Atenuación de ondas electromagnéticas

Ventajas y desventajas de los Radioenlaces

Ventajas de la solución de mw

• Bajos costos fijos
• Implementación rápida (días)
• Ubicación de la Implementación en la mejor de las oportunidades
• Menores costos de implementación en las zonas urbanas y los mercados rurales
• La velocidad permite la entrada en nuevos mercados emergentes
• No reglamentada a nivel local 
• 80% del coste es la electrónica del equipo (no la mano de obra ni las estructuras)

Desventajas de la solución de MW

• Necesita línea de visión directa (LOS) para su propagación.
• El clima afecta la disponibilidad
• Estéticamente posee problemas con los clientes debido a la antena, las estaciones de radio y torres
• La tecnología es relativamente nueva MW para aplicaciones comerciales

Cálculo de la Potencia de un radioenlace

La presencia de la atmósfera y del suelo pueden afectar a la propagación de RF.

La propagación dependerá de:

• •  las condiciones climáticas
  •  las bandas de frecuencias de rf
  •  la longitud del salto
  •  las carácterísticas de la tierra

1. La Atmósfera

   • La absorción atmosférica
   • Refracción a través de la atmósfera: La curvatura del rayo
   • Refracción a través de la atmósfera: la propagación multitrayecto.

2. Lluvia:

   
   
   • Absorción de gota de agua
   • Dispersión de las gotas de lluvia
   • La despolarización de señal de RF.

3. El Suelo

   • Difracción a través de los obstáculos
   • Reflexiones.

Ecuación del enlace  (Friis)

• PRx : Potencia recibida [dBm]
• PTx : Potencia transmitida [dBm]
• Afsl : Perdidas por propagación en el espacio libre [dB]
• Aa : Perdidas por absorción atmosférica [dB]
• GTx : Ganancia e la antena transmisora [dB]
• GRx : Ganancia de la antena receptora [dB]
• Af,Tx : Perdidas en el cable del transmisor [dB]
• Af,Rx : Perdidas en el cable del receptor [dB]
• ABR :¨Perdidas en el sistema de RF (filtros) [dB]
• A : Otras atenuaciones (espejos, antenas back-to-back, atenuadores) [dB]
• M : Margen de tolerancia [dB]

Perdidas del Espacio

Afsl (dB) = 92.4 + 20 log (F) + 20 log (L)

FSL incrementa 6 dB si:

La longitud del salto Es doble o La frecuencia es doble.

Ganancia de la antena

La ganancia de la antena depende de su diámetro "D" [m] y en la frecuencia de operación "F" [GHz]:

La ganancia de antena es 6 dB más alta si:
- El diámetro de la antena se duplica, para una frecuencia dada.
- Si la frecuencia se duplica, para un determinado diámetro.

Pérdidas

• Las pérdidas del Alimentador (M)

     Las pérdidas del sistema por el alimentador depende de su atenuación específica (dB/100m) y su longitud.

• Las pérdida en el sistema de RF (ABR)
  Las pérdidas del sistema de RF: puede ser evaluada por las carácterísticas del equipo de radio.
  En este término, es necesario insertar la pérdida total de RF dependiendo de la configuración del sistema (es decir, número total de circuladores de RF y el punto de medición de potencia Tx y Rx).
• Otras pérdidas (A)
  Podemos considerar todo tipo de otras pérdidas, como los sistemas de repetidores pasivos, llevados a cabo por los repetidores pasivos o antenas back-to-back, atenuadores, cúpulas, obstrucciones, etc

El margen  de Guarda (M)
Es un valor de tolerancia que se puede añadir (normalmente de 1 dB).

Radiopropagación de una onda

Un enlace de microondas terrestre propaga sus ondas a través de la porción inferior de la atmósfera terrestre, referida como la troposfera.

La troposfera contiene diferentes climas y parámetros tales como temperatura, vapor de agua y cambio de presión atmosférica que varían entre diferentes lugares y con el tiempo.

El problema es que a frecuencias de microondas la trayectoria del rayo electromagnético depende en gran medida del valor de estos parámetros de forma que cuando varían también lo hará la trayectoria del enlace.

Una necesidad existente es ser capaz de cuantificar la composición de la atmósfera y poder predecir su efecto sobre la trayectoria del rayo.

Propagación de ondas en la atmósfera

La interacción con las moléculas de la atmósfera curva las ondas de radio.

Las ondas son dobladas hacia las regiones con mayor índice de refracción (medio más denso), las ondas se doblaran hacia el suelo

Aproximación óptica

Las ondas de radio pueden ser tratados con la óptica de rayos. Esta  aproximación es buena si λ <>d

El índice de refracción de la atmósfera

El índice de refracción del aire, está muy cerca al del vacío. Se utilizara en lugar del índice de refracción n, la refractividad  N.   radio de la tierra = 6370 km

El factor K

El factor K es un valor común que se usa para indicar la flexión de los rayos

Subrefractividad

Cuando la refractividad disminuye más lentamente de lo normal, o incluso aumenta con la altura,  la atmósfera se dice que es sub-refractiva. Bajo estas condiciones dN / dh es mayor que -40 unidades / km (y K es menor que 4/3).

Superefractividad

Cuando el refractividad aumenta más rápidamente que lo normal (dN / dh menos de -40 unidades / km) de la atmósfera se dice que es súper-refracción (y K será mayor que 4/3).

Radio de la Tierra equivalente y Tierra Plana

En los problemas de trazado de rayos a menudo es conveniente utilizar una transformación geométrica para producir diagramas donde los rayos sean rectos y que se propaguen por encima de una "tierra equivalente" de radio efectivo KRO o, alternativamente, los rayos de radio efectivo KRO se propaguen por encima de una "tierra plana".

Variabilidad del Factor K

El gradiente vertical de refractividad G y el factor K, son parámetros variables en el tiempo, dependiendo de los ciclos diarios y estacionales y las condiciones meteorológicas

En las regiones frías y templadas el rango es bastante estrecho, mientras que en las regiones tropicales es muy amplio

Esto significa que, en las regiones tropicales, existe la mayor probabilidad de observar anomalías

En la práctica, el mínimo se toma como un valor en que, por ejemplo K varíé un (0,01%), y este  no se exceda el  0,01% del tiempo.

Ducto Terrestre

La atmósfera tiene una capa muy densa en la tierra con una capa delgada en la parte superior de la misma. Habrá casi una reflexión total en esta capa límite.

Ductos elevados

La atmósfera tiene una capa gruesa a cierta altura por encima del suelo. Si tanto el transmisor y el receptor están dentro del ducto, múltiples rayos alcanzará el receptor

Formación de un ducto

Durante el día el sol calienta el suelo produciendo convección y una atmósfera bien mezclada. Una noche tranquila contrariamente producirá radiación desde la tierra caliente, dando una inversión de temperatura

Atenuación de la Atmósfera

En la práctica un enlace terrestre no se propaga a través del vacío, sino en medio de los diferentes gases que componen la atmósfera de la Tierra.

A frecuencias por encima de los 10 GHz la atenuación experimentada por una onda de radio se debe principalmente a estos gases.

Al Vapor de agua (H2O) y a las moléculas de oxígeno (O2), que interactúan con la energía de las ondas electromagnéticas a frecuencias específicas para producir oscilación o resonancia molecular dentro de su estructura.

Esta excitación de las moléculas obtiene la energía de la onda electromagnética causando fuerte atenuación, como se muestra en la figura siguiente.