351.981.641.341.08.84.62.44.29.17

NOTE: Arcas shown in tables include 80% guying plus additional allowance for guy anchors.Whure space is r-ostricted, spccial tighter guying can sometimos be used.

Figure 25A. Approvimate Arca Requircd F;or Guyed Towcr.

FIGURA 1.7.3

85

- 51 -

•

•T\lYÍ71I

Rv V- -j:,l

_/-íts!'t A Y^t^s.

wPYY /VA!*?

^P -líf« . w • -

APPROXIMATE DÍMENSIONS (Feet)

Tower Height R W H

25 . 9.5 17.3 16.150 13.8 26.6 23.475 15.7 30.2 26.6

TOO 17.3 33.5 29.3.125 19.4 37.2 32.8150 21.9 42.0 37.1175 24.4 46.8 41.3200 26.4 50.8 44.6225 28.4" 54.5 48.0250 30.5 58.7 51.2275 32.4 62.1 54.8300 34.8 66.8 59.0325 36.4 70.0 61.6350 38.0 73.1 64.4

(Shaded portion represents rupture área)

Figure 25B. Approximate Área Rcquired t'or3-Leg Self Supported Tower,

x.

' ': •<,'•: "'\\JX'Ó.V\ ,\\ ' •

:'''\' ' '' ''í w' '-1 • ^"''' ' LÍ

. • • * . ' . % ~" ' • \ 1

1

.,;.|--:-| . |f[í];)| /

' ' • . ' : - , • • - ' xHíSV -,;:.K

APPROXIMATE DiMENSIONS (Feet)

Tower Height R P

50 15.4 21.875 17.8 25.3

100 20.5 28.9125 ' 22.8 32.2150 25.4 35.9175 27.9 39.5200 30.6 43.3225 33.2 46.9250 35.8 50.6275 ' 38.1 53.8300 40.8 57.6325 42.6 60.0350 44.5 64.0

(Shüdod portion represents rupture área)

Figure 25C. Approximate Área Requited for4-Leg Self Supported Tower

FIGURA 1.7.4

K6

- 52 -

Sistemas de Antenas,-

En los sistemas de microonda se utilizan•antenas de al

ta ganancia tanto para transmisión como para recepción

de punto a punto. De manera que la ganancia de una an

tena es de absoluta importancia en el diseño de un sis_

tema. Además existen otros factores a ser tomados en

cuenta en una antena como son; ancho de banda, magnitu

des de los lóbulos laterales, polarización, discrimina

ción, acoplamiento de impedancia, relación de frente

hacia atrás, etc,

La ganancia de una antena está expresada dB relativos

a la ganancia de una antena isotrópica, A una determ:L

nada frecuencia la ganancia en una antena está dada

por la fórmula; (23)

G m 10 login 4 TT A e_

A1G = ganancia en dB relativa a un radiador isotrópico.

A ~ área efectiva de la antena,

e = eficiencia,

A- longitud de onda de la frecuencia de uso.

Existen una variedad de tipos de antenas como son las

siguientes:

Antenas parabólicas,-

Consisten ~en un plato parabólico alimentado por un

cuerno a la altura de su foco. Vienen en tamaños de

2,4,6,8,10,12 y 15 pies.

(23) Engineering Considerations for Microwave CommunicationsSystems, Lenkurt.

- 53 -

Vienen generalmente unipolarizadas sea vertical u ho-

rizontal pero también existen doblé polarizadas, las

cuales presentan menor ganancia que las anteriores .

La relación de frente atrás es de 45 a 50 dB; se pue-

de ordenar con alimentadores especiales para bajo ni-

vel de estacionarias.

La eficiencia de ganancia está entre el 55 y 657o.

Considerando un 55% de eficiencia la ganancia está

dada por la siguiente fórmula (24).

G = 29 log1Q B + 20 Iog10 F + 7.5

G = ganancia en dB


B = diámetro de la parábola.

Para frecuencias altas de 11 y 13 GHz la eficiencia

posiblemente es menor que la considerada, de modo

que del valor de la fórmula anterior variaria 1 o 2

dB, El ancho del lóbulo en los puntos de media po-

tencia está dado aproximadamente por: (25)

0 - 70/FB

0 = ancho del lóbulo en los puntos

de media potencia.


B = diámetro de la parábola.

Los lóbulos laterales se producen generalmente por a-

limentación imperfecta de la parábola, e irregularida.

(24) y (25). Engineering Considerations for MicrowaveCommunications Systems. Lenkurt.

- 54 -

des en la superficie de la parábola.

Antenas forradas para alto rendimiento.-

Son iguales que las parabólicas, con la diferencia de

que tienen un escudo cilindrico que ayuda a mejorar

la relación de frente atrás, igualmente pueden ser

unipolarizadas o doblepolarizadas. Son mucho más pe-

sadas y caras, pero pueden dar una relación de 65 dB

de frente atrás, lo cual es muy significativo para

ciertas aplicaciones.

Antenas parabólicas de banda cruzada.-

Son antenas parabólicas fabricadas para operar en dos

bandas separadas por ejemplo 6 y 11 GHz. Debido a la

complejidad de su alimentación su ganancia es más re-

ducida y presenta problemas de interacción entre las

dos bandas por espúreas de 6 GHz en 11 GHz, general -

mente se elimina con el uso de filtros,

Antenas de cuerno reflector,-

Están compuestas de la sección de una gran parábola,

montada sobre un cuerno de alimentación de tal forma

que esté enfocado .y reflejado en ángulo recto. Tie-

ne relación mucho más alta de frente atrás. Tiene

buena relación de ondas estacionarias.

La desventaja que es muy grande, pesada y complicada

su montaje, bastante cara, no tiene mayores tamaños

.a escogerse,

La tabla 1.7,5 (26) ilustra diferentes tamaños de

(26) Engineering Considerations for Microwave CommunicationsSystems. Lenkurt.

- 55 -

antenas disponibles y sus respectivas ganancias, aun-

que la ganancia propia de la arteria viene dada por los

manufactureros.

Table í. Antenna Gains For Estiruating Purposcs.

Plañe Polarizod Parabolic Antennas. (DP's, HP's and Cross-band somewhat lower)

Diameterin feet

4

6'

8

10

12

15

Gain Relative To Isotropic — dB

2GHz

25.5

; 29.0

31.5

33.5

- -

4GHz

35.0

37.3

39.3

40.8

42.6

6GHz

35.2

38.7

41.1

43.0

44.6

46.0

7GHz

35.9

39.4

41.9

43.9

45.5

• 46. 9

8GHz

37.0

40.6

43.1

45.2

46.7

48.7

11 GHz

40.3

43.8

46.0

47.7

13GHz

41.3

44.8

47.3

48.5

Horn Reflector Antennas

8X8 (Std)

6 (Circ)

_ _ 39.4

35.7

43.0

39.4

47.4

43.8

TABLA 1.7.5

Sistemas de antenas periscópicas .-

Se usa generalmente cuando la altura de las torres es

excesiva y el tendido de la linea de transmisión acu-

mularía muchas pérdidas. Consiste en un radiador pa-

rabólico colocado al nivel de tierra o de la construc

clon dirigido hacia un reflector, al tope de la torre.

La ganancia depende de los tamaños de la antena, el re

flector, su separación, la frecuencia y la relación

geométrica. Dependiendo de estos factores, la ganan-

cia de un sistema periscópico puede ser igual o aún

- 56 -

mejor que el la parábola sola, más la ventaja de la e-

liminación de pérdidas en la gula de onda. Se usa en

bandas desde los 6 GHz y se usa poco en 4 GHz. La des_

ventaja del sistema es que no tiene buenas caracterís-

ticas de discriminación del haz.

Los reflectores usados pueden ser rectangulares o con

las esquinas cortadas o elípticos y la superficie pue-

de ser plana o curva,que se asemeje a una gran parábo-

la con su foco "en el radiador parabólico.

Los reflectores curvos dan mayor ganancia y caracte -

rísticas de discriminación que los planos.

La figura 1,7,6 (27) nos ilustra el funcionamiento de

un sistema periscópico respecto a la ganancia con di-

ferentes tipos de platos y reflectores en función de

su separación.

(27) Engineering Considerations for Mircrowave CommunicationsSystems, Lenkurt.

Ban

dG

Hz

1.92

2.15

3.95

4.7 6.17

56.

725

7.0

7.43

78.

011

.212

.45

14.8

Tru

e G

ainG

ain

Fact

or

-10.

8-

9.9

- 4

.6—

3

1-

o!?

4 0.

4+

0.9

+ 1.

5+

4.5

+ 5.

44

6.9

Tru

e D

ist.

Cha

rt D

ist.

HO

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i2.

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eFa

ctor

3.50

3.13

1.70

1.43

1.09 .9

6.9

1.8

4.6

0.5

4.4

6

Cha

rt G

ain

G F

acto

r

Cha

rt D

ist.

Dis

t. F

act

.

Tru

e D

ist.

Dis

t. F

acto

r

60

70

80

100

150

200

300

400

500

600

700

800

DIS

TA

NC

E (

SE

PA

RA

TIO

N}

IN F

EE

T --

6.7

25 G

Hz

BA

ND

1000

Figu

re 2

7C.

Pcri

scop

e G

ain

Cur

ves

for

IG'x

íS' R

efle

ctor

s

- 58 -

C A T I T U L O I I

TRAZOS Y CÁLCULOS PRÁCTICOS

2.1 DIAGRAMA DE RUTAS Y RELIEVE

En el Instituto Geográfico Militar, existen mapas de

relieve y contornos de todo el Callejón Interandino

o Sierra, editado en diferentes escalas. Pero no e-

xisten mapas de contornos de toda la Costa y Oriente,

sino sólo de ciertos lugares en donde se desarrollan

. algunos proyectos grandes del país como son zonas pe_

troleras de Lago Agrio en el Oriente; proyecto . de

Poza Honda en la Costa y otros.

En tal circunstancia no fue posible el uso de un solo

tipo de mapa para el estudio de este proyecto. Asi,

para la parte montañosa de Cuenca hacia el norte se

ha usado mapas de contornos detallados en escala

1:50,000. En cuanto a la parte de estribaciones de

la Sierra hacia la Costa hasta Guayaquil se ha usa-

do una carta publicada por el Instituto Geográfico

Militar de la Cuenca del Río Guayas en escala

1:250.000, en este mismo se puede apreciar la tra -

yectoria del proyecto en forma completa.

2,1.1 Escogimiento de Sitios

En lo posible se trató de escoger un sitio o monte

- 59 -

alto de tal manera que pueda realizarse el proyecto

con un solo punto de repetició^que cubra tanto a

Guayaquil como a Cuenca.

Pero tal hecho no fue posible por algunas circuns -

tancias que se aclararán luego y en el desarrollo

práctico del proyecto. Posiblemente debe haber al-

gún sitio estratégico, para establecer un solo pun-

to de repetición; pero los problemas serian de fal-

ta de acceso y de otras facilidades.

Considerando los principales aspectos para escogí -

miento de los sitios de repetición se presentaron

los 3 siguientes sitios:

Cerro Carshau ;

Altura: 4,008 mts.

Localización: 2° 21' 13" L,S.

78° 56' 54'' L.O.

El lugar tiene acceso a través de una buena carrete_

ra hasta la cumbre. Dispone de energía eléctrica.

Existen instalaciones de microonda de letel.

Tiene total línea de vista hacia Guayaquil; pero el

trayecto hacia Cuenca está bloquedado por las Lomas

de Moraspata y sus estribaciones con altura de 3802

mts., localizadas a 2/3 del trayecto hacia Cuenca.

Cerro Büerán :

Altura : 3818 mts.

Localización; 2°35' 43'' L.S.

78°55' 34'' L.O

- 6Q -

Tiene acceso a través de una carretera regular has

ta la cumbre, Dispone de energía eléctrica. Exis^

ten instalaciones de microonda de letel y canales

de televisión.

Tiene línea de vista hacia Cuenca (Turi); hacia Gua

yaquil está bloqueado el trayecto por algunos ce -

rros y montes entre los 3800 y 4000 mts. a 10 y 15

Km, de distancia desde el mismo.

Cerro Altar Urco :

Altura : de 3600 a 3800 mts. no determinada en el

map a,

Idealización; 2°28< 391! L.S,

78D59! 30'! L.O.

Tiene acceso de carretera y energía eléctrica. Exis_

ten instalaciones de letel. Tiene líneas de vista •

con Guayaquil pero no con Cuenca.

En conocimiento de los puntos anteriores, sabemos

que el único lugar de acceso a Cuenca (Turi) sería

Buerán, de modo que éste obligadamente quedaría co-

mo un sitio de repetición. Para el acceso a Guaya-

quil nos quedarían sea Altar Urco o Carshau; consi-

derando posibles extensiones del sistema hacia el

norte, el mej or sitio a escogerse sería Carshau.

Tanto Carshau como Altar Urco tienen línea de vis-

ta con Buerán en un trayecto bastante corto, de 15

Km,

- 61

El enlace quedarla conformado con dos sitios de re-

petición, uno en Carshau y otro en Buerán y 2 si -

tíos terminales en Guayaquil y Cuenca (Turi). Turi

es una elevación contigua a la ciudad de Cuenca con

unos 200 mts, sobre el nivel de la ciudad, lo cual

es ventajoso tanto para recibir la señal de Buerán

cuanto para propagación en la ciudad de Cuenca.

El.mapa 2.1.1, muestra el trayecto Carshau, Buerán,

Cuenca. En escla 1:50,000, bastante detallado.

El mapa 2.1.2. muestra el trayecto total del proyec_

to; pero nos sirve especialmente para la aprecia -

ción del trayecto Carshau, Guayaquil. En escala

1:250.000

- 64 -

2 .2 DIAGRAMAS DE CORTES A ESCALA

Para los diagramas de corte a escala se han escogi-

do para los 3 trayectos, Guayaquil-Carshau, Carshau-

Buerán y Buerán-Cuenca, la misma escala 1 cm. por ca

da 100 metros en lo que se refiere a altitud y 1 cm.,

por cada kilómetro en lo que se refiere a distancia.

De esta manera a simple vista de los 3 gráficos, se

puede apreciar y comparar la magnitud de cada uno

de los saltos,

El proceso de elaboración de estos gráficos es el

siguiente; en los mapas de contorno y relieve se tra_

za la trayectoria de los saltos, luego se va repre -

sentando las alturas.que va atravesando este trayec-

to conforme el desplazamiento en distancia.

Estos gráficos resultan de lo más significativos y

necesarios para apreciar si existe o no linea de vis_

ta, los obstáculos, el factor K, Zonas Fresnel y más

cálculos como lo vamos a ver en los siguientes nume-

rales,

Los gráficos 2,2.1, 2.2,2 y 2.2,3 representan respec_

tivamente los trayectos Guayaquil-Carshau, Carshau-

Buerán y Buerán- Cuenca,

- 68 -

2.2.1 Curvas Representativas del Factor K,

En vista de que las condiciones climáticas del país

y los lugares del proyecto no presentan gran varia-

ción entonces prácticamente para estudios en núes -

tro país se debe considerar casi siempre el factor

K - 4/3.

Partiendo de esta consideración, a continuación rea

lizaremos el cálculo de las curvas del factor K en

los diferentes trayectos. Los valores de estas cur

vas en cualquier sitio a través del trayecto, suma-

das al relieve nos dan el valor equivalente del re-

lieve, respecto al cual podemos analizar la linea

de vista del haz de microonda.

En los respectivos diagramas de cada trayecto serán

representadas las curvas del factor K.

Cuando K - 4/3

n = -j-y-

Cuando K - 2/3

di . d2

(m)

h

Ruta Guayaquil - Car:

di (Km)

0

5

10

d2 (KirQ

110

105

100

shau ;K - 4/3h ( m )

0

30,88

58.80

K - 2/3h ( ra )

0

61.76

117.60

69 T

di (km) (km)

95

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

K - 4/3

h ( m )

83.80

105 . 88

125.00

141.18

154,40

164.70

172.00

176,47

177,94

176.47

172.00

164.70

154 . 40

141.18

125,00

105.88

83.80

58,80

30.88

0

K = 2/3

b ( m)

167.60

211.76

250.00

282.36

308.80

329.40

344.00

352.94

355.88

. 352.94

344.00

329,. 40

308.80

282.36

250.00

211.76

167.60

117.60

61.76

0

- 70 -

Ruta Carshau - Buerán

di (km)

0

3

6

8,85

12

15

17,7

Ruta Buerán

di (km)

0

5

10

15

18.5

20

25

30

37

d2 (Km)

17,70

14,70

11,70

8.85

5.70

2.70

0

- Cuenca ,

d2 (Km)

37

32

27

22

18.5

17

12

7

0

K - 4/3

h ( m )

0

2.60'

4.13

4.60

.4.02

2,38

0

K = 4/3

h ( m )

0

9,40

15,90

19.40

20.10

20.00

17.60

12.30

0

K =

h (

0

5

8

9

8

4

0

K =

h C_

0

18

31

38

40

40

35

2/3

m )

.20

.26

.20

.04

.76

2/3

m )

.80

.80

.80

.20

.00

.20

24.60

0

- 71 -

2.2.2 Curvas de la Primera Zona Fresnel .-

Para poder_apreciar la libre trayectoria del haz de

microonda, tenemos a continuación los cálculos de los

valores del radio de la primera zona Fresnel, para ca

da una de las trayectorias. Dichos valores están re-

presentados en los diagramas de corte .a escala confor

mando la primera zona Fresnel,

El cálculo de la primera zona Fresnel está relaciona-

da con la frecuencia de operación del sistema.

Respecto al escogimiento de frecuencias habria la po-

sibilidad en las bandas de 2 GHz, 6 GHz o 12 GHz.

Cada una de las bandas tienen sus ventajas y desven-

tajas .

Las frecuencias a usarse, serán en la banda de los

2 GHz, por las siguientes razones;

- El equipo en general a esa banda es mucho más eco-

nómico .

- Instalación y acoplamiento de lineas es más fácil

pues se usa cable y no guia.

- No existe influencia considerable de atenuación por

lluvia o niebla,

- La atenuación por espacio libre es menor en 2 GHz

lo cual es relativo, pues la mayor atenuación en

las bandas altas, se compensa con la mayor ganan-

cia de las antenas a mayor frecuencia.

- 72 -

Radio de la primera zona Fresnel en cualquier punto

FX - 17,3 \ di .y FGHz

/ d i ¿ Z

XX^_FÍ

D

Ruta Guayaquil

di

0

10

20

30

40

50

58.3

70

80

90

100

110

116,6

d2D

:\-ji

Carshau :

d2

116,60

106.60

96,60

86.60

76,60

66.60

58.30

46.60

36,60

26,60

16,60

6.60

0

F - 2GHz

D = 116.6

FX ( m )

0

36,98

49,79

57,74

62.70

65.37

66,00

64,70

61.30

55.43

46.15

30.52

0

- 73 -

Ruta Carshau - Buerán ;

di (km)

0

3

6

8,85

12

15

17,7

Ruta Buerán -

di (km)

0

5

10

15

19,3

25

30

35

38,6

d2 (Km)

17,70

14,70

11,70

8,85

5,70

2,70

0

Cuenca

d2 (Km)

38,60

33,60

28,60

23,60

19.30

13,60

8.60

3.60

0

" FI ( m )

0

19,30

24,36

25.73

24.04

18.50

0

• F1 ( m )

0

25,52

33,29

37.00

38.00

36(30

31.62

22.10

0

D-17.7

D-38.6

74 -

De esta forma quedan representados los diagramas de corte a

escala en forma completa con el factor K y la zona Fresnel

para poder apreciar y elaborar el respectivo criterio.

2.3 " INTERPRETACIÓN DE LOS GRÁFICOS

Vamos a "realizar el análisis de cada uno de los gráficos cp_

rrespondientes a cada salto; • '

Trayecto Guayaquil - Carshau.-

Es un salto bastante largo de 110 Km,, la ventaja es que se

lo realiza desde un punto bastante alto que es Carshau a

4008 irits.

La existencia de línea de vista es evidente, pues los valo-

res de K sumados al relieve en cada punto no llegan a signa

ficar nada respecto al trayecto del haz de microonda y su

primera zona Fresnel, más aún la trayectoria es tan clara

que son algunas las zonas Fresnel totalmente libres.

Trayecto Carshau-Buerán.-

De igual manera en este trayecto se observa total linea de

vista.

Por ser un salto bastante pequeño, de apenas 17,7 Km.., los

valores representativos del factor K, no son representables

respecto a la escala, usada en los gráficos .

El haz de microonda y su primera zona Fresnel se hallan to-

talmente libres de obstáculos,

Trayecto Buerán-Cuenca,-

En este trayecto, a la altura del kilómetro 15 se observa

una montaña que podría representar un relativo obstáculo ,pe_

- 75 -

ro realizados los cálculos en ese punto (A)., Entre dicho pun

to (A) que representa el valor del relieve más el factor K,

hasta el límite de la primera zona Fresnel, existe un margen

de 120 mts. De tal manera que es un margen suficiente para

permitir libre lí;nea de vista,

2.4 CÁLCULOS DE TRAYECTO

El proceso de cálculos e información de los diferentes paráme_

tros del sistema se los hace mediante la elaboración de una

carta denominada "hoja de cálculo e información de la- trayec-

toria de microonda". La cual facilita grandemente el reali-

zar los cálculos en forma ordenada, además de que resulta bas_

tante fácil y práctico tener toda la información en la misma

hoja.

A continuación vamos a dar la explicación paso a paso de las

diferentes operaciones para la obtención de los datos, nos

referiremos a la hoja de información 2.4.1

Algunos de los datos se los puede llenar con la información

que ya conocemos y que nos va a servir para otros cálculos.

Otros datos no son llenados por cuanto no se usa en el pro -

yecto.

Los siguientes datos se van a llenar con la información que

ya sabemos;

1, Nombre del lugar o lugares,

2. Frecuencia de operación del sistema en los diferentes

saltos,

HOJA DE CALCULO E INFORMACIÓN DEL TRAYECTO DE MICROONDA.

1._2L-_

3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

13.

19.

20.

21.

oo

¿_ z .

23.

24.

LUGAR

GUAYAQUIL

FRECUENCIA DE OPKRAOTON

fiH?

LONGITUD

DEL TRAYECTO

Km

PERDIDA POR ESPACIO LIBRE

dB

ALTURA

ALTURA

ALTURA

DE LA TfiRRE

m

DEL REFLECTOR

m

DE LA ANTENA

m

ESPACIAMIENTO ANT/REFL.

m

•Lineas

Pérdida

en

Líneas

PERDIDA

PERDIDA

A B C A B C

Tipo 7/8" Cable.

mj

m m2 dB/ 30m

dB

dB dB

DE FIL.TROS Y CONECTORES dB

TOTAL DE LINEA (10+11) dB

CARSHAU

9 .0

110

139.3

12 10 15 1.0

1.5

12 10 15 1.0

1.5

5.0

PERDIDAS TOTALES (4+12)

dB 144.3

TAMAÑO

TAMAÑO

DEI

DE

REFLECTOR

ft

ANTENA

ft

GANANCIA DK ANTENA

dB

GANANCIA REFL./ ANT.

dB

PERDIDAS DE RANDOME

dB

GANANCIA TOTAL DE RADIACIÓN

dB

PERDIDA

DE TRAYECTO NETA

dB

POTENCIA DE TRANSMISISNdnin)

dBi

NIVEL DE RECEPCIÓN

dBm

UMBRAL

MARGEN

DEL RECEPTOR

dBm

AL

UMBRAL DE RECEPCIÓN

dB

10

33.5

10 33.5

67.0

•

77.3

n +40,0

-37.3

-82.0

44.7

BUERAN

2,0

17.7

123.4"

12 10 15 1.0

1.5

12 10 15

2

(TURI)

CUENCA

ó37

129.8

12

12

10 15

1.0 1.0

1.5

5.0

128.4

4

25.5

4

25.5

51.0

77.4

+40.0

-37.4

-82.0

1.5

10 15 1.0

1.5

5.0

134.8

4

25.5

L 4 25.5

51.0

83.8

+40.0

-43.8 .

-82.0

44.6

33.2

-

.

i

•

!

..

r-i <T <N < *-J

*"\

¡-P-*

1— «

- 77 -

3. Longitud del trayecto de cada salto, lo sabemos por infor-

mación del trayecto en los mapas.

4. Pérdida por espacio libre, calculamos mediante la fórmula

a0 = 82 db + 21) Iog10 T(Km) db~\^rPara cada uno de los trayectos;

Guayaquil-Carshau,

-a0 = 82 db + 20 logín 110' 0,15

a0 - 82 db + 20 Iog10 733,33

a0 « 139,3 db,

Carshau - Buerán ;

ae = 82 db + 20 Iog10 17.70.15

a0 = 82 db 4- 20 log]_Q 118

a0 = 123.43 db.

Buerán - Cuenca ;

a0 = 82 db + 20 login 37iu ÜTB-

a0 - 82 db 4- 20 Iog10 246.66

a0 - 129.84 db,

5. La altura de las torres, de acuerdo a la línea de. vista

existente en los trayectos y la altura de los sitios, no

tendría mayor importancia. Pero de cualquier manera es

mejor disponer de torres sólidas para seguridad de las

- 78 -

antenas y para facilidad de trabajo, ajuste y mantenimiento

de los sistemas.

De tal manera que se ha escogido un tamaño de torre adecua-

do de 12 metros en todos los sitios.

6. Altura de reflector, no hay dato, pues no se usa en el pro-

yecto.

7. Altura de la antena,- Generalmente en todos los sitios las

antenas serán puestas en la parte más alta de las torres,

cerca del tope, lo cual sería a unos 10 m, de tierra.

8. Espaciamiento antena/reflector,- No hay dato, no se usa en

el proyecto,

9. Longitud de lineas usadas en cada caso,- se hace una esti-

mación, 10 mts, de altura de la antena más unos 5 mts. de

entrada hasta el sitio de los equipos, da un total de 15 mts.

Se especifica el tipo de línea y su longitud. En este caso

se usa cable de 7/8",

10. Pérdida en las líneas,- se calcula de acuerdo a las especi-

ficaciones de fábrica o valores dados en talbas.

El valor de pérdidas de cable de 7/8" es de aproximadamente

2 db por cada 30 mts. De manera que a 15 mts,, corresponde-

rían 1.0 db de pérdida,

11. Pérdida de filtros y conectores,- Son datos generalmente da

dos por los fabricantes, Asimismo en este caso un valor ob-

tenido de Microwave Associates. 1,5 db para transmisión y

recepción en cada caso,

12. Las pérdidas totales en el sistema de alimentación, resultan

de la suma de numerales 10 y 11, tanto transmisión como re -

cepción.

- 79 -

13. Pérdidas Totales del Trayecto,- Resulta de la suma de atenúa,

ción por espacio libre y pérdidas totales de lineas. Numera-

les 4 -f 12.

El cálculo de los siguientes parámetros se lo.realiza desde

el numeral último el 24, en donde se determina un valor mar-

gen de desvanecimiento de acuerdo al salto, .

24. El cálculo del margen de desvanecimiento y de la confiabili-

dad y rendimiento, está basado generalmente en estadisticas

y consideraciones de terreno y variaciones climáticas.

En el libro Engineering Considerations for Microwave

Communications Systems, luego de un extenso análisis de prp_

babilidades y estadísticas llega a una fórmula (28) , para

cálculo de la probabilidad de no funcionamiento anual de un

sistema,

Undp = a x b x 3 x 1(T7 x fl'5 x D3 x 10"F/1°

En donde:

Undp = probabilidad de no funcionamiento anual del sistema.

D - distancia del trayecto en Km,

f ~ frecuencia en GHz

F *= margen de desvanecimiento al mínimo punto aceptable.

a « 4 : para terrenos planos, inclusive sobre agua.

1 ; para terreno promedio con ciertas irregularidades.

1/4; para terreno montañoso, muy arrugado o seco.

(28) Engineering Considerations for Microwave Communications Systeins.Lenkurt, -

- 80 -

b - 1/2 : áreas cálidas y húmedas de la costa

1/4 : áreas normales temperadas.

1/8 : áreas muy secas y montañosas.

De la fórmula anterior, si despejamos el margen de des_

vanecimiento F, nos queda de la siguiente manera:

F ** 10 Iog10 a x b x 3^x. KT7 x fl'5 x D3

Undp

Con esta fórmula podemos calcular el margen de des van e_

cimiento de acuerdo al grado de rendimiento que desca-

íaos tener en el sistema,

La probabilidad de no funcionamiento anual Undp , para

convertirla en porcentaje de rendimiento del sistema

hay que restarle de la unidad y multiplicarle por cien.

De igual .'forma, teniendo el porcentaje de rendimiento

anual, hay que dividirlo para cien y restarlo de la u-

nidad para obtener Undp.

Es necesario hacer un correcto escogimiento de los fa£

tores a y b de acuerdo a condiciones climáticas y de .

terreno del trayecto,

A continuación vamos a calcular el margen de desvanec:L

miento de cada salto, asumiendo un rendimiento de 99,99%

Trayecto Guayaquil - Carshau;

En este trayecto consideraríamos dos vías, la una de

Carshau a Guayaquil, en donde considerando el terreno

- 81 -

plano escogeríamos a = 4 y por ser clima cálido b = 1/2,

La segunda vía serla de Guayaquil a Carshau, en donde se conside_

ra terreno montañoso por lo cual a= 1/4 y clima templado enton -

ees b = 1/4.

Via Carshau a Guayaquil ;

Rendimiento = 99,99 7o,

a = 4 ; b = 1/2

Undp = (1 - 2992) = 1 x 1CT4

F - 10 lognA 4 x 1/2 x 3 x 10~7 x 21'5 x 1103

1 x 10"4

F - 10 Iog10 22520,52

F = 10 x 4,3522

F = 43,52 dB.

Via Guayaquil a Carshau ¡

a - 1/4 b = 1/4

F - 10 login 1/4 x 1/4 x 3 x 10"7 x 21'5 x 11Q3j_y .__ __„. ..„_.,. _ „-._ _ -. - .

1 x 10"4

F - 10 log1Q 703,76

F - 28,47 dB.

De estos valores, habría que escoger el mayor margen de desvane-

cimiento, pues el sistema trabaja con la misma antena para trans_

misión y recepción y no seria recomendable cambiar para tener un

nivel en la una vía y otro en la otra vía.

-82'-

modo que el margen a escogerse serla 43.5 dB. Escogemos 45 dB

el objeto de abarcar con este aumento de 1.5 dB., pérdidas de

no consideradas como por ejemplo desviación de la máxima

discriminación de antenas para evitar interferencias o para evi-

tar o cambiar puntos de reflexión,

Este valor de margen serla tentativo, pues podría tener cierta va

riación de acuerdo a los valores reajustados en el escogimiento

definitivo de potencia del transmisor y antenas.

Trayecto Carchau - Buerán ;

En este caso por tratarse de un terreno montañoso pero no muy i-

rregular, escogemos el factor a = 1 y por tratarse de clima tem-

perado b - 1/4,

Rendimiento = 99,99 70,

Undp - (1 - "'") = 1 x 10"4100

F * 10 log1Q 1 x 1/4 x 3 x 1Q~7 x 21'5 x 17, 73

1 x 10~4

F * 10 Iog10 11,728

F ~ 10,68 dB,

En este trayecto por tratarse de un salto bastante corto de 17,7

Km. el margen de desvanecimiento es bastante bajo. Considerando

pérdidas de campo y para tener un margen holgado, escogemos F =

15 dB.

- 83 -

Trayecto Buerán - Cuenca :

En este salto el terreno es montañoso e irregular de modo

que el factor a = 1/4 y por tratarse de clima temperado

b = 1/4.

Rendimiento ; 99,99 7o,

Undp - (1 - ü¿ü ) = 1 x 10~4100 . •

F « 10 log1Q 1/4 x 1/4 x 3 x 10"7 x 21'5 x 373

1 x 10"4

F = 10 log1Q 26,782

F = 14,27 dB,

También se trata de un salto bastante corto de 37 Km. , el

margen de desvanecimiento obtenido de 14 dB, por pérdidas

de campo subiría a 20 dB y también con criterio de dejar

un margen amplio escogemos F ~ 20 dB,

El escogimiento del margen de desvanecimiento, si bien de-

pende del grado de rendimiento del sistema, también depen-

de de la capacidad económica, pues se puede sacrificar en

desvanecimiento y rendimiento si representa una considera-

ble baja de costo,

23. Umbral del receptor,- Es generalmente un dato del fabri-

cante, que indica la sensibilidad del receptor.

El umbral del receptor si bien es un dato del fabricante,

se puede calcular.y está relacionado directamente con el

factor de ruido del receptor.

- 84 -

El umbral en un receptor es el mínimo nivel de señal sobre el

nivel de ruido, que debe captar el receptor para su funciona-

miento.

Existen dos tipos de umbral, el uno es el umbral de ruido abso-

luto, en el cual la mínima señal que capta el receptor es igual

a la señal de ruido, es decir que la relación señal a ruido es

uno. El otro es el umbral práctico o umbral de imcremento de

FM que ocurre cuando la potencia de la señal es aproximadamente

10 dB más alta que la potencia de ruido.

En este punto los picos de la señal comienzan a exceder a los

picos de ruido y es donde comienza la quietud en FM.

De manera que el cálculo del umbral del receptor está dado por

el ruido básico a la entrada del receptor más 10 dB, que corres_

ponden al incremento de FM,

Analizando la figura a continuación, podemos entender y deducir

el cálculo del ruido a la entrada del receptor,

R-IA

-u- F

A

F

Te

TX

Temperatura de ruido de la antena

= Figura de ruido del receptor,

= Temperatura de ruido a la entrada del receptor.

Temperatura de ruido total a la entrada del receptor

- 85 -

La temperatura de ruido total a la entrada del receptor, seria

la suma de la temperatura de ruido de la antena más la tempera

tura de ruido de entrada del receptor,

=R A

Te = (F-l) To

TR = TA + (F-l) To,

en donde F debe estar en forma de relación de potencia y To es

la temperatura de ruido en el receptor,

De modo que el nivel de ruido a la entrada del receptor estaría

dado por :

NAK T R B .

La temperatura de ruido de la antena es variable de acuerdo ha-

cia donde está apuntado la antena o de acuerdo a su grado de in

clinación. La figura 2,4.2 (29)

. 10 100Temperatura (°K)

FIGURA 2 , 4 . 2

1000

(29) Telecomirmnication Transmission Handbook. Roger L. Freeman,

- 86 -

Como se puede observar en la curva de la figura 2,4.2 si la an-

tena esta apuntada hacia el cielo la Temperatura de ruido es de

lo más baja en el orden de unos pocos grados, conforme bajan la

inclinación hasta llegar a apuntar horizontalmente, la tempera-

tura de ruido llega más o menos hacia los 150°K y si la inclina

ción baja apuntando hacia la tierra, la temperatura de ruido

subre hasta un máximo de 290*K,

También entran en la antena ruido galáctico y ruido producido

por las pérdidas de la antena en sus lóbulos laterales; pero pa_

ra nuestro estudio son prácticamente despreciables.

Para motivo de nuestros cálculos, en vista de que tenemos algu-

nas antenas inclinadas algo hacia tierra, tomaremos en general

el caso de la más alta temperatura de ruido que seria 290°K.

El cálculo numérico de la señal de ruido a la entrada del re-,

ceptor lo realizaremos a continuación:

NR - K TR B

-23K - constante de Boltzmann = 1,38 x 10 " W seg/°K,

B = ancho de la banda del receptor - 25 MHz

TR = TA + (F-l) To,

TA - 290°K

F = 8 dB (dato de fabricante)

To - 290°K

F en relación de potencia correspondería a;

- 87 -

10 log P1P2

-£i- = log"1 (JL_ ) = log"1 ( 8 ) - log"1 0.8P2 10 TCT

Pl 6.31 F en relación de potencia.P2

T0 - 290°K + (6,31 - 1) 290PKK

- = 1829. 9 °KK

N = 1,38 x 10-23w-seg/°K x 1829, 9°K x 25 x 106 Hz

Para calcularlo en dBw

dBw - 10 (log 1,38 x 10"23 -f log 1829,9 +. log 25 x 106)

dBw - 10 (0,1399 - 23 + 3,26 + 1,39 + 6)

dBw = -122,1

Para tener relación a dBm

dBm - -92,1

La respuesta anterior seria el nivel de ruido a la entrada del

receptor. Ahora habría que sumarle 10 dB para tener el umbral

práctico.

Umbral = 82.1 dBm

Este valor coincide con el dato dado por el fabricante de -82

dBm (Microwave Associates). Este valor vamos a usar para nue£

tros cálculos en el numeral 23 de la hoja 2,4.1 y este valor es

el mismo para todos los puntos del proyecto.

- 88 -

22. La diferencia del valor margen con el valor umbral nos da

el numeral 22 que representa el nivel de recepción en ca-

da punto.

21. Potencia de transmisión,- Partimos del valor umbral del

receptor, y realizamos la suma algébrica con el valor de

desvanecimiento encontrado y nos da el nivel de recepción.

En el caso del trayecto Guayquil-Carshau, tenemos:

Valor umbral -32 dBm

Margen de desvanecimiento 45 dB

Nivel de Recepción -37 dBm

Este nivel de recepción tendrá que obtenerse de la suma

algébrica de la ganancia del transmisor más la ganancia

de antenas y más las pérdidas totales, de trayecto y a-

limentación.

GT -h G. + Pérdidas Totales = nivel de recepción

GT + GA - 144,3 db = - 37 dBm,

GT + GA = 107,3 dB,

Si escogemos una potencia de transmisión de 1 watio, equi-

valente a 30 dBm, tendríamos la ganancia de antena a poner

se:

30 dBm -f GA = 107,3 dB,

GA - 107,3 - 30 « 77,3 dB,

- 89 - ,

El valor de G,, serla el valor de ganancia de antenas en total,

habría que dividirle para 2 con el objeto de tener la ganancia

de antenas tanto de transirás ion como de recepción:

GA = 77'3 = 38,65 dB,2

Conociendo el valor de la ganancia de la antena, podemos calcu-

lar el diámetro de la misma, tratándose de una antena parabóli-

ca:

G - 20 log1Q B + 20 log1Q F + 7,5

G = ganancia de antena,

B = diámetro de la antena,

F - frecuencia de trabajo.

Despejamos B =

B - antilog G - 20 log.10 F » 7,5

20

En nuestro caso con G. = 38,65 dB tenemos ;A

B = antilog 38,65 - 20 log 2 - 7 . 5

20

B - antilog 38,65 - 6.02 - 7.5

20

B = antilog 1.2565

B - 13,3 pies

Esta antena resultarla demasiado grande y difícil de transpor-

tar e instalar, De modo que nos toca subir la potencia de

- 90 -

transmisión.

Generalmente los fabricantes ya tienen sus valores típicos de

potencia de los transmisores para cada banda.

En este proyecto vamos a regirnos para todos los cálculos so-

bre un dato de fabricante, potencia de transmisión mínima de

H-40dbm. equivalente a 10 watios, es lo que se ofrece para la

banda de 2 GHz (Transmisor de Mircrowave Associates),

Teniendo fijo este dato, entonces nos toca variar y averiguar

que tipo de antenas se deben usar y así proseguimos en los

cálculos:

GT + GA = 107,3 dB,

40 + GÁ « 107,3 dB

GA = 67.3 dB

- 33,65

Averiguamos el diámetro de la antena ;

B - antilog 33 65 1 2_ 1 „ antilog 1,0065,20

B 10 pies.

Escogemos una antena de 10 pies.

Entonces escogida esta antena se reajustan los valores que

serian los definitivos.

En esta forma el reajuste de valores para'la trayectoria Gua-

yaquil - Carshau sería:

91 -

15." Tapiarlo de antena Tx Rx

-.._.» . 10 10 pies

16. Ganancia de antena, se calcula me-,

diante la fórmula ;

^G\g.20 log1Q B + 20 Iog10 F + 7,5

G = 20 log 10 + 20 log 2 + 7,5

G = 33.5 db. 33,5 33.5 db.

19. Ganancia total de radiación 67,0 db.

20. Pérdida del trayecto neta,

(13,) - (19.) - 144,3 - 67 - 77,3 db.

21. Potencia de transmisión 40,0 dbm

22. Nivel de recepción

(20.) - (21.) = -77,3 + 40 -37.3 dbm

23. Umbral del receptor dato . -82.0 dbm

24. Margen al umbral de RX

(22.) - (23,) = -37,3 - (-82,0) = 44.7 db

Para los otros trayectos se procede de igual manera,

Trayecto Carshau - Buerán ;

Margen de umbral = 15 db,

Umbral del receptor - _ -82 db.__

Nivel de recepción - -67 dbm.

Pérdidas totales - 128.4 db,

- 92 -

La suma algébrica del nivel de recepción y pérdidas totales nos

da el valor de ganancia total (GT -f G.) ,-i- *i

GT + GA - 128,4 = -67,

G ! /"i „ r i /-f G, = 51,4

GA - 61.4 - 40 * 21,4

«A. - _?i L = ior7 dB,

G.7 db equivalente según la fónaua ¡

E » antilog 10.7 - 6,02 - _7

20

B - Q..14 pies,

antena de más o memo-s O'.. 14 pies de diámetro-. En &jg

en. que- la antena resulta demasiado pequeña, entonces

que regirse p-ar el criterio de que es mejor ugár aneé-

n,a,s de alta, ganancia por cuanto- su lóbulo de radiación es más

y más direccl-onal, la cual evitarla captación de iíí-t-é-£

ias y señales no deseadas «

una anten-a de 4 pies,, es el mínimo tama-ño que

Qan a la. fre-cuancla. de ZGHz.,

Ahora realizamos el reajuste de valores definitivo;

- 93

Tx Rx

15. Tamaño de antena 4 4 pies

16. Ganancia de antena - 25,5 25.5 db.

19. Ganancia total de radiación - 51,0 db,

20. Pérdida de trayecto neta;

128.4 db - 51,0 db, 77,4 db.

21. Potencia de transmisión 40,0 dbm


77.4 - 40 -37,4 dhm

23. Umbral del receptor -82.0 dbm

24. Margen al umbral,

-37.4 - (-82,0) ' 44,6 db.

Trayecto Buerán - Cuenca ;

Margen de umbral - 20,0 db ,

Umbral del receptor = -82.0 db.

Nivel de recepción = -62,0 db,

Pérdidas totales « 134.8 db.

G^ 4- GA - 134.8 db - -62 d£n

40 dBm + GA - 134.8 dB - -62

G, = 32,8

GA

16,4

16.4 db. equibalente según la fórmula ;

94

B - antilog 16.4 ~ 6.02-7.5

20

B = 1,4 pies

a. una antena de más o menos 1,4 pies de diámetro. Escogemos

de 4 pies, pues necesitamos un buen margen en el trayecto re-

greso de Buerán a Cxienca;

Reajuste de valores;

Tx Rx

15. Tamaño de antena . 4 4 pies

16. Ganancia de antena 25,5 25.5 db.

19. Ganancia total de radiación 51.0 db.

20. Pérdida de trayecto neta ;

134.8 - 51.0 83.8 db,

21. Potencia de transmisión +40.O dbra


-83,8 + 40,0 -43.8 dbiu

23. Umbral del receptor -82,0 dbm

24. Margen del umbral

-43.8 ~ (-82,0) 38.2 db,

2.4,1 Confiabilidad_y Rendimiento jiel Sistema

Teniendo los valores de margen de desvanecimiento rea-

justados de acuerdo a cálculos realizados y siendo que

éstos serian los valores definitivos en el sistema,

- 95 -

- - - v < --entonces nos toca calcular la conf labilidad del sistema, para

** 'lo cual calculamos la conf labilidad o rendimiento de cada

to; la suma de los valores' de no funcionamiento anual de los

saltos, restados de la unidad y multiplicados por cien, nos da

el porcentaje de conf iabilidad o rendimiento de todo el sistema

Guayaquil - Carshau :

En este trayecto como el margen definitivo 44,7 cIB es casi él

mismo escogido 45 dB , La conf labilidad, sería la misma supues-

ta de 99,99 %.

Undp = 1 x 10"4

Carshau - Buerán ¡

En este caso el valor, de desvanecimiento definitivo de 44,6 dB

es mucho mayor al escogido, de modo que la conf iabilidad au -

mentará en buen grado ,

a * 1 b - 1/4 F - 44,6

Undp = 1 x 1/4 x 3 x 10"7 x 21'5 x 17, 73 x 10 -44-6/10

Undp - 0.4 x 10" 7

Rendimiento = (1-04 x 10~7) x 100 - 99,999996%

Buerán - Cuenca :

a - 1/4 b - 1/4 F » 38,2

Undp - 1/4 x 1/4 x 3 x 10*" 7 x 21'5 x 373 x 10"38'2/10

Undp - 4 x 10" 7

- 96 -

Rendimiento = (1 - 4 x 10"7) x 100 - 99,99996%

Undp total - 1000 K 10"7 4- 0.4 x 10"7 + 4 x 10"7

Undp total - 1004,4 x 10~7

Undp total = 0,00010044

Rendimiento total ' » (1 - Undp ) x 100

Rendimiento total * (1 - 0,00010044) x 100

Rendimiento total = 99,989956%,

2,4.2 ^g_tudj^o__.de_p_pfn^j-es puntos de reflexión .

En este, capitulo vamos a estudiar posibles puntos de

reflexión en los diferentes saltos,

Trayecto Guayaquil - Carshau ¡

Es posible que se presente reflexión por tener una

gran parte del trayecto plana, la linea de trayec-

toria es bastante inclinada y la existencia del Rio

Guayas como posible reflector,

Para este análisis nos referimos a la figura 1.5.5,

pág. 31 y a la fórmula para K = 4/3 de la pág, 28:

hl di _ h2 d2

di 17 d2 17

Se procede de la siguiente forma;

Se calculan los valores auxiliares de x y y según las

fórmulas siguientes que ya están consideradas para el

- 97 -

sistema métrico; y de esta manera poder usar la figura 1.5.5

x ~ 3-5 hl hl = altura del punto más bajo (m)D2

D = distancia del salto (Km).

y —• 2 = altura del punto más alto (m)

hl *= 50 mt-s,

h2 - 4018 mts.

D = 110 Km.

x *= 8.5 x 20

y - 8.5 x 4018 0 Q0_ ___„._„ _: ¿ 5Z

(110)2

Con los valores de x y y señalamos el, punto correspondiente

en el gráfico 1,5,5, este es el punto R, entonces vemos a

que valor de n corresponde, interpolando al valor n= 0.01

Con este valor de n, encontramos di y d2 ;

di = n D - 0,01 x 100 = 1,1 Km.

d2 - D-dl= 110 - 1,1 - 108,9 Km,

Con estos valores reemplazamos en la ecuación que relaciona

hl, di, h2, d2, en la cual si los dos miembros son iguales,

entonces está correcto el punto de reflexión calculado, si

no son iguales se varia en una pequeña cantidad di y en la

misma d2 hasta que los miembros sean iguales o parecidos,

entonces ese sería el punto de reflexión,

hl _ di ^ h2 _ d2

di 17 d2 17

50 _ 1,1 = 4018 _ 108,9

1,1 17 108,9 17

45,3897 - 30,4903

No es correcto el punto de reflexión, probando con:

di = 1,65 d2 - 108,35

50 _ 1,65 ^ 4018 __ 108,35

1,65 17 108,35 17

30,2059 - 30,7099

De modo que el punto de reflexión está al rededor de 1,6 a

1,7 Km. desde el punto de h.

Este punto de reflexión según el trayecto cae exactamente

sobre la Isla Santay en el Río Guayas, cerca de Guayaquil.

La mejor posibilidad de evitar problemas por reflexión, será

jugando con discriminación de antenas,

Trayecto Carshau - Buerán :

No presenta ninguna parte plana como para reflexión, de modo

que consideramos que no habrían puntos de reflexión.

Trayecto Buerán - Cuenca :

En este trayecto según el diagrama de corte a escala corres-

pendiente (fig. 2,2.3), se nota una posible reflexión en la

parte plana de la ciudad de Cuenca, techos de casas, calles

asfaltadas, etc.

Para este cálculo escogemos como plano de referencia el ni-

vel de altura de la ciudad de Cuenca, 2.500 mts., para con-

sideración de las alturas hl y h2,

hl = 200 mts.

h2 - 1340 mts.

D = 37 Km,

Calculamos los valores x y y;

x - 8.5 x 200

372= 1.24

y - 8.5 x_1340_ = a or\ , J

37¿

En vista de que el valor de y = 8.3 no alcanza en la figura,

mediante interpolación con una hoja auxiliar, obtenemos:

n = 0.14

di = n D - 0.14 x 37 - 5,18 Km.

d2 - D-dl= 31,82 Km.

reemplazamos en la ecuación correspondiente :

200 5,18 ^ 1340 _ 31,82 .

5.18 17 31,82 17

36,30 - 40,24

no son iguales, entonces variamos :

-. 100 -

di y d2

di - 5 Km.

d2 - 32 Km,

200 5

5 17

39,70

32

39,99

32

17

El punto de reflexión estaria al rededor de 5 Km, desde el

punto Turi.

Como se puede observar (fig. 2.2.3) el haz de reflexión de

incidencia estaria bloqueado por unas colinas en el Kilóme-

tro 30 a 31 del trayecto, Nuevamente la forma de evitar la

reflexión para anular interferencia por retraso seria median

te discriminación de - antenas.

2 .4.3 . Escogimiento de_Frecuencias ,

Guayaquil

fl

Carshau

Bueran

Cuenca

FIGURA 2,4.3

- 101 -

Escogemos el plan de 4 frecuencias, de modo que en los sitios

de repetición no existan problemas de interacción, lo cual ge

neralmente puede suceder si se usan solo un par de frecuencias

Además se logra aislar interferencias entre los puntos de re-

petición.

Según la figura 2.4.3 podría existir interferencia lateral en

tre fl1 que se transmite de Carshau hacia Guayaquil, podría

llegar a la recepción en Buerán que recibe fl1 desde Cuenca.

Para evitar más aún estos problemas de interferencias latera-

les , se alterna la polarización de antenas en diferentes sal-

tos que usan las mismas frecuencias, en este caso la ruta Bue_

rán-Cuenca tendria polarización vertical, .la ruta Carshau Gua

yaquil tendría horizontal y Carsliau-Buerán puede tener cual -

quiera de las dos polarizaciones.

2.4.4 Relación de señal a ruido del sistema

La relación de señal a ruido en transmisión de video,

en este caso se trata de sistemas de banda ancha y se&

define como la relación de señal de pico a pico, al va

lor rms de ruido térmico en banda base.

En el libro Microwave Seminar 1TU, Tokyo 1968 (Semina-

rio de Microonda realizado en Japón 1968), en la pági-

na 4,5.2-9 cita la siguiente fórmula para el cálculo

de señal a ruido en video:

(S) ^ 104.8+P(dBm)-Fn(dB)-flO log _J_ + 20 log A FN dB 10 fc' 10 ~~E

- 102 -

en donde:

P ~ Potencia de entrada de RF en el receptor

Fn = Figura de ruido

B = Ancho de banda

fc = Frecuencia tope de la banda de video

A.F = Desviación de frecuencia

Los datos a usarse dados por el fabricante (Microwave Associa

tes) .son:

B - 25 MHz Fn = 8 dB fc = 4,2 MHz A F = 8 KHz

Ruta Guayaquil - Carshau

S_ 104.8 - 37.3 - 8 + 10 login 25 MHz + 20 log 8"MH~z~~ 10

S ^ 69.98 dBir "Ruta Carshau - Buerán

S_ r 104.8 - 37.4 * 8 + 7,74 + 2,74M

S_ K 69.88 dBN

Ruta Buerán - Cuenca

S_ 104.8 - 43.8 - 8 -f.7,74 -f 2,74N

S_ « 63,48 dBM

Estos valores son para televisión monocromática, para color no

hay mayor información, pero la variación seria muy corta debi-

da a la diferente distribución de ruido de video en color.

•

- 103

2.5 RECOMENDACIONES Y FUNCIONAMIENTO DE EQUIPO

Respecto al equipo a recomendarse, se diría que cual-

quier equipo que reúna las características calculadas

de señal de entrada en el receptor, umbral del recep-

tor, potencia de salida, ganancia de antenas, perdi -

das de cable, etc., podrán ser usados.

Refiriéndonos al diagrama de bloques 2.5,1, éste nos

da la idea general de como estaria constituido e Ínter

conectado el sistema. La explicación de su trabajo y

funcionamiento serla el siguiente:

El sistema estaría constituido por dos estaciones ter-

minales, una en Guayaquil y otra en Cuenca y por dos

estaciones repetidoras una en Carshau y otra en Buerán.

El sistema es dúplex o de doble vía, para transmisión

de audlo, video y un canal de servicio.

Cada una de las estaciones terminales consta de un mo-

dulador en donde entra por un lado video y. se modula

en amplitud, BLU (banda lateral única) sin portadora,

con un ancho de banda de 4,2 MHz con un nivel de entra.

da de 1 vpp en 75 .TL, pOr otro lado entra audio y se

modula en frecuencia, su portadora puede estar en 6,2;

6,8; 7,5 o 8,5 MHz, en nuestro caso lo ponemos en 7,5

MHz; 8,5 MHz lo usamos para el canal de servicio y las

otras dos posiblidades quedan de reserva,

El canal de servicio se modula independientemente en AM,

- 104 -

BLU inferior en 8,5 MHz - 4KHz ,

La señal tanto del modulador como del canal de servicio

ingresan al transmisor, son modulados en frecuencia con

un ancho de banda de 25 MHz y desviación de' 8 MHz, y es

transmitida la señal a través del cable, del circulador

y antena.

En la parte de recepción, el receptor demodula la señal

de microonda; ésta pasa al desmodulador de video y au -

dio y también la señal pasa al canal de servicio.

La señal demodulada de video pasa a través de un clamper

que elimina hum de 50 ciclos y da opción a 3 salidas pa

.ra video, luego pasa por un filtro pasabajos que elimina

la señal del canal de servicio,

Todo el sistema funciona con su respectiva.fuente de po-

der y además un banco de baterías y un cargador, con

cambio de alimentación automática,

La serial que viene desde la estación terminal, ingresa

a la estación de repetición a través de la antena, lue-

go va a los circuladores; en todos los lugares están

conectados dos circuladores el uno es de paso normal y

el segundo, puesto al lado del receptor, está, conecta-

do a una carga y tiene el objeto de disipar cualquier

señal reflejada del transmisor, que pueda afectarle al

receptor.

Pasa luego al receptor en donde se demodula, de éste pa_

sa directamente al transmisor para modular y transmitir

- 105 -

al otro lado. También la señal pasa a través del canal

de servicio para uso en el punto de repetición.

Entre el paso del receptor al transmisor directamente

se intercala un monitor de forma de onda, el mismo moni-

tor sirve para los pasos de señal de.ida y vuelta, ,este

monitor es fundamental para la realización de ajustes en

la estación repetidora,

Igual proceso sucede con la señal que viene en el otro

sentido.

En las estaciones de repetición también se encuentran

las respectivas fuentes de poder, baterías y cargadores.

Luego pasa al otro punto de repetición y se realiza un

proceso igual al anterior. En un próximo salto llega a

la otra estación terminal, la cual tendría que demodu -

lar en caso de recibir la señal o transmitirlo en el

otro sentido siguiendo el mismo procedimiento.

Todos los equipos en cada una de las estaciones tanto

terminales como de repetición, van montados en sendos

armarios para soporte de los mismos

- 107 -

C O N C L U S I O N E S

Los resultados se muestran totalmente satisfactorios en

todos los aspectos del proyecto.

Primeramente en cuanto a la libre trayectoria del haz de

microonda, se observa total linea de vista, libre absolu

tamente de obstáculos en todo el sistema.

Los cálculos de trayecto de los diferentes parámetros en

la hoja 2,4,1, están pro.gramados con un muy buen margen

de desvanecimiento, lo cual da bastante conflabilidad al

sistema.

Los niveles de recepción en los diferentes puntos termi-.

nales y de repetición son bastante altos,

Las antenas no resultan demasiado grandes; se han esco-

gido de modo que tengan lobulación no muy ancha.

El nivel de señal a ruido del sistema es absolutamente

aceptable dentro de las recomendaciones existentes.

En cuanto a puntos de reflexión en el trayecto Guayaquil"

Carshau la reflexión en la Isla Santai en el Rio Guayas,

deberá ser evitada mediante discriminación de antenas.

En el trayecto Buerán-Cuenca la reflexión se bloquea to-

talmente por unas colinas.

- 108 -

En cuanto a conflabilidad del sistema, en vista de que los

trayectos Carshau-Buerán y Buerán-Cuenca se han calculado

con un alto nivel de desvanecimiento, la conflabilidad re-

sultante es totalmente aceptable.

En cuanto a los equipos a usarse, cada fabricante tiene su

propio conjunto de acuerdo al sistema en que van a ser usa

dos , y si bien las partes básicas como son transmisores y

receptores de microonda cumplen la misma función, las dife

rencias se dan en usos de opciones, filtros y especificado

nes de diseño propio.

- 109 -

AUTOR PAG

1. Engineering Considerations for

Microwave Communications Systems.


Microwave Communications Systems,






Microwave Communications Systems



7. Engineering Considerations' for








Lenkurt Electric Co. 47



Lenkurt Electric Co, Bl






Lenkurt Electric Co. B2

- 110 -

AUTOR PAG.



















19a Planning and Engineering of

Radio Relay Links.

20. Microwave Seminar Tokyo

Lenkurt Electric Co, B2


Lenkurt Electric Co, 45



Lenkurt. Electric Co . 20




H, Brodhage,

W. Hormuth.

ITU -

12

5.2.1 a 3

- 111

AUTOR PAG

21. Engineering . 85

22. Engineering 86

23. Engineering 90

24. Engineering 90

25. Engineering 91

26. Engineering . . . 92

27. Engineering 96

28. Engineering B2

29. Telecommunications Transmission Hand-

book. Roger L. Freeman 305

- 112 -

B I B L I O G R A F Í A

Engineering Considerations for Hicrowave Communications

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Microwave Seminar Toyio, ITU - Tokyo 1968

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DISEÑO DE UN ENLACE EN MICROONDA GUAYAQUIL - CUENCA.

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