capitulo 5 nerivela

Página 1

Caracteristicas

y efectos del medio de propagación

.1 angulos

de elevación y azimut

Para orientar la antena de una estación terrena en la

dirección correcta hacia donde esta el sateliute con el que desea comunicarse,

se definen los angulos de elevación y azimut. Estos angulos son medidos tomando

como referencia a la línea sobre la cual la antena tiene ganancia máxima, y en

el caso de una antena parabólica, dicha referencia es el eje del plato

parabólico. Este eje contiene al vértice y al foco. El angulo de elevación se define como el angulo formado entre el

plano horizontal local y la línea de vista entre la estación terrena y el

satélite.

El modelo de azimut es el angulo medido en el sentido

de las manecillas del reloj entre la línea que une a la estación terrena con el

norte geográfico y la proyección horizontal local de la línea de máxima

radiación de la antena que debe apuntar en la dirección hacia el satélite.

Las formulas a las que se llega finalmente para calcular

estos angulos son, para el angulo de elevación:

Estas formulas anteriores suponen que la latitud del

satélite es exactamente . Si se usa una brújula

como instrumento manual para orientar la antena, hay que tomar en cuenta la

declinación magnética correspondiente al lugar geográfico en donde este la

estación. Recuérdese que la brújula mide el angulo que hay entre el eje

magnético de la tierra y cualquier línea visual. Por ello en algunas ocaciones

es necesario realizar un ajuste.

.2 rango

La distancia que hay entre una estación

terrena y un satélite se denomina rango. Esta distancia puede ser calculada a

partir de lo siguiente:

A los angulos y se les llama

respectivamente: “angulo de cobertura o central” y “angulo de nadir”. El angulo

de cobertura se obtiene como:

es la latitud de la estación terrena y es el valor absoluto de la

diferencia de longitudes del satélite y la estación terrena. Conociendo el rango S es igual a:

Para mayor exactitud, habría que

tomar en cuenta la altitud de la estación sobre el nivel del mar.

.3 el efecto Doppler

El efecto recibe este nombre en

honor al físico austriaco christian doppler, quien explico y cantifico el

fenómeno de porque la frecuencia de las ondas sonoras cambiaban en un punto

receptor fijo cuando la fuente que originaba dichos sonidos se movían con

relación al receptor.

El efecto doppler es explotado

técnicamente por los sistemas satelitales de navegación y localización. Este

sistema también es usado por la estación espacial internacional que orbita la tierra,

para calcular con presiscion su posición relativa con relación a los satélites

geoestacionarios de la NASA.

La ecuación que relaciona

matemáticamente a la frecuencia original del transmisor , con la frecuencia

detectada por un receptor , en función de la

velocidad a la que el transmisor se acerca o se aleja del receptor es:

En donde es la componente de la velocida del transmisor

en la dirección hacia el receptor y es la velocidad de la luz. Si el transmisor se

aleja del receptor es negativa y la frecuencia disminuye.

El efecto doppler

ocurre tanto en el enlace de subida como de bajada.

.4 atenuacion por absorción atmosférica

Cuando las frecuencias

de transmisión son lo suficientemente altas, las ondas electromagnéticas interactúan

con las moléculas de los gases en la atmosfera.

Estas interacciones

reducen la potencia de las señales conforme atraviesan la atmosfera, y se

intensifican en las frecuencias de resonancia del vapor de agua (), Oxigeno () y bióxido de carbono ().

La Union Internacional

de Telecomunicaciones ha asignado para los satélites de comunicaciones (1 a 30

GHz) fueron cuidadosamente elegidas para evitar las zonas de mayor

atenuación.

La atenuación total acumulada

depende de la longitud exacta del trayecto de la señal de las campas

atmosféricas responsables de esta absorción, depende del angulo de elevación de

la estación terrena, de la altitud a la que esta sobre el nivel del mar, la

temperatura y la densidad del vapor de agua.

Para estimar la absorción

atmosférica se utiliza la siguiente formula:

En donde es el angulo de elevación de la antena

terreste, es la lectura obtenida y es la atenuación por absorción atmosférica

para ese angulo de elevación .

.5 atenuación por lluvia

Cuando llega a llover en la zona

donde está instalada una estación terrena, ya sea transmisora o receptora, las

señales portadoras son atenuadas conforme se propagan a través de la región del

aire en donde este lloviendo. La distancia total que las señales viajan a través del fenómeno

meteorológico depende de la altura de las nubes con relación al piso y del ángulo

de elevación de la antena de la estación.

Existen 2 tipos de

grupos o tipos de modelos para predecir la atenuación por lluvia: empíricos y

teóricos. Los empíricos se basan en obtener curvas que coincidan o se asemejen

a las gráficas obtenidas con los datos previamente medidos. Los modelos

teóricos, están fundamentados en las distribuciones esperadas de los tamaños de

las gotas para cada intensidad de lluvia.

De acuerdo con diversos estudios, se ha visto

que una señal no es afectada por la lluvia de la misma forma en toda su

trayectoria a través de ella, ni durante todo el tiempo que llueve y, además,

la distribución del agua no es uniforme.

La atenuacion buscada se calcula como:

La atenuacion por lluvia no

solamente influye en la intensidad de potencia de una señal portadora de

información, sino que también introduce muchoruido en el enlace, degradando aun

mas la calidad de la señal que finalmente es recibida. Por ello, se diseña un

enlace o u a red, se define la disponibilidad deseada, se calcula la atenuacion

por lluvia correspondiente, se evalua su impacto sobre la temperatura de ruido

del sistema y establecer un buen margen de operación, para que, cuando llueva

el cociente de portadora y el ruido no se degrade a niveles insatisfactorios. A

este diseño se le llama margen de lluvia.

.6 el efecto Faraday

Este efecto consiste en la desviación

indeseable de la dirección del campo eléctrico de una señal de microondas cuya

polarización es lineal. El giro del vector de campo eléctrico, conocido como

rotación de Faraday, ocurre cuando la señal atraviesa las capas de la

ionosfera, que están cargadas eléctricamente debido a la radiación solar.

El efecto Faraday es importante

en las bandas UHF , L y C, pero en las banda y deja de ser un problema. El giro del campo

eléctrico que sucede en las bandas inferiores usadas para comunicaciones

satelitales se debe a la interaccion energética entre las partículas cargadas o

ionizadas de la ionosfera, el campo magnético terrestre y las ondas

electromagnéticas. Mientras la ionosfera este mas cargada eléctricamente, la

rotación de Faraday será mayor.

El que la dirección del campo

eléctrico de una señal satelital se desvie tiene dos consecuencias:

1)

la potencia que llega en la polarización deseada

a la antena receptora disminuye, siendo este un efecto de perdida en la señal

copolarizada.

2)

Si el enlace utiliza polarización simultanea,

resulta en la creación de una componente de ruido con polarización cruzada.

La perdida de potencia en la

señal copolarizada se reduce a:

Y la magnitud de la componente de

polarizacio cruzada es:

Entonces la perdida de potencia

esta dada por:

Al fenómeno anterior también se

le conoce como despolarización de la señal.

La señal con polarización

horizontal produce una componente con polarización cruzada que se suma como

ruido a la señal original de polarización vertical, y, a la inversa, esta

ultima origina una componente horizontal que se añade a la señal original de

polarización horizontal, a este fenómeno se le denomina habitualmente

transpolacion.

Estas señales sufren de

interferencia, y esta se mide calculando

la discriminación por polarización cruzada o el aislamiento por polarización

cruzada.

La discriminación por

polarización cruzada se calcula:

el aislamiento por polarización

cruzada se calcula:

Mientras mayor sea el valor APX,

habrá menos interferencia y el sistema de comunicaciones funcionara mejor.

.7 despolarizacion causada por la lluvia

El efecto Faraday ocurre en todo

momento, pero cuando llueve en la troposfera, las señales que pasan a través de

ella también son despolarizadas. El grado de despolarización es función de la

forma oblada y la orientación de las gotas de lluvia, de la frecuencia y

polarización de la onda, y de la intensidad de la lluvia o numero de gotas en

el trayecto de propagación.

Estas son las principales

características en cuanto ala discriminación polarizada cruzada:

1-

DPX empeora al disminuir la frecuencia.

2-

DPX se degrada si la atenuacion copolar aumenta.

3-

DPX para una onda polarizada verticalmente es

mejor que para una con polarización horizontal.

4-

Las ondas polarizadas circularmente tienen una

DPX mas baja.

La formula empírica mas reciente

para calcular la magnitud de la discrininacion de polarización cruzada, DPX:

.8 otros factores de deterioro por propagación

Además del efecto doppler y la

influencia del medio de propagación sobre la magnitud y la polarización de las

señales satelitales, existen otros efectos que la troposfera y la ionosfera tienen sobre

dichas señales, que pueden llegar a deteriorarlas más.

En la troposfera ocurren los

siguientes fenómenos: atenuacion por absorción atmosférica, atenuacion por

lluvia, atenuacion adicional por las nubes, la niebla, el granizo y la nieve,

despolarización por lluvia y por cristales de hielo en la atmosfera, y cambios

de amplitud, fase y angulo de llegada causados por centelleo troposférico.

La atenuación a través del granizo, nubes,

niebla y nieve son despreciables abajas frecuencias; la despolarización causada

por los cristales de hielo es muy pequeña; el centelleo consiste en

fluctuaciones rapidas de la amplitud, la fase y el angulo de llegada de las

microondas. Es producido por los cambios que hay en el índice de refracción a

nivel pequeña escala en la troposfera, también ocurre en la ionosfera, a veces

se le refiere al centelleo como multitrayectoria atmosférica, pues las ondas

llegan al receptor desde diferentes trayectorias.

En lo que se refiere a la

ionosfera, los principales fenómenos que produce sobre las ondas satelitales

son la rotacon de Faraday y, una vez mas,centelleo. Sin embargo, el centelleo ionosferico

disminuye con el cuadrado de la frecuencia, solo es importante a frecuencia

menores.

Una opción que puede servir como

remedio a los daños por despolarización es emplear diversidad, con estaciones

separadas entre si una cierta distancia, y la otra es usar una técnica de

compensación de despolarización adaptiva.

.9 tiempo de retardo y latencia

El tiempo de retardo es el tiempo

total que la señal tarda en subir desde la tierra hacia el satélite y

viceversa, se calcula:

En donde S es el rango o distancia

en km entre la estación terrena transmisora o receptora y el satélite y c es la

velocidad de la luz (299,792 km/s). un promedio aproximado arroja la cifra de

0.125 s.

En el caso de una conversacion

telefónica, es necesario usar canceladores de eco para evitar posibles

molestias auditivas en el transmisor causadas por señales reflejadas en el

receptor. El tiempo total transcurrido en el que se efectua la comunicación es

de cerca de medio segundo. A este tipo de lazo, que comprende dos enlaces ascendentes

y dos descendentes, se le llama “simple salto” o “salto unico”. Existen casos

en los que el retardo es aun mayor, cuando se emplea un “doble salto”.

En los sistemas d etransmision de

datos con accesos son mas importantes las variaciones en el tiempo de retardo

que el propio tiempo de retardo. Se considera la derivada del rango con

relación al tiempo.

Los circuitos terrestres entre

las estaciones terrenas y sus puntos de origen y destino también introducen

cierto retraso que se suma a la ecuación:

En donde un valor típico promedio es de 30ms, el coeficiente

de 0.004 es equivalente a una velocidad de propagación de solo 250,000 km/s, ya

que en los cables las señales viajan a menor velocidad que la luz.