MICROONDAS 208010_10
Unidad 2
Actividad 2
Apropiar conceptos y proponer elementos del proyecto.
Desarrollar los
siguientes puntos:
a. Describa las
características generales de una antena.
b. Describa las
características de los repetidores.
c. Defina la
ganancia y ancho de haz de una antena.
d. Describa el tipo
de antenas para enlaces de microondas.
e. Relacione los
tipos de antenas comerciales.
f. Describa las
características de los diferentes tipos de torres para enlaces de microondas.
g. Defina y describa
la unidad interior IDU de un sistema de comunicaciones por microondas.
h. Defina y describa
la unidad exterior ODU de un sistema de comunicaciones por microondas.
i. Defina y describa
la interfaz IDU/ODU de un sistema de comunicaciones por microondas.
Describa las características generales de una antena.
Entre
las principales características de las antenas podemos encontrar:
· Ganancia de la antena: Definimos a la
ganancia de la antena como el cociente entre la cantidad de energía irradiada
en la dirección preferencial y la que irradiaría una antena isotrópica
alimentada por el mismo transmisor. Este número lo expresamos en decibelios con
relación a la isotrópica y por ende se denota en dBi.
- Diagrama de radiación o patrón de radiación: El diagrama de radiación o patrón de radiación es una representación de la potencia de la señal trasmitida en función del ángulo espacial. Es un objeto tridimensional. Por comodidad, se suele graficar aparte la proyección en el plano horizontal y en el plano vertical.
- Ancho del haz: El ancho del haz (beamwidth) es el ángulo subtendido por la radiación emitida entre los puntos en que la potencia disminuye a la mitad (3 dB).
- Impedancia de entrada: Es el cociente entre el voltaje aplicado a los terminales de entrada y la corriente resultante. En general tiene una parte resistiva y una parte reactiva.
- Polarización: La polarización de una antena corresponde a la dirección del campo eléctrico emitido por una antena. Esta polarización puede ser: Vertical, Horizontal, Elíptica, Circular (RH o LH)
Otras características, entre las cuales se
encuentra el cociente entre la ganancia del lóbulo principal y el lóbulo
trasero o “ront to back ratio”, la Pérdida de retorno y el Ancho de banda.
Describa las características de los repetidores.
Los
repetidores son equipos que trabajan a nivel 1 de la pila OSI, es decir,
repiten todas las señales de un segmento a otro a nivel eléctrico.
Estos
equipos sólo aíslan entre los segmentos los problemas eléctricos que pudieran
existir en algunos de ellos.
El
número máximo de repetidores en cascada es de cuatro, pero con la condición de
que los segmentos 2 y 4 sean IRL, es decir, que no tengan ningún equipo
conectado que no sean los repetidores. En caso contrario, el número máximo es
de 2, interconectando 3 segmentos de red.
El
repetidor tiene dos puertas que conectan dos segmentos Ethernet por medio de
transceivers (instalando diferentes transceivers es posible interconectar dos
segmentos de diferentes medios físicos) y cables drop.
El
repetidor tiene como mínimo una salida Ethernet para el cable amarillo y otra
para teléfono. Con un repetidor modular se pude centralizar y estructurar todo
el cableado de un edificio, con diferentes medios, adecuados según el entorno,
y las conexiones al exterior.
Los
repetidores pueden ser: ser pasivos o activos
Los
repetidores activos: también llamados transceptores Se trata de un receptor y
un transmisor colocado de nuevo a la espalda o en tándem con torres de
microondas. Hay dos tipos de repetidor activo a saber: banda de base y
heterodino o IF.
En
repetidores en banda base, la portadora recibida de radiofrecuencia (RF) es
abajo-convertida a una frecuencia intermedia (IF), amplificada, filtrada y
luego de modulada en la banda de base. En un repetidor heterodino, la portadora
de RF recibida es convertida a una FI, amplificado, reformada y actualizada
convertida a RF, y después volvió a transmitir. La señal de banda base no se ve
afectada por el repetidor, porque la señal es demodulada nunca por debajo de la
SI.
Los
repetidores pasivos: en éste tipo de
repetidores no hay ganancia solo se limitan a cambiar la dirección de las
ondas sin el uso de electrónica de potencia adicional .Pueden ser dos formas la
primera forma y más común Back to Back consiste en dos antenas parabólicas
conectadas espalda con espalda a través de un pequeño pedazo de línea de
transmisión (cable utp o fibra) a fin de generar un nuevo enlace y sortear los
obstáculos en una línea de vista obstruida, también se emplean cuando el costo
en la implementación de una repetidor activo es demasiado elevado. La segunda
forma, es un reflector plano de tipo reflector de metal que actúa como un
espejo de microondas.
Defina la ganancia y ancho de haz de una antena.
Ganancia: Definimos
a la ganancia de una antena dada como el cociente entre la cantidad de energía
irradiada en la dirección preferencial y la que irradiaría una antena isotrópica
alimentada por el mismo transmisor. Este número lo expresamos en decibelios con
relación a la isotrópica y por ende se denota en dBi.
La
ganancia de una antena es el producto de la directividad (determinada exclusivamente por factores geométricos)
y la eficiencia de la antena, que depende del material de la que está
construida y de las imperfecciones de manufactura. La eficiencia de la antena se suele expresar con la letra griega
eta [η] y varía normalmente entre 40% y
60%. Algunas veces la ganancia de las antenas es expresada en dBd. En tal caso
la antena de referencia es una antena de dipolo (dipole). Una antena dipolo
tiene un ganancia de 2.14 dBi comparado con una antena isotrópica. Por ello, si
la ganancia de una antena dada se expresa en dBd resultará en un valor inferior
en 2,14 dB respecto a la ganancia de la misma antena expresada en dBi.
Ancho de haz de la antena: es
la separación angular entre los dos puntos de media potencia (-3dB) en el
lóbulo principal de radiación del plano de la antena, por lo general tomado en
uno de los planos principales.
El ancho de haz de una antena es la medida angular de aquel la porción del espacio en donde la potencia irradiada es
mayor o igual que la mitad de su valor máximo.
Mi
entras más estrecho sea el ancho
del haz,
mayor será la ganancia porque
la energía estará enfocada con más concentración.
Una
antena de muy alta ganancia tendrá un
ancho de haz de unos pocos grados y
deberá apuntar se muy cuidadosamente para que
pueda cubrir el objetivo.
Describa el tipo de antenas para enlaces de microondas.
Las
antenas de microondas deben ser muy direccionales deben enfocar su energía en un haz angosto el cual se puede dirigir
hacia una antena receptora prácticamente a línea vista, permite aumentar varias veces la
magnitud de la potencia irradiada a comparación de otro tipo de antenas en
donde el tipo más común de antena tanto para transmisión como para recepción es
el reflector parabólico.
Antena
de 1/4 de longitud con plano de tierra: Esta antena es muy
simple en su construcción y es útil para las comunicaciones cuando el tamaño,
el costo y la facilidad de construcción son importantes. Esta antena se diseñó
para transmitir una señal polarizada verticalmente. Consiste en un elemento de
1⁄4 de longitud onda como medio dipolo, y tres o cuatro elementos de un 1⁄4 de
longitud de onda inclinados de 30 a 45 grados hacia abajo. .
Es
una antena simple y tienen la capacidad de capturar una señal con facilidad y
en todas las direcciones, para incrementar la ganancia, se puede hacer más
achatada la señal, de esta forma se concentra la radiación en el plano
horizontal.
Las antenas Omnidireccionales son buenas
para cubrir áreas grandes, la cual la radiación trata de ser pareja para todos
lados es decir cubre 360º .
Monopolo:
Una antena monopolo es la mitad de una antena dipolo, casi siempre montado
sobre una especie de plano de tierra. El caso de un monopolo de longitud L
monta sobre un infinito plano de tierra
Parámetros
Característicos: Longitudes de onda:
10 Km -10 m
Importancia
para las telecomunicaciones:
Se emplean en Radio AM, Aviación, Radio de onda corta, Radio FM, Aplicaciones
para telefonía móvil y redes inalámbricas
Dipolo:
La antena de dipolo corto es el más simple de todas las antenas. Se trata
simplemente de un circuito abierto alambre, alimentado en su centro
Parámetros
Característicos: Longitudes de onda:
10 Km -10 m
Importancia
para las telecomunicaciones:
empleadas en Radio AM. Aviación. Radio de onda corta. Radio FM .Aplicaciones
para telefonía móvil y redes inalámbricas
Las antenas Direccionales son las
mejores en una conexión Punto-a-Punto, acoplamientos entre los edificios, o
para los Clientes de una antena omnidireccional.
Yagi: Arreglo de dipolos en paralelo
Parámetros Característicos:
Longitudes de onda: 100 m -100 cm
Importancia para las telecomunicaciones:
Se emplean en Televisión radioenlaces punto a punto
Bocina: Una bocina es una antena que
consiste en una guía de onda (estructura
física que guía ondas electromagnéticas) metálica en la cual el
área de la sección se va incrementando progresivamente hasta un extremo
abierto, que se comporta como una
apertura.
Características:
·
Alta
ganancia
·
Baja
onda estacionaria
·
Ancho
de banda relativamente grande
·
Son
relativamente fácil de construir
Ganancia
de la antena:
· La
ganancia de las antenas de bocina depende de la relación entre la superficie de apertura de la bocina
y la longitud de onda de trabajo.
· La
ganancia de la antena de uso práctico está limitado a 20 dB.
· La
antena de bocina se utiliza en aplicaciones donde no se precisen ganancias el
evadas o bien en combinaciones con antenas parabólicas
Antenas pequeñas y antenas
resonantes: Son antenas de dimensiones mucho menor que λ/2, forman un conjunto
útil en frecuencias bajas, las más comunes son: el monopolo corto, el dipolo
corto y la antena de bobina.
Las antenas resonantes
tienen dimensiones del orden de λ/2, entre ellas se encuentran las de hilo o
lineales con diferentes estructuras que se usan en todas las bandas de
frecuencia. Las más usadas son los dipolos, monopolos, anillos, hélices
resonantes y combinaciones de todas ellas
Antenas de banda ancha: Son
independientes de la frecuencia. Entre ellas tenemos las antenas de onda
progresiva que se basa en generar una onda progresiva sobre una estructura
radiante; la antena espiral que se construye pana o sobre un cono y por ello
tienen polarización circular; la antena log-periódica combina varios dipolos en
la misma estructura para conseguir que
la antena sea escalable por un factor K.
Grandes
antenas: Son antenas con dimensiones mayores a λ/2, entre ellas las bocinas
cuyas dimensiones en su apertura varían desde un λ hasta centenares de λ. La
antena de bocina, se forma por la extensión natural de guía de ondas, es decir
por el ensanchamiento gradual de las dimensiones de la guía, manteniendo las
características de campo del modo dominante que se propaga en la guía.
ANTENA
DE REFLECTOR PARABÓLICO
Son antenas capaces de proporcionar
ganancias y directividad de radiación extremadamente altas usadas comúnmente
para enlaces de radio y satélite. Está constituida por dos elementos
principales: un reflector parabólico y un mecanismo de alimentación. Este
mecanismo de alimentación comúnmente es un dipolo o una red de dipolos en donde
se irradian las ondas electromagnéticas hacia el reflector el cual es el
encargado de concentrar y direccionar todas las ondas individuales enfasadas
entre sí.
Antenas
y reflectores parabólicos
Para
calcular la abertura del haz de una antena parabólica a -3 Db se utiliza la
siguiente expresión:
Relacione los tipos de antenas comerciales.
Las
antenas comerciales se clasifican
general mente en dos grupos,
como omnidireccional es y antenas direccional es.
Omnidireccionales:
Radian el mismo patrón alrededor de la antena en un patrón completo de 360
grados. Es conveniente usar este tipo de antenas cuando se requiere una
cobertura en todas las direcciones. Se pueden encontrar los monopolos y los
dipolos.
Direccionales:
Redireccionan la energía que reciben del transmisor, proporcionando más energía
en una dirección y menos en otras. Es conveniente usar ese tipo de antenas
cuando se requiere alcanzar mayores distancias en una dirección particular. Más
comunes la Yagi, parabólica, panel.
Otra forma
de clasificar las antenas comerciales son:
Antenas
pequeñas y antenas resonantes: Son antenas de dimensiones
mucho menor que λ/2, forman un conjunto útil en frecuencias bajas, las más
comunes son: el monopolo corto, el dipolo corto y la antena de bobina.
Las antenas
resonantes tienen dimensiones del orden de λ/2, entre ellas se encuentran las
de hilo o lineales con diferentes estructuras que se usan en todas las bandas
de frecuencia. Las más usadas son los dipolos, monopolos, anillos, hélices
resonantes y combinaciones de todas ellas.
Antenas de
banda ancha: Son independientes de la frecuencia. Entre
ellas tenemos las antenas de onda progresiva que se basa en generar una onda
progresiva sobre una estructura radiante; la antena espiral que se construye
pana o sobre un cono y por ello tienen polarización circular; la antena
log-periódica combina varios dipolos en la misma estructura para
conseguir que la antena sea escalable por un factor K.
Grandes
antenas: Son antenas con dimensiones mayores a λ/2,
entre ellas las bocinas cuyas dimensiones en su apertura varían desde un λ
hasta centenares de λ. La antena de bocina, se forma por la extensión natural
de guía de ondas, es decir por el ensanchamiento gradual de las dimensiones de
la guía, manteniendo las características de campo del modo dominante que se
propaga en la guía.
Los
reflectores entre ellos la antena parabólica, es una estructura formada por un
paraboloide metálico y una antena alimentadora situada en el foco, son de gran
directividad. La reflexión en el reflector transforma la onda incidente
esférica en onda plana, produciendo un plano muy directivo en la dirección
normal al plano de apertura, la antena alimentadora es una bocina, dipolo o
hélice.
Entre otras
antenas de esta clase encontramos la cassegrain y el offset.
Agrupaciones de antenas: Son una
forma utilizada en grandes antenas consistente en la agrupación de varias
antenas pequeñas trabajando en común, es decir alimentadas por una fuente
común mediante una red lineal. En conjunto se comportan como una única antena,
con un diagrama de radiación propio, modificable, pudiendo adaptarse a
diferentes aplicaciones o necesidades. Los tipos de agrupaciones se pueden
clasificar: según su geometría en lineales, planas, conformadas; según el
elemento radiante en hilos, impresas, ranuras y bocinas, según la red en
pasivas, activas y adaptativas y según su aplicación en comunicación, radar y
goniometría.
f Describa las características de los diferentes tipos de torres para enlaces de microondas.
Existen
tres tipos de torres
1. Torres
auto soportadas sección cuadrada: Se definen como aquella estructura metálica
autoestable reticulada que se puede soportar por sí misma, es decir no requiere
de elementos externos para sostenerse como es el caso de las torres
atirantadas, las cuales necesitan el casi de cable y/o riostras para mantenerse
en pie.
Este
tipo de torres están diseñadas como una solución para un alto rango de
aplicaciones, debido a su reducido espacio y la gran altura, se utilizan desde
los 12 metros a los 200m, como por ejemplo:
-
Antenas telefonía móvil
-
Repetidores FM
-
Emisoras TV
Las
torres autosoportadas se dividen según el tipo de sección, en triangulares y
cuadradas, estas a su vez de dividen en rectas y piramidales.
Torre
auto soportada de Torres auto soportado sección cuadrada
Sección
triangular sección cuadrada prismático-rectas
2. tronco-piramidales
Torres venteadas:
Estas torres cuentan generalmente de tirantes o arriostres a diferentes distancias.
El peso que genera la torre sobre la estructura existente no es muy grande, por
lo que no le adiciona mucho peso a la edificación. Los cables o arriostres
generalmente se tensan al 10% de su Resistencia, la cual es proporcionada por
el fabricante. Así, por ejemplo, si el cable tiene una resistencia a la ruptura
de 4.95 Ton en tensión, entonces se acostumbra tensar los cables a 0.495 Ton.
También se pueden tensar los cables con diferentes fuerzas, calculando una
tensión tal que el sistema esté en equilibrio.
Torres
auto soportadas Torres
venteadas
Torres monopolo o tubular: Se
trata de estructuras troncocónicas con sección poligonal y un determinado
número de caras, realizadas con chapa plegada formando tubos cónicos de acero
que encajan perfectamente unos sobre otros a fin de formar un polo estable.
Las
alturas están comprendidas entre los 5m y los 50m, pudiendo llegar a alturas
superiores.
La
principal característica de este tipo de torres es su facilidad de instalación
y que son instaladas en lugares donde se requiere conservar la estética y no
causar impacto visual en exceso, a menudo se pintan de un color o se adornan
para que permitan pasar desapercibidas.
Para
estas torres es necesario construir una cimentación adecuada para poder
resistir los efectos de la misma.
Torre
monopolo o tubular 30 m
Torres de mástil tensado con vientos
Muchos de los aerogeneradores pequeños
están construidos con delgadas torres de mástil sostenidas por cables tensores.
La ventaja es el ahorro de peso y, por lo tanto, de coste. Las desventajas son
el difícil acceso a las zonas alrededor de la torre, lo que las hace menos
apropiadas para zonas agrícolas. Finalmente, este tipo de torres es más
propensa a sufrir actos vandálicos, lo que compromete la seguridad del
conjunto.
Defina y describa la unidad interior IDU de un sistema de comunicaciones
por microondas.
IDU
(In Door Unity). Dispositivo que recibe la señal IF desde el ODU e integra las funciones de procesamiento de
señal y MUX/DEMUX. Se conecta con la red interna del usuario. Es la encargada
de controlar el radioenlace, contiene diferentes puertos con equipos y es la
encargada de recibir la comunicación y enviarla a través del enlace. Esta envía
el tráfico a través del cable IF y el
voltaje para la alimentación de la ODU.
Defina y describa la unidad exterior ODU de un sistema de
comunicaciones por microondas.
Es
la unidad RF compuesta de equipos de transmisión que se ubican en el exterior e
incluyen la antena, un bloque amplificador de bajo ruido y el transceptor. Es
la encargada de recibir y enviar las ondas desde o hacia el alimentador de la
antena o híbrido según sea la configuración para la cual esa diseñado el
radioenlace, esta cuenta con una etapa de potencia y conversor de frecuencia el
cual amplifica y cambia a la frecuencia portadora para la cual se diseña el
radioenlace. Existe un componente llamado híbrido el cual es una parte
importante cuando el radioenlace cuenta con protección contra daños en la ODU,
ya que por medio de este se puede configurar el radioenlace con una ODU de
respaldo, su función es recibir las
ondas desde cualquiera de las ODU´s y
encadenarlas al alimentador de la antena y recibir desde el alimentador y entregar por igualdad hacia las ODU´s
actuando como un divisor.
Defina y describa la interfaz IDU/ODU de un sistema de
comunicaciones por microondas.
All Indoor: IDU y ODU se instalan en el interior y tan solo la antena se
instala en el exterior. Este tipo de esquemas facilitan las labores de
mantenimiento ya que a pesar de que se trata de soluciones con un alto nivel de
fiabilidad el principal punto de fallo se encuentra en la electrónica .En esta
configuración el cableado entre interior y exterior es una guía-onda de las
características apropiadas para cada escenario concreto que vendrá definido por
diferentes parámetros (distancia radio-antena, frecuencia de trabajo,...).
All Outdoor: Este otro escenario de instalación contempla la instalación de
todo el sistema en un armario preparado para instalaciones de exterior en el
que se ubicarán IDU y ODU, quedando esta última anexa a la antena para montaje
directo o montaje remoto en función de las necesidades. En este caso el
cableado entre interior y exterior debe ser fibra óptica o FTP de exterior en
función de las características del mismo (distancia, capacidad requerida,
interfaces IDU-backbone,...). Este otro escenario es idóneo para emplazamientos
donde el acceso no sea complejo (azoteas, fachadas,...) y tiene dos ventajas
principales: no requiere espacio en armario de interior (en emplazamientos de
terceros muchas veces dicho espacio tiene un precio muy alto) y aporta un nivel
de seguridad mayor en cuanto a la posibilidad de acceso al equipamiento.
Split Mount: Por último el montaje Split mount es aquel en el que la IDU
(módem) queda ubicado en el armario de comunicaciones correspondiente y tanto
ODU como antena quedan ubicadas en el exterior. El cableado entre IDU y ODU es
un coaxial con las características que requiera cada escenario concreto en
función de la distancia entre ambas y la frecuencia intermedia en la que viaja
la señal. Hay que tener en cuenta que la señal entre IDU y ODU no se transporta
por el cable a la frecuencia de trabajo (superior a 6 GHz) si no que lo hace a
una frecuencia intermedia que suele estar en el orden de los 400 MHz con lo que
las pérdidas introducidas por el cable no suelen ser delimitantes en un diseño,
aunque sí deben ser tenidas en cuenta.
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