- Velocidad de la
órbita: - Periodo de la
órbita: - Comunicación por
Satélites - Clasificaciones orbitales,
espaciamiento y asignaciones de
frecuencia - Modelos de enlace del sistema
satelital - Inmarsat y otros sistemas de
satélites. - Dispositivos de
microondas - Transmisión sin
cables - Estructura general de un
radioenlace por mocroondas
Antes de entrar en materia,
creemos que es necesario entender una serie de hechos
básicos sobre tecnología espacial
para luego discutir en detalle los sistemas de
navegación por satélite.
Un satélite es transportado a su órbita
abordo de un cohete capaz de alcanzar la velocidad
suficiente requerida para no verse influenciado por el campo
gravitatorio terrestre.
Una vez conseguido esto, es virtualmente posible
conseguir cualquier plano o altitud de la órbita mediante
la utilización de modernos cohetes. El plano de la
órbita se denomina inclinación. Este
parámetro se ilustra en la figura:
VELOCIDAD DE LA
ÓRBITA:
Un satélite puede permanecer en su
órbita sólo si su velocidad es lo suficientemente
mayor como para vencer la gravedad y menor que la requerida
para escapar de la gravedad. La velocidad del satélite
es pues como un compromiso entre esos dos factores pero ha de
ser absolutamente precisa para la altitud elegida.
V=K/(sqrt(r+a)) Km/s
donde:
V=a velocidad de la órbita en
kilómetros por segundo.
a=altitud de la órbita sobre la superficie de la tierra, en
Km.
r=el radio medio de la
tierra,
aproximadamente 6371Km.
K=630
Aunque la tierra no es perfecta y su radio puede variar,
vamos a tomar que posee un valor de
6371Km. La velocidad de un satélite con altitud de 200 Km
necesitará una V=177Km/s.
La velocidad para un satélite con una altitud de
1075km será de V=7.3km/s (satélite
TRANSIT).
El periodo que posee un satélite viene dado por
la siguiente fórmula:
P=K(r+a/r)3/2 minutos
donde
P=periodo de una órbita en minutos.
a=altitud de la órbita sobre la superficie terrestre.
r=radio medio de la tierra.
K=84.49.
El periodo para un satélite cuya altitud es de
200 Km es: P=88.45 minutos.
INTRODUCCION
A principios de
1960, la American Telephone and Telegraph Company (AT&T)
publicó estudios, indicando que unos cuantos
satélites poderosos, de diseño
avanzado, podian soportar mas tráfico que toda la red AT&T de larga
distancia. El costo de estos
satélites fue estimado en solo una fracción del
costo de las facilidades de microondas
terrestres equivalentes. Desafortunadamente, debido a que
AT&T era un proveedor de servicios, los
reglamentos del gobierno le
impedían desarrollar los sistemas de satélites.
Corporaciones más pequeñas y menos lucrativas
pudieron desarrollar los sistemas de satélites y AT&T
continuó invirtiendo billones de dólares cada
año en los sistemas de microondas terrestres
convencionales. Debido a esto los desarrollos iniciales en la
tecnología de satélites tardaron en
surgir.
A través de los años, los precios de la
mayoría de los bienes y
servicios han aumentado sustancialmente; sin embargo, los
servicios de comunicación, por satélite, se han
vuelto mas accesibles cada año. En la mayoría de
los casos, los sistemas de satélites ofrecen mas
flexibilidad que los cables submarinos, cables
subterráneos escondidos, radio de microondas en
línea de vista, radio de dispersión
troposférica, o sistemas de fibra
óptica.
Esencialmente, un satélite es un repetidor de
radio en el cielo (transponder). Un sistema de
satélite consiste de un transponder, una estación
basada en tierra, para controlar el funcionamiento y una red de usuario, de las
estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para
transmisión y recepción de tráfico de
comunicaciones, a través del sistema de
satélite. Las transmisiones de satélites se
catalogan como bus o carga útil. La
de bus incluye mecanismos de control que
apoyan la operación de carga útil. La de carga
útil es la información del usuario que será
transportada a través del sistema. Aunque en los
últimos años los nuevos servicios de datos y
radioemisión de televisión
son mas y más demandados, la transmisión de las
señales de teléfono de voz convencional (en forma
analógica o digital).
SATELITES ORBITALES
Los satélites mencionados, hasta el momento, son
llamados satélites orbitales o no síncronos. Los
satélites no síncronos giran alrededor de la Tierra
en un patrón elíptico o circular de baja altitud.
Si el satélite esta girando en la misma dirección de la rotación de la
Tierra y a una velocidad angular superior que la de la Tierra, la
órbita se llama órbita progrado. Si el
satélite esta girando en la dirección opuesta a la
rotación de la Tierra o en la misma dirección, pero
a una velocidad angular menor a la de la Tierra, la órbita
se llama órbita retrograda. Consecuentemente, los
satélites no síncronos están
alejándose continuamente o cayendo a Tierra, y no
permanecen estacionarios en relación a ningún punto
particular de la Tierra. Por lo tanto los satélites no
síncronos se tienen que usar cuando están
disponibles, lo cual puede ser un corto periodo de tiempo, como 15
minutos por órbita. Otra desventaja de los
satélites orbitales es la necesidad de usar un equipo
costoso y complicado para rastreo en las estaciones terrestres.
Cada estación terrestre debe localizar el satélite
conforme esta disponible en cada órbita, y después
unir su antena al satélite y localizarlo cuando pasa por
arriba. Una gran ventaja de los satélites orbitales es que
los motores de
propulsión no se requieren a bordo de los satélites
para mantenerlos en sus órbitas
respectivas.
SATELITES GEOESTACIONARIOS
Los satélites geoestacionarios o
geosíncronos son satélites que giran en un
patrón circular, con una velocidad angular igual a la de
la Tierra. Consecuentemente permanecen en una posición
fija con respecto a un punto específico en la Tierra. Una
ventaja obvia es que están disponibles para todas las
estaciones de la Tierra, dentro de su sombra, 100% de las veces.
La sombra de un satélite incluye todas las estaciones de
la Tierra que tienen un camino visible a él y están
dentro del patrón de radiación
de las antenas del
satélite. Una desventaja obvia es que a bordo, se
requieren de dispositivos de propulsión sofisticados y
pesados para mantenerlos fijos en una órbita. El tiempo de
órbita de un satélite geosíncrono es de 24
h. igual que la Tierra.
CLASIFICACIONES
ORBITALES, ESPACIAMIENTO Y ASIGNACIONES DE
FRECUENCIA
Hay dos clasificaciones principales para los
satélites de comunicaciones: hiladores (spinners) y
satélites estabilizadores de tres ejes. Los
satélites espinar, utilizan el movimiento
angular de su cuerpo giratorio para proporcionar una estabilidad
de giro. Con un estabilizador de tres ejes, el cuerpo permanece
fijo en relación a la superficie de la Tierra, mientras
que el subsistema interno proporciona una estabilización
de giro.
Los satélites geosíncronos deben compartir
espacio y espectro de frecuencia limitados, dentro de un arco
específico, en una órbita geoestacionaria,
aproximadamente a 22,300 millas, arriba del Ecuador. La
posición en la ranura depende de la banda de frecuencia de
comunicación utilizada. Los satélites trabajando,
casi o en la misma frecuencia, deben estar lo suficientemente
separados en el espacio para evitar interferir uno con otro. Hay
un límite realista del número de estructuras
satelitales que pueden estar estacionadas, en un área
específica en el espacio. La separación espacial
requerida depende de las siguientes variables:
- Ancho del haz y radiación del lóbulo
lateral de la estación terrena y antenas del
satélite. - Frecuencia de la portadora de RF.
- Técnica de codificación o de modulación usada.
- Límites aceptables de
interferencia. - Potencia de la portadora de
transmisión.
Generalmente, se requieren de 3 a 6º de
separación espacial dependiendo de las variables
establecidas anteriormente.
Las frecuencias de la portadora, más comunes,
usadas para las comunicaciones por satélite, son las
bandas 6/4 y 14/12 GHz. El primer número es la frecuencia
de subida (ascendente) (estación terrena a transponder) y
el segundo numero es la frecuencia de bajada (descendente)
(transponder a estación terrena). Diferentes frecuencias
de subida y de bajada se usan para prevenir que ocurra
repetición. Entre mas alta sea la frecuencia de la
portadora, más pequeño es el diámetro
requerido de la antena para una ganancia específica. La
mayoría de los satélites domésticos utilizan
la banda 6/4 GHz. Desafortunadamente, esta banda también
se usa extensamente para los sistemas de microondas terrestres.
Se debe tener cuidado cuando se diseña una red satelital
para evitar interferncia de, o interferencia con enlaces de
microondas establecidas.
MODELOS DE
ENLACE DEL SISTEMA SATELITAL
Esencialmente, un sistema satelital consiste de tres
secciones básicas: una subida, un transponder satelital y
una bajada.
Modelo de subida
El principal
componente dentro de la sección de subida satelital, es el
transmisor de estación terrena. Un típico
transmisor de la estación terrena consiste de un modulador
de IF, un convertidor de microondas de IF a RF, un amplificador
de alta potencia (HPA) y
algún medio para limitar la banda del último
espectro de salida (por ejemplo, un filtro pasa-bandas de
salida). El modulador de IF se convierte la IF convierte las
señales de banda base de entrada a una frecuencia
intermedia modulada en FM, en PSK o en QAM. El convertidor
(mezclador y filtro pasa-bandas) convierte la IF a una frecuencia
de portadora de RF apropiada. El HPA proporciona una sensibilidad
de entrada adecuada y potencia de salida para propagar la
señal al transponder del satélite. Los HPA
comúnmente usados son klystons y tubos de onda
progresiva.
Transponder
Un típico
transponder satelital consta de un dispositivo para limitar la
banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo ruido de
entrada (LNA), un traslador de frecuencias, un amplificador de
potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida. Este
transponder es un repetidor de RF a RF. Otras configuraciones de
transponder son los repetidores de IF, y de banda base,
semejantes a los que se usan en los repetidores de
microondas.
Modelo de bajada
Un receptor de
estación terrena incluye un BPF de entrada, un LNA y un
convertidor de RF a IF. Nuevamente, el BPF limita la potencia del
ruido de entrada al LNA. El LNA es un dispositivo altamente
sensible, con poco ruido, tal como un amplificador de diodo
túnel o un amplificador paramétrico. El convertidor
de RF a IF es una combinación de filtro mezclador
/pasa-bandas que convierte la señal de RF recibida a una
frecuencia de IF.
Enlaces cruzados
Ocasionalmente,
hay aplicaciones en donde es necesario comunicarse entre
satélites. Esto se realiza usando enlaces cruzados entre
satélites o enlaces intersatelitales (ISL). Una desventaja
de usar un ISL es que el transmisor y receptor son enviados ambos
al espacio. Consecuentemente la potencia de salida del transmisor
y la sensibilidad de entrada del receptor se
limitan.
4.
Inmarsat y otros sistemas de satélites.
4.1. Introducción.
La primera serie de satélites usados por
INMARSAT, comenzando en 1982, fue posible gracias a la
intervención de varias fuentes como
COMSAT (Programa
MARISAT), ESA (Programa MARECS) e INTELSAT (Programa
ISV-MCP).
MARISAT y MARECS fueron los precursores de los servicios
de demostración y el MCP posibilitó comunicaciones
marítimas mediante la incorporación de un
módulo especial para esa función en
la serie INTELSAT V-A (modificación de la serie V), dicho
módulo era similar al ofrecido por
MARISAT.
4.2. COSPAS-SARSAT.
4.2.1. Introducción.
Los satélites de INMARSAT III cuentan con un
sistema SAR (Búsqueda y Rescate) a bordo, el sistema
COSPAS-SARSAT es actualmente el máximo exponente en lo que
a búsqueda y rescate vía satélite se
refiere.
4.2.2. El sistema.
COSPAS-SARSAT es un sistema internacional de
búsqueda y rescate consistente en una constelación
de satélites con cobertura global dispuestos en
órbita polar (entre 800 y 1000 Km de altitud) y en una red
de estaciones terrestres que envían señales de
alerta o informaciones de localización a las autoridades
encargadas de las labores de rescate ya sea por tierra, mar o
aire.
Nace de la unión SARSAT (Search And Rescue
Satellite-Aided Tracking) y su homólogo soviético
COSPAS (acrónimo ruso de Sistema Espacial para la
Búsqueda de Buques en Peligro).
Este programa conjunto está esponsorado por
Canadá (pionera en 1982), Francia,
Estados Unidos
y el propio COSPAS soviético.
4.2.3. Participantes.
Hay 28 países y organizaciones
participantes en el funcionamiento del sistema, entre ellos
están las 4 partes del acuerdo COSPAS-SARSAT
(Canadá, Francia, Rusia y Estados Unidos), 14 proveedores de
segmentos terrestres, 8 países usuarios y 2 organizaciones
participantes, los países adicionales están en
proceso de
integración.
Las organizaciones son the International Maritime
Organization (IMO), the International Civil Aviation Organization
(ICAO), the International Telecommunication Union (ITU), the
International Chamber of Shipping (ICS), the International Radio
Maritime Committee (CIRM) and the International Federation of Air
Line Pilots Associations (IFALPA).
4.2.4. Funcionamiento.
Actuando como repetidores de comunicaciones, los
satélites COSPAS-SARSAT reciben señales de alerta
emitidas por:
- Radiobalizas marítimas de emergencia e
indicadoras de posición (EPIRBs). - Transmisiones aéreas de localización de
emergencia (ELTs). - Radiobalizas de localización personal
(PLBs).
Los satélites retransmiten las señales de
alerta a estaciones terrestres denominadas
(Local User Terminal) donde se procesa y determina la
localización geográfica del accidente, esta
información se envía al Centro de Control de
Misiones (MCC) que se encarga de transmitir la posición y
otras informaciones pertinentes al Centro de Coordinación de Rescates más
apropiados (RCC).
La velocidad y precisión de estas comunicaciones
incrementa significativamente las posibilidades de supervivencia
de las víctimas del accidente en
cuestión.
Hay 14 MCCs operativos situados en 14 paises y 6 MCCs
bajo test en 6 paises,
respecto a las LUTs cabe destacar la existencia de 29 operativas
distribuidas en 17 países y 4 bajo test en 4
países.
4.2.5. Los satélites.
La configuración del sistema comprende cuatro
satélites, dos COSPAS y dos SARSAT.
Los satélites soviéticos están
situados en órbita polar a 1000 Km. de altitud y
están equipados con instrumental SAR (Búsqueda y
Rescate) a 121.5 y 406 MHz.
Los Estados Unidos contribuyen con dos satélites
meteorológicos NOAA (National Oceanic and Atmospheric
Administration) situados a 850 Km. de altitud en órbita
polar y equipados con instrumental SAR a 121.5 y 406 MHz apoyados
por Canadá y Francia.
Cada satélite da una vuelta completa a la Tierra
en 100 minutos aproximádamente a una velocidad de 7Km por
segundo.
Los satélites obtienen imágenes
del planeta barriendo zonas con un haz de 4000 Km de
ancho.
4.2.6. Resultados.
Desde Septiembre de 1982 hasta Junio de 1995 el sistema
COSPAS-SARSAT contribuyó al rescate de 5541 personas en
1800 sucesos SAR:
- Accidentes aéreos: 1624 personas en 755
sucesos SAR. - Accidentes marítimos: 3633 personas en 922
sucesos SAR. - Accidentes terrestres: 284 personas en 123 sucesos
SAR.
El sistema de
406 MHz fue utilizado en 500 de estos
incidentes (2193 personas rescatadas), el sistema de
121.5 MHz se utilizó en el resto de
los casos.
4.2.7. Nuevos desarrollos.
El concilio COSPAS-SARSAT está considerando el
desarrollo del
sistema GEOSAR con satélites de búsqueda y rescate
en órbita geoestacionaria que incrementaría el
potencial de los ya existentes en órbita polar.
Se ha desarrollado un D&E (Demostración y
Evaluación) de GEOSAR .
4.3. GPS.
Inmarsat pretende crear un sistema de navegación
(GNSS, Global Navigation Satellite System) totalmente
independiente del sistema GPS (EE.UU.) y GLONASS (Rusia), y por
tanto, constituiría una alternativa (civil) a
ellos.
De hecho, el contratista de Inmarsat, ITT, ha
señalado que un sistema global de navegación civil
espacial puede ser desarrollado por menos de un millardo de
dólares, una pequeña cantidad comparada con el
coste del sistema GPS (6-10 millardos de
dólares).
Los pasos a seguir hasta constituir la GNSS son los
siguientes:
- En los satélites Inmarsat-3 se incluye un
transpondedor separado que gestiona las señales GPS,
aumentando la integrabilidad de este sistema. Lo
complementa. - Los 12 satélites del proyecto 21 de
Inmarsat (Inmarsat-P, ICO) incluirán antenas separadas,
transpondedores y relojes atómicos así como otro
instrumental necesario para proveer una amplia gama de
servicios de navegación, pero no llegará a
sustituir al GPS. - En un tercer paso, se constituirá la GNSS
independiente de GPS.
Veamos el primer paso dado por Inmarsat para establecer
una GNSS propia a partir de los satélites de Inmarsat 3.
Concretamente, la tercera generación de Inmarsat se
encarga de la integridad del sistema GPS mediante la
técnica GIC (GPS Integrity Channel) , está basada
en una red terrena que monitoriza los satélites y
transmite a los usuarios los resultados, para lo que el uso de
satélites geoestacionarios y los satélites de
INMARSAT serán los encargados de llevarla a
cabo.
Los satélites de INMARSAT III operarán a
la misma frecuencia que la señal C/A (código
que permite un posicionamiento
rápido del receptor pero con precisión media SPS)
del GPS (1575.42 MHz) con una secuencia directa pseudoaleatoria
con modulación de espectro ensanchado de la misa familia de GPS
que llevará la información de integridad
además de la de navegación, se comportarán
como repetidores con lo que se simplificarán los circuitos del
satélite y la información de integridad
podrá ser actualizada en tiempo real.
Las estaciones terrenas de enlace con el satélite
serán las mismas que proporcionan los servicios de
comunicaciones móviles y son operadas por asociaciones que
integran INMARSAT (como Comsat) que será responsable de
los satélites.
Requisitos del repetidor del satélite:
Los requisitos del repetidor del satélite son
tres:
- PIRE de 28 dBW en el haz de cobertura global para que
la potencia de la señal recibida sea semejante a la
señal de los satélites GPS. - Ancho de banda nominal del repetidor de 2 MHz para
poder
transmitir la señal de espectro ensanchado modulada con
código C/A a la frecuencia de 1.023 MHz. - Estabilidad de las características de retardo de grupo del
sistema de modo que pueda ser calibrado para su uso en
navegación.
Los satélites INMARSAT III poseen un enlace de
banda C a banda L y otro de banda C a banda C de baja potencia,
la comparación de los retardos producidos en los dos
enlaces se usa para compensar el retardo de propagación
ionosférica en el enlace de subida.
Al usar INMARSAT III como repetidor se produce un
desplazamiento Doppler adicional debido al enlace de la
estación terrena con el satélite, para que la
señal recibida sea compatible con la señal GPS se
debe compensar en tiempo real el enlace de subida al
satélite adelantando la señal de reloj una cantidad
igual al retardo del enlace de subida y se desplaza ligeramente
la frecuencia de la portadora, este método de
generar una señal de reloj virtual en el satélite
se denomina Generación de Señal en Bucle
Cerrado.
Presentación
Los satélites de radioaficionado son una de las
áreas de la radioafición que en México
menos se practica. La creencia a que operar satélites es
complejo y caro no es necesariamente cierta: hay satélites
que podemos trabajar sin tener que estudiar el tema por meses ni
contar con equipo sofisticado.
Aunque parezca difícil de creer en la
mayoría de nuestros cuartos de radio existen los equipos
necesarios para iniciarse en este campo de la
radioexperimentación.
La presente es una lista de preguntas básicas
sobre la operación satelital con sus correspondientes
respuestas. Su nivel es elemental e introductorio y es muy
probable que quién desee operar algún
satélite deba de consultar otras fuentes, mismas que se
citan al final del documento. 73s de XE1KK.
1. ¿Que es un satélite?
En su concepción más sencilla, y
quizá simplista, los satélites de radioaficionados
son repetidoras voladoras. Su principal diferencia con sus
equivalentes terrestres el que vuelan y el que al volar se
mueven.
2. ¿Como funciona un
satélite?
Un radioaficionado "A" emite una señal que es
recibida por el satélite. El satélite la amplifica
y la retransmite inmediatamente. El radioaficionado "B" la recibe
y le contesta. Así inicia un comunicado por
satélite.
3. ¿Como "se mueven" los
satélites?
Los actuales satélites con los que podemos
experimentar los radioaficionados tienen dos tipos de
órbita: circular y elíptica.
Los satélites con órbitas circulares se
mantienen mas o menos a la misma distancia de la tierra pero su
posición respecto a la superficie varia cada momento. Es
la mas común y conocida de las órbitas. Por su
parte los satélites de órbitas elípticas,
tiene la característica que pueden permanecen más
tiempo viendo un mismo lugar de la tierra y su órbitas son
mucho más largas.
4. ¿Que cobertura tiene un satelite de orbita
baja?
Al igual que en la repetidoras tradicionales a mayor
altitud mayor cobertura. Los satélites de órbita
baja se encuentran entre 400 y 1400 Km. de altura así que
el área que pueden cubrir equivale a toda la
República en los más bajos o una área
equivalente a México, sur de Estados Unidos, Centro
América, parte del Caribe y norte de
Colombia en los
de mayor altura.
Esta área o sombra del satélite permite
que cualquier estación que se encuentre dentro de ella
pueda, en principio, contactar otras estaciones que estén
dentro de esa sombra. La duración del satélite en
esa posición en muy breve ya que se mueven a gran
velocidad. La sombra mantiene su diámetro pero
también se está moviendo.
5. ¿Cuantas veces pasa un satélite
sobre nosotros?
Un satélite de orbita baja pasa por arriba de un
determinado punto, entre 4 y 6 veces al día. La
duración de cada pase varia dependiendo de la
órbita pero en promedio podemos decir que entre 10 y 18
minutos están disponibles para que los operemos. Tenemos
pues más de una hora diaria para usarlo.
Si consideramos que hay más de 15
satélites de órbita baja nos daremos cuenta que hay
más tiempo de satélites que tiempo para hacer
radio.
6. ¿Como funcionan los satélites de
órbita elíptica?
Los satélites de órbita elíptica
tienen otras características. Su órbita tiene dos
puntos claves: el más cercano se le conoce como perigeo y
el más lejano como apogeo. En su apogeo casi toda una cara
de la tierra esta disponible para comunicar ya que en el caso de
algunos satélites como el OSCAR 13 llega a estar a 38,000
Km. de distancia.
Estos satélites equivalen en cierta manera a 20
metros en HF: hay buen DX y siempre hay estaciones llamando CQ. A
diferencia de los satélites de órbita baja casi no
se nota el efecto dopler, que es el movimiento de frecuencia que
se origina por la velocidad a la que se mueve el satélite.
Algo similar como cuando escuchamos una ambulancia o un auto a
gran velocidad: el tono de la sirena o el motor es distinto
antes y después de que pasan frente a nosotros.
7. ¿Como se donde está el
satélite?, ¿cuando pasará?
La predicción de las órbitas satelitales
se hace por lo general con ayuda de una computadora
personal. No es la única opción pero hoy por hoy es
la más fácil. Hay diversos y entre ellos destacan
el InstanTrack y el QuickTrack. El primero mi favorito y lo vende
AMSAT (ver pregunta # 18).
Los programas no solo
indican y grafican cuando el satélite pasará sino
que dan otros datos importantes como la elevación o
altitud sobre el horizonte y el azimut o posición respecto
a los cuatro puntos cardinales.
8. ¿Cual es la mejor
elevación?
La elevación optima, que es de 90 grados, solo se
da cuando el satélite pasa exactamente sobre nosotros.
Pero esto no quiere decir que con otras elevaciones no se pueda
trabajar, Praticamente cualquier elevación superior a 2 o
3 grados es suficiente si nuestro horizonte lo forman
montañas lejanas o montes cercanos pero no muy
altos.
9. ¿Y en base a que información el
programa hace estos cálculos?.
Los programas de computadora para seguimiento de
satélite se actualizan con una serie de datos sobre los
satélites mejor conocidos como elementos Keplerianos que
por lo general uno consigue fácilmente de los BBSes de
packet o de alguna revista sobre
el tema.
Existen dos tipos de formatos: NASA o de dos
líneas y AMSAT que es mas fácil de entender a los
humanos y por lo mismo son mas largos. Para efectos de una
computadora da igual cual utilices.
10. ¿Cuantos satélites
hay?
A la fecha hay más o menos 20 satélites de
radioaficionados disponibles de una u otra forma. Digo mas o
menos ya que de vez en cuando alguno queda apagado por falla o
mantenimiento.
11. ¿Que tipo de actividad encuentro en los
satélites?
Hay satélites para todos los gustos. Muchos de
los modos de operación que encontramos en las bandas
tradicionales también están disponibles en los
satélites: banda lateral, telegrafía, teletipo,
televisión de barrido lento, FM y packet de diversos
tipos.
En los satélites se hace DX tan bueno como en 20
metros, hay plie-ups y DXpediciones que trabajan en split. Hay
diplomas aunque no hay concursos.
Hay espacio para los que les gusta conversar y hacer
nuevos amigos. Para el experimentador y en constructor de equipos
y antenas, este es un mundo muy amplio. En pocas palabras: lo que
hoy nos gusta del radio casi seguro lo
encontramos también vía satélite.
12. ¿Como puedo trabajar un
satélite?
Dependiendo de las caracteristicas de los
satélites será la manera de trabajarlos. Para
efectos didacticos podemos dividirlos en cuatro:
A) Satélites de órbita baja para voz o
analógicos.
Son los mas fáciles de trabajar y casi todos nos
iniciamos en ellos. El sistema por el que operan es el de
retransmitir entre 50 y 100 kHz de una banda, en lugar de una
sola frecuencia como lo hace un repetidora, a 50 o 100 kHz de
otra banda con todo lo que se encuentre en ella, sea CW o banda
lateral. Esto se conoce como "transponder".
Entre los satélites de este tipo destacan los
rusos RS-10/11 y RS-12/13 y el satélite japonés
FUJI OSCAR 20 No se requiere de equipo sofisticado para
trabajarlos, quizá solo de un poco de paciencia
B) Satélites de órbita baja
digitales.
Son satélites de órbita circular que
operan principalmente packet en sus distintas modalidades. Son el
equivalentes a BBSes de packet voladores. A la fecha hay
más de 10 satélites digitales operando.
Los satélites tradicionales de este tipo,
conocidos como pacsats, son el UO-14, AMSAT OSCAR 16, el DOVE
OSCAR 17, el Webersat o WO-18 y el satélite argentino
LUSAT o LO-19.
Los satélites UO-22 y KITSAT OSCAR 23
también son BBS voladores pero trabajan a 9600 bps y
tienen entre sus curiosidades cámaras que toman fotos de la
tierra y las retransmiten vía packet.
Una nueva generación de satélites
digitales fue lanzada recientemente: el ITAMSAT-A, KITSAT-B,
EYESAT-A y POSAT-1. Algunos ya están disponibles para
todos, otros siguen en pruebas. El
UNAMSAT. primer satélite mexinaco de este tipo muy pronto
estará en órbita.
C) Satélites de órbita
elíptica.
Son como ya dijimos en donde se llevan a cabo las
comunicaciones intercontinentales y algunos modos como SSTV y
RTTY, así como otro tipo de experimentos
propios del mundo de los satélites.
Entre ellos destacan el OSCAR 10, OSCAR 13 y el ARSENE.
El primero ya está cumpliendo su ciclo de vida
y el último no funciono. Muy pronto habrá nuevos
satélites de este tipo: la llamada FASE 3-D.
D) Satélites tripulados.
Por último las naves espaciales: el MIR ruso y el
Space Shuttle norteamericano que como ustedes bien saben traen
equipos de dos metros y hacen contacto con radioaficionados en la
tierra tanto en voz como en packet. El MIR es relativamente
fácil de trabajar en packet dado que los cosmonautas
permanecen en el espacio por mucho tiempo.
13 ¿Que equipo necesito para trabajar un
satélite?
Cual es el equipo necesario para trabajar
satélites es siempre una difícil pregunta. A
continuación se presenta una tabla con los equipos MINIMOS
necesarios para que con un poco de paciencia y tenacidad se pueda
trabajar algún satélite.
EQUIPO MINIMO NECESARIO PARA TRABAJAR
SATELITES
EQUIPO PARA EL
SATELITE MODO UPLINK DOWNLINK ANTENAS AMP/PREAMP TNC
TIPO
—————————————————————————-
RS-10/11 A 2m/SSB 10m/SBB omni no/no no
Analógico
DO-17 2m/FM omni no/no 1200 AFSK Digital
AO-16 JD 2m/FM 70cms/SSB omni no/no 1200 PSK
Digital
KO-23 JD 2m/FM 70cms/SSB omni no/no 9600 FSK
Digital
AO-13 B 70cms/SSB 2m/SSB yagis si/si no
Elíptico
MIR/STS 2m/FM 2m/FM omni no/no 1200 AFSK
Tripul
—————————————————————————-
14. ¿Que es el "modo" en los
satélites?
El término modo de los satélites es uno de
los que hacen parecer complicada esta área de la
radioexperimentación. En HF el modo es el tipo de
emisión en el que trabajamos: SSB, FM, CW, etc. En
satélite el modo significa las bandas que estoy utilizando
para trabajar al satélite: que banda uso en el uplink,
esto es para transmitir o subir al satélite y el downlink
o la banda en la que el satélite transmite de regreso o
baja y en la que nosotros recibimos.
Modo Uplink Downlink
—————————————————-
A 2 metros (145 MHz) 10 metros (29 MHz)
B 70 cm. (435 MHz) 2 metros (145 MHz)
J 2 metros (145 MHz) 70 cm. (435 MHz)
K 15 metros (21.2 MHz) 10 metros (29 MHz)
L 23 cm. (1.2 GHz) 70 cm. (435 MHz)
S 70 cm. (435 MHz) 13 cm. (2.4 GHz)
T 15 metros (21.2 MHz) 2 metros (145 MHz)
—————————————————-
15. ¿Cuando hay modos de dos
letras?
En algunas ocasiones vemos modos de dos letras como JA y
JD en este caso se refiere a modo J Analógico o modo J
Digital. En otras vemos que el satélite trabaja en modo
compuesto, por ejemplo KA esto significa que se puede subir en 15
metros o en 2 metros y ambos bajan en 10 metros. En los futuros
satélites se prevén nuevos modos.
16. ¿Cual es la potencia que requiero para
trabajar satélites?
Los satélites no requieren de grandes potencias,
por el contrario mucho de ellos se bloquean o bajan su potencia
de downlink como aviso de que se están protegiendo. Si se
tiene antenas direccionales un amplificador de 100 watts esta en
el límite máximo de lo decente.
17. ¿Cuales son los mas fáciles de
escuchar/trabajar y sus frecuencias?
Satélite Descripción Uplink MHz Downlink
MHz
—————————————————————————-
MIR FM y packet 145.550 145.550
—————————————————————————-
STS FM 144.910 145.550
144.930
144.950*
144.970
144.990
Packet 144.490 145.550
—————————————————————————-
RS-10/11 DX 145.890 USB 29.390
USB
Modo A 145.860 a 145.900 29.360 a 29.400
Robot 145.820 29.403
Beacon 29.357 y 29.403
—————————————————————————-
RS-12/13 DX 21.240 USB 29.440 USB
Modo K 21.210 a 21.250 29.410 a 29.450
Robot 21.129 CW 29.454 CW
Beacon 29.408 y 29.454
—————————————————————————-
UO-11 FM y packet 145.825
—————————————————————————-
DO-17 FM y packet 145.825
—————————————————————————-
AO-27 Modo J – FM 145.850 +/- .010 436.800 +/-
.010
—————————————————————————-
La relación entre uplink y downlink puede variar
por el efecto dopler.
Algunos de estos satélites trabajan otros modos y
tienen otros beacons, aquí solo se mencionan los
principales.
El UO-11 y el DO-17 eventualmente emiten mensajes en voz
digitalizada.
18. ¿Donde puedo encontrar más
información?
En organizaciones: AMSAT, Box 27, Washington, D.C.
20044, USA
ARRL, 225 Main St., Newington, CT 06111-1494.
USA
R. Myers Comm., Box 17108 Fountain Hills AZ
85269-7108
En libros: The
Satellite Experimenters Handbook (ARRL)
The ARRL Satellite Antology (ARRL)
Having Fun Getting Started on the Oscar and
Weather Satellites! (R. Myers Communications)
Revistas del tema: The AMSAT Journal (AMSAT)
Oscar Satellite Report (R. Myers
Communications)
Satellite Operator (R. Myers Communications)
Revistas de radio: CQ Radio Amateur, QST, World Radio,
73 Amateur Radio
En-linea: Internet, Compuserve,
etc.
En packet: Los mensajes bajo AMSAT y KEPS
La ingeniería de
microondas/milimétricas tiene que ver con todos aquellos
dispositivos, componentes y sistemas que trabajen en el rango
frecuencial de 300 MHz a 300 GHz. Debido a tan amplio margen de
frecuencias, tales componentes encuentran aplicación en
diversos sistemas de comunicación. Ejemplo típico
es un enlace de Radiocomunicaciones terrestre a 6 GHz en el cual
detrás de las antenas emisora y receptora, hay toda una
circuitería capaz de generar, distribuir, modular,
amplificar, mezclar, filtrar y detectar la señal. Otros
ejemplos lo constituyen los sistemas de comunicación por
satélite, los sistemas radar y los sistemas de
comunicación móviles, muy en boga en nuestros
días.
La tecnología de semiconductores,
que proporciona dispositivos activos que
operan en el rango de las microondas, junto con la
invención de líneas de transmisión planares;
ha permitido la realización de tales funciones por
circuitos híbridos de microondas.
En estos circuitos, sobre un determinado sustrato se
definen las líneas de transmisión necesarias.
Elementos pasivos (condensadores,
resistencias)
y activos (transistores,
diodos) son
posteriormente incorporados al circuito mediante el uso de pastas
adhesivas y técnicas
de soldadura. De
ahí el nombre de tecnología híbrida de
circuitos
integrados (HMIC: "Hibrid Microwave Integrated Circuit").
Recientemente, la tecnología monolítica de
circuitos de microondas (MMIC), permite el diseño de
circuitos/subsistemas capaces de realizar, muchas de las
funciones mencionadas anteriormente, en un sólo "chip".
Por las ventajas que ofrece ésta tecnología, su
aplicación en el diseño de amplificadores para
receptores ópticos, constituye un campo activo de investigación y desarrollo.
El diseño de circuitos de microondas en ambas
tecnologías, ha exigido un modelado preciso de los
diferentes elementos que forman el circuito. De especial
importancia son los dispositivos activos (MESFET, HEMT, HBT);
pues conocer su comportamiento
tanto en pequeña señal como en gran señal
(régimen no lineal), es imprescindible para poder predecir
la respuesta de un determinado circuito que haga uso de
él. El análisis, modelado y simulación
de éstos dispositivos, constituye otra de las áreas
de trabajo
Materiales en comunicaciones
La utilización de nuevos materiales con
altas prestaciones
es uno de los pilares del avance espectacular de las
tecnologías de la información y comunicaciones. El
desarrollo de aplicaciones basadas en sus propiedades requiere un
profundo conocimiento
previo de éstas. En particular, el descubrimiento de
superconductividad en óxidos cerámicos
multimetálicos a temperaturas superiores a 77 K
(superconductores de alta temperatura,
SAT) puede permitir del desarrollo práctico de algunas
aplicaciones de la superconductividad económicamente
inviables con los superconductores clásicos. Sin embargo,
la gran complejidad de los SAT y su naturaleza
granular dificultan la puesta en marcha de aplicaciones de los
mismos de forma inmediata, a pesar del gran esfuerzo investigador
que en este campo se está realizando en los países
avanzados. En concreto, en
nuestro grupo se ha trabajado en la caracterización
experimental y modelado fenomenológico de las propiedades
electromagnéticas de superconductores de alta temperatura
crítica, incidiendo especialmente en las implicaciones de
la granularidad, y en el desarrollo de aplicaciones de los mismos
en magnetometría y en cintas para el transporte de
corriente sin pérdidas. Por otra parte, en relación
con las aplicaciones de la superconductividad clásica, se
ha trabajado en la implementación en España de
los patrones primarios de tensión (efecto Josephson) y
resistencia
(efecto Hall cuántico), en colaboración con
grupos
nacionales y extranjeros especializados en metrología
eléctrica básica. Por último, también
se ha colaborado con otros grupos de investigación en la
caracterización electromagnética de materiales de
interés
tecnológico, como imanes permanentes o aceros
estructurales
INTRODUCCIÓN
Cuando se piensa en comunicación de datos
generalmente se piensa en comunicación a través de
cable, debido a que la mayoría de nosotros tratamos con
este tipo de tecnología en nuestro día a
día. Haciendo a un lado las complicadas redes cableadas
también tenemos la llamada COMUNICACIÓN
INALÁMBRICA muy comúnmente a nuestro
alrededor.
La Comunicación de data inalámbrica en la
forma de microondas y enlaces de satélites son usados para
transferir voz y data a larga distancia. Los canales
inalámbricos son utilizados para la
comunicación digital cuando no es
económicamente conveniente la conexión de dos
puntos vía cable; además son ampliamente utilizados
para interconectar redes locales (LANS) con sus homologas redes
de área amplia (WANS) sobre distancias moderadas y
obstáculos como autopistas, lagos, edificios y
ríos. Los enlaces vía satélite permiten no
solo rebasar obstáculos físicos sino que son
capaces de comunicar continentes enteros, barcos, rebasando
distancia sumamente grandes.
Los sistemas de satélites y de microondas
utilizan frecuencias que están en el rango de los MHz y
GHz, usualmente utilizan diferentes frecuencias para evitar
interferencias pero comparten algunas bandas de
frecuencias.
COMUNICACIÓN VÍA
MICROONDAS
Básicamente un enlace vía microondas
consiste en tres componentes fundamentales: El Transmisor, El
receptor y El Canal Aéreo. El Transmisor es el responsable
de modular una señal digital a la frecuencia utilizada
para transmitir, El Canal Aéreo representa un camino
abierto entre el transmisor y el receptor, y como es de esperarse
el receptor es el encargado de capturar la señal
transmitida y llevarla de nuevo a señal
digital.
El factor limitante de la propagación de la
señal en enlaces microondas es la distancia que se debe
cubrir entre el transmisor y el receptor, además esta
distancia debe ser libre de obstáculos. Otro aspecto que
se debe señalar es que en estos enlaces, el camino entre
el receptor y el transmisor debe tener una altura mínima
sobre los obstáculos en la vía, para compensar este
efecto se utilizan torres para ajustar dichas alturas.
ANTENAS Y TORRES DE MICROONDAS
La distancia cubierta por enlaces microondas puede ser
incrementada por el uso de repetidoras, las cuales amplifican y
redireccionan la señal, es importante destacar que los
obstáculos de la señal pueden ser salvados a
través de reflectores pasivos. Las siguientes figuras
muestran como trabaja un repetidor y como se ven los reflectores
pasivos.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
La señal de microondas transmitidas es
distorsionada y atenuada mientras viaja desde el transmisor hasta
el receptor, estas atenuaciones y distorsiones son causadas por
una perdida de poder dependiente a la distancia, reflexión
y refracción debido a obstáculos y superficies
reflectoras, y a pérdidas atmosféricas.
La siguiente es una lista de frecuencias utilizadas por
los sistemas de microondas:
Common Carrier Operational Fixed
2.110 2.130 GHz
1.850 1.990 GHz
2.160 2.180 GHz
2.130 2.150 GHz
3.700 4.200 GHz
2.180 2.200 GHz
5.925 6.425 GHz
2.500 2.690 GHz
10.7 11.700 GHz
6.575 6.875 GHz
12.2 12.700 GHz
Debido al uso de las frecuencias antes mencionadas
algunas de las ventajas son:
Antenas relativamente pequeñas son efectivas.
A estas frecuencias las ondas de radio se
comportan como ondas de luz, por ello la
señal puede ser enfocada utilizando antenas
parabólicas y antenas de embudo, además pueden ser
reflejadas con reflectores pasivos.
Ora ventaja es el ancho de banda, que va de 2 a 24
GHz.
Como todo en la vida, el uso de estas frecuencias
también posee desventajas:
Las frecuencias son susceptibles a un fenómeno
llamado Disminución de Multicamino (Multipath Fafing), lo
que causa profundas disminuciones en el poder de las
señales recibidas.
A estas frecuencias las perdidas ambientales se
transforman en un factor importante, la absorción de poder
causada por la lluvia puede afectar dramáticamente el
Performance del canal.
COMUNICACIÓN POR
SATÉLITE
Básicamente, los enlaces satelitales son iguales
a los de microondas excepto que uno de los extremos de la
conexión se encuentra en el espacio, como se había
mencionado un factor limitante para la comunicación
microondas es que tiene que existir una línea recta entre
los dos puntos pero como la tierra es esférica esta
línea se ve limitada en tamaño entonces, colocando
sea el receptor o el transmisor en el espacio se cubre un
área más grande de superficie.
El siguiente gráfico muestra un
diagrama
sencillo de un enlace vía satélite, nótese
que los términos UPLINK y DOWNLINK aparecen en la figura,
el primero se refiere al enlace de la tierra al satélite y
la segunda del satélite a la tierra.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Las comunicaciones vía satélite poseen
numerosas ventajas sobre las comunicaciones terrestres, la
siguiente es una lista de algunas de estas ventajas:
El costo de un satélite es independiente a la distancia
que valla a cubrir.
La comunicación entre dos estaciones terrestres no
necesita de un gran número de repetidoras puesto que solo
se utiliza un satélite.
Las poblaciones pueden ser cubiertas con una sola señal de
satélite, sin tener que preocuparse en gran medida del
problema de los obstáculos.
Grandes cantidades de ancho de bandas están disponibles en
los circuitos satelitales generando mayores velocidades en la
transmisión de voz, data y vídeo sin hacer uso de
un costoso enlace telefónico.
Estas ventajas poseen sus contrapartes, alguna de ellas
son:
El retardo entre el UPLINK y el DOWNLINK esta alrededor de un
cuarto de segundo, o de medio segundo para una señal de
eco.
La absorción por la lluvia es proporcional a la frecuencia
de la onda.
Conexiones satelitales multiplexadas imponen un retardo que
afectan las comunicaciones de voz, por lo cual son generalmente
evitadas.
Los satélites de comunicación están
frecuentemente ubicados en lo que llamamos Orbitas
Geosincronizadas, lo que significa que el satélite
circulará la tierra a la misma velocidad en que esta rota
lo que lo hace parecer inmóvil desde la tierra. Un a
ventaja de esto es que el satélite siempre esta a la
disposición para su uso. Un satélite para estar en
este tipo de órbitas debe ser posicionado a 13.937,5 Kms.
de altura, con lo que es posible cubrir a toda la tierra
utilizando solo tres satélites como lo muestra la
figura.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Un satélite no puede retransmitir una
señal a la misma frecuencia a la que es recibida, si esto
ocurriese el satélite interferiría con la
señal de la estación terrestre, por esto el
satélite tiene que convertir la señal recibida de
una frecuencia a otra antes de retransmitirla, para hacer esto lo
hacemos con algo llamado "Transponders". La siguiente imagen muestra
como es el proceso.
Al igual que los enlaces de microondas las
señales transmitidas vía satélites son
también degradadas por la distancia y las condiciones
atmosféricas.
Otro punto que cabe destacar es que existen
satélites que se encargan de regenerar la señal
recibida antes de retransmitirla, pero estos solo pueden ser
utilizados para señales digitales, mientras que los
satélites que no lo hacen pueden trabajar con ambos tipos
de señales (Análogas y Digitales).
1. MICROONDAS
Se denomina así la porción del espectro
electromagnético que cubre las frecuencias entre
aproximadamente 3 Ghz y 300 Ghz (1 Ghz = 10^9 Hz), que
corresponde a la longitud de onda en vacío entre 10 cm. y
1mm.
La propiedad
fundamental que caracteriza a este rango de frecuencia es que el
rango de ondas correspondientes es comparable con la
dimensión físicas de los sistemas de laboratorio;
debido a esta peculiaridad, las m. Exigen un tratamiento
particular que no es extrapolable de ninguno de los métodos de
trabajo utilizados en los márgenes de frecuencias con que
limita. Estos dos límites lo
constituyen la radiofrecuencia y el infrarrojo lejano. En
radiofrecuencia son útiles los conceptos de circuitos con
parámetros localizados, debido a que, en general, las
longitudes de onda son mucho mayores que las longitudes de los
dispositivos, pudiendo así, hablarse de autoinducciones,
capacidades, resistencias, etc., debido que no es preciso tener
en cuenta la propagación efectiva de la onda en dicho
elemento; por el contrario, en las frecuencias superiores a las
de m. son aplicables los métodos de tipo ÓPTICO,
debido a que las longitudes de onda comienzan a ser despreciables
frente a las dimensiones de los dispositivos.
El método de análisis más general y
ampliamente utilizado en m. consiste en la utilización del
campo electromagnético caracterizado por los vectores (E, B, D
y H en presencia de medios
materiales), teniendo en cuenta las ecuaciones de
MAXWELL (v), que rigen su comportamiento y las condiciones de
contorno metálicos son muy frecuentes a estas frecuencias,
cabe destacar que, p.ej, el campo E es normal y el campo H es
tangencial en las proximidades externas de un conductor. No
obstante, en las márgenes externas de las m. se utilizan
frecuentemente los métodos de análisis
correspondientes al rango contiguo del espectro; así, a
frecuencias elevadas m. son útiles los conceptos de RAYO,
LENTE, etc., ampliamente utilizados en óptica,
sobre todo cuando la propagación es transversal
electromagnética, (TEM, E y B perpendiculares entre
sí y a la dirección de propagación) en el
espacio libre. Por otro lado, a frecuencias bajas de m,
colindantes con las radiofrecuencias, es útil la teoría
de circuitos con parámetros distribuidos, en la que toma
en cuenta la propagación efectiva que va a tener la onda
en un elemento cualquiera. Así, un trozo de cable
metálico, que en baja frecuencia representa simplemente un
corto circuito que sirve para efectuar una conexión entre
elementos, dejando equipotenciales los puntos que une, a alta
frecuencia un sistema cuya frecuencia, por efecto peculiar, puede
no ser despreciable y cuya autoinducción puede causar una
impedancia que sea preciso tomar en cuenta. Entonces es preciso
representar este cable a través de su impedancia
(resistencia y autoinducción) por unidad de
longitud.
También en la parte de instrumentación experimental,
generación y transmisión de m, estas tienen
peculiaridades propias que obligan a utilizar con
características diferentes a los de los rangos de
frecuencias vecinos. Respecto a limitaciones que impiden su
funcionamiento a frecuencias de m., como a continuación
esquematizamos.
Las líneas de baja frecuencia son usualmente
ABIERTAS, con lo cual, si se intenta utilizar a frecuencias
elevadas, automáticamente surgen problemas de
radiación de la energía electromagnética;
para superar este inconveniente es necesario confirmar los campos
electromagnéticos, lo que normalmente se efectúa
por medio de contornos metálicos; así, los sistemas
de transmisión usuales a m. son, o bien lineas coaxiales,
o bien, en general, guías de onda continuadas por
conductores abiertos o tuberías. En este sentido es
ilustrativo ver la evolución de un circuito resonante LC
paralelo de baja frecuencia hacia una cavidad resonante, que es
circuito equivalente en m. Como a alta frecuencia las
inductancias y capacidades (ELECTROSTÁTICA; INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA), cobran
gran importancia, por pequeñas que sean, un circuito
resonante para frecuencias RELATIVAS ALTAS puede ser
sencillamente dos placas paralelas y una espira uniendo ambas
placas; es para reducir aún más la inductancia se
ponen varias espiras en paralelo, se llega a obtener una
región completamente cerrada por paredes
conductoras.
La energía electromagnética solo puede
almacenarse en una cavidad a frecuencias próximas a las
denominadas de resonancia de la misma, las cuales dependen
fndamentalmente de su geometría;
los campos anteriores penetran solo en una capa delgada de las
paredes metálicas siendo el espesor ô, de esta capa,
denominada profundidad de penetración, dependiente de la
frecuencia y de la conductividad del material que constituya a la
cavidad a través de la expresión ô= 2/WUO,
donde W,U y son respectivamente la frecuencia de la onda, la
permeabilidad magnética y conductividad del material
(ELÉCTRICA, CONDUCCIÓN, ELECTROMAGNETISMO) así, para los siguientes
metales:
aluminio, oro,
cobre y plata,
los valores de
ô a 3Ghz son respectivamente de 1,6, 1,4, 1,2 y 1,4 u. De
esta forma es fácil comprender que la energía
disipada en las cavidades, si éstas están hechas
por buenos conductores, es pequeña, con lo cual las Q, o
factores de mérito de las cavidades resonantes Q =2
ƒƒ (energía almacenada)/(energía disipada
por ciclo), suelen estar en orden de 10 ^4, pudiendo alcanzar
valores mas
elevados. Por otra parte el pequeño valor de ô
permite fabricar guías de excelente calidad con un
simple recubrimiento interior de buen material conductor,
(plateado o dorado).
La utilización en m, de las válvulas
de vacío convencionales, como amplificadores osciladores,
esta limitada, por una parte, por el tiempo de tránsito de
los electrones en el interior de la válvula y, por otra,
por las inductancias y por las capacidades asociadas al cableado
y los electrodos de la misma.
El tiempo de tránsito al hacerce comparable con
el período de las oscilaciones, da lugar a que haya un
defase entre el campo y las oscilaciones de los electrones; esto
implica un consumo de
energía que disminuye la impedancia de entrada de la
válvula, aunque su rejilla, polarizada negativamente, no
capte electrones. Las inductancias y capacidades parásitas
causan efectos de resonancia y acople interelectrónico que
también conducen a una limitación obvia.
Son muchas las modificaciones sugeridas y utilizadas
para superar estos inconvenientes, basándose en los mismos
principios de funcionamiento, pero, a frecuencias ya de lleno en
el rango de las m., tanto los circuitos de válvulas como
los semiconductores trabajan según una concepción
completamente diferente a los correspondientes de la baja
frecuencia.
MODULACION EN MICROONDAS
Los generadores de microondas son generadores
críticos en cuanto a la tensión y la corriente de
funcionamiento.
Uno de los medios es no actuar sobre el generador o
amplificador pero si utilizar un dispositivo diodo pin en la
guía de salida, modulada directamente la amplitud de la
onda.
Otro medio es utilizar un desfasador de ferrita y
modular la onda en fase. En este caso es fácil obtener
modulación en frecuencia a través del siguiente
proceso:
En una primera etapa, se modula en FM una portadora de
baja frecuencia, por ejemplo 70 Mhz.
En una segunda etapa, esta portadora modulada es
mezclada con la portadora principal en frecuencia de Ghz, por
ejemplo 10 Ghz.
Un filtro de frecuencias deja pasar la frecuencia suma,
10070 Mhz con sus bandas laterales de 3 Mhz y por lo tanto la
banda pasante será de 10067 a 10073 Mhz que es la
señal final de microondas.
En el receptor se hace la mezcla de esta señal
con el oscilador local de 10 Ghz seguido de un filtro que
aprovecha la frecuencia de diferencia 70 Mhz la cual es
amplificada y después detectada por las técnicas
usuales en FM.
VENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS COMPARADOS
CON LOS SISTEMAS DE LÍNEA METÁLICA
Volumen de
inversión generalmente mas
reducido.
Instalación más rápida y
sencilla.
Conservación generalmente más económica y de
actuación rápida.
Puede superarse las irregularidades del terreno.
La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que
las características del medio de transmisión son
esencialmente constantes en el ancho de banda de
trabajo.
Puede aumentarse la separación entre repetidores,
incrementando la altura de las torres.
DESVENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS
COMPARADOS CON LOS SISTEMAS DE LÍNEA
METÁLICA
Explotación restringida a tramos con visibilidad directa
para los enlaces.
Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las
que hay que disponer de energía y acondicionamiento para
los equipos y servicios de conservación. Se han hecho
ensayos para
utilizar generadores autónomos y baterías de
células
solares.
La segregación, aunque es posible y se realiza, no es tan
flexible como en los sistemas por cable
Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar
desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica
utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida,
supone un importante problema en diseño.
ESTRUCTURA GENERAL DE UN RADIOENLACE POR
MOCROONDAS
EQUIPOS
Un radioenlace esta constituido por equipos terminales y
repetidores intermedios. La función de los repetidores es
salvar la falta de visibilidad impuesta por la curvatura
terrestre y conseguir así enlaces superiores al horizonte
óptico. La distancia entre repetidores se llama
vano.
Los repetidores pueden ser:
Activos
Pasivos
En los repetidores pasivos o reflectores.
No hay ganancia
Se limitan a cambiar la dirección del haz
radielectrónico.
PLANES DE FRECUENCIA – ANCHO DE BANDA EN UN
RADIOENLACE POR MICROONDAS
En una estación terminal se requieran dos
frecuencias por radiocanal.
Frecuencia de emisión
Frecuencia de recepción
Es una estación repetidora que tiene como
mínimo una antena por cada dirección, es
absolutamente necesario que las frecuencias de emisión y
recepción estén suficientemente separadas, debido
a:
1. La gran
diferencia entre los niveles de las señales emitida y
recibida, que puede ser de 60 a 90 dB.
2. La necesidad de
evitar los acoples entre ambos sentidos de
transmisión.
3. La directividad
insuficiente de las antenas sobre todas las ondas
métricas.
Por consiguiente en ondas métricas (30-300 Mhz) y
decimétricas (300 Mhz – 3 Ghz), conviene utilizar cuatro
frecuencias (plan de 4
frecuencias).
En ondas centimétricas, la directividad es mayor
y puede emplearse un plan de 2 frecuencias.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Plan de 4 Frecuencias
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar"
Plan de 2 Frecuencias
2. GENERACIÓN DE
MICROONDAS
Quizás fue el MAGNETRON, como generador de m. De
alta potencia, el dispositivo que dio pie al desarrollo a gran
escala de las m.,
al abrir paso a la utilización de sistemas de radar
durante la II Guerra Mundial;
sin embargo, fueron KLYSTRONS, los que dieron una mayor
versatilidad de utilización de las m., sobre todo en el
campo de las comunicaciones, permitiendo además una mayor
comprensión de los fenómenos que tiene en lugar los
tubos de m. El principio básico de funcionamiento de estos
generadores es la modulación de velocidad de un haz
electrónico que al atravesar una cavidad resonante, excita
en ella oscilaciones electromagnéticas de la frecuencia de
m, deseada. El estudio de los KLYSTRONS obligó a un amplio
desarrollo desde los fenómenos de carga espacial, la
interpretación de la operación de los
tubos
Sin embargo, fue el desarrollo de otro tipo de
válvulas, las de ONDA PROGRESIVA (TWT, Travelling-Wave
Tube); siglas de ésta clase de tubos, las que dieron lugar
a una mejor compresión de los fenómenos que tienen
lugar en los haces electrónicos, sobre todo en lo que
respecta a las ondas electromecánicas, daban lugar a
amplificación o generación de m. Para que este
acoplamiento sea efectivo es preciso reducir la velocidad de fase
de la onda electromagnética lo cual se hace mediante
estructuras periódicas de entre las cuales la más
utilizada es la hélice; de esta forma es posible mantener
una iteración continuada entre la onda
electromagnética y el haz electrónico, modulado en
velocidad, y consecuentemente en densidad, que va
cediendo su energía, digamos cinética, a la onda
electromagnética. Posteriormente también se
desarrollo el tubo de onda regresiva (BWO< Backward- wave
oscillator), en el cual la velocidad de fase de la onda va en
dirección opuesta al flujo de energía en el
circuito, que ofrecí a, además, una mayor amplitud
de sintonía en frecuencia mediante control
electrónico.
Los dispositivos anteriores se basan en la
conversión de energía de continuidad en la
energía de m, mientras que los amplificadores
paramétricos (AMPLIFICADOR, 8) utilizan como fuente de
energía una de alterna que convierten, por un procedimiento de
mezcla, en la de alta frecuencia deseada. En lugar de utilizar
como elemento resistivo, utilizan un elemento reactivo, como
puede ser un diodo de capacidad variable, y de aquí el
bajo nivel de ruido que se puede lograr. Un fundamento
análogo tienen los amplificadores cuánticos MASER.
Son estos amplificadores de bajo nivel de ruido los que han
abierto un gran campo de operación en
radioastronomía, así como las intercontinentales
vía satélite etc.
Un problema conserniente al desarrollo de las m, lo ha
constituido hasta ahora el precio elevado
de los generadores; ha sido el decubrimiento de los osciladores a
semiconductores el que a abaratado, va camino de hacerlo aun
más, dichos generadores, con el cual el campo de
aplicaciones de las m.
Está creciendo a un nivel tal que impide predecir
las repercusiones futuras, que incluso pueden ser negativas.
Estos dispositivos también tienen una concepción
diferente a los usuarios de baja frecuencia esencial en que en
los de baja frecuencia los electrones del semiconductor son
TIBIOS en el sentido que sus energías no difieren
grandemente de la red del material, mientras que en los de m. Los
electrones son CALIENTES, con energías eléctricas
adquiridas de campos eléctricos elevados, que pueden ser
muy superiormente a energía de m.
El primero de estos dispositivos se basó en el
denominado efecto GUNN que se presenta en semiconductores
compuestos, como el arseniuro de galio, material en el fue
inicialmente detectado, y desde entonces se han descrito muchos
dispositivos, algunos basados en fenómenos
bulímicos en el semiconductor, como los gunn, y otros
fenómenos que tienen lugar en uniones de
semiconductores.
TRANSMISIÓN DE
MICROONDAS
Un sistema en el que se utilizan localmente las m.
Constará fundamentalmente de un generador y de un medio de
transmisión de la onda hasta la carga; en caso contrario,
tendremos necesidad de un sistema emisor y otro receptor, estando
el emisor compuesto por los elementos anteriormente citados,
donde la carga será una antena emisora, mientras que el
receptor será otra antena, medio de transmisión y
detector adecuado.
Además de estos elementos existirán otras
componentes como pueden ser atenuadores, desfasadores,
frecuencimetros, medidores de onda estacionaria, etc.; nosotros
nos vamos a circunscribir fundamentalmente a la guía de
onda, como elemento fundamental de transmisión a
éstas frecuencias.
Como ya se ha citado, la guía de onda es esencia
una tubería metálica, a través de la cual se
propaga el campo electromagnético sin prácticamente
atenuación, dependiendo esta del material de que la misma
esté fabricada; así, a una frecuencia determinada,
y para una geometría concreta, la atenuación
será tanto menor cuanto mejor conductor sea el material. A
diferencia de lo que ocurre en el medio libre, en el que el haz
de ondas electromagnéticas es mas o menos divergente y sus
campos transversales electromagnéticos (ondas TEM, ya
citadas), en una guía el campo esta confinado en su
interior, evitándose la radiación hacia el
exterior, y sus campos ya no pueden ser TEM sino que han de hacer
necesariamente del tipo TE (campo electrónico transversal
a la dirección de propagación), o bien TM (campo
magnético transversal) o bien híbridos, es
decir, mezcla de TE y TM.
La configuración de la geometría, tipo de
excitación de la guía y frecuencia, ocurriendo
además que ciertas configuraciones de campo, denominadas
modos, solo son posibles a frecuencias superiores a una
determinada, denominada frecuencia de corte, existiendo un modo
de propagación de dichos campos, el modo fundamental, que
posee la frecuencia de corte mínima. Por debajo de esta
frecuencia la guía no propaga la energía
electromagnética.
APLICACIONES DE LAS MICROONDAS
Sin duda podemos decir que el campo mas valioso de
aplicación de las m. es el ya mencionado de las
comunicaciones, desde las que pudiéramos denominar
privadas, pasando por las continentales e intercontinentales,
hasta llegar a las extraterrestres.
En este terreno, las m. actúan generalmente como
portadoras de información, mediante una modulación
o codificación apropiada. En los sistemas de radar, cabe
citar desde los empleados en armamento y navegación, hasta
los utilizados en sistemas de alarma; estos últimos
sistemas suelen también basarse en efecto DOPPLER o en
cambios que sufre la razón de onda estacionaria (SWR) de
una antena, pudiendo incluso reconocerse la naturaleza del
elemento de alarma. Sistema automático de puertas, medida
de velocidad de vehículos, etc.
Otro gran campo de aplicación es el que se
pudiera denominar científico. En radioastronomía
ocurre que las radiaciones extraterrestres con frecuencia
comprendidas entre 10 Mhz y 10Ghz pueden atravesar el filtro
impuesto por
la atmósfera y llegar hasta
nosotros.
Entre estas radiaciones están algunas de tipo
espectral, como la línea de 1420 OH, y otras de tipo
continuo debidas a radiación térmica,
emisión giromagnética, sincrotónica, etc. La
detección de estas radiaciones permite obtener
información de la dinámica y constitución del universo. En el
estudio de los materiales (eléctricos, magnéticos,
palmas) las m. se pueden utilizar bien para la
determinación de parámetros macroscópicos,
como son la permitividad eléctrica y la permeabilidad
magnética, bien para el estudio directo de la estructura
molecular de la materia mediante técnicas
espectroscópicas y de resonancia.
En el campo médico y biológicose utilizan
las m. Para la observación de cambios fisiológicos
significativos de parámetros del sistema
circulatorio y respiratorio.
Es imposible hacer una enumeración exhaustiva de
aplicaciones que, aparte de las ya citadas, pueden ir desde la
mera confección de juguetes hasta el controlar de procesos o
funcionamiento de computadores ultra rápidos. Quizá
el progreso futuro de las microondas. Esta en el desarrollo cada
día mayor, de los dispositivos a estado
sólido, en los cuáles se consigue una
disminución de precio y tamaño que puede llegar a
niveles insospechados; estos sistemas son la combinación
de los generadores a semiconductores con las técnicas de
circuiteria integrada, fácilmente adaptables a la producción en masa.
Sin embargo no todo son beneficios; un crecimiento
incontrolado de la utilización de las m, puede dar lugar a
problemas no solo de congestión del espectro,
interferencias, etc., sino también de salud humana; este
último aspecto no está lo suficientemente
estudiado, como se deduce del hecho de que los índices de
peligrosidad sean marcadamente diferentes de unos países a
otros.
3. PROPAGACION DE MICROONDAS
Las microondas ocupan una porción del espectro de
frecuencias entre 1 y 300 Ghz que corresponde a 10 cm y mm
respectivamente, en longitudes de onda. En la práctica son
ondas del orden de 1 Ghz a 12 Ghz.
La banda espectral de las microondas de divide en
sub-bandas tal como se muestra en la tabla.
| FRECUENCIA (GHz) | LONGITUD DE ONDA APROXIMADA (Cm) |
S | 1.5 A 8 | 10 |
X | 8 A 12.5 | 3 |
K | 12.5 A 40 | 1.1 |
Q | 40 A 50 | 0.8 |
Sub-bandas en las que se divide la banda espectral de
las microondas.
Los sistemas de microondas son usados en enlaces de
televisión, en multienlaces telefónicos y general
en redes con alta capacidad de canales de
información.
Las microondas atraviesan fácilmente la ionosfera
y son usadas también en comunicaciones por
satélites.
La longitud de onda muy pequeña permite antenas
de alta ganancias.
Como el radio de fresnel es relativamente
pequeño, la propagación se efectúa como en
el espacio libre.
Si hay obstáculos que obstruyan el radio de
fresnel, la atenuación es proporcional al
obstáculo.
De la ecuación se obtiene la atenuación
Pr/Pt en enlaces espaciales
Pr/Pt (dB) = Gt (dB) + Gr (dB) +20 log h (m) – 22
– 20 log r (Km)
donde r es la distancia del enlace, h es la
longitud de onda Gt Y Gr son las ganancias del transmisor y del
receptor receptivamente.
A la atenuación en espacio libre se le agregan
algunos valores de atenuación debido a
obstáculos:
6 dB: Incidencia restante.
40 dB: Bloqueo total del haz.
La atenuación puede variar de 6 a 20 dB
dependiendo del tipo de superficie que provoca la
difracción. Así:
6 dB: Para una difracción en filo de cuchilla, con
incidencia resante.
20 dB: Difracción con incidencia resante en
obstáculo mas redondeado como terreno ligeramente ondulado
o agua que sigue
la curvatura de la tierra.
En condiciones desfavorables las perdidas por
reflexión pueden ser de hasta 50 db (propagación
sobre mar).
Si la superficie es rugosa se consideran despreciables
las perdidas por reflexión.
La temperatura efectiva de ruido Te del circuito
receptor, referida a los terminales de entrada y la cifra de
ruido o (factor de ruido) F de un circuito están
relacionados de la siguiente forma:
F = 1 + Te/To
F es la razón de la potencia de ruido real
de salida (al conectar en un generador de temperatura normalizado
de To=290^oK) y la potencia de ruido de salida que
existiría para la misma entrada, si el circuito no tuviera
ruidos propios.
Por tanto, se nota que
F = 1 o 0 dB corresponde a Te = 0^K
F = 2 o 3 dB corresponde a Te = 290^oK,
etc.
UTILIZACIÓN DE MICROONDAS EN
COMUNICACIONES ESPACIALES
Los satélites artificiales han extendido el
alcance de la línea de propagación y han hecho
posible la transmisión transoceánica de microondas
por su capacidad de admitir anchas bandas de frecuencias. La
línea de transmisión puede extenderse por uno de
los distintos medios existentes.
El satélite en forma de globo de plástico
metalizado exteriormente puede ser empleado como reflector
pasivo, en cuyo caso no se necesita equipo alguno en el
satélite. Se ha estimado que veinticuatro de tales
reflectores pasivos en órbitas polares establecidas al
azar alrededor de unos 5000 kilómetros permitirían
una transmisión transatlántica que solo se
interrumpiría menos de 1% del tiempo.
Como segunda posibilidad, el satélite puede
emplearse como un receptor activo en microondas, retransmitiendo
la señal que recibe, bien instantáneamente o tras
un almacenaje hasta que el este próximo a la
estación receptora. En este último caso la
capacidad del canal queda limitada.
Con el satélite en una órbita
próxima es decir, inferior a 8000 kilómetros, la
pérdida de transmisión es moderada, pero las
estaciones terrestres deben tener antenas capaces de explotar
casi de horizonte a horizonte. Si el satélite se
sitúa en una órbita ecuatorial de veinticuatro
horas parecerá como si tuviera fijo sobre algún
punto del ecuador, darían una cobertura mundial. Con el
satélite fijo en su posición respecto a la tierra y
estabilizado en su orientación pueden emplearse antenas
grandes y relativamente económicas para las estaciones
terrestres, pudiéndose emplear en el satélite una
antena con una directividad modesta.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Satélite artificial en
órbita circular. r =42000 Km
desconectado el radio terrestre Rt= 6370 Km se ve
que la altura sobre el suelo del
satélite será aproximadamente igual a 36000 Km que
es la órbita de clark.
Los piases de la zona tropical y templada usan los
satélites estacionarios.
Los países en zonas mas alejadas del ecuador son
forzados a incluir la órbita en relación con el
ecuador y prescindir así del sincronismo perfecto, por que
el desplazamiento del satélite es lento con
relación a la tierra.
Como el satélite no debe cargar grandes masas, la
potencia de su transmisor es reducida y su antena es
relativamente pequeña. Sus ondas deben atravesar la
ionosfera terrestre, de ahí el uso de microondas para
conseguir altísimas ganancias en las antenas terrestres
son parabólicas de grandes dimensiones, aproximadamente
igual a 30 m de diámetro con ganancia de 60 dB en 2
Ghz.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar"
Los enlaces se hacen básicamente entre
puntos visibles es decir, puntos altos de la topografía.
Cualquiera que sea la magnitud del sistema de
microondas, para funcionamiento correcto es necesario que los
recorridos entre enlaces tengan una altura libre adecuada para la
propagación en toda época del año, tomando
en cuenta las variaciones de las condiciones atmosféricas
de la región.
Para poder calcular las alturas libres debe conocerse la
topografía del terreno, así como la altura y
ubicación de los obstáculos que puedan existir en
el trayecto.
Antes de hacer mediciones en el terreno puede ser
necesario estudiar los planos topográficos de la zona. Por
lo general el estudio minucioso de los mapas y de los
planos facilita las labores, sobre todo en sistema extensos con
gran numero de repetidoras y donde existe una gran variedad de
rutas posibles. Por proceso de eliminación y de selección
ha de llegarse a la escogencia de la ruta más
favorable.
Sobre un mapa de la región en escalas del orden
de 1:10000, 1: 100000 o 1: 200000, se escogen estaciones
separadas de 10 a 50 Km
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Una vez escogidos los sitios de ubicación
propuestos para las torres de las antenas, y habiéndose
determinado la elevación del terreno comprendido entre
dichos sitios, se prepara un diagrama de perfiles.
En la mayoría de los casos solo es necesario los
perfiles de los obstáculos y de sus alrededores, donde
pueda obstruirse la línea visual.
Las señales de radiotransmisión en las
frecuencias de microondas generalmente se propagan en
línea recta en la forma de un haz dirigido de un punto a
otro. Sin embargo, el haz puede desviarse o curvarse hacia la
tierra por efecto de la refracción de las ondas en la
atmósfera. La magnitud de la curvatura se ha tenido en
cuenta al calcular el factor K.
Puede emplearse un perfil de trayecto dibujado sin
mostrar la curvatura de la tierra, y con el haz de microondas en
línea recta entre las dos antenas. Dicho perfil representa
el caso en el cual la curvatura del haz es igual a la del terreno
y el radio de la tierra es infinito. Esta es una de las
condiciones extremas que deben investigarse al estudiar el efecto
de las condiciones atmosféricas anormales sobre la
propagación de las microondas. Sobre el mismo
gráfico se dibujan los recorridos del haz para otros
posibles valores de K entre ellos el normal que es 4/3. El
trazado de las curvas con diversos valores de K se hace con
plantillas normalizadas. Traza el elipsoide de fresnel para
verificar si ocurre obturación.
Determinando el perfil del terreno sobre el que se
propaga el haz, se estudiará el margen de este con
relación al obstáculo mas prominente. Dicho margen
hay que compararlo con el radio de la n-esima zona abscisa o,
esta dado por la ecuación
Rfn = Ö nhd1d2/d1+d2,m
donde :
Rfn = Radio de la n-esima zona de fresnel
en metros.
h = Longitud de onda en
metros.
d1 = Distancia del transmisor al punto
considerado en metros.
d2 = Distancia del punto considerado al
receptor en metros.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
A partir del mapa de la región se traza en
un papel 4/3 el
perfil del terreno a lo largo de la trayectoria de
estación a estación.
Ordinariamente, el margen sobre obstáculos se
refiere al radio d la primera zona de fresnel; si el cociente
correspondiente se lleva en abscisas en le gráfico, en
coordenadas se obtendrá la influencia sobre la intensidad
de campo. Se tiene las condiciones correspondientes a
propagación en el espacio libre cuando al margen sobre
obstáculos es 0.6 veces el radio de la primera zona de
fresnel. Este es el criterio que se sigue en presencia de
obstáculos para determinar la viabilidad de un
enlace.
intervalo -3 <p/ Rf <1
Abscisa: margen sobre obstáculos/radio
primera zona de fresnel. B. interpretaciones del margen sobre
obstáculos
p >0 y p < o
La Figura muestra dos interpretaciones existentes
para el margen sobre obstáculos p.
La siguiente es una formula empírica para
pérdidas por obstáculo.
Po(dB) = 12 P/ Rf – 10
la ecuación anterior es válida en
el intervalo – 3 < P/Rf < 1
Hay momentos en que la distribución de la densidad de la
atmósfera cambia y la trayectoria se hace mas restante y
pasa a sufrir obstrucción, se debe incluir en los
cálculos una pérdida adicional de 3 dB.
Poniendo en funcionamiento tal enlace, la
transmisión con atmósfera normal no tendrá
la perdida de 3 dB, solo surge en momentos desfavorables y ya
está incluida en el diseño.
Luego se calcula la atenuación con la
ecuación ( )
Pr / Pt = Gt Ar / 4 TT r²
de la ecuación ( ) se
tiene
Ar = Gr h² / 4 TT
Sustituyendo la ecuación ( ) en la
( ) se obtiene la ecuación ( )
Pr / Pt = Gt Gr h² / (4 TT r
)²
donde los parámetros son los mismos que se
dieron anteriormente.
Expresado en dB la ecuación ( ) se tiene
la ecuación ( )
Pr / Pt (dB) = 10 log Pr / Pt = Gt (dB) + Gr (dB)
+ 20 log h – 20 log r – 22
Sobre un terreno liso el alcance D de la
radiación depende de la altura de la antena h.
Entonces:
D (km) = 4 Ö h (m)
El problema de las reflexiones interferentes es
prácticamente inexistente ya que, para las ondas
centimétricas todo terreno es áspero y no da buena
reflexión según el criterio de Rayleigh.
El único caso peligroso es cuando existe un
espejo de aguas mansas como un lago, bahía
orio.
4. ANOMALÍAS DE PROPAGACION EN
MICROONDAS
El gradiente del índice de refracción o
factor K que corresponde al radio eficaz de la tierra se define
como el grado y la dirección de la curvatura que describe
el haz de microondas durante su propagación
K = R’ / Rt
Donde Rt es el radio real terrestre y R"es el
radio de la curvatura ficticia de la tierra.
Cualquier variación del índice de
refracción provocada por la alteración de las
condiciones atmosféricas, se expresa como un cambio del
factor K.
En condiciones atmosféricas normales, el valor de
K varia desde 1.2 para regiones elevadas y secas (o 4/3 en onzas
mediterráneas), hasta 2 o 3 para zonas costeras
húmedas.
Cuando K se hace infinito, la tierra aparece ante el haz
como perfectamente plana, ya que su curvatura tiene exactamente
el mismo valor que la terrestre.
Si el valor de K disminuye a menos de 1, el haz se curva
en forma opuesta a la curvatura terrestre. Este efecto puede
obstruir parcialmente al trayecto de transmisión,
produciéndose así una difracción.
El valor de la curvatura terrestre para los distintos
valores de K se calcula mediante la siguiente
fórmula
h = d1 d2 / 1.5 K
donde
h = Cambio de la distancia vertical desde una
línea horizontal de referencia, en pies,
d1 = Distancia desde un punto hasta uno de los extremos
del trayecto, en millas.
d2 = Distancia desde el mismo punto anterior hasta el
otro extremo del trayecto, en
millas.
K = Factor del radio eficaz de la
tierra.
1ml = 1.61Km.
1 pie = 0.3 m.
Con excepción del desvanecimiento por
efecto de trayectos múltiples, los desvanecimientos son
fácilmente superables mediante:
– Diversidad de espacio.
– Diversidad de frecuencia.
– Diversidad de polarización.
La alteraciones del valor de K desde 1 hasta
infinito ( Rango normal de K), tiene escasa influencia en el
nivel de intensidad con que se reciben las señales, cuando
el trayecto se ha proyectado en forma adecuada.
Las anomalías de propagación ocurren
cuando K es inferior a 1, el trayecto podría quedar
obstruido y por lo tanto seria vulnerable a los fuertes
desvanecimientos provocados por el efecto de trayectos
múltiples.
Cuando K forma un valor negativo, el trayecto
podría resultar atrapado entre capas atmosféricas y
en consecuencia seria susceptible a sufrir desvanecimiento
total.
DESVANECIMIENTO
El desvanecimiento se debe normalmente a los cambios
atmosféricos y a las reflexiones del trayecto de
propagación al encontrar superficies terrestres o
acuáticas.
La intensidad del desvanecimiento aumenta en general con
la frecuencia y la longitud de trayecto.
En caso de transmisión sobre terreno accidentado,
el desvanecimiento debido a propagación multrayecto es
relativamente independiente del citado margen sobre
obstáculo y en casos extremos tiende a aproximarse a la
distribución de Rayleigh, es decir, la probabilidad de
que el valor instantáneo del campo supere el valor R es
:
-R/R0
P (R) = e
En donde: Ro es el valor eficaz.
En la figura se presentan valores típicos
de desvanecimiento para trayectos con suficiente margen sobre
obstáculos.
Los tipos de desvanecimiento que influye sobre la
contabilidad
de la propagación en los sistemas de microondas son
selectivos y no selectivos.
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar"
Desvanecimiento en el peor mes para trayectos de 40 a 60
Kms con visibilidad y margen sobre obstáculos de 15 a 30
m.
5. CONFIABILIDAD DE SISTEMAS DE
RADIOTRANSMISION POR MICROONDAS
Las normas de
seguridad de
funcionamiento de los sistemas de microondas han alcanzado gran
rigidez. Por ejemplo, se utiliza un 99.98% de confiabilidad
general en un sistema patrón de 6000 Km. de longitud, lo
que equivale a permitir solo un máximo de 25 segundos de
interrupción del año por cada enlace.
Por enlace o radioenlace se entiende el tramo de
transmisión directa entre dos estaciones adyacentes, ya
sean terminales o repetidoras, de un sistema de microondas. El
enlace comprende los equipos correspondientes de las dos
estaciones, como así mismo las antenas y el trayecto de
propagación entre ambas. De acuerdo con las
recomendaciones del CCIR, los enlaces, deben tener una longitud
media de 50 Km.
Las empresas
industriales que emplean sistemas de telecomunicaciones también hablan de una
confiabilidad media del orden de 99.9999%, o sea un máximo
de 30 segundos de interrupciones por año, en los sistemas
de microondas de largo alcance.
Los cálculos estimados y cómputos de
interrupciones del servicio por
fallas de propagación, emplean procedimientos
parcial o totalmente empíricos. Los resultados de dichos
cálculos generalmente se dan como tiempo fuera de servicio
(TFS) anual por enlace o porcentaje de confiabilidad por
enlace.
jorge moscoso sanchez