Comunicaciones en la Banda VHF y UHF

Presentación del tema: "Comunicaciones en la Banda VHF y UHF"— Transcripción de la presentación:

1 Comunicaciones en la Banda VHF y UHF
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica TEMA IV Comunicaciones en la Banda VHF y UHF PARTE I

2 RANGOS DE FRECUENCIAS Los rangos de frecuencia de las bandas de VHF y UHF, son: Banda Frecuencia inferior Frecuencia superior VHF 30 MHz 300 MHz UHF 3000 MHz

3 Longitud de onda inferior Longitud de onda superior
RANGOS DE FRECUENCIAS Las longitudes de ondas correspondientes son: Banda Longitud de onda inferior Longitud de onda superior VHF UHF

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

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

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

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

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

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

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

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

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

13 EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS
Valores de longitud de onda críticos para algunos ductos Ho(m) 6 24 120 600 c(m) 0.01 0.1 1 10

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

24 BANDAS DE FRECUENCIAS El CCIR recomienda para los sistemas de comunicaciones móviles la utilización de cinco bandas de frecuencias que son las que se muestran en la tabla siguiente: Bandas Frecuencias (MHz) I 30 – 50 II 50 – 100 III 150 – 250 IV 450 – 500 V f2

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

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

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

28 ZONAS DE FRESNELL Zonas de Freesnel

29 FIN DEL TEMA 4 Gracias

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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